Минисателлиттер: ДНК-ның қайталама сегменттері және геномдағы рөлі
Minisatellite
Минисателлиттер: 10-60 жұп негіздерден тұратын қайталама ДНК сегменттері, геномда кең таралған. Мутацияға бейім, генетикалық әртүрлілікті қамтамасыз етеді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
ДНҚ-ның қайталанатын сегменті (10–60 негіздік жұп) ДНҚ тізбегі.
Repeating segment of DNA (10 60 base pairs)
the DNA sequence
Генетикада миниспутник – белгілі бір ДНҚ мотивтерінен (ұзындығы 10–60 негіздік жұп аралығында) тұратын, әдетте 2-ден бірнеше жүзге дейін қайталанатын қайталанатын ДНҚ учаскесі. Миниспутниктер адам геномында 1000-нан астам жерде кездеседі және олардың жоғары мутациялық деңгейімен және популяциядағы жоғары әртүрлілігімен ерекшеленеді. Миниспутниктер хромосомалардың центромерлері мен теломерлерінде жиі кездеседі, соңғылары хромосомаларды зақымданудан қорғайды. "Спутник" атауы геномдық ДНҚ-ны сынақ түтігінде центрифугалау кезінде ДНҚ-ның негізгі бөлігінен қайталанатын ДНҚ-ның "спутник" қабаттарын бөліп шығару туралы алғашқы байқауға сілтеме жасайды. Миниспутниктер – бұл ақуыздарды кодтамайтын, бірақ геном бойынша жүздеген рет кездесетін, көптеген қайталама көшірмелері бір-біріне жақын орналасқан ДНҚ-ның шағын тізбектері. Миниспутниктер және олардың қысқарақ туыстары – микроспутниктер бірге ВНТР (тандемді қайталаудың өзгермелі саны) ДНҚ деп жіктеледі. Сандарды шатастыруға болатыны, миниспутниктерді көбінесе ВНТР деп, ал микроспутниктерді жиі қысқа тандемді қайталау (STR) немесе қарапайым тізбекті қайталау (SSR) деп атайды.
In genetics, a minisatellite is a tract of repetitive DNA in which certain DNA motifs (ranging in length from 10–60 base pairs) are typically repeated two to several hundred times. Minisatellites occur at more than 1,000 locations in the human genome and they are notable for their high mutation rate and high diversity in the population. Minisatellites are prominent in the centromeres and telomeres of chromosomes, the latter protecting the chromosomes from damage. The name "satellite" refers to the early observation that centrifugation of genomic DNA in a test tube separates a prominent layer of bulk DNA from accompanying "satellite" layers of repetitive DNA. Minisatellites are small sequences of DNA that do not encode proteins but appear throughout the genome hundreds of times, with many repeated copies lying next to each other. Minisatellites and their shorter cousins, the microsatellites, together are classified as VNTR (variable number of tandem repeats) DNA. Confusingly, minisatellites are often referred to as VNTRs, and microsatellites are often referred to as short tandem repeats (STRs) or simple sequence repeats (SSRs).
Құрылымы
Миниспутниктер 10-нан 100-ден астам базалық жұптарға дейінгі ұзындықтағы, әдетте GC-ға бай, қайталанатын мотивтерден тұрады. Бұл өзгергіш қайталаулар тізбектей араласып орналасқан. Кейбір миниспутниктерде нуклеотидтердің орталық тізбегі (немесе "негізгі бірлік") "GGGCAGGANG" (мұнда N кез келген база болуы мүмкін) болады, немесе жалпы алғанда пуриндердің (аденин (A) және гуанин (G)) және пиримидиндердің (цитозин (C) және тимин (T)) тізбек мотивтерінен тұрады. Гиперөзгеретін миниспутниктердің негізгі бірліктері 9–64 бп ұзындығында болады және негізінен центромерлік аймақтарда табылса, адамда миниспутниктердің 90% хромосомалардың субтеломерлік аймағында орналасқан. Адам теломерасының тізбегі өзі тандемді қайталау болып табылады: TTAGGG TTAGGG TTAGGG.
