микроДНК
МикроДНК является наиболее распространенным подтипом внехромосомной кольцевой ДНК (вкДНК) у людей, обычно имеет длину от 200 до 400 пар оснований и обогащена неповторяющимися геномными последовательностями с высокой плотностью экзонов. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Кроме того, было обнаружено, что микроДНК происходит из областей с CpG-островками , которые обычно обнаруживаются внутри 5'- и 3'-UTR. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Предполагается, что микроДНК, продуцируемая из областей активной транскрипции, может образовываться как побочный продукт восстановления транскрипционных повреждений ДНК. [ 5 ] Считается также, что микроДНК возникает в результате других путей репарации ДНК, в основном из-за родительских последовательностей микроДНК, имеющих прямые повторы от 2 до 15 пар оснований на концах, что приводит к репарации проскальзывания репликации. [ 3 ] Хотя это было обнаружено лишь недавно, роль микроДНК, которую играет внутри клетки и вне ее, до сих пор не до конца понятна. [ 5 ] Однако в настоящее время считается, что микроДНК влияет на клеточный гомеостаз посредством связывания факторов транскрипции и используется в качестве биомаркера рака. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
Открытие
[ редактировать ]МикроДНК была обнаружена с помощью протоколов, аналогичных протоколам экстракции вкДНК. [ 5 ] В частности, клоны эккДНК были созданы посредством множественной амплификации смещения и секвенированы с помощью секвенирования Сэнгера , что привело к открытию микроДНК. [ 5 ] Теперь, когда высокопроизводительное секвенирование стало более распространенной практикой, полная геномная последовательность вкДНК млекопитающих была получена посредством секвенирования продуктов скользящей амплификации вкДНК. [ 5 ] Затем вычислительные методы были использованы для идентификации соединительных последовательностей в ДНК. [ 4 ] Пики, обнаруженные на длинах 180 и 380 п.н., были обнаружены как микроДНК и охарактеризованы их CpG-островками и фланкирующими прямыми повторами длиной от 2 до 15 п.н. [ 4 ]
С момента своего открытия микроДНК была идентифицирована во всех типах тканей и различных образцах, включая ткани мышей и линии раковых клеток человека. [ 5 ] [ 6 ] Однако разные виды имеют уникальные геномные участки, которые специфически производят микроДНК. [ 5 ] Поскольку существуют общие геномные пятна, которые производят микроДНК во многих типах клеток и тканей одного вида, есть свидетельства того, что они не могут производиться исключительно как побочный продукт синтеза ДНК. [ 5 ] Однако исследования выявили отдельные кластеры микроДНК, извлеченные из клеточных линий разных тканей, что позволяет предположить, что образование может быть связано с клеточным происхождением и уникальной транскрипционной средой, обнаруженной в разных типах клеток. [ 4 ] [ 5 ]
Биогенез
[ редактировать ]
Хотя образование микроДНК до сих пор неясно, оно связано с транскрипционной активностью и множеством путей репарации ДНК. [ 3 ] [ 5 ] Поскольку микроДНК образуется из областей с высокой транскрипционной активностью/плотностью экзонов, она может образовываться в результате репарации ДНК во время транскрипции. [ 5 ] Интересно, что трехцепочечные гибриды ДНК:РНК, образующиеся во время транскрипции, называемые R-петлями , имеют тенденцию образовываться на CpG-островках внутри 5'- и 3'-UTR, подобно микроДНК. [ 3 ] [ 5 ] R-петли коррелируют с повреждением ДНК и генетической нестабильностью, что позволяет предположить, что микроДНК может образовываться из петли одноцепочечной ДНК (оцДНК) во время реакции повреждения ДНК для R-петлей. [ 3 ] [ 5 ] [ 6 ]
При репликации ДНК коротких прямых повторов (как обнаружено во фланкирующих областях источников генов микроДНК) возможно образование петель ДНК на родительской цепи или цепи продукта в результате проскальзывания репликации. [ 3 ] [ 5 ] Чтобы исправить это, путь восстановления несоответствия (MMR) может удалить петлю, и после лигирования повторяющихся концов может быть получена одноцепочечная микроДНК. [ 3 ] Оц-микроДНК затем преобразуется в двухцепочечную ДНК; этот процесс до сих пор неизвестен. [ 5 ] Важно отметить, что если петля образуется на вновь реплицированной цепи, в геноме не происходит последовательной делеции, тогда как микроделеции могут