Повторяющаяся последовательность (ДНК) - Repeated sequence (DNA)

Повторяющиеся последовательности (также известен как повторяющиеся элементы, повторяющиеся единицы или же повторяет) являются образцами нуклеиновые кислоты (ДНК или РНК), которые встречаются в нескольких копиях по всему геном. Повторяющаяся ДНК была впервые обнаружена из-за ее быстрого воссоединение Кинетика. У многих организмов значительная часть геномной ДНК является очень повторяющейся, причем более двух третей последовательности у человека состоят из повторяющихся элементов.[1]

Повторяющиеся элементы, обнаруженные в геномах, делятся на разные классы в зависимости от их структуры и / или способа размножения. Расположение повторяющихся элементов состоит либо в массивах тандемно повторяющихся последовательностей, либо в повторах, рассредоточенных по всему геному (см. Ниже).

Функции

Споры о потенциальных функциях этих элементов ведутся давно. Спорные ссылки на «мусорную» или «эгоистичную» ДНК были выдвинуты на раннем этапе, подразумевая, что повторяющиеся сегменты ДНК являются остатками прошлой эволюции или автономных самовоспроизводящихся последовательностей, взламывающих клеточный аппарат для размножения.[2][3]Первоначально обнаруженная Барбарой МакКлинток,[4] диспергированные повторы все чаще признаются потенциальным источником генетической изменчивости и регуляции. Наряду с этими регуляторными ролями также была предложена структурная роль повторяющейся ДНК в формировании трехмерной укладки геномов.[5] Эта гипотеза подтверждается лишь ограниченным набором экспериментальных данных. Например, у человека, мыши и мухи несколько классов повторяющихся элементов имеют высокую тенденцию к совместной локализации в ядерном пространстве, предполагая, что положения повторов ДНК могут использоваться клеткой в ​​качестве карты складывания генома.[6]

Тандемные повторы при заболеваниях человека

Последовательности тандемных повторов, в частности, тринуклеотидные повторы, лежат в основе нескольких заболевания человека. Тринуклеотидные повторы могут увеличиваться в зародышевый в течение следующих друг за другом поколений, что приводит к все более тяжелым проявлениям болезни. Болезни, при которых происходит расширение, включают: Болезнь Хантингтона, синдром ломкой Х-хромосомы, несколько спиноцеребеллярная атаксия, миотоническая дистрофия и Атаксия Фридриха.[7] Расширения тринуклеотидных повторов может произойти через смещение прядей в течение Репликация ДНК или во время Ремонт ДНК синтез.[7]

Последовательности гексануклеотидных повторов GGGGCC в C9orf72 ген являются частой причиной боковой амиотрофический склероз и лобно-височная деменция.[8] CAG последовательности тринуклеотидных повторов лежат в основе нескольких спиноцеребеллярных атаксий (SCA-SCA1; SCA2; SCA3; SCA6; SCA7; SCA12; SCA17 ).[8] Болезнь Хантингтона возникает в результате нестабильного распространения повторяющихся последовательностей CAG в экзон 1 из Хантингтин ген (HTT). HTT кодирует каркасный белок который непосредственно участвует в восстановление окислительного повреждения ДНК.[9] Было отмечено, что гены содержащие патогенные повторы CAG, часто кодируют белки, которые сами играют роль в Повреждение ДНК ответ и что повторные экспансии могут нарушать специфические пути репарации ДНК.[10] Неправильная репарация повреждений ДНК в повторяющихся последовательностях может вызвать дальнейшее расширение этих последовательностей, тем самым создавая порочный круг патологии.[10]

Типы

Основные типы

Основные категории повторяющаяся последовательность или же повторяет:

У приматов большинство LINE - это LINE-1, а большинство SINE - это Алу. SVA специфичны для гоминоидов.

У прокариот CRISPR представляют собой массивы чередующихся повторов и разделителей.

Повторяющиеся последовательности, эволюционно полученные из событий вирусной инфекции.[11]

Другие типы

Примечание. Следующее подробно описано в разделе «Вычисления для сравнительной геномики микробов».[12]

  • Прямые повторы
    • Глобальный прямой повтор
    • Локальные прямые простые повторы
    • Местные прямые повторы
    • Локальные прямые повторы со спейсером
  • Инвертированные повторы
    • Глобальный перевернутый повтор
    • Местный перевернутый повтор
    • Перевернутый раппорт с проставкой
    • Палиндромный повтор
  • Зеркальные и перевернутые повторы

