Неправильное спаривание выскользнувшей пряди

Неправильное спаривание выскользнувших цепей ( SSM , 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 . ^{[ 1 ]}

Это форма мутации , которая приводит к расширению или иногда сокращению тринуклеотидов или динуклеотидов во время репликации ДНК . ^{[ 2 ]} последовательность повторяющихся нуклеотидов ( тандемные повторы Событие проскальзывания обычно происходит, когда в месте репликации обнаруживается ). Тандемные повторы представляют собой нестабильные участки генома, в которых могут происходить частые вставки и делеции нуклеотидов, приводящие к перестройкам генома. ^{[ 3 ]} ДНК-полимераза , основной фермент, катализирующий полимеризацию свободных дезоксирибонуклеотидов во вновь образующуюся цепь ДНК, играет значительную роль в возникновении этой мутации. Когда ДНК-полимераза встречает прямой повтор, она может подвергнуться проскальзыванию репликации. ^{[ 4 ]}

Проскальзывание цепи также может происходить на этапе синтеза ДНК в процессах репарации ДНК . В последовательностях тринуклеотидных повторов ДНК восстановление повреждений ДНК с помощью процессов гомологичной рекомбинации , негомологичного соединения концов , восстановления несоответствия ДНК или восстановления вырезания оснований может включать в себя неправильное спаривание цепей, приводящее к расширению тринуклеотидных повторов после завершения восстановления. ^{[ 5 ]}

Также было показано, что неправильное спаривание выскользнувших нитей действует как механизм фазового изменения у некоторых бактерий. ^{[ 6 ]}

Этапы

Проскальзывание происходит через пять основных стадий:

На первом этапе ДНК-полимераза встречает прямой повтор в процессе репликации.
Полимеразный комплекс приостанавливает репликацию и временно высвобождается из цепи матрицы.
Вновь синтезированная цепь затем отделяется от цепи матрицы и соединяется с другим прямым повтором, расположенным выше.
ДНК-полимераза восстанавливает свое положение на цепи матрицы и возобновляет нормальную репликацию, но в ходе повторной сборки полимеразный комплекс возвращается и повторяет вставку дезоксирибонуклеотидов, которые были добавлены ранее. Это приводит к тому, что некоторые повторы, обнаруженные в цепи матрицы, дважды реплицируются в дочернюю цепь. Это расширяет область репликации за счет новых вставленных нуклеотидов. Матрица и дочерняя цепь больше не могут правильно соединяться. ^{[ 4 ]}
Белки эксцизионной репарации нуклеотидов мобилизуются в этой области, где одним вероятным результатом является увеличение количества нуклеотидов в матричной цепи, а другим - отсутствие нуклеотидов. Хотя сокращение тринуклеотидов возможно, экспансия тринуклеотидов происходит чаще. ^{[ 2 ]}

Эффекты

Тандемные повторы (основное влияние на репликацию со скольжением) можно обнаружить в кодирующих и некодирующих областях. Если эти повторы обнаруживаются в кодирующих областях, то изменения полинуклеотидной последовательности могут привести к образованию аномальных белков у эукариот. Сообщалось, что многие заболевания человека связаны с экспансией тринуклеотидных повторов, включая болезнь Хантингтона . ^{[ 7 ]} Ген HD ^{[ 8 ]} встречается во всех геномах человека. В случае возникновения события проскальзывания может произойти значительное расширение тандемных повторов гена HD. ^{[ 8 ]} У человека, не страдающего болезнью Хантингтона, в локусе HD будет от 6 до 35 тандемных повторов. Однако у пораженного человека будет присутствовать от 36 до 121 повтора. ^{[ 7 ]} Расширение локуса HD приводит к дисфункции белка, что приводит к болезни Хантингтона.