образовываться в результате вырезания в матричной цепи. [ 3 ] [ 5 ] Чтобы понять роль, которую MMR может играть в биогенезе микроДНК, анализ содержания микроДНК был проведен в клетках DT40 после удаления MSH3 , важного белка в MMR. [ 3 ] [ 5 ] Полученная микроДНК из клеточной линии DT40 MSH3-/- имела более высокое обогащение CpG-островками по сравнению с диким типом, а также снижение содержания двухцепочечной микроДНК более чем на 80%. [ 3 ] [ 5 ] Таким образом, предполагается, что путь MMR необходим для производства микроДНК из не-CpG-островков в геноме, тогда как микроДНК, обогащенная CpG, образуется с помощью другого пути репарации. [ 3 ]
Опять же, из-за микрогомологии матричного генома, если происходит разрыв ДНК или пауза в репликации (остановка репликационной вилки), вновь синтезированная ДНК может циркулировать в оц-микроДНК. [ 3 ] [ 5 ] Это означает, что когда ДНК-матрица восстанавливается после создания микроДНК, делеции не происходит. [ 3 ]
МикроДНК, создаваемая по пути MMR и остановка репликационной вилки, является результатом ошибок репликации ДНК, однако есть свидетельства присутствия микроДНК и в неделящихся клетках. [ 5 ] Это означает, что некоторая микроДНК вырабатывается посредством путей восстановления, которые также происходят в покоящихся клетках, например, на 5'-концах элементов LINE1 , которые, как известно, транспонируются. [ 3 ] [ 5 ] Для перемещения по геному ДНК-транспозонам требуется транспозаза, которая удаляет транспозон из исходного сайта и катализирует его вставку в другом месте генома. [ 3 ] Таким образом, транспозон создается за счет двух двухцепочечных разрывов ДНК, что также создает микроделеции в ДНК. [ 3 ] Этот фрагмент дцДНК может быть циркуляризирован посредством циркуляризации, опосредованной микрогомологией, с созданием дц-микроДНК. [ 3 ]
Подразумеваемое
[ редактировать ]Связывание фактора транскрипции
[ редактировать ]МикроДНК длиной 200–400 пар оснований слишком мала для кодирования белков, однако она может быть важна для молекулярного спонжирования. [ 4 ] [ 5 ] Факторы транскрипции часто связываются с промотором или регуляторными последовательностями на 5'-конце ДНК, чтобы инициировать транскрипцию. [ 5 ] Эти факторы транскрипции также могут связываться с соответствующими сайтами узнавания на микроДНК, поскольку микроДНК часто происходит из 5'-UTR своего родительского гена и, следовательно, действует как губка для факторов транскрипции. [ 4 ] [ 5 ] Это означает, что микроДНК может косвенно контролировать экспрессию генов и гомеостаз транскрипции. [ 4 ] [ 5 ]
Применение рака
[ редактировать ]В целом, молекулы нуклеиновых кислот, которые обнаруживаются в кровотоке и называются циркулирующими или бесклеточными, представляют собой относительно новые биомаркеры заболеваний, которые исследуются, в том числе для диагностики и прогрессирования рака. [ 7 ] Эти молекулы, такие как внеклеточная ДНК (вкДНК), высвобождаются в кровь при гибели клеток и в случае рака, их можно идентифицировать на основе известных мутаций в онкогенах. [ 7 ]
Недавние исследования расширили использование бесклеточных нуклеиновых кислот в качестве биомаркеров рака до микроДНК. [ 7 ] ВкмикроДНК получали из сыворотки человека и мыши, и из-за их сходства с микроДНК клеточного происхождения, как описано выше, был сделан вывод, что вкмикроДНК вырабатывается в клетке. [ 7 ] Аналогичным образом, при сравнении легочной ткани до и после удаления опухоли не было обнаружено различий в ключевых характеристиках циркулирующей микроДНК, за исключением неожиданной тенденции к более длинным последовательностям циркулирующей микроДНК у онкологических больных до удаления опухоли. [ 7 ] Было обнаружено, что длина cfmicroDNA после операции стала короче. [ 7 ]
Бесклеточная ДНК быстро выводится из крови, что делает ее трудным биомаркером рака. [ 7 ] Однако, поскольку кольцевая ДНК не подвержена разрыву ДНК РНКазой и экзонуклеазой , она более стабильна, чем линейная ДНК. [ 5 ] [ 7 ] В сочетании с наблюдаемым удлинением cfmicroDNA в сыворотке больных раком это делает циркулирующую микроДНК хорошим биомаркером рака как для диагностики, так и для прогрессирования после лечения. [ 7 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Файл:CpG vs CG bp.svg — Arc.Ask3.Ru» . commons.wikimedia.org . 31 января 2016 года . Проверено 16 ноября 2021 г.
