D-петля

В молекулярной биологии петля смещения или D-петля представляет собой структуру ДНК , в которой две нити двухцепочечной молекулы ДНК разделены на растяжение и удерживаются отдельно третьей нитью ДНК. R -петля аналогична D-петле, но в этом случае третья цепь представляет собой РНК, а не ДНК. Третья цепь имеет последовательность оснований , которая комплементарна одной из основных цепей и спаривается с ней, таким образом вытесняя другую комплементарную основную цепь в этом регионе. Таким образом, внутри этой области структура представляет собой форму трехцепочечной ДНК . Диаграмма в статье, представляющая этот термин, иллюстрирует D-петлю, имеющую форму, напоминающую заглавную букву «D», где смещенная нить образует петлю «D». ^{[ 1 ]}

D-петли возникают в ряде конкретных ситуаций, в том числе при репарации ДНК , в теломерах и в качестве полустабильной структуры в митохондриальных кольцевых молекулах ДНК.

В митохондриях

В 1971 году исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили, что кольцевая митохондриальная ДНК растущих клеток включает короткий сегмент из трех нитей, который они назвали петлей смещения. ^{[ 1 ]} Они обнаружили, что третья цепь представляет собой реплицированный сегмент тяжелой цепи (или H-цепи) молекулы, которую она вытесняет, и связана водородной связью с легкой цепью (или L-цепью). С тех пор было показано, что третья цепь представляет собой начальный сегмент, образующийся в результате репликации тяжелой цепи, которая была остановлена вскоре после инициации и часто сохраняется в течение некоторого периода времени 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 разными способами, оба из которых начинаются в области D-петли. ^{[ 3 ]} Один из способов продолжает репликацию тяжелой цепи на протяжении значительной части (например, двух третей) кольцевой молекулы, а затем начинается репликация легкой цепи. Недавно описанный способ начинается с другого начала в области D-петли и использует репликацию связанных цепей с одновременным синтезом обеих цепей. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Определенные основания в области D-петли консервативны, но большие части сильно изменчивы, и этот регион оказался полезным для изучения эволюционной истории позвоночных. ^{[ 5 ]} Область содержит промоторы транскрипции митохондриальной ДНК, непосредственно прилегающих к РНК из двух цепей структуре D-петли, которая связана с инициацией репликации ДНК. ^{[ 6 ]} Последовательности D-петли также представляют интерес для изучения рака. ^{[ 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 сообщалось, что теломеры , закрывающие концы хромосом , оканчиваются лариатообразной структурой, называемой Т-петлей (Теломерная петля). ^{[ 10 ]} Это петля, состоящая из обеих цепей хромосомы, которые соединены с более ранней точкой двухцепочечной ДНК посредством 3'-конца цепи, вторгающегося в пару цепей и образующего D-петлю. Сустав стабилизируется шелтерина белком POT1 . ^{[ 11 ]} Т-петля, завершаемая сплайсингом D-петли, защищает конец хромосомы от повреждения. ^{[ 12 ]}

В репарации ДНК

Когда в двухцепочечной молекуле ДНК произошел разрыв обеих цепей, одним из механизмов восстановления, доступным в диплоидных эукариотических клетках, является гомологичная рекомбинационная репарация . При этом неповрежденная хромосома, гомологичная сломанной, используется в качестве матрицы для приведения двух двухцепочечных фрагментов в правильное выравнивание для воссоединения. На ранних стадиях этого процесса одна цепь одного фрагмента сопоставляется с цепью интактной хромосомы, и эта цепь используется для образования D-петли в этой точке, вытесняя другую цепь интактной хромосомы. Для осуществления воссоединения следуют различные этапы лигирования и синтеза. ^{[ 13 ]}

У человека белок RAD51 играет центральную роль в поиске гомологий и формировании D-петли. У бактерии Escherichia coli аналогичную функцию выполняет белок RecA . ^{[ 14 ]}

Мейотическая рекомбинация

Современная модель мейотической рекомбинации, инициируемая двухцепочечным разрывом или разрывом с последующим спариванием с гомологичной хромосомой и инвазией цепи для инициации процесса рекомбинационного восстановления. Ремонт разрыва может привести к пересечению (CO) или непересечению (NCO) фланкирующих областей. Считается, что рекомбинация CO происходит в рамках модели двойного соединения Холлидея (DHJ), показанной справа выше. Считается, что рекомбинанты NCO возникают в первую очередь с помощью модели отжига цепи, зависимой от синтеза (SDSA), показанной слева выше. Большинство событий рекомбинации относятся к типу SDSA.