Биотехнологии

Основная статья: Микроспутник § Анализ

Повторяющуюся ДНК трудно последовательность с помощью секвенирование следующего поколения техники: сборка последовательности из коротких чтений просто невозможно определить длину повторяющейся части. Эта проблема особенно серьезна для микросателлитов, которые состоят из крошечных повторяющихся единиц размером 1-6 пар оснований.[13]

Многие исследователи исторически не учитывали повторяющиеся части при анализе и публикации данных о полном геноме.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ де Конинг А.П., Гу В., Кастое Т.А., Батцер М.А., Поллок Д.Д. (декабрь 2011 г.). «Повторяющиеся элементы могут составлять более двух третей генома человека». PLoS Genetics. 7 (12): e1002384. Дои:10.1371 / journal.pgen.1002384. ЧВК  3228813. PMID  22144907.
  2. ^ Оно С (1972). «Так много« мусорной »ДНК в нашем геноме». Брукхейвенские симпозиумы по биологии. 23: 366–70. PMID  5065367.
  3. ^ Оргель Л. Е., Крик Ф. Х., Сапиенца С. (декабрь 1980 г.). «Эгоистичная ДНК». Природа. 288 (5792): 645–6. Дои:10.1038 / 288645a0. PMID  7453798.
  4. ^ Макклинток B (1 января 1956 г.). «Управляющие элементы и ген». Симпозиумы Колд-Спринг-Харбор по количественной биологии. 21: 197–216. Дои:10.1101 / SQB.1956.021.01.017. PMID  13433592.
  5. ^ Шапиро Дж. А., фон Штернберг Р. (май 2005 г.). «Почему повторяющаяся ДНК важна для функционирования генома». Биологические обзоры Кембриджского философского общества. 80 (2): 227–50. Дои:10.1017 / S1464793104006657. PMID  15921050.
  6. ^ Курнак А., Кошул Р., Моззиконаччи Дж. (Январь 2016 г.). «Трехмерное сворачивание геномов многоклеточных животных коррелирует с ассоциацией подобных повторяющихся элементов». Исследования нуклеиновых кислот. 44 (1): 245–55. Дои:10.1093 / нар / gkv1292. ЧВК  4705657. PMID  26609133.
  7. ^ а б Usdin K, House NC, Freudenreich CH (22 января 2015 г.). «Повторяющаяся нестабильность во время восстановления ДНК: выводы из модельных систем». Критические обзоры в биохимии и молекулярной биологии. 50 (2): 142–67. Дои:10.3109/10409238.2014.999192. ЧВК  4454471. PMID  25608779.
  8. ^ а б Abugable AA, Morris JL, Palminha NM, Zaksauskaite R, Ray S, El-Khamisy SF (сентябрь 2019 г.). «Ремонт ДНК и неврологические заболевания: от молекулярного понимания до разработки диагностических и модельных организмов». Ремонт ДНК. 81: 102669. Дои:10.1016 / j.dnarep.2019.102669. PMID  31331820.
  9. ^ Майури Т., Мокл А.Дж., Хунг С.Л., Ся Дж., Ван Рун-Мам В.М., Труант Р. (январь 2017 г.). «Хантингтин представляет собой каркасный белок в комплексе ответа на окислительное повреждение ДНК ATM». Молекулярная генетика человека. 26 (2): 395–406. Дои:10.1093 / hmg / ddw395. PMID  28017939.
  10. ^ а б Мэсси Т.Х., Джонс Л. (январь 2018 г.). «Центральная роль повреждения и восстановления ДНК в заболеваниях, связанных с повторением CAG». Модели и механизмы заболеваний. 11 (1): dmm031930. Дои:10.1242 / дмм.031930. ЧВК  5818082. PMID  29419417.
  11. ^ Вильярреал LP (2005). Вирусы и эволюция жизни. ASM Press. ISBN  978-1-55581-309-3.[страница нужна ]
  12. ^ Ussery DW, Wassenaar TM, Borini S (2009). «Частоты и повторы слов». Вычисления для сравнительной микробной геномики. Вычислительная биология. 8. С. 137–150. Дои:10.1007/978-1-84800-255-5_8. ISBN  978-1-84800-254-8.
  13. ^ Де Бустос А., Куадрадо А., Жув Н. (ноябрь 2016 г.). «Секвенирование длинных участков повторяющейся ДНК». Научные отчеты. 6 (1): 36665. Дои:10.1038 / srep36665. PMID  27819354.
  14. ^ Слоткин Р.К. (1 мая 2018 г.). «Довод в пользу того, чтобы не скрывать повторяющуюся ДНК». Мобильная ДНК. 9 (1): 15. Дои:10.1186 / s13100-018-0120-9. PMID  29743957.

внешняя ссылка