- ^ Шибата Ю., Кумар П., Слой Р., Уиллкокс С., Гаган Дж.Р., Гриффит Дж.Д., Датта А. (апрель 2012 г.). «Внехромосомные микроДНК и хромосомные микроделеции в нормальных тканях» . Наука . 336 (6077): 82–86. Бибкод : 2012Sci...336...82S . дои : 10.1126/science.1213307 . ПМК 3703515 . ПМИД 22403181 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р Диллон Л.В., Кумар П., Шибата Ю., Ван Ю.Х., Уиллкокс С., Гриффит Дж.Д. и др. (июнь 2015 г.). «Производство внехромосомных микроДНК связано с путями восстановления несоответствий и транскрипционной активностью» . Отчеты по ячейкам . 11 (11): 1749–1759. дои : 10.1016/j.celrep.2015.05.020 . ПМЦ 4481157 . ПМИД 26051933 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Полсен Т., Кумар П., Косеоглу М.М., Дутта А. (апрель 2018 г.). «Открытие внехромосомных кругов ДНК в нормальных и опухолевых клетках» . Тенденции в генетике . 34 (4): 270–278. дои : 10.1016/j.tig.2017.12.010 . ПМЦ 5881399 . ПМИД 29329720 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб Реон, Брайан Дж.; Дутта, Аниндья (01 апреля 2016 г.). «Биологические процессы, обнаруженные с помощью высокопроизводительного секвенирования» . Американский журнал патологии . 186 (4): 722–732. дои : 10.1016/j.ajpath.2015.10.033 . ISSN 0002-9440 . ПМЦ 5807928 . ПМИД 26828742 .
- ^ Jump up to: а б с Кумар П., Диллон Л.В., Шибата Ю., Джазаери А.А., Джонс Д.Р., Датта А. (сентябрь 2017 г.). «Нормальные и раковые ткани выделяют в кровообращение внехромосомную кольцевую ДНК (вкДНК)» . Молекулярные исследования рака . 15 (9): 1197–1205. дои : 10.1158/1541-7786.MCR-17-0095 . ПМЦ 5581709 . ПМИД 28550083 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Кумар, Панкадж; Диллон, Лаура В.; Сибата, Ёсиюки; Джазаери, Амир А.; Джонс, Дэвид Р.; Дутта, Аниндья (01 сентября 2017 г.). «Нормальные и раковые ткани выделяют в кровообращение внехромосомную кольцевую ДНК (вкДНК)» . Молекулярные исследования рака . 15 (9): 1197–1205. дои : 10.1158/1541-7786.MCR-17-0095 . ISSN 1541-7786 . ПМЦ 5581709 . ПМИД 28550083 .
- ^ «Файл: Факторы продвижения R-петли.jpg — Arc.Ask3.Ru» . commons.wikimedia.org . 24 января 2021 г. Проверено 16 ноября 2021 г.
- ^ «Файл:DT40 microDNA.tif — Arc.Ask3.Ru» . commons.wikimedia.org . 20 марта 2015 года . Проверено 16 ноября 2021 г.
 | Эта по молекулярной биологии статья незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |