stringtranslate.com

D-петля

В молекулярной биологии петля смещения или D-петля представляет собой структуру ДНК , в которой две нити двухцепочечной молекулы ДНК разделены на некоторое время и удерживаются врозь третьей нитью ДНК. R-петля похожа на D-петлю, но в этом случае третья нить представляет собой РНК, а не ДНК. Третья нить имеет базовую последовательность, которая комплементарна одной из основных нитей и спаривается с ней, таким образом вытесняя другую комплементарную основную нить в регионе. В этом регионе структура, таким образом, является формой трехцепочечной ДНК . Диаграмма в статье, вводящей этот термин, иллюстрирует D-петлю формой, напоминающей заглавную букву «D», где вытесненная нить образовала петлю «D». [1]

D-петли встречаются в ряде особых ситуаций, в том числе при репарации ДНК , в теломерах и в качестве полустабильной структуры в кольцевых молекулах ДНК митохондрий .

В митохондриях

Исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили в 1971 году, что кольцевая митохондриальная ДНК из растущих клеток включала короткий сегмент из трех нитей, который они назвали петлей смещения. [1] Они обнаружили, что третья нить была реплицированным сегментом тяжелой нити (или H-нити) молекулы, которую она сместила, и была связана водородными связями с легкой нитью (или L-нитью). С тех пор было показано, что третья нить является начальным сегментом, образованным репликацией тяжелой нити, которая была остановлена ​​вскоре после инициации и часто сохраняется в течение некоторого периода в этом состоянии. [2] D-петля находится в основной некодирующей области молекулы митохондриальной ДНК, сегменте, называемом контрольной областью или областью D-петли.

Репликация митохондриальной ДНК может происходить двумя различными способами, оба из которых начинаются в области D-петли. [3] Один способ продолжает репликацию тяжелой цепи через значительную часть (например, две трети) кольцевой молекулы, а затем начинается репликация легкой цепи. Более недавно описанный режим начинается в другом месте в области D-петли и использует связанную репликацию цепи с одновременным синтезом обеих цепей. [3] [4]

Некоторые основания в области D-петли сохраняются, но большие части сильно изменчивы, и эта область оказалась полезной для изучения эволюционной истории позвоночных. [5] Эта область содержит промоторы для транскрипции РНК из двух нитей митохондриальной ДНК, непосредственно прилегающих к структуре D-петли, которая связана с инициацией репликации ДНК. [6] Последовательности D-петли также представляют интерес для изучения раковых заболеваний. [7]

Функция D-петли пока не ясна, но недавние исследования показывают, что она участвует в организации митохондриального нуклеоида . [8] [9]

В теломерах

В 1999 году было сообщено, что теломеры , которые покрывают конец хромосом , заканчиваются в лариатоподобной структуре, называемой T-петлей (Telomere-loop). [10] Это петля из обеих нитей хромосомы, которые соединены с более ранней точкой в ​​двухцепочечной ДНК 3'-концом нити, вторгающимся в пару нитей, образуя D-петлю. Соединение стабилизируется белком shelterin POT1 . [ 11] T-петля, которая завершается сплайсингом D-петли, защищает конец хромосомы от повреждения. [12]

В восстановлении ДНК

Когда двухцепочечная молекула ДНК претерпевает разрыв в обеих цепях, один из механизмов восстановления, доступных в диплоидных эукариотических клетках, — это гомологичная рекомбинационная репарация . Она использует неповрежденную хромосому, гомологичную разорванной, в качестве шаблона для приведения двух двухцепочечных частей в правильное положение для воссоединения. На ранней стадии этого процесса одна нить одной части сопоставляется с нитью неповрежденной хромосомы, и эта нить используется для формирования D-петли в этой точке, вытесняя другую нить неповрежденной хромосомы. Для осуществления воссоединения следуют различные этапы лигирования и синтеза. [13]

У людей белок RAD51 играет центральную роль в гомологичном поиске и формировании D-петли. У бактерии Escherichia coli похожую функцию выполняет белок RecA . [14]

Мейотическая рекомбинация

Текущая модель мейотической рекомбинации, инициируемая двухцепочечным разрывом или зазором, за которым следует спаривание с гомологичной хромосомой и вторжение в нить для инициирования процесса рекомбинационной репарации. Репарация разрыва может привести к кроссинговеру (CO) или некроссинговеру (NCO) фланкирующих областей. Считается, что рекомбинация CO происходит по модели двойного соединения Холлидея (DHJ), проиллюстрированной справа выше. Считается, что рекомбинанты NCO происходят в основном по модели синтез-зависимого отжига цепей (SDSA), проиллюстрированной слева выше. Большинство событий рекомбинации, по-видимому, относятся к типу SDSA.

