Тандемный повтор

В генетике , тандемные повторы возникают в ДНК , когда повторяется образец из одного или нескольких нуклеотидов и эти повторы непосредственно соседствуют друг с другом, например, ATTCG ATTCG ATTCG, в котором последовательность ATTCG повторяется три раза. ^[1]

Некоторые белковые домены также образуют тандемные повторы аминокислотной в своей первичной структуре , например, повторы броненосца . Однако в белках идеальные тандемные повторы редки в природных белках, но они были добавлены в сконструированные белки. ^[2]

Тандемные повторы составляют около 8% генома человека . ^[3] Они участвуют в более чем 50 смертельных заболеваниях человека , включая боковой амиотрофический склероз , болезнь Хантингтона и некоторые виды рака . ^[4]

Терминология

Все массивы тандемных повторов можно классифицировать как сателлитную ДНК . Это название происходит от того факта, что тандемные повторы ДНК, по своей природе неоднократно повторяющие одни и те же нуклеотидные последовательности, имеют уникальное соотношение двух возможных комбинаций пар нуклеотидных оснований, что придает им определенную массовую плотность. это позволяет отделить их от остального генома с помощью лабораторных методов на основе плотности, образуя таким образом «спутниковые полосы». Хотя массив тандемных повторов не мог бы проявляться как сателлитная полоса, если бы его нуклеотидный состав был близок к среднему составу генома. ^{[ нужна ссылка ]}

Когда ровно два нуклеотида повторяются, это называется динуклеотидным повтором (например: ACACACAC...). Микросателлитная нестабильность при наследственном неполипозном раке толстой кишки чаще всего поражает такие регионы. ^[5]

Когда три нуклеотида повторяются, это называется тринуклеотидным повтором (например: CAGCAGCAGCAG...), и аномалии в таких участках могут привести к нарушениям тринуклеотидных повторов .

Когда повторяется от 10 до 60 нуклеотидов, это называется минисателлитом . Те, у которых меньшее количество повторов, известны как микросателлиты или короткие тандемные повторы .

Когда повторяются гораздо большие длины нуклеотидов, порядка 1000 нуклеотидов, это называется макросателлитом .

Когда число копий повторяющейся единицы является переменным в рассматриваемой популяции, это называется тандемным повтором с переменным числом (VNTR). MeSH относит тандемные повторы с переменным числом к минисателлитам. ^[6]

Механизм

Тандемные повторы могут возникать по разным механизмам. Например, неправильное спаривание цепей (также известное как проскальзывание репликации ) — это мутационный процесс, который происходит во время репликации ДНК. Он включает денатурацию и смещение цепей ДНК, что приводит к неправильному спариванию комплементарных оснований. Неправильное спаривание цепей является одним из объяснений происхождения и эволюции повторяющихся последовательностей ДНК.

Другие механизмы включают неравный кроссинговер и конверсию генов .

Использование

Тандемное повторение описывает закономерность, которая помогает определить наследственные черты человека.

Тандемные повторы могут быть очень полезны при определении происхождения . Короткие тандемные повторы используются для некоторых генеалогических тестов ДНК . ДНК исследуют на микросателлитах внутри хромосомной ДНК. Происхождение можно определить по сходству в этих регионах.

Полиморфные тандемные повторы (также известные как VNTR) также присутствуют в микроорганизмах и могут использоваться для отслеживания происхождения вспышки. Соответствующий анализ, в котором набор VNTR типируется для характеристики штамма, чаще всего называется MLVA (анализ множественных локусов VNTR). С использованием полиморфизма тандемных повторов сообщалось о рекомбинации при естественной передаче генома вируса оспы обезьян ( mpox ) во время пандемии 2022 года. ^[7]

В области информатики тандемные повторы в строках (например, последовательностях ДНК) можно эффективно обнаруживать с помощью суффиксных деревьев или суффиксных массивов .

Исследования 2004 года связали необычную генетическую пластичность собак с мутациями в тандемных повторах. ^[8]

Вложенные тандемные повторы описываются как повторяющиеся единицы длины, которые являются переменными или неизвестными и часто включают асимметричную иерархию более мелких повторяющихся единиц. Эти повторы построены из отдельных групп мономеров гомологичной длины. Алгоритм, известный как NTRprism, был создан исследователями Oxford Nanopore Technologies для аннотирования повторяющихся структур в построенных спутниковых массивах ДНК. Алгоритм NTRprism разработан для поиска и отображения периодичности повторения спутников. ^[9]

См. также

Ссылки

^ Тандем + Повтор в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
^ Джорда Дж., Сюэ Б., Уверский В.Н., Каява А.В. (июнь 2010 г.). «Белковые тандемные повторы – чем совершеннее, тем менее структурированы» . Журнал ФЭБС . 277 (12): 2673–82. дои : 10.1111/j.1742-4658.2010.07684.x . ПМЦ 2928880 . ПМИД 20553501 .
^ Дуитама Дж., Заблоцкая А., Жмайель Р., Янсен А., Белет С., Вермееш Дж.Р., Верстрепен К.Дж., Фройен Г. (май 2014 г.). «Крупномасштабный анализ изменчивости тандемных повторов в геноме человека» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (9): 5728–5741. дои : 10.1093/nar/gku212 . ПМК 4027155 . ПМИД 24682812 .
^ Цуй, Я; Йе, Вэньбинь; Ли, Джейсон Шэн; Ли, Цзинъи Джессика; Вилен, Эрик; Саллам, Укротитель; Ли, Вэй (апрель 2024 г.). «Полногеномный спектр тандемных повторов у 338 963 человек» . Клетка . 187 (9): 2336–2341.e5. дои : 10.1016/j.cell.2024.03.004 . ISSN 0092-8674 .
^ Оки Э., Ода С., Маэхара Ю., Сугимати К. (март 1999 г.). «Мутированные геноспецифические фенотипы нестабильности динуклеотидных повторов в клеточных линиях колоректальной карциномы человека, дефицитных в репарации несоответствия ДНК» . Онкоген . 18 (12): 2143–7. дои : 10.1038/sj.onc.1202583 . ПМИД 10321739 .
^ Переменная + количество + тандемных + повторов Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)
^ Да, Тин-Ю; Се, Зих-Ю; Фили, Майкл С.; Фили, Патрик Дж.; Контрерас, Грегори П.; Су, Ин-Че; Се, Шан-Лин; Льюис, Дилан А. (9 декабря 2022 г.). «Рекомбинация формирует вспышку оспы обезьян в 2022 году» . Мед . 3 (12): 824–826. дои : 10.1016/j.medj.2022.11.003 . ISSN 2666-6359 . ПМЦ 9733179 . ПМИД 36495863 .
^ Пенниси Э. (декабрь 2004 г.). «Генетика. Нелепая теория эволюции: заикание генов определяет форму собаки» . Наука . 306 (5705): 2172. doi : 10.1126/science.306.5705.2172 . ПМИД 15618495 . S2CID 10680162 .
^ Альтемосе, Николас; Логсдон, Гленнис А.; Бзикадзе Андрей Владимирович; Сидхвани, Прагья; Лэнгли, Саша А.; Калдас, Джина В.; Хойт, Саванна Дж.; Уральский, Лев; Рябов Федор Дмитриевич; Шью, Колин Дж.; Саурия, Майкл Э.Г.; Борчерс, Мэтью; Гершман, Ариэль; Михеенко Алла; Шепелев, Валерий А. (апрель 2022 г.). «Полные геномные и эпигенетические карты центромер человека» . Наука . 376 (6588): eabl4178. дои : 10.1126/science.abl4178 . ISSN 0036-8075 . ПМЦ 9233505 . ПМИД 35357911 .

Внешние ссылки

Примеры:
- VNTRs – информация и анимированный пример
Базы данных:
Инструменты поиска:
- ТАПО: комбинированный метод идентификации тандемных повторов в белковых структурах.
- Мрепс
- ЗВЕЗДА
- Анализ генома SERF De Novo и поиск тандемных повторов
- TRF Поиск тандемных повторов
- Осколок
- TRED — тандемные повторы на расстоянии редактирования
- ТандемSWAN
- Поиск микросателлитных повторов
- JSTRING — Java-поиск тандемных повторов в геномах
- Phobos - инструмент тандемного поиска идеальных и несовершенных повторов - максимальный размер шаблона зависит только от вычислительной мощности
- UGENE — сверхбыстрая и эффективная реализация тандемного поиска повторов с открытым исходным кодом.
- TRAL: Библиотека тандемных повторяющихся аннотаций — инструмент метапрогноза со статистической фильтрацией и рядом функций для повторения аннотаций и анализа.

[1] Тандем + Повтор в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[2] Джорда Дж., Сюэ Б., Уверский В.Н., Каява А.В. (июнь 2010 г.). «Белковые тандемные повторы – чем совершеннее, тем менее структурированы» . Журнал ФЭБС . 277 (12): 2673–82. дои : 10.1111/j.1742-4658.2010.07684.x . ПМЦ 2928880 . ПМИД 20553501 .

[3] Дуитама Дж., Заблоцкая А., Жмайель Р., Янсен А., Белет С., Вермееш Дж.Р., Верстрепен К.Дж., Фройен Г. (май 2014 г.). «Крупномасштабный анализ изменчивости тандемных повторов в геноме человека» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (9): 5728–5741. дои : 10.1093/nar/gku212 . ПМК 4027155 . ПМИД 24682812 .

[4] Цуй, Я; Йе, Вэньбинь; Ли, Джейсон Шэн; Ли, Цзинъи Джессика; Вилен, Эрик; Саллам, Укротитель; Ли, Вэй (апрель 2024 г.). «Полногеномный спектр тандемных повторов у 338 963 человек» . Клетка . 187 (9): 2336–2341.e5. дои : 10.1016/j.cell.2024.03.004 . ISSN 0092-8674 .

[5] Оки Э., Ода С., Маэхара Ю., Сугимати К. (март 1999 г.). «Мутированные геноспецифические фенотипы нестабильности динуклеотидных повторов в клеточных линиях колоректальной карциномы человека, дефицитных в репарации несоответствия ДНК» . Онкоген . 18 (12): 2143–7. дои : 10.1038/sj.onc.1202583 . ПМИД 10321739 .

[6] Переменная + количество + тандемных + повторов Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)

[7] Да, Тин-Ю; Се, Зих-Ю; Фили, Майкл С.; Фили, Патрик Дж.; Контрерас, Грегори П.; Су, Ин-Че; Се, Шан-Лин; Льюис, Дилан А. (9 декабря 2022 г.). «Рекомбинация формирует вспышку оспы обезьян в 2022 году» . Мед . 3 (12): 824–826. дои : 10.1016/j.medj.2022.11.003 . ISSN 2666-6359 . ПМЦ 9733179 . ПМИД 36495863 .

[8] Пенниси Э. (декабрь 2004 г.). «Генетика. Нелепая теория эволюции: заикание генов определяет форму собаки» . Наука . 306 (5705): 2172. doi : 10.1126/science.306.5705.2172 . ПМИД 15618495 . S2CID 10680162 .

[9] Альтемосе, Николас; Логсдон, Гленнис А.; Бзикадзе Андрей Владимирович; Сидхвани, Прагья; Лэнгли, Саша А.; Калдас, Джина В.; Хойт, Саванна Дж.; Уральский, Лев; Рябов Федор Дмитриевич; Шью, Колин Дж.; Саурия, Майкл Э.Г.; Борчерс, Мэтью; Гершман, Ариэль; Михеенко Алла; Шепелев, Валерий А. (апрель 2022 г.). «Полные геномные и эпигенетические карты центромер человека» . Наука . 376 (6588): eabl4178. дои : 10.1126/science.abl4178 . ISSN 0036-8075 . ПМЦ 9233505 . ПМИД 35357911 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]