Ассоциации заболеваний

Болезнь Гентингтона обычно прогрессирует и приводит к двигательным, когнитивным и психическим расстройствам. Эти расстройства могут серьезно повлиять на повседневную деятельность человека, затрудняя правильное общение и самостоятельные действия. ^{[ 9 ]} Проскальзывание репликации может также привести к другим нейродегенеративным заболеваниям у человека. К ним относятся спинальная и бульбарная мышечная атрофия (экспансия тринуклеотидов в гене AR), зубно-паллидолуизовая атрофия (экспансия тринуклеотидов в гене DRPLA), спиноцеребеллярная атаксия 1 типа (экспансия тринуклеотидов в гене SCA1), болезнь Мачадо-Джозефа (экспансия тринуклеотидов в гене SCA1). ген SCA3), миотоническая дистрофия (тринуклеотидная экспансия в гене DMPK) и атаксия Фридрейха (тринуклеотидная экспансия в гене X25). ^{[ 7 ]} Следовательно, проскальзывание репликации приводит к некоторой форме экспансии тринуклеотидов, что приводит к серьезным изменениям в структуре белка.

Самоускорение

События SSM могут привести как к вставке, так и к удалению. Считается, что вставки являются самоускоряющимися: по мере увеличения длины повторов увеличивается вероятность последующих событий неправильного спаривания. Инсерции могут расширять простые тандемные повторы на одну или несколько единиц. В длинных повторах расширения могут включать две или более единиц. Например, вставка одной повторяющейся единицы в GAGAGA расширяет последовательность до GAGAGAGA, тогда как вставка двух повторяющихся единиц в [GA] ₆ приведет к образованию [GA] ₈ . Области генома с высокой долей повторяющихся последовательностей ДНК ( тандемные повторы , микросателлиты ) склонны к проскальзыванию цепей во время репликации и репарации ДНК .

Экспансия тринуклеотидных повторов является причиной ряда заболеваний человека, включая синдром ломкой Х-хромосомы , болезнь Хантингтона , несколько спиноцеребеллярных атаксий , миотоническую дистрофию и атаксию Фридриха . ^{[ 5 ]}

Эволюция разнообразных соседних повторов

Считается , что сочетание событий SSM с точечной мутацией объясняет эволюцию более сложных повторяющихся единиц. Мутации, сопровождаемые экспансией, могут привести к образованию новых типов соседних коротких тандемных повторяющихся единиц. Например, трансверсия может изменить простой двухосновной повтор [GA] ₁₀ на [GA] ₄ GATA[GA] ₂ . Затем это можно было бы расширить до [GA] ₄ [GATA] ₃ [GA] ₂ двумя последующими событиями SSM. Простые повторяющиеся последовательности ДНК, содержащие множество соседних коротких тандемных повторов, обычно наблюдаются в некодирующих белок областях эукариот геномов .

