В генетике минисателлит — это участок повторяющейся ДНК , в котором определенные мотивы ДНК (длиной от 10 до 60 пар оснований ) обычно повторяются от двух до нескольких сотен раз. [1] Минисателлиты встречаются более чем в 1000 местах генома человека и отличаются высокой скоростью мутаций и большим разнообразием в популяции. [2] Минисателлиты заметны в центромерах и теломерах хромосом , причем последние защищают хромосомы от повреждений. Название «сателлит» относится к раннему наблюдению, что центрифугирование геномной ДНК в пробирке отделяет заметный слой объемной ДНК от сопровождающих «сателлитных» слоев повторяющейся ДНК. Минисателлиты — это небольшие последовательности ДНК, которые не кодируют белки , но появляются по всему геному сотни раз, при этом множество повторных копий лежат рядом друг с другом.
Минисателлиты и их более короткие кузены, микросателлиты , вместе классифицируются как VNTR (переменное число тандемных повторов) ДНК. По ошибке, минисателлиты часто называют VNTR, а микросателлиты часто называют короткими тандемными повторами (STR) или простыми повторами последовательностей (SSR). [3] [4]
Минисателлиты состоят из повторяющихся, как правило, богатых GC мотивов, длина которых варьируется от 10 до более 100 пар оснований. Эти вариантные повторы тандемно перемешаны. Некоторые минисателлиты содержат центральную последовательность (или «ядро») нуклеиновых оснований «GGGCAGGANG» (где N может быть любым основанием) или, в более общем смысле, состоят из мотивов последовательностей пуринов ( аденин (A) и гуанин (G)) и пиримидинов ( цитозин (C) и тимин (T)). [ необходима цитата ]
Гипервариабельные минисателлиты имеют основные единицы длиной 9–64 п.н. и встречаются в основном в центромерных регионах. [5]
У людей 90% минисателлитов находятся в субтеломерной области хромосом. Сама по себе последовательность теломер человека представляет собой тандемный повтор: TTAGGG TTAGGG TTAGGG ...
Минисателлиты были вовлечены [ требуется ссылка ] как регуляторы экспрессии генов (например, на уровнях транскрипции , альтернативного сплайсинга или контроля импринтинга ). Они, как правило, некодирующие ДНК , но иногда являются частью возможных генов . [ требуется ссылка ]
Минисателлиты также образуют хромосомные теломеры, которые защищают концы хромосомы от разрушения или слияния с соседними хромосомами.
Минисателлиты связаны с участками хрупкости хромосом и расположены вблизи ряда повторяющихся точек разрыва транслокаций.
Было показано, что некоторые минисателлиты человека (~1%) являются гипермутабельными, со средней частотой мутаций в зародышевой линии от 0,5% до более 20%, что делает их самой нестабильной областью в геноме человека, известной на сегодняшний день. В то время как другие геномы (мыши, крысы и свиньи) содержат последовательности, подобные минисателлитам, ни один из них не оказался гипермутабельным. Поскольку все гипермутабельные минисателлиты содержат внутренние варианты, они предоставляют чрезвычайно информативные системы для анализа сложных процессов оборота, которые происходят в этом классе тандемных повторов. Картирование повторов вариантов минисателлитов с помощью ПЦР (MVR-PCR) широко использовалось для составления карты распределения вариантов повторов вдоль массива, что дает подробную информацию о структуре аллелей до и после мутации. [ необходима цитата ]
Исследования выявили различные мутационные процессы, действующие в соматических и зародышевых клетках. Соматическая нестабильность, обнаруженная в ДНК крови, показывает простые и редкие внутриаллельные события на два-три порядка ниже, чем в сперме. Напротив, сложные межаллельные конверсионные события происходят в зародышевой линии. [6]
Дополнительный анализ последовательностей ДНК, фланкирующих человеческие минисателлиты, также выявил интенсивную и высоко локализованную горячую точку мейотического кроссинговера , которая центрирована выше по течению от нестабильной стороны массивов минисателлитов. Таким образом, оборот повторов, по-видимому, контролируется рекомбинационной активностью в ДНК, которая фланкирует массив повторов и приводит к полярности мутации. Эти результаты предполагают, что минисателлиты, скорее всего, эволюционировали как свидетели локализованных горячих точек мейотической рекомбинации в геноме человека. [ необходима цитата ]
Было высказано предположение, что последовательности минисателлитов побуждают хромосомы обмениваться ДНК. В альтернативных моделях именно наличие соседних горячих точек двойной цепи является основной причиной вариаций числа копий повторов минисателлитов. Соматические изменения, как предполагается, являются результатом трудностей репликации (которые могут включать проскальзывание репликации , среди прочих явлений). [ необходима цитата ]
Исследования показали [ требуется ссылка ] , что эволюционная судьба минисателлитов имеет тенденцию к равновесному распределению по размеру аллелей, пока мутации в фланкирующей ДНК не повлияют на рекомбинационную активность минисателлита, подавляя нестабильность ДНК. Такое событие в конечном итоге приведет к вымиранию гипермутабельного минисателлита мейотическим драйвом.
Первый человеческий минисателлит был обнаружен в 1980 году А. Р. Уайманом и Р. Уайтом. [7] Обнаружив их высокий уровень изменчивости, [8] сэр Алек Джеффрис разработал ДНК-дактилоскопию на основе минисателлитов, разрешив первое дело об иммиграции с помощью ДНК в 1985 году и первое судебно-медицинское дело об убийстве, убийства Эндерби в Соединенном Королевстве, в 1986 году. Впоследствии минисателлиты также использовались в качестве генетических маркеров в анализе сцепления и популяционных исследованиях, но вскоре были заменены микросателлитным профилированием в 1990-х годах.
Термин «сателлитная ДНК» возник в результате наблюдения в 1960-х годах фракции срезанной ДНК, которая показала отчетливую плавучую плотность, обнаруживаемую как «сателлитный пик» при центрифугировании в градиенте плотности, и которая впоследствии была идентифицирована как крупные центромерные тандемные повторы. Когда позднее были идентифицированы более короткие (10–30 п.н.) тандемные повторы, их стали называть минисателлитами. Наконец, с открытием тандемных итераций простых мотивов последовательностей был придуман термин «микросателлиты».