Во время мейоза восстановление двухцепочечных повреждений, в частности двухцепочечных разрывов, происходит с помощью процесса рекомбинации, описанного на прилагаемой диаграмме. Как показано на диаграмме, D-петля играет центральную роль в мейотической рекомбинационной репарации таких повреждений. Во время этого процесса рекомбиназы Rad51 и Dmc1 связывают 3'-хвосты одноцепочечной ДНК (ssDNA) с образованием спиральных нуклеопротеиновых нитей, которые выполняют поиск неповрежденной гомологичной двухцепочечной ДНК (dsDNA). [15] Как только гомологичная последовательность найдена, рекомбиназы облегчают вторжение конца ssDNA в гомологичную dsDNA с образованием D-петли. После обмена цепями гомологичные промежуточные продукты рекомбинации обрабатываются одним из двух различных путей (см. диаграмму) с образованием конечных рекомбинантных хромосом.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Kasamatsu, H.; Robberson, DL; Vinograd, J. (1971). «Новая замкнутая кольцевая митохондриальная ДНК со свойствами реплицирующегося промежуточного продукта». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 68 (9): 2252–2257. Bibcode : 1971PNAS...68.2252K. doi : 10.1073 /pnas.68.9.2252 . PMC  389395. PMID  5289384.
  2. ^ Дода, Дж. Н.; Райт, КТ; Клейтон, ДА (1981). «Удлинение нитей смещенных петель в митохондриальной ДНК человека и мыши останавливается вблизи определенных шаблонных последовательностей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (10): 6116–6120. Bibcode : 1981PNAS...78.6116D. doi : 10.1073/pnas.78.10.6116 . PMC 348988. PMID  6273850 . 
  3. ^ ab Fish, J.; Raule, N.; Attardi, G. (2004). «Открытие основного источника репликации D-петли раскрывает два режима синтеза мтДНК человека» (PDF) . Science . 306 (5704): 2098–2101. Bibcode :2004Sci...306.2098F. doi :10.1126/science.1102077. PMID  15604407. S2CID  36033690.
  4. ^ Холт, И. Дж.; Лоример, Х. Э.; Якобс, Х. Т. (2000). «Сопряженный синтез лидирующей и отстающей цепей митохондриальной ДНК млекопитающих». Cell . 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). «Специфичность линии эволюционной динамики области D-петли мтДНК у грызунов». Journal of Molecular Evolution . 54 (2): 145–155. Bibcode : 2002JMolE..54..145L. doi : 10.1007/s00239-001-0063-4. PMID  11821908. S2CID  40529707.
  6. ^ Чанг, Д.Д.; Клейтон, Д.А. (1985). «Прайминг репликации митохондриальной ДНК человека происходит на промоторе легкой цепи». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 82 (2): 351–355. Bibcode : 1985PNAS...82..351C. doi : 10.1073/pnas.82.2.351 . PMC 397036. PMID  2982153 . 
  7. ^ Акучекиан, М.; Хаушманд, М.; Гемати, С.; Ансарипур, М.; Шафа, М. (2009). «Высокая скорость мутации в области петли смещения митохондриальной ДНК при колоректальном раке человека». Заболевания толстой и прямой кишки . 52 (3): 526–530. doi :10.1007/DCR.0b013e31819acb99. PMID  19333057. S2CID  28775491.
  8. ^ He, J.; Mao, C. -C.; Reyes, A.; Sembongi, H.; Di Re, M.; Granycome, C.; Clippingdale, AB; Fearnley, IM; Harbour, M.; Robinson, AJ; Reichelt, S.; Spelbrink, JN; Walker, JE; Holt, IJ (2007). "Белок AAA+ ATAD3 обладает свойствами связывания с петлей смещения и участвует в организации нуклеоида митохондрий". The Journal of Cell Biology . 176 (2): 141–146. doi :10.1083/jcb.200609158. PMC 2063933 . PMID  17210950. 
  9. ^ Лесли, М. (2007). «Бросили для D-петли». Журнал клеточной биологии . 176 (2): 129a. doi :10.1083/jcb.1762iti3. PMC 2063944 . 
  10. ^ Гриффит, Дж. Д.; Комо, Л.; Розенфилд, С.; Стансел, Р. М.; Бьянки, А.; Мосс, Х.; Де Ланге, Т. (1999). «Теломеры млекопитающих заканчиваются большой дуплексной петлей». Cell . 97 (4): 503–514. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80760-6 . PMID  10338214.
  11. ^ Maestroni L, Matmati S, Coulon S (2017). «Решение проблемы репликации теломер». Гены . 8 (2): E55. doi : 10.3390/genes8020055 . PMC 5333044. PMID  28146113 . 
  12. ^ Грейдер, CW (1999). «Теломеры делают D-петлю-T-петлю». Cell . 97 (4): 419–422. doi : 10.1016/s0092-8674(00)80750-3 . PMID  10338204.
  13. ^ Хартл, Дэниел Л.; Джонс, Элизабет В. (2005). "страница 251" . Генетика: Анализ генов и геномов . Jones & Bartlett Publishers. ISBN 978-0763715113.
  14. ^ Шибата, Т.; Нишинака, Т.; Микава, Т.; Айхара, Х.; Курумизака, Х.; Ёкояма, С.; Ито, Й. (2001). «Гомологичная генетическая рекомбинация как внутреннее динамическое свойство структуры ДНК, индуцированное белками семейства RecA/Rad51: возможное преимущество ДНК над РНК в качестве геномного материала». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (15): 8425–8432. Bibcode : 2001PNAS...98.8425S. doi : 10.1073 /pnas.111005198 . PMC 37453. PMID  11459985. 
  15. ^ Sansam CL, Pezza RJ (2015). «Связь путем разрыва и восстановления: механизмы обмена цепями ДНК при мейотической рекомбинации». FEBS J. 282 ( 13): 2444–57. doi :10.1111/febs.13317. PMC 4573575. PMID 25953379  .