Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Рибосомальная ДНК (рДНК) – это последовательность ДНК, кодирующая рибосомальную РНК. Эти последовательности регулируют инициацию и амплификацию транскрипции и содержат как транскрибируемые, так и нетранскрибируемые спейсерные сегменты. В геноме человека имеется 5 хромосом с областями-организаторами ядрышек: акроцентрические хромосомы 13 (RNR1), 14 (RNR2), 15 (RNR3), 21 (RNR4) и 22 (RNR5). Гены, ответственные за кодирование различных субъединиц рРНК, расположены на нескольких хромосомах у человека. Однако гены, кодирующие рРНК, высоко консервативны во всех доменах, и различается только число копий генов у разных видов.
Ribosomal DNA (rDNA) is a DNA sequence that codes for ribosomal RNA. These sequences regulate transcription initiation and amplification, and contain both transcribed and non transcribed spacer segments. In the human genome there are 5 chromosomes with nucleolus organizer regions: the acrocentric chromosomes 13 (RNR1), 14 (RNR2), 15 (RNR3), 21 (RNR4) and 22 (RNR5). The genes that are responsible for encoding the various sub units of rRNA are located across multiple chromosomes in humans. But the genes that encode for rRNA are highly conserved across the domains, with only the copy numbers involved for the genes having varying numbers per species.
Эукариоты
РНК, транскрибируемая из примерно 600 повторов рДНК, составляет наиболее распространенную фракцию РНК, обнаруживаемую в клетках эукариот. 5S рДНК также присутствует в виде независимых тандемных повторов, как у дрозофилы. В ядре область рДНК хромосомы визуализируется как ядрышко, которое формирует расширенные хромосомные петли с рДНК. Транскрипционные единицы рРНК сгруппированы в тандемных повторах. Эти области рДНК также называются областями-организаторами ядрышка, поскольку они являются источником его формирования. В рДНК тандемные повторы в основном локализуются в ядрышке, но гетерохроматическая рДНК встречается за его пределами. Однако транскрипционно активная рДНК находится внутри самого ядрышка. Сравнение 5S тандемных повторов у нескольких видов дрозофилы показало, что вставки и делеции часто происходят между видами и обычно фланкированы консервативными последовательностями. Они могут возникать в результате проскальзывания вновь синтезированной цепи во время репликации ДНК или посредством конверсии генов. Консервативные последовательности в кодирующих областях рДНК позволяют сравнивать отдалённо родственные виды, вплоть до дрожжей и человека. 5.8S рРНК человека имеет 75% идентичности с 5.8S рРНК дрожжей. Для близкородственных видов сравнение сегмента рДНК, включающего ITS-тракты, между видами и филогенетический анализ проводятся успешно. Различные кодирующие области повторов рДНК обычно демонстрируют различные темпы эволюции. В результате, эта ДНК может предоставить филогенетическую информацию о видах, принадлежащих к широким систематическим уровням.
The rRNA transcribed from the approximately 600 rDNA repeats forms the most abundant section of RNA found in cells of eukaryotes. 5S rDNA is also present in independent tandem repeats as in Drosophila. In the nucleus, the rDNA region of the chromosome is visualized as a nucleolus which forms expanded chromosomal loops with rDNA. The rRNA transcriptional units are clustered in tandem repeats. These rDNA regions are also called nucleolus organizer regions, as they give rise to the nucleolus. In rDNA, the tandem repeats are mostly found in the nucleolus; but heterochromatic rDNA is found outside of the nucleolus. However, transcriptionally active rDNA resides inside of the nucleolus itself. 5S tandem repeat sequences in several Drosophila were compared with each other; the result revealed that insertions and deletions occurred frequently between species and often flanked by conserved sequences. They could occur by slippage of the newly synthesized strand during DNA replication or by gene conversion. Conserved sequences at coding regions of rDNA allow comparisons of remote species, even between yeast and human. Human 5.8S rRNA has 75% identity with yeast 5.8S rRNA. In cases for sibling species, comparison of the rDNA segment including ITS tracts among species and phylogenetic analysis are made satisfactorily. The different coding regions of the rDNA repeats usually show distinct evolutionary rates. As a result, this DNA can provide phylogenetic information of species belonging to wide systematic levels.
Активность, стимулирующая рекомбинацию
Фрагмент дрожжевой рДНК, содержащий ген 5S, нетранскрибированный спейсер и часть гена 35S, обладает локализованной цис-действующей активностью, стимулирующей митотическую рекомбинацию. Этот фрагмент ДНК содержит горячую точку митотической рекомбинации, именуемую HOT1. HOT1 проявляет активность, стимулирующую рекомбинацию, при встраивании в новые участки генома дрожжей. HOT1 включает промотор транскрипции РНК-полимеразы I (PolI), который катализирует транскрипцию гена 35S рибосомной рРНК. В PolI-дефектном мутанте активность, стимулирующая рекомбинацию в горячей точке HOT1, подавляется. Уровень транскрипции PolI в HOT1, по-видимому, определяет уровень рекомбинации.
A fragment of yeast rDNA containing the 5S gene, non transcribed spacer DNA, and part of the 35S gene has localized cis acting mitotic recombination stimulating activity. This DNA fragment contains a mitotic recombination hotspot, referred to as HOT1. HOT1 expresses recombination stimulating activity when it is inserted into novel locations in the yeast genome. HOT1 includes an RNA polymerase I (PolI) transcription promoter that catalyzes 35S ribosomal rRNA gene transcription. In a PolI defective mutant, the HOT1 hotspot recombination stimulating activity is abolished. The level of PolI transcription in HOT1 appears to determine the level of recombination.
Клиническое значение
Болезни могут быть связаны с мутациями ДНК, при которых ДНК может расширяться, как при болезни Гентингтона, или теряться вследствие делеционных мутаций. То же справедливо и для мутаций, возникающих в тандемных повторах рДНК: было установлено, что нарушение или мутация генов, связанных с синтезом рибосом, может приводить к различным заболеваниям, затрагивающим скелет или костный мозг. Любое повреждение или нарушение работы ферментов, защищающих тандемные повторы рДНК, также может привести к снижению синтеза рибосом, что, в свою очередь, вызывает другие клеточные дефекты. Неврологические заболевания также могут быть вызваны мутациями в тандемных повторах рДНК, например, синдром Блума, который развивается при увеличении числа тандемных повторов почти в сто раз по сравнению с нормой. Различные виды рака также могут возникать из-за мутаций тандемных повторов в рибосомальной ДНК. Клеточные линии могут становиться злокачественными либо в результате перестройки тандемных повторов, либо вследствие их расширения в рДНК.
Diseases can be associated with DNA mutations where DNA can be expanded, such as Huntington's disease, or lost due to deletion mutations. The same is true for mutations that occur in rDNA repeats; it has been found that if the genes that are associated with the synthesis of ribosomes are disrupted or mutated, it can result in various diseases associated with the skeleton or bone marrow. Also, any damage or disruption to the enzymes that protect the tandem repeats of the rDNA, can result in lower synthesis of ribosomes, which also lead to other defects in the cell. Neurological diseases can also arise from mutations in the rDNA tandem repeats, such as Bloom syndrome, which occurs when the number of tandem repeats increases close to a hundred fold; compared with that of the normal number of tandem repeats. Various types of cancers can also be born from mutations of the tandem repeats in the ribosomal DNA. Cell lines can become malignant from either a rearrangement of the tandem repeats, or an expansion of the repeats in the rDNA.