D-smyčka - D-loop

Tento článek je o DNA struktura. Pro smyčku RNA který tvoří konec D ramene a přenos RNA molekula, viz D rameno.

v molekulární biologie, a posunovací smyčka nebo D-smyčka je DNA Struktura, kde jsou dva řetězce dvouvláknové molekuly DNA odděleny pro úsek a drženy od sebe třetím řetězcem DNA. An R-smyčka je podobný D-smyčce, ale v tomto případě je třetí řetězec spíše RNA než DNA. Třetí řetězec má a základna sekvence, která je komplementární k jednomu z hlavních pramenů a páry s ním, čímž vytlačí další komplementární hlavní řetězec v oblasti. V tomto regionu je tedy struktura formou trojřetězcová DNA. Schéma v článku představujícím tento termín ilustrovalo D-smyčku s tvarem připomínajícím velké písmeno „D“, kde posunutý pramen tvořil smyčku „D“.[1]

D-smyčky se vyskytují v řadě konkrétních situací, včetně v Oprava DNA, v telomery, a jako polostabilní struktura v mitochondriální kruhová DNA molekuly.

V mitochondriích

Výzkumní pracovníci v Caltech objevili v roce 1971, že kruhová mitochondriální DNA z rostoucích buněk obsahovala krátký segment tří řetězců, které nazývali vytěsňovací smyčka.[1] Zjistili, že třetí řetězec je replikovaným segmentem těžké vlákno (nebo H-vlákno) molekuly, kterou přemístil, a byl vodíkovou vazbou na světelný řetězec (nebo L-řetězec). Od té doby se ukázalo, že třetí řetězec je počáteční segment generovaný a replikace těžkého řetězce, který byl zatčen krátce po zahájení a v tomto stavu je často po určitou dobu udržován.[2]D-smyčka se vyskytuje v hlavní nekódující oblasti mitochondriální DNA molekuly, segmentu zvaném kontrolní oblast nebo oblast D smyčky.

Replikace mitochondriální DNA může nastat dvěma různými způsoby, přičemž oba začínají v oblasti D-smyčky.[3]Jedním ze způsobů je pokračování replikace těžkého řetězce prostřednictvím podstatné části (např. Dvou třetin) kruhové molekuly a poté začíná replikace lehkého řetězce. Nověji hlášený režim začíná na jiném počátku v oblasti D-smyčky a používá replikaci vázaného řetězce se současnou syntézou obou řetězců.[3][4]

Určité báze v oblasti D-smyčky jsou zachovány, ale velké části jsou vysoce variabilní a tato oblast se ukázala být užitečná pro studium evoluční historie obratlovců.[5]Region obsahuje promotéři pro transkripce z RNA ze dvou řetězců mitochondriální DNA bezprostředně sousedících se strukturou D-smyčky, která je spojena se zahájením replikace DNA.[6] Sekvence D-smyčky jsou také zajímavé pro studium rakoviny.[7]

Funkce D-smyčky ještě není jasná, ale nedávný výzkum naznačuje, že se podílí na organizaci mitochondriální nukleoid.[8][9]

V telomerách

V roce 1999 to bylo oznámeno telomery, které uzavírají konec chromozomy, ukončit v laso struktura podobná T-smyčce (Telomere-loop).[10] Jedná se o smyčku obou řetězců chromozomu, které jsou spojeny s dřívějším bodem dvouvláknové DNA 3 'konec vlákna napadení páru vláken za vzniku D-smyčky. Spoj je stabilizován pomocí přístřešek protein POT1.[11] T-smyčka, kterou doplňuje spojka D-smyčky, chrání konec chromozomu před poškozením.[12]

Při opravě DNA

Pokud dvouřetězcová molekula DNA utrpěla zlom v obou řetězcích, je k dispozici jeden opravný mechanismus diploidní eukaryotický buňky je homologní rekombinační oprava. To využívá intaktní chromozom, který je homologní k rozbitému, jako šablona k uvedení dvou dvouvláknových částí do správného zarovnání pro opětovné připojení. Na začátku tohoto procesu je jedno vlákno jednoho kusu spojeno s vláknem intaktního chromozomu a toto vlákno se v tomto bodě používá k vytvoření D-smyčky, čímž se vytlačí další vlákno intaktního chromozomu. K uskutečnění opětovného spojení následují různé kroky ligace a syntézy.[13]

U lidí protein RAD51 je centrem homologního hledání a tvorby D-smyčky. V bakterie Escherichia coli podobnou funkci plní protein RecA.[14]

Meiotická rekombinace

Současný model meiotické rekombinace, iniciovaný dvouvláknovým zlomem nebo mezerou, následovaný párováním s homologním chromozomem a invazí vlákna, aby byl zahájen proces rekombinace. Oprava mezery může vést k crossover (CO) nebo non-crossover (NCO) z přilehlých oblastí. Předpokládá se, že k rekombinaci CO dochází u Double Holliday Junction (DHJ), obrázek vpravo nahoře. Předpokládá se, že NCO rekombinanty se vyskytují primárně na modelu Synthesis Dependent Strand Annealing (SDSA), ilustrovaném vlevo nahoře. Většina událostí rekombinace se zdá být typu SDSA.

V době redukční dělení buněk, oprava poškození dvouřetězcových vláken, zejména dvouřetězcových zlomů, probíhá rekombinačním procesem uvedeným v doprovodném schématu. Jak je znázorněno na obrázku, D-smyčka hraje v meiotice ústřední roli rekombinační oprava takových škod. Během tohoto procesu Rad51 a DMC1 rekombinázy vázat 3 'jednovláknové ocasy DNA (ssDNA) a vytvořit šroubovici nukleoprotein vlákna, která provádějí hledání intaktní homologní dvouvláknové DNA (dsDNA).[15] Jakmile je nalezena homologní sekvence, rekombinázy usnadňují invazi konce ssDNA do homologní dsDNA za vzniku D-smyčky. Po výměně vláken homologní rekombinace meziprodukty jsou zpracovávány jednou ze dvou odlišných drah (viz diagram) za vzniku finálních rekombinantních chromozomů.