Во время мейоза восстановление двухцепочечных повреждений, особенно двухцепочечных разрывов, происходит посредством процесса рекомбинации, показанного на прилагаемой диаграмме. Как показано на схеме, D-петля играет центральную роль в мейотической рекомбинационной репарации таких повреждений. Во время этого процесса Rad51 и Dmc1 рекомбиназы связывают 3'-хвосты одноцепочечной ДНК (оцДНК) с образованием спиральных нуклеопротеиновых нитей, которые выполняют поиск интактной гомологичной двухцепочечной ДНК (дцДНК). ^{[ 15 ]} Как только гомологичная последовательность найдена, рекомбиназы способствуют инвазии конца оцДНК в гомологичную дцДНК с образованием D-петли. После обмена цепей гомологичные промежуточные продукты рекомбинации обрабатываются одним из двух различных путей (см. Диаграмму) с образованием окончательных рекомбинантных хромосом.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Касаматсу, Х.; Робберсон, ДЛ; Виноград, Дж. (1971). «Новая замкнутая митохондриальная ДНК со свойствами реплицирующегося промежуточного продукта» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 68 (9): 2252–2257. Бибкод : 1971PNAS...68.2252K . дои : 10.1073/pnas.68.9.2252 . ПМК 389395 . ПМИД 5289384 .
^ Дода, JN; Райт, Коннектикут; Клейтон, Д.А. (1981). «Удлинение нитей петли смещения в митохондриальной ДНК человека и мыши останавливается вблизи определенных матричных последовательностей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (10): 6116–6120. Бибкод : 1981PNAS...78.6116D . дои : 10.1073/pnas.78.10.6116 . ПМЦ 348988 . ПМИД 6273850 .
^ Jump up to: ^а ^б Фиш, Дж.; Рауле, Н.; Аттарди, Г. (2004). «Открытие основного источника репликации D-петли раскрывает два режима синтеза мтДНК человека» (PDF) . Наука . 306 (5704): 2098–2101. Бибкод : 2004Sci...306.2098F . дои : 10.1126/science.1102077 . ПМИД 15604407 . S2CID 36033690 .
^ Холт, Эй Джей; Лоример, HE; Джейкобс, ХТ (2000). «Совместный синтез ведущей и отстающей цепей митохондриальной ДНК млекопитающих» . Клетка . 100 (5): 515–524. дои : 10.1016/s0092-8674(00)80688-1 . ПМИД 10721989 .
^ Ларица, А.; Пезоле, Г.; Рейес, А.; Сбиса, Э.; Сакконе, К. (2002). «Линейная специфика эволюционной динамики области D-петли мтДНК у грызунов». Журнал молекулярной эволюции . 54 (2): 145–155. Бибкод : 2002JMolE..54..145L . дои : 10.1007/s00239-001-0063-4 . ПМИД 11821908 . S2CID 40529707 .
^ 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. Бибкод : 1985PNAS...82..351C . дои : 10.1073/pnas.82.2.351 . ПМК 397036 . ПМИД 2982153 .
^ Акучекян М.; Хаушманд, М.; Хемати, С.; Ансарипур, М.; Шафа, М. (2009). «Высокая частота мутаций в области петли смещения митохондриальной ДНК при колоректальном раке человека». Заболевания толстой и прямой кишки . 52 (3): 526–530. дои : 10.1007/DCR.0b013e31819acb99 . ПМИД 19333057 . S2CID 28775491 .
^ Он, Дж.; Мао, Ц.-Ц.; Рейес, А.; Сембонги, Х.; Ди Ре, М.; Грейником, К.; Клиппингдейл, AB; Фернли, IM; Харбор, М.; Робинсон, Эй Джей; Райхельт, С.; Спелбринк, JN; Уокер, Дж. Э.; Холт, Эй Джей (2007). «Белок AAA+ ATAD3 обладает свойствами связывания петли смещения и участвует в организации митохондриальных нуклеоидов» . Журнал клеточной биологии . 176 (2): 141–146. дои : 10.1083/jcb.200609158 . ПМК 2063933 . ПМИД 17210950 .
^ Лесли, М. (2007). «Бросили за D-петлю» . Журнал клеточной биологии . 176 (2): 129а. дои : 10.1083/jcb.1762iti3 . ПМК 2063944 .
^ Гриффит, доктор медицинских наук; Комо, Л.; Розенфилд, С.; Стансель, РМ; Бьянки, А.; Мосс, Х.; Де Ланге, Т. (1999). «Теломеры млекопитающих заканчиваются большой дуплексной петлей» . Клетка . 97 (4): 503–514. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80760-6 . ПМИД 10338214 .
^ Маэстрони Л., Матмати С., Кулон С. (2017). «Решение проблемы репликации теломер» . Гены . 8 (2): Е55. дои : 10.3390/genes8020055 . ПМК 5333044 . ПМИД 28146113 .
^ Грейдер, CW (1999). «Теломеры делают D-петлю-Т-петлю» . Клетка . 97 (4): 419–422. дои : 10.1016/s0092-8674(00)80750-3 . ПМИД 10338204 .
^ Хартл, Дэниел Л.; Джонс, Элизабет В. (2005). «страница 251» . Генетика: анализ генов и геномов . Издательство Джонс и Бартлетт. ISBN 978-0763715113 .
^ Сибата, Т.; Нишинака, Т.; Микава, Т.; Айхара, Х.; Курумизака, Х.; Ёкояма, С.; Ито, Ю. (2001). «Гомологичная генетическая рекомбинация как внутреннее динамическое свойство структуры ДНК, индуцируемое белками семейства RecA/Rad51: возможное преимущество ДНК перед РНК как геномного материала» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (15): 8425–8432. Бибкод : 2001PNAS...98.8425S . дои : 10.1073/pnas.111005198 . ПМК 37453 . ПМИД 11459985 .
^ Сансам КЛ, Пецца Р.Дж. (2015). «Соединение путем разрыва и восстановления: механизмы обмена цепей ДНК при мейотической рекомбинации» . ФЕБС Дж . 282 (13): 2444–57. дои : 10.1111/февраль 13317 . ПМЦ 4573575 . ПМИД 25953379 .

[Kasamatsu-1] Jump up to: ^а ^б Касаматсу, Х.; Робберсон, ДЛ; Виноград, Дж. (1971). «Новая замкнутая митохондриальная ДНК со свойствами реплицирующегося промежуточного продукта» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 68 (9): 2252–2257. Бибкод : 1971PNAS...68.2252K . дои : 10.1073/pnas.68.9.2252 . ПМК 389395 . ПМИД 5289384 .

[Doda1981-2] Дода, JN; Райт, Коннектикут; Клейтон, Д.А. (1981). «Удлинение нитей петли смещения в митохондриальной ДНК человека и мыши останавливается вблизи определенных матричных последовательностей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (10): 6116–6120. Бибкод : 1981PNAS...78.6116D . дои : 10.1073/pnas.78.10.6116 . ПМЦ 348988 . ПМИД 6273850 .

[fish-3] Jump up to: ^а ^б Фиш, Дж.; Рауле, Н.; Аттарди, Г. (2004). «Открытие основного источника репликации D-петли раскрывает два режима синтеза мтДНК человека» (PDF) . Наука . 306 (5704): 2098–2101. Бибкод : 2004Sci...306.2098F . дои : 10.1126/science.1102077 . ПМИД 15604407 . S2CID 36033690 .

[Holt2000-4] Холт, Эй Джей; Лоример, HE; Джейкобс, ХТ (2000). «Совместный синтез ведущей и отстающей цепей митохондриальной ДНК млекопитающих» . Клетка . 100 (5): 515–524. дои : 10.1016/s0092-8674(00)80688-1 . ПМИД 10721989 .

[Larizza2002-5] Ларица, А.; Пезоле, Г.; Рейес, А.; Сбиса, Э.; Сакконе, К. (2002). «Линейная специфика эволюционной динамики области D-петли мтДНК у грызунов». Журнал молекулярной эволюции . 54 (2): 145–155. Бибкод : 2002JMolE..54..145L . дои : 10.1007/s00239-001-0063-4 . ПМИД 11821908 . S2CID 40529707 .

[Chang1985-6] 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. Бибкод : 1985PNAS...82..351C . дои : 10.1073/pnas.82.2.351 . ПМК 397036 . ПМИД 2982153 .

[7] Акучекян М.; Хаушманд, М.; Хемати, С.; Ансарипур, М.; Шафа, М. (2009). «Высокая частота мутаций в области петли смещения митохондриальной ДНК при колоректальном раке человека». Заболевания толстой и прямой кишки . 52 (3): 526–530. дои : 10.1007/DCR.0b013e31819acb99 . ПМИД 19333057 . S2CID 28775491 .

[He2007-8] Он, Дж.; Мао, Ц.-Ц.; Рейес, А.; Сембонги, Х.; Ди Ре, М.; Грейником, К.; Клиппингдейл, AB; Фернли, IM; Харбор, М.; Робинсон, Эй Джей; Райхельт, С.; Спелбринк, JN; Уокер, Дж. Э.; Холт, Эй Джей (2007). «Белок AAA+ ATAD3 обладает свойствами связывания петли смещения и участвует в организации митохондриальных нуклеоидов» . Журнал клеточной биологии . 176 (2): 141–146. дои : 10.1083/jcb.200609158 . ПМК 2063933 . ПМИД 17210950 .

[Leslie2007-9] Лесли, М. (2007). «Бросили за D-петлю» . Журнал клеточной биологии . 176 (2): 129а. дои : 10.1083/jcb.1762iti3 . ПМК 2063944 .

[Griffith1999-10] Гриффит, доктор медицинских наук; Комо, Л.; Розенфилд, С.; Стансель, РМ; Бьянки, А.; Мосс, Х.; Де Ланге, Т. (1999). «Теломеры млекопитающих заканчиваются большой дуплексной петлей» . Клетка . 97 (4): 503–514. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80760-6 . ПМИД 10338214 .

[pmid28146113-11] Маэстрони Л., Матмати С., Кулон С. (2017). «Решение проблемы репликации теломер» . Гены . 8 (2): Е55. дои : 10.3390/genes8020055 . ПМК 5333044 . ПМИД 28146113 .

[Greider1999-12] Грейдер, CW (1999). «Теломеры делают D-петлю-Т-петлю» . Клетка . 97 (4): 419–422. дои : 10.1016/s0092-8674(00)80750-3 . ПМИД 10338204 .

[13] Хартл, Дэниел Л.; Джонс, Элизабет В. (2005). «страница 251» . Генетика: анализ генов и геномов . Издательство Джонс и Бартлетт. ISBN 978-0763715113 .

[Shibata2001-14] Сибата, Т.; Нишинака, Т.; Микава, Т.; Айхара, Х.; Курумизака, Х.; Ёкояма, С.; Ито, Ю. (2001). «Гомологичная генетическая рекомбинация как внутреннее динамическое свойство структуры ДНК, индуцируемое белками семейства RecA/Rad51: возможное преимущество ДНК перед РНК как геномного материала» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (15): 8425–8432. Бибкод : 2001PNAS...98.8425S . дои : 10.1073/pnas.111005198 . ПМК 37453 . ПМИД 11459985 .

[pmid25953379-15] Сансам КЛ, Пецца Р.Дж. (2015). «Соединение путем разрыва и восстановления: механизмы обмена цепей ДНК при мейотической рекомбинации» . ФЕБС Дж . 282 (13): 2444–57. дои : 10.1111/февраль 13317 . ПМЦ 4573575 . ПМИД 25953379 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]