В генетике тандемные повторы возникают в ДНК , когда повторяется последовательность одного или нескольких нуклеотидов , и повторения непосредственно примыкают друг к другу, например, ATTCG ATTCG ATTCG, где последовательность ATTCG повторяется три раза. [ 1]
Несколько доменов белков также образуют тандемные повторы в пределах первичной структуры аминокислот , например, повторы броненосца . Однако в белках идеальные тандемные повторы редко встречаются в природных белках, но они были добавлены в разработанные белки. [2]
Тандемные повторы составляют около 8% человеческого генома . [3] Они участвуют в более чем 50 смертельных заболеваниях человека , включая боковой амиотрофический склероз , болезнь Хантингтона и несколько видов рака . [4]
Все массивы тандемных повторов классифицируются как сателлитная ДНК , название происходит от того факта, что тандемные повторы ДНК, по своей природе повторяя одни и те же нуклеотидные последовательности повторно, имеют уникальное соотношение двух возможных комбинаций пар нуклеотидных оснований, что придает им определенную плотность массы, которая позволяет отделить их от остальной части генома с помощью лабораторных методов, основанных на плотности, таким образом, появляясь как «спутниковые полосы». Хотя массив тандемных повторов не мог бы проявиться как сателлитная полоса, если бы он имел нуклеотидный состав, близкий к среднему по геному. [ необходима цитата ]
Когда повторяются ровно два нуклеотида, это называется динуклеотидным повтором (например: ACACACAC...). Микросателлитная нестабильность при наследственном неполипозном раке толстой кишки чаще всего затрагивает такие области. [5]
Когда повторяются три нуклеотида, это называется тринуклеотидным повтором (например: CAGCAGCAGCAG...), и аномалии в таких областях могут привести к нарушениям тринуклеотидного повтора .
Если повторяется от 10 до 60 нуклеотидов, это называется минисателлитом . Те, у которых их меньше, известны как микросателлиты или короткие тандемные повторы .
Если повторяются нуклеотиды гораздо большей длины, порядка 1000 нуклеотидов, это называется макросателлитом .
Когда число копий повторяющихся единиц варьируется в рассматриваемой популяции, это называется тандемным повтором с переменным числом (VNTR). MeSH классифицирует тандемные повторы с переменным числом как минисателлиты. [6]
Тандемные повторы могут возникать посредством различных механизмов. Например, смещение нитей (также известное как проскальзывание репликации ) — это мутационный процесс, который происходит во время репликации ДНК. Он включает в себя денатурацию и смещение нитей ДНК, что приводит к смещению комплементарных оснований. Смещение нитей — одно из объяснений происхождения и эволюции повторяющихся последовательностей ДНК.
Другие механизмы включают неравный кроссинговер и генную конверсию .
Тандемный повтор описывает закономерность, которая помогает определить наследственные черты индивидуума.
Тандемные повторы могут быть очень полезны для определения происхождения . Короткие тандемные повторы используются для определенных генеалогических ДНК-тестов . ДНК исследуется из микросателлитов в хромосомной ДНК. Происхождение можно определить по сходству в этих областях.
Полиморфные тандемные повторы (псевдоним VNTR) также присутствуют в микроорганизмах и могут использоваться для отслеживания происхождения вспышки. Соответствующий анализ, в котором набор VNTR типируется для характеристики штамма, чаще всего называется MLVA (анализ множественных локусов VNTR). При использовании полиморфизма тандемных повторов была зарегистрирована рекомбинация при естественной передаче генома вируса оспы обезьян ( mpox ) во время пандемии 2022 года. [7]
В области компьютерных наук тандемные повторы в строках (например, последовательностях ДНК) можно эффективно обнаружить с помощью суффиксных деревьев или суффиксных массивов .
Исследования 2004 года связали необычную генетическую пластичность собак с мутациями в тандемных повторах. [8]
Вложенные тандемные повторы описываются как повторяющиеся единицы длины, которые являются переменными или неизвестными и часто включают асимметричную иерархию более мелких повторяющихся единиц. Эти повторы построены из отдельных групп мономеров гомологичной длины. Исследователи Oxford Nanopore Technologies создали алгоритм, известный как NTRprism, чтобы обеспечить аннотацию повторяющихся структур в построенных сателлитных ДНК-массивах. Алгоритм NTRprism разработан для поиска и отображения сателлитной повторяющейся периодичности. [9]