Viz také

Reference

  1. ^ A b Kasamatsu, H .; Robberson, D. L .; Vinograd, J. (1971). „Nová uzavřená kruhová mitochondriální DNA s vlastnostmi replikujícího se meziproduktu“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 68 (9): 2252–2257. Bibcode:1971PNAS ... 68,2252K. doi:10.1073 / pnas.68.9.2252. PMC  389395. PMID  5289384.
  2. ^ Doda, J. N .; Wright, C. T .; Clayton, D. A. (1981). „Prodloužení řetězců vytěsňovací smyčky v lidské a myší mitochondriální DNA je zastaveno v blízkosti specifických templátových sekvencí“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 78 (10): 6116–6120. Bibcode:1981PNAS ... 78.6116D. doi:10.1073 / pnas.78.10.6116. PMC  348988. PMID  6273850.
  3. ^ A b Fish, J .; Raule, N .; Attardi, G. (2004). „Objev hlavního počátku replikace D-smyčky odhaluje dva způsoby syntézy lidské mtDNA“ (PDF). Věda. 306 (5704): 2098–2101. Bibcode:2004Sci ... 306.2098F. doi:10.1126 / science.1102077. PMID  15604407.
  4. ^ Holt, I.J .; Lorimer, H. E.; Jacobs, H. T. (2000). „Spojená syntéza předního a zaostávajícího řetězce savčí mitochondriální DNA“. Buňka. 100 (5): 515–524. doi:10.1016 / s0092-8674 (00) 80688-1. PMID  10721989.
  5. ^ Larizza, A .; Pesole, G .; Reyes, A .; Sbisà, E .; Saccone, C. (2002). "Specifičnost linie evoluční dynamiky oblasti mtDNA D-smyčky u hlodavců". Journal of Molecular Evolution. 54 (2): 145–155. Bibcode:2002JMolE..54..145L. doi:10.1007 / s00239-001-0063-4. PMID  11821908.
  6. ^ Chang, D. D .; Clayton, D. A. (1985). „Primování replikace lidské mitochondriální DNA probíhá na promotoru světelného řetězce“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 82 (2): 351–355. Bibcode:1985PNAS ... 82..351C. doi:10.1073 / pnas.82.2.351. PMC  397036. PMID  2982153.
  7. ^ Akouchekian, M .; Houshmand, M .; Hemati, S .; Ansaripour, M .; Shafa, M. (2009). "Vysoká rychlost mutace v oblasti smyčky přemístění mitochondriální DNA u lidského rakoviny tlustého střeva". Nemoci tlustého střeva a konečníku. 52 (3): 526–530. doi:10,1007 / DCR.0b013e31819acb99. PMID  19333057.
  8. ^ On, J .; Mao, C. -C .; Reyes, A .; Sembongi, H .; Di Re, M .; Granycome, C .; Clippingdale, A. B .; Fearnley, I.M .; Harbor, M .; Robinson, A. J .; Reichelt, S .; Spelbrink, J. N .; Walker, J. E .; Holt, I. J. (2007). „Protein AAA + ATAD3 má vazebné vlastnosti vytěsňovací smyčky a podílí se na organizaci mitochondriálních nukleoidů.“. The Journal of Cell Biology. 176 (2): 141–146. doi:10.1083 / jcb.200609158. PMC  2063933. PMID  17210950.
  9. ^ Leslie, M. (2007). "Hodeno pro smyčku D". The Journal of Cell Biology. 176 (2): 129a. doi:10.1083 / jcb.1762iti3. PMC  2063944.
  10. ^ Griffith, J. D .; Comeau, L .; Rosenfield, S .; Stansel, R. M .; Bianchi, A .; Moss, H .; De Lange, T. (1999). "Savčí telomery končí ve velké duplexní smyčce". Buňka. 97 (4): 503–514. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 80760-6. PMID  10338214.
  11. ^ Maestroni L, Matmati S, Coulon S (2017). „Řešení problému replikace telomerů“. Geny. 8 (2): E55. doi:10,3390 / geny8020055. PMC  5333044. PMID  28146113.
  12. ^ Greider, C. W. (1999). "Telomeres do D-loop-T-loop". Buňka. 97 (4): 419–422. doi:10.1016 / s0092-8674 (00) 80750-3. PMID  10338204.
  13. ^ Hartl, Daniel L .; Jones, Elizabeth W. (2005). „stránka 251“. Genetika: Analýza genů a genomů. Vydavatelé Jones & Bartlett. ISBN  978-0763715113.
  14. ^ Shibata, T .; Nishinaka, T .; Mikawa, T .; Aihara, H .; Kurumizaka, H .; Yokoyama, S .; Ito, Y. (2001). „Homologní genetická rekombinace jako vnitřní dynamická vlastnost struktury DNA indukovaná proteiny rodiny RecA / Rad51: možná výhoda DNA oproti RNA jako genomickému materiálu“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 98 (15): 8425–8432. Bibcode:2001PNAS ... 98.8425S. doi:10.1073 / pnas.111005198. PMC  37453. PMID  11459985.
  15. ^ Sansam CL, Pezza RJ (2015). „Spojení rozbitím a opravou: mechanismy výměny řetězců DNA v meiotické rekombinaci“. FEBS J. 282 (13): 2444–57. doi:10.1111 / febs.13317. PMC  4573575. PMID  25953379.