Minisatellites consist of repetitive, generally GC rich, motifs that range in length from 10 to over 100 base pairs. These variant repeats are tandemly intermingled. Some minisatellites contain a central sequence (or "core unit") of nucleobases "GGGCAGGANG" (where N can be any base) or more generally consist of sequence motifs of purines (adenine (A) and guanine (G)) and pyrimidines (cytosine (C) and thymine (T)). Hypervariable minisatellites have core units 9–64 bp long and are found mainly at the centromeric regions. In humans, 90% of minisatellites are found at the sub telomeric region of chromosomes. The human telomere sequence itself is a tandem repeat: TTAGGG TTAGGG TTAGGG
Функция
Миниспутниктер гендік экспрессияны реттеушілер ретінде қарастырылады (мысалы, транскрипция, баламалы тілімі немесе импринтингті бақылау деңгейінде). Олар көбінесе кодталмайтын ДНК, бірақ кейде потенциалды гендердің құрамына кіруі мүмкін. Миниспутниктер сонымен қатар хромосомалық теломерлерді құрайды, олар хромосома ұштарының тозуынан немесе жақын орналасқан хромосомалардың бірігуінен қорғайды.
Minisatellites have been implicated as regulators of gene expression (e. g. at levels of transcription, alternative splicing, or imprint control). They are generally non coding DNA but sometimes are part of possible genes. Minisatellites also constitute the chromosomal telomeres, which protect the ends of a chromosome from deterioration or from fusion with neighbouring chromosomes.
Өңдеу қабілеті
Миниспутниктер хромосомалардың әлсіз жерлерімен байланысты және көптеген қайталамалы транслокациялық үзіліс нүктелеріне жақын орналасқан. Кейбір адам миниспутниктері (~1%) гипермутативті екені көрсетілді, олардың гермдік жасушалардағы орташа мутация деңгейі 0,5%-дан асып 20%-ға дейін жетеді, бұл оларды адам геномындағы ең тұрақсыз аймақ етеді. Егер басқа геномдарда (егеуқұйрық, тышқан және шошқа) миниспутниктерге ұқсас тізбектер болса да, олардың ешқайсысы гипермутативті емес екені анықталды. Барлық гипермутативті миниспутниктерде ішкі варианттар бар, сондықтан олар осы тандемдік қайталау класындағы күрделі алмасу процестерін талдау үшін өте құнды жүйелерді ұсынады. ПТР арқылы миниспутник варианттық қайталауды картографиялау (МВР ПТР) әдісі массиві бойындағы варианттық қайталаулардың араласу үлгілерін анықтау үшін кеңінен қолданылды, бұл мутацияға дейін және кейін аллельдердің құрылымы туралы толық мәліметтер береді. Зерттеулер соматикалық және гермдік жасушаларда әрекет ететін ерекше мутациялық процестерді анықтады. Қан ДНК-сында анықталған соматикалық тұрақсыздық сперматозоидтардағыдан екі-үш есе төмен қарапайым және сирек кездесетін аллель ішіндегі оқиғаларды көрсетеді. Керісінше, гермдік жасушаларда аллельдер аралық күрделі түрлену сияқты оқиғалар жүреді. Адам миниспутниктерін қоршап тұрған ДНК тізбектерінің қосымша талдауы, миниспутник массивінің тұрақсыз жағының жоғары жағында орналасқан қарқынды және локализацияланған мейотикалық кроссоверлік ыстық нүктені анықтады. Осылайша, қайталау алмасуы ДНК-дағы рекомбинациялық белсенділікпен бақыланатын сияқты, бұл мутацияның полярлығын тудырады. Бұл тұжырымдар миниспутниктердің адам геномындағы локализацияланған мейотикалық рекомбинациялық ыстық нүктелердің жанында пайда болғанын көрсетеді. Миниспутник тізбектері хромосомаларды ДНК алмасуға итермелейді деп ұсынылған. Баламалы модельдерде, миниспутник қайталауларының санының өзгеруіне негізгі себеп көршілес екі жіпті ыстық нүктелердің болуы болып табылады. Соматикалық өзгерістер репликация қиындықтарынан туындайды (мұнда репликация сырғанауы және басқа да құбылыстар болуы мүмкін). Зерттеулер миниспутниктердің эволюциялық тағдыры аллельдердің мөлшерінің тепе-теңдік таралуына қарайтындығын көрсетті, бірақ жанталас ДНК-дағы мутациялар ДНК тұрақсыздығын басып тастау арқылы миниспутниктің рекомбинациялық белсенділігіне әсер етеді. Мұндай оқиға мейотикалық драйв арқылы гипермутативті миниспутниктің жойылуына әкеледі.
Minisatellites have been associated with chromosome fragile sites and are proximal to a number of recurrent translocation breakpoints. Some human minisatellites (~1%) have been demonstrated to be hypermutable, with an average mutation rate in the germline higher than 0.5% up to over 20%, making them the most unstable region in the human genome known to date. While other genomes (mouse, rat and pig) contain minisatellite like sequences, none was found to be hypermutable. Since all hypermutable minisatellites contain internal variants, they provide extremely informative systems for analyzing the complex turnover processes that occur at this class of tandem repeat. Minisatellite variant repeat mapping by PCR (MVR PCR) has been extensively used to chart the interspersion patterns of variant repeats along the array, which provides details on the structure of the alleles before and after mutation. Studies have revealed distinct mutation processes operating in somatic and germline cells. Somatic instability detected in blood DNA shows simple and rare intra allelic events two to three orders of magnitude lower than in sperm. In contrast, complex inter allelic conversion like events occur in the germline. Additional analyses of DNA sequences flanking human minisatellites have also revealed an intense and highly localized meiotic crossover hotspot that is centered upstream of the unstable side of minisatellite arrays. Repeat turnover therefore appears to be controlled by recombinational activity in DNA that flanks the repeat array and results in a polarity of mutation. These findings have suggested that minisatellites most probably evolved as bystanders of localized meiotic recombination hotspots in the human genome. It has been proposed that minisatellite sequences encourage chromosomes to swap DNA. In alternative models, it is the presence of neighbouring double strand hotspots which is the primary cause of minisatellite repeat copy number variations. Somatic changes are suggested to result from replication difficulties (which might include replication slippage, among other phenomena). Studies have shown that the evolutionary fate of minisatellites tends towards an equilibrium distribution in the size of alleles, until mutations in the flanking DNA affect the recombinational activity of a minisatellite by suppressing DNA instability. Such an event would ultimately lead to the extinction of a hypermutable minisatellite by meiotic drive.
Тарих
Адамның алғашқы минисәтілігі 1980 жылы А.Р.Уайман мен Р.Уайтпен ашылды. Олардың жоғары өзгергіштік деңгейін анықтаған сэр Алек Джеффрис минисәтіліктерге негізделген ДНК саусақ іздерін жасады, 1985 жылы ДНК арқылы алғашқы иммиграциялық істі шешті, ал 1986 жылы Ұлыбританиядағы Эндербидегі кісі өлтіруі бойынша алғашқы криминалистикалық қылмыстық істі ашты. Кейіннен минисәтіліктер генетикалық маркерлер ретінде байланыс талдауында және популяциялық зерттеулерде де қолданылды, бірақ 1990 жылдары олар микросәтіліктерді анықтаумен ауыстырылды. Спутниктік ДНК термині 1960 жылдары кесілген ДНК-ның бір бөлігін байқаудан туындады, ол тығыздық градиенті центрифугалауда "спутниктік шың" ретінде анықталатын ерекше жүзу тығыздығын көрсетті және кейіннен ірі центромералық тандемдік қайталама ретінде анықталды. Ал қысқа (10–30 ж.б.) тандемдік қайталамалар ашылғанда, олар минисәтіліктер деп аталды. Соңында, қарапайым тізбек мотивтерінің тандемдік қайталануларын анықтаумен бірге микросәтіліктер термині пайда болды.
The first human minisatellite was discovered in 1980 by A. R. Wyman and R. White,. Discovering their high level of variability, Sir Alec Jeffreys developed DNA fingerprinting based on minisatellites, solving the first immigration case by DNA in 1985, and the first forensic murder case, the Enderby murders in the United Kingdom, in 1986. Minisatellites were subsequently also used for genetic markers in linkage analysis and population studies, but were soon replaced by microsatellite profiling in the 1990s. The term satellite DNA originates from the observation in the 1960s of a fraction of sheared DNA that showed a distinct buoyant density, detectable as a "satellite peak" in density gradient centrifugation, and that was subsequently identified as large centromeric tandem repeats. When shorter (10–30 bp) tandem repeats were later identified, they came to be known as minisatellites. Finally, with the discovery of tandem iterations of simple sequence motifs, the term microsatellites was coined.