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 человеческого генома и отличаются высокой частотой мутаций и большим разнообразием популяции. [2] Минисателлиты занимают видное место в центромерах и теломерах хромосом , последние защищают хромосомы от повреждений. Название «спутник» относится к раннему наблюдению, согласно которому центрифугирование геномной ДНК в пробирке отделяет заметный слой объемной ДНК от сопровождающих «спутниковых» слоев повторяющейся ДНК. Минисателлиты — это небольшие последовательности ДНК, которые не кодируют белки , но появляются по всему геному сотни раз, причем множество повторяющихся копий лежат рядом друг с другом.
Минисателлиты и их более короткие родственники, микросателлиты , вместе классифицируются как ДНК VNTR (переменное количество тандемных повторов). Что сбивает с толку, минисателлиты часто называют VNTR, а микросателлиты часто называют короткими тандемными повторами (STR) или повторами простых последовательностей (SSR). [3] [4]
Минисателлиты состоят из повторяющихся, обычно богатых GC , мотивов, длина которых варьируется от 10 до более 100 пар оснований. Эти варианты повторов тандемно перемешаны. Некоторые минисателлиты содержат центральную последовательность (или «основную единицу») азотистых оснований «GGGCAGGANG» (где N может быть любым основанием) или, в более общем смысле, состоят из мотивов последовательности пуринов ( аденин (А) и гуанин (G)) и пиримидинов ( цитозин ). (С) и тимин (Т)). [ нужна цитата ]
Гипервариабельные минисателлиты имеют основные единицы длиной 9–64 п.н. и локализуются преимущественно в центромерных регионах. [5]
У человека 90% минисателлитов находятся в субтеломерной области хромосом. Сама последовательность теломер человека представляет собой тандемный повтор: TTAGGG TTAGGG TTAGGG...
Минисателлиты были вовлечены [ нужна ссылка ] в качестве регуляторов экспрессии генов (например, на уровнях транскрипции , альтернативного сплайсинга или контроля импринта ). Обычно они представляют собой некодирующую ДНК, но иногда являются частью возможных генов . [ нужна цитата ]
Минисателлиты также составляют хромосомные теломеры, которые защищают концы хромосом от разрушения или слияния с соседними хромосомами.
Минисателлиты ассоциированы с хрупкими участками хромосом и расположены проксимальнее ряда рекуррентных точек разрыва транслокации.
Было продемонстрировано, что некоторые минисателлиты человека (~ 1%) являются гипермутабельными, при этом средняя частота мутаций в зародышевой линии составляет от 0,5% до более 20%, что делает их наиболее нестабильной областью генома человека, известной на сегодняшний день. Хотя другие геномы (мыши, крысы и свиньи) содержат минисателлитные последовательности, ни один из них не оказался гипермутабельным. Поскольку все гипермутабельные минисателлиты содержат внутренние варианты, они обеспечивают чрезвычайно информативную систему для анализа сложных процессов обновления, которые происходят в этом классе тандемных повторов. Картирование минисателлитных вариантов повторов с помощью ПЦР (MVR-PCR) широко использовалось для картирования закономерностей вкраплений вариантных повторов в массиве, что дает подробную информацию о структуре аллелей до и после мутации. [ нужна цитата ]
Исследования выявили различные мутационные процессы, происходящие в соматических и зародышевых клетках. Соматическая нестабильность, обнаруженная в ДНК крови, демонстрирует простые и редкие внутриаллельные события, которые на два-три порядка ниже, чем в сперме. Напротив, в зародышевой линии происходят сложные события, подобные межаллельной конверсии. [6]
Дополнительный анализ последовательностей ДНК, фланкирующих мини-сателлиты человека, также выявил интенсивную и высоко локализованную горячую точку мейотического кроссовера , которая расположена выше нестабильной стороны массивов мини-сателлитов. Таким образом, оборот повторов, по-видимому, контролируется рекомбинационной активностью в ДНК, которая обрамляет массив повторов и приводит к полярности мутаций. Эти данные позволяют предположить, что минисателлиты, скорее всего, развивались как свидетели локализованных горячих точек мейотической рекомбинации в геноме человека. [ нужна цитата ]
Было высказано предположение, что минисателлитные последовательности побуждают хромосомы обмениваться ДНК. В альтернативных моделях именно наличие соседних двухцепочечных горячих точек является основной причиной изменений числа копий минисателлитных повторов. Предполагается, что соматические изменения являются результатом трудностей репликации (которые, среди других явлений, могут включать в себя проскальзывание репликации ). [ нужна цитата ]
Исследования показали , что эволюционная судьба минисателлитов стремится к равновесному распределению размеров аллелей до тех пор, пока мутации во фланкирующей ДНК не влияют на рекомбинационную активность минисателлитов, подавляя нестабильность ДНК . Такое событие в конечном итоге привело бы к исчезновению гипермутабельного миниспутника в результате мейотического импульса.
Первый мини-спутник человека был открыт в 1980 году А. Р. Вайманом и Р. Уайтом. [7] Обнаружив их высокий уровень изменчивости, [8] Сэр Алек Джеффрис разработал дактилоскопию ДНК на основе мини-спутников, раскрыв первое иммиграционное дело с помощью ДНК в 1985 году и первое судебно-медицинское дело об убийстве, убийствах в Эндерби в Соединенном Королевстве, в 1986 году. Впоследствии минисателлиты также использовались в качестве генетических маркеров в анализе сцепления и популяционных исследованиях, но вскоре в 1990-х годах были заменены микросателлитным профилированием.
Термин «сателлитная ДНК» возник в результате наблюдения в 1960-х годах фракции расщепленной ДНК, которая демонстрировала отчетливую плавучую плотность, определяемую как «сателлитный пик» при центрифугировании в градиенте плотности, и которая впоследствии была идентифицирована как большие 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 последовательности был придуман термин микросателлиты.