Opakovaná sekvence (DNA) - Repeated sequence (DNA) - Wikipedia

Opakované sekvence (také známý jako opakující se prvky, opakující se jednotky nebo opakuje) jsou vzory nukleové kyseliny (DNA nebo RNA), které se vyskytují v několika kopiích v celém souboru genom. Opakovaná DNA byla poprvé detekována kvůli její rychlosti opětovné sdružení kinetika. V mnoha organismech je významná část genomové DNA vysoce repetitivní, přičemž více než dvě třetiny sekvence tvoří u lidí opakující se prvky.[1]

Opakované prvky nalezené v genomech spadají do různých tříd v závislosti na jejich struktuře a / nebo způsobu množení. Dispozice opakujících se prvků spočívá buď v sadách tandemově opakovaných sekvencí, nebo v opakováních rozptýlených po celém genomu (viz níže).

Funkce

Debaty o potenciálních funkcích těchto prvků byly dlouhodobé. Kontroverzní odkazy na „haraburdí“ nebo „sobeckou“ DNA byly předloženy brzy, což znamená, že opakující se segmenty DNA jsou pozůstatky z minulé evoluce nebo autonomních samoreplikujících se sekvencí hackujících buněčný aparát, aby se množily.[2][3]Původně objevila Barbara McClintocková,[4] rozptýlené opakování bylo stále více uznáváno jako potenciální zdroj genetické variace a regulace. Spolu s těmito regulačními rolemi byla také navržena strukturální role opakované DNA při formování 3D skládání genomů.[5] Tuto hypotézu podporuje pouze omezený soubor experimentálních důkazů. Například u člověka, myši a mouchy má několik tříd opakujících se prvků vysokou tendenci ke společné lokalizaci v jaderném prostoru, což naznačuje, že DNA opakující se polohy mohou být buňkou použity jako mapa skládání genomu.[6]

Tandemové repetice u lidských onemocnění

Několik tandemových sekvencí, zejména opakování trinukleotidů, je základem několika lidské nemoci. Opakování trinukleotidů se může rozšířit v zárodečná linie v průběhu následujících generací vedoucích ke stále závažnějším projevům nemoci. Mezi nemoci, ve kterých dochází k expanzi, patří Huntingtonova choroba, syndrom křehkého X, několik spinocerebelární ataxie, myotonická dystrofie a Friedrich ataxie.[7] Trinukleotidové opakované expanze může nastat až prokluz pramene v době replikace DNA nebo během Oprava DNA syntéza.[7]

Hexanukleotidové GGGGCC opakující se sekvence v C9orf72 gen jsou běžnou příčinou Amyotrofní laterální skleróza a frontotemporální demence.[8] CAG trinukleotidové repetiční sekvence jsou základem několika spinocerebelárních ataxií (SCAs-SCA1; SCA2; SCA3; SCA6; SCA7; SCA12; SCA17 ).[8] Huntingtonova choroba výsledky nestabilní expanze opakovaných CAG sekvencí v exon 1 z huntingtin gen (HTT). HTT kóduje a protein lešení který se přímo účastní oprava poškození oxidační DNA.[9] To bylo poznamenáno geny obsahující patogenní CAG repetice často kódují proteiny, které samy hrají roli v Poškození DNA reakce a že opakované expanze mohou narušit specifické cesty opravy DNA.[10] Chybná oprava poškození DNA v opakovaných sekvencích může způsobit další expanzi těchto sekvencí, a tím nastartovat začarovaný kruh patologie.[10]

Typy

Hlavní typy

Hlavní kategorie opakovaná sekvence nebo opakuje:

U primátů je většina linií LINE-1 a většina linií SINE Alu. SVA jsou specifické pro hominoidy.

U prokaryot CRISPR jsou pole střídavých opakování a mezer.

