Сателлитная ДНК (локализованные тандемные повторы)
Большинство эукариотических геномов содержат тандемно организованные высокоповторенные последовательности . В некоторых видах эти повторы составляют большинство геномной ДНК. Например, у кенгуровой крысы (Dipodomys ordii) более 50% всего генома состоит из трех повторенных последовательностей: AAG (2.4 млрд. копий), TTAGGG (2.2 млрд. копий) и ACAAGCGGG (1.2 млрд. копий) ( Widegren et al, 1985 ). Конечно, эти семейства не полностью гомогенны, а содержат множество вариантов, которые отличаются от консенсусной последовательности по одной-двум позициям. Например, некоторые последовательности в TTAGGG семействе являются последовательностями TTAGAG. Несмотря на то, что многие из локализованных высоких повторов имеют столь одинаковый нуклеотидный состав, после фракционирования геномной ДНК и разделения в градиенте плотности, они образуют одну или более четких полос, отделимых от основного ДНК - "бэнда" и от фона, созданного фрагментами более гетерогенного состава. Эти полосы получили название сателлитной ДНК .
У некоторых видов тандемные высокоповторенные последовательности располагаются на всех хромосомах, тогда как у других они локализованы в определенных местах. Например, 60% генома Dr. nasutoides состоит из сателлитной ДНК, и вся она локализована в одной из четырех хромосом ( Miklos, 1985 ). Основываясь на данных, ставших доступными к настоящему времени, вполне вероятно предположить, что локализованные высокие повторы не имеют какой-либо конкретной функции. Более того, возможно, что они не увеличивают и не уменьшают приспособленности особей. Следовательно, эволюция таких последовательностей не испытывала влияния естественного отбора, а определялась в основном генной конверсией и неравным кроссинговером. Действие этих механизмов может иметь два следствия:
1) гомогенность последовательностей и
2) значительные флуктуации в числе копий за время эволюции. Также было предположено, что скорость обмена локализованных повторов довольна высока; таким образом, существующие блоки могут удаляться неравным кроссиноговером, тогда как новые могут непрерывно создаваться в процессе дупликации ДНК ( Walsh, 1987 ).
Хорошо изученным представителем часто повторяющиеся последовательности, число которых превышает 105 на гаплоидный геном, является сателлитная ДНК, которая состоит из коротких тандемных повторов длиной 1-20 п.о., организованных в длинные блоки. Одними из первых среди повторяющихся последовательностей ДНК эукариот были открыты сателлитные ДНК тимуса телят. Свое название они получили на основании того, что при анализе суммарной эукариотической ДНК центрифугированием в градиенте плотности хлористого цезия они сопровождали основной пик оптической плотности в виде плеча (спутника, сателлита). Именно гомогенный нуклеотидный состав фракции сателлитных ДНК, определяемый наличием в ней многочисленных коротких повторов, изменял ее плавучую плотность, что легко обнаруживалось при центрифугировании. В классическом определении сателлитных ДНК Р.Д. Бриттен и соавт. (1974 г.) отмечали, что сателлиты - это минорный компонент ДНК, отделяющийся от основной ДНК при равновесном ультрацентрифугировании в градиенте плотности CsCl.
Для сателлитов характерен ряд свойств:
а) быстрая и точная реассоциация в процессе ренатурации ДНК;
б) множество копий;
в) простая первичная структура;
г) гомогенный состав (протяженные кластеры одних и тех же повторяющихся блоков последовательны);
д) пурин-пиримидиновая асимметрия в распределении нуклеотидов по цепям ДНК;
е) концентрирование в прицентромерном гетерохроматине;
ж) ограниченная репликация (недорипликация) при политенизации хромосом;
з) нахождение в составе хромосом в виде тандемно (друг за другом) расположенных кластеров.
Микро- (от 1 до 4 п.о. в основном повторяющемся блоке) и минисателлитные (с бoльшим числом п.о. в индивидуальном повторе) ДНК характеризуются высокой вариабельностью по числу копий в геномах организмов даже одного вида и в ряде случаев обладают генетической нестабильностью как в норме, так и при некоторых патологических состояниях организмов. Благодаря этому свойству мини- и микросателлиты часто называют тандемными повторами с изменяющимся числом копий VNTR (variable number of tandem repeats) .
Впервые последовательности сателлитных ДНК человека были выделены центрифугированием в градиенте плотности хлористого цезия [ Corneo et al., 1967 ] как отдельные, сателлитные фракции, отличающиеся по плавучей плотности от основной массы ДНК.
К настоящему времени в геноме человека обнаружено по крайней мере шесть видов сателлитных повторов [ Lee et al., 1997 ]:
1.Короткие прямые повторы, так называемые классические сателлиты .
Выделяют три типа классических сателлитов:
сателлит 1 , имеющий элементарную повторяющуюся единицу длиной 42 н. п. и обнаруженный на хромосомах 3 , 4 , 13 , 14 , 15 , 21 , 22 ;
сателлит 2 , имеющий элементарную повторяющуюся единицу длиной 5 н. п. и обнаруженный на хромосомах 1 , 2 , 10 , 16 ;
сателлит 3 , имеющий элементарную повторяющуюся единицу длиной 5 н. п. и обнаруженный на хромосомах 1 , 5 , 9 , 10 , 13 , 14 , 15 , 17 , 20 , 21 , 22 , Y ;
2. альфа-сателлитные повторы , имеющие элементарную повторяющуюся единицу длиной 171 н. п. и обнаруженные на всех хромосомах человека;
3. бета-сателлитные повторы , имеющие элементарную повторяющуюся единицу
длиной 68 н. п. и обнаруженные на хромосомах 1 , 3 , 9 , 13 , 14 , 15 , 21 , 22 , Y ;
4. гамма-сателлитные повторы , имеющие элементарную повторяющуюся единицу длиной 220 н. п. и обнаруженные на хромосомах 8 , X
5. - сателлитные повторы , имеющие элементарную повторяющуюся единицу длиной 48 н. п. и обнаруженные на хромосомах 13 , 14 , 15 , 21 , 22 , Y ;
6. Sn5 - сателлитные повторы , обнаруженные на хромосомах 2 , 13 , 14 , 15 , 20 , 21 , 22 (длина повторяющейся единицы неизвестна).
Хорошо изученным представителем часто повторяющиеся последовательности, число которых превышает 105 на гаплоидный геном, является сателлитная ДНК, которая состоит из коротких тандемных повторов длиной 1-20 п.о., организованных в длинные блоки. Одними из первых среди повторяющихся последовательностей ДНК эукариот были открыты сателлитные ДНК тимуса телят. Свое название они получили на основании того, что при анализе суммарной эукариотической ДНК центрифугированием в градиенте плотности хлористого цезия они сопровождали основной пик оптической плотности в виде плеча (спутника, сателлита). Именно гомогенный нуклеотидный состав фракции сателлитных ДНК, определяемый наличием в ней многочисленных коротких повторов, изменял ее плавучую плотность, что легко обнаруживалось при центрифугировании. В классическом определении сателлитных ДНК Р.Д. Бриттен и соавт. (1974 г.) отмечали, что сателлиты - это минорный компонент ДНК, отделяющийся от основной ДНК при равновесном ультрацентрифугировании в градиенте плотности CsCl.
Для сателлитов характерен ряд свойств:
а) быстрая и точная реассоциация в процессе ренатурации ДНК;
б) множество копий;
в) простая первичная структура;
г) гомогенный состав (протяженные кластеры одних и тех же повторяющихся блоков последовательны);
д) пурин-пиримидиновая асимметрия в распределении нуклеотидов по цепям ДНК;
е) концентрирование в прицентромерном гетерохроматине;
ж) ограниченная репликация (недорипликация) при политенизации хромосом;
з) нахождение в составе хромосом в виде тандемно (друг за другом) расположенных кластеров.
Содержание сателлитной ДНК в геноме эукариот может достигать 5-50% от суммарного количества ДНК. Микро- (от 1 до 4 п.о. в основном повторяющемся блоке) и минисателлитные (с бoльшим числом п.о. в индивидуальном повторе) ДНК характеризуются высокой вариабельностью по числу копий в геномах организмов даже одного вида и в ряде случаев обладают генетической нестабильностью как в норме, так и при некоторых патологических состояниях организмов. Благодаря этому свойству мини- и микросателлиты часто называют тандемными повторами с изменяющимся числом копий VNTR (variable number of tandem repeats) .
Впервые последовательности сателлитных ДНК человека были выделены центрифугированием в градиенте плотности хлористого цезия [ Corneo et al., 1967 ] как отдельные, сателлитные фракции, отличающиеся по плавучей плотности от основной массы ДНК.
длиной 68 н. п. и обнаруженные на хромосомах 1 , 3 , 9 , 13 , 14 , 15 , 21 , 22 , Y ;
Краткое определение: сателлитная ДНК (satellite DNA) [лат. satelles (satellitis) — спутник, сообщник] — фракция генома эукариот, состоящая из высокоповторяющихся (от сотен тысяч до миллионов) коротких (2—200 п.н.) нуклеотидных последовательностей ДНК, которые расположены тандемно друг за другом. Сателлитная ДНК может быть выделена при центрифугировании суммарной клеточной ДНК в градиенте плотности хлорида цезия в виде добавочной («сателлитной») фракции по отношению к основной части ДНК. Кластеры, содержащие сателлитную .ДНК, расположены преимущественно в гетерохроматине. В зависимости от длины повторяющейся единицы условно различают микро-, мини- и миди-сателлитная ДНК. Впервые сателлитная ДНК была выделена С. Китом в 1961 г. с помощью центрифугирования суммарной ДНК в градиенте плотности хлористого цезия как отдельные фракции, отличающиеся по плавучей плотности от основной массы ДНК.
См. также Микросателлитная ДНК.
Смотрите также:
