Введение

Повторяющийся сегмент ДНК (10–60 пар оснований) – последовательность ДНК.

В генетике минисателлит – это участок повторяющейся ДНК, в котором определенные ДНК-мотивы (длиной от 10 до 60 пар оснований) обычно повторяются от двух до нескольких сотен раз. Минисателлиты встречаются более чем в 1000 местах в геноме человека и характеризуются высокой частотой мутаций и высоким разнообразием в популяции. Минисателлиты особенно заметны в центромерах и теломерах хромосом, последние из которых защищают хромосомы от повреждений. Название "сателлит" связано с ранним наблюдением, что центрифугирование геномной ДНК в пробирке разделяет основной слой ДНК на фракции, среди которых выделяются "сателлитные" слои повторяющейся ДНК. Минисателлиты – это короткие последовательности ДНК, которые не кодируют белки, но встречаются в геноме сотни раз, причем множество повторяющихся копий расположены рядом друг с другом. Минисателлиты и их более короткие аналоги, микросателлиты, вместе классифицируются как ДНК с переменным числом тандемных повторов (VNTR). Следует отметить, что минисателлиты часто называют VNTR, а микросателлиты – короткими тандемными повторами (STR) или простыми последовательностями повторов (SSR).

Структура

Миниспутники состоят из повторяющихся, как правило, богатых GC мотивов, длина которых варьируется от 10 до более чем 100 пар оснований. Эти варианты повторов расположены тандемно, перемежаясь друг с другом. Некоторые миниспутники содержат центральную последовательность (или "основной блок") нуклеотидов "GGGCAGGANG" (где N может быть любым основанием) или, в более общем случае, состоят из последовательных мотивов пуринов (аденина (A) и гуанина (G)) и пиримидинов (цитозина (C) и тимина (T)). Гипервариабельные миниспутники имеют основные блоки длиной от 9 до 64 пар оснований и в основном находятся в центромерных областях. У человека 90% миниспутников располагаются в субтеломерных областях хромосом. Сама последовательность человеческой теломеры представляет собой тандемный повтор: TTAGGG TTAGGG TTAGGG.

Функция

Миниспутники были вовлечены в регуляцию экспрессии генов (например, на уровнях транскрипции, альтернативного сплайсинга или контроля импринтинга). Обычно это некодирующая ДНК, но в некоторых случаях они могут быть частью генов. Миниспутники также формируют хромосомные теломеры, которые защищают концы хромосом от повреждений или слияния с соседними хромосомами.

Мутабельность

Миниспутники ассоциированы с хрупкими участками хромосом и расположены вблизи множества повторяющихся точек разрыва транслокаций. Показано, что некоторые человеческие миниспутники (~1%) обладают гипермутабельностью, со средней частотой мутаций в зародышевой линии выше 0,5% и до более чем 20%, что делает их наиболее нестабильным участком в геноме человека на сегодняшний день. В то время как другие геномы (мыши, крысы и свиньи) содержат последовательности, подобные миниспутникам, ни один из них не был обнаружен как гипермутабельный. Поскольку все гипермутабельные миниспутники содержат внутренние варианты, они предоставляют чрезвычайно информативные системы для анализа сложных процессов обновления, происходящих в этом классе тандемных повторов. Картирование повторов вариантов миниспутников с помощью ПЦР (MVR PCR) широко используется для определения моделей интерсперсии вариантов повторов вдоль массива, что позволяет получить подробную информацию о структуре аллелей до и после мутации. Исследования выявили различные процессы мутаций, действующие в соматических и зародышевых клетках. Соматическая нестабильность, обнаруженная в ДНК крови, проявляется в виде простых и редких внутриаллельных событий, на два-три порядка величины ниже, чем в сперме. Напротив, в зародышевой линии происходят сложные меж-аллельные конверсии, подобные событиям. Дополнительный анализ последовательностей ДНК, фланкирующих человеческие миниспутники, также выявил интенсивную и высоко локализованную горячую точку мейотического кроссинговера, расположенную выше по течению от нестабильной стороны миниспутниковых массивов. Таким образом, обновление повторов, по-видимому, контролируется рекомбинационной активностью в ДНК, фланкирующей массив повторов, и приводит к полярности мутаций. Эти данные позволяют предположить, что миниспутники, вероятно, эволюционировали как сопутствующие локализованным горячим точкам мейотической рекомбинации в геноме человека. Предполагается, что последовательности миниспутников стимулируют хромосомы к обмену ДНК. В альтернативных моделях, основной причиной вариаций числа копий миниспутников является наличие соседних горячих точек разрыва двухцепочечной ДНК. Предполагается, что соматические изменения являются результатом трудностей репликации (которые могут включать скольжение репликации и другие явления). Исследования показали, что эволюционная судьба миниспутников имеет тенденцию к достижению равновесного распределения размеров аллелей, пока мутации во фланкирующей ДНК не повлияют на рекомбинационную активность миниспутников, подавляя нестабильность ДНК. Такое событие в конечном итоге приведет к исчезновению гипермутабельного миниспутника посредством мейотического отбора.

История

Первый человеческий миниспутник был обнаружен в 1980 году А. Р. Уайманом и Р. Уайтом. Обнаружив их высокую степень вариабельности, сэр Алек Джеффрис разработал ДНК-дактилоскопию на основе миниспутников, разрешив первое иммиграционное дело с использованием ДНК в 1985 году и первое криминалистическое дело об убийстве – убийства в Эндерби в Соединенном Королевстве, в 1986 году. Впоследствии миниспутники также использовались в качестве генетических маркеров в анализе генетической связи и популяционных исследованиях, но в 1990-х годах их быстро заменили на микроспутниковый профиль. Термин "спутниковая ДНК" возник из наблюдения в 1960-х годах фракции фрагментированной ДНК, демонстрировавшей отчетливую плавучую плотность, обнаруживаемую как "спутниковый пик" при центрифугировании в градиенте плотности, и которая впоследствии была идентифицирована как крупные центромерные тандемные повторы. Когда более короткие (10–30 п.н.) тандемные повторы были идентифицированы позднее, они стали известны как миниспутники. Наконец, с открытием тандемных повторов простых последовательностей мотивов был введен термин "микроспутники".