Evoluční opakované sekvence odvozené z událostí virové infekce.[11]

Jiné typy

Poznámka: Následující části jsou podrobně popsány v části „Výpočet pro srovnávací mikrobiální genomiku“.[12]

  • Přímé opakování
    • Globální přímé opakování
    • Místní přímé jednoduché opakování
    • Místní přímé opakování
    • Místní přímé opakování s mezerníkem
  • Obrácené opakování
  • Zrcadlo a opakované opakování

Biotechnologie

Hlavní článek: Mikrosatelit § Analýza

Opakovaná DNA je těžká sekvence použitím sekvenování nové generace techniky: sestava sekvence z krátkých čtení prostě nelze určit délku opakující se části. Tento problém je obzvláště závažný u mikrosatelitů, které jsou vyrobeny z malých opakovacích jednotek s rychlostí 1–6 bp.[13]

Mnoho vědců historicky vynechalo opakující se části při analýze a publikování dat celého genomu.[14]

Viz také

Reference

  1. ^ de Koning AP, Gu W, Castoe TA, Batzer MA, Pollock DD (prosinec 2011). „Opakující se prvky mohou tvořit více než dvě třetiny lidského genomu“. Genetika PLoS. 7 (12): e1002384. doi:10.1371 / journal.pgen.1002384. PMC  3228813. PMID  22144907.
  2. ^ Ohno S (1972). „Tolik„ haraburdí “DNA v našem genomu“. Brookhaven Symposia in Biology. 23: 366–70. PMID  5065367.
  3. ^ Orgel LE, Crick FH, Sapienza C (prosinec 1980). „Sobecká DNA“. Příroda. 288 (5792): 645–6. doi:10.1038 / 288645a0. PMID  7453798.
  4. ^ Mcclintock B (1. ledna 1956). "Ovládající prvky a gen". Cold Spring Harbor Symposia o kvantitativní biologii. 21: 197–216. doi:10.1101 / SQB.1956.021.01.017. PMID  13433592.
  5. ^ Shapiro JA, von Sternberg R (květen 2005). "Proč je pro funkci genomu nezbytná opakující se DNA". Biologické recenze Cambridge Philosophical Society. 80 (2): 227–50. doi:10.1017 / S1464793104006657. PMID  15921050.
  6. ^ Cournac A, Koszul R, Mozziconacci J (leden 2016). „3D skládání metazoanových genomů koreluje s asociací podobných opakujících se prvků“. Výzkum nukleových kyselin. 44 (1): 245–55. doi:10.1093 / nar / gkv1292. PMC  4705657. PMID  26609133.
  7. ^ A b Usdin K, House NC, Freudenreich CH (22. ledna 2015). „Repeat nestability during DNA repair: Insights from model systems“. Kritické recenze v biochemii a molekulární biologii. 50 (2): 142–67. doi:10.3109/10409238.2014.999192. PMC  4454471. PMID  25608779.
  8. ^ A b Abugable AA, Morris JL, Palminha NM, Zaksauskaite R, Ray S, El-Khamisy SF (září 2019). „Oprava DNA a neurologické onemocnění: Od molekulárního porozumění k vývoji diagnostiky a modelových organismů“. Oprava DNA. 81: 102669. doi:10.1016 / j.dnarep.2019.102669. PMID  31331820.
  9. ^ Maiuri T, Mocle AJ, Hung CL, Xia J, van Roon-Mom WM, Truant R (leden 2017). „Huntingtin je protein lešení v komplexu reakce na poškození oxidační DNA ATM“. Lidská molekulární genetika. 26 (2): 395–406. doi:10,1093 / hmg / ddw395. PMID  28017939.
  10. ^ A b Massey TH, Jones L (leden 2018). „Ústřední role poškození a opravy DNA u opakovaných nemocí CAG“. Modely a mechanismy nemocí. 11 (1): dmm031930. doi:10,1242 / dmm.031930. PMC  5818082. PMID  29419417.
  11. ^ Villarreal LP (2005). Viry a vývoj života. Stiskněte ASM. ISBN  978-1-55581-309-3.[stránka potřebná ]
  12. ^ Ussery DW, Wassenaar TM, Borini S (2009). Msgstr "Frekvence a opakování slov". Výpočet pro srovnávací mikrobiální genomiku. Výpočetní biologie. 8. str. 137–150. doi:10.1007/978-1-84800-255-5_8. ISBN  978-1-84800-254-8.
  13. ^ De Bustos A, Cuadrado A, Jouve N (listopad 2016). "Sekvenování dlouhých úseků opakující se DNA". Vědecké zprávy. 6 (1): 36665. doi:10.1038 / srep36665. PMID  27819354.
  14. ^ Slotkin RK (1. května 2018). "Důvod pro maskování repetitivní DNA". Mobilní DNA. 9 (1): 15. doi:10.1186 / s13100-018-0120-9. PMID  29743957.

externí odkazy