Ссылки

^ Левинсон Г., Гутман Г.А. (май 1987 г.). «Неправильное спаривание выскользнувшей цепи: основной механизм эволюции последовательности ДНК» . Мол. Биол. Эвол . 4 (3): 203–21. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040442 . ПМИД 3328815 .
^ Jump up to: ^а ^б Хартл Л.Д. и Руволо М., 2012, Генетический анализ генов и геномов, Jones & Bartlett Learning, Берлингтон, стр. 529
^ Ловетт, ST; Драпкин, ПТ; Сутера, Вирджиния младший; Глюкман-Пескинд, Ти Джей (1993). «Механизм обмена сестринской цепи для независимой от RecA делеции повторяющихся последовательностей ДНК в Escherichia coli» . Генетика . 135 (3): 631–642. дои : 10.1093/генетика/135.3.631 . ПМК 1205708 . ПМИД 8293969 .
^ Jump up to: ^а ^б Вигера, Э; Канселл, Д; Эрлих, С.Д. (2001). «Проскальзывание репликации включает в себя остановку и диссоциацию ДНК-полимеразы» . Журнал ЭМБО . 20 (10): 2587–2595. дои : 10.1093/emboj/20.10.2587 . ПМК 125466 . ПМИД 11350948 .
^ Jump up to: ^а ^б Усдин К., House NC, Freudenreich CH (2015). «Повторяющаяся нестабильность во время восстановления ДНК: данные модельных систем» . Крит. Преподобный Биохим. Мол. Биол . 50 (2): 142–67. дои : 10.3109/10409238.2014.999192 . ПМЦ 4454471 . ПМИД 25608779 .
^ Торрес-Круз Дж., ван дер Вауде М.В. (декабрь 2003 г.). «Неправильное спаривание выскользнувших цепей может функционировать как механизм фазовых изменений в Escherichia coli» . Дж. Бактериол . 185 (23): 6990–4. дои : 10.1128/jb.185.23.6990-6994.2003 . ПМЦ 262711 . ПМИД 14617664 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Браун ТА. Геномы. 2-е издание. Оксфорд: Вили-Лисс; 2002. Глава 14, Мутация, репарация и рекомбинация. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21114/ По состоянию на 3 ноября 2012 г.
^ Jump up to: ^а ^б Петрушка Дж., Хартенстайн М.Дж., Гудман М.Ф. (февраль 1998 г.). «Анализ проскальзывания цепи в расширениях ДНК-полимеразы триплетных повторов CAG/CTG, связанных с нейродегенеративными заболеваниями» . Ж. Биол. Хим . 273 (9): 5204–10. дои : 10.1074/jbc.273.9.5204 . ПМИД 9478975 .
^ «Этапы HD» . Архивировано из оригинала 1 ноября 2013 г. Проверено 30 октября 2013 г. Болезнь Хантингтона

Дальнейшее чтение

Левинсон, Джин (2020). Переосмысление эволюции: революция, которая скрывается на виду . Всемирная научная. ISBN 9781786347268 .

[Levinson-1] Левинсон Г., Гутман Г.А. (май 1987 г.). «Неправильное спаривание выскользнувшей цепи: основной механизм эволюции последовательности ДНК» . Мол. Биол. Эвол . 4 (3): 203–21. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040442 . ПМИД 3328815 .

[Hartl_L_2012,_pg._529-2] Jump up to: ^а ^б Хартл Л.Д. и Руволо М., 2012, Генетический анализ генов и геномов, Jones & Bartlett Learning, Берлингтон, стр. 529

[3] Ловетт, ST; Драпкин, ПТ; Сутера, Вирджиния младший; Глюкман-Пескинд, Ти Джей (1993). «Механизм обмена сестринской цепи для независимой от RecA делеции повторяющихся последовательностей ДНК в Escherichia coli» . Генетика . 135 (3): 631–642. дои : 10.1093/генетика/135.3.631 . ПМК 1205708 . ПМИД 8293969 .

[Viguera_E_2595-4] Jump up to: ^а ^б Вигера, Э; Канселл, Д; Эрлих, С.Д. (2001). «Проскальзывание репликации включает в себя остановку и диссоциацию ДНК-полимеразы» . Журнал ЭМБО . 20 (10): 2587–2595. дои : 10.1093/emboj/20.10.2587 . ПМК 125466 . ПМИД 11350948 .

[pmid25608779-5] Jump up to: ^а ^б Усдин К., House NC, Freudenreich CH (2015). «Повторяющаяся нестабильность во время восстановления ДНК: данные модельных систем» . Крит. Преподобный Биохим. Мол. Биол . 50 (2): 142–67. дои : 10.3109/10409238.2014.999192 . ПМЦ 4454471 . ПМИД 25608779 .

[Torres-Cruz-6] Торрес-Круз Дж., ван дер Вауде М.В. (декабрь 2003 г.). «Неправильное спаривание выскользнувших цепей может функционировать как механизм фазовых изменений в Escherichia coli» . Дж. Бактериол . 185 (23): 6990–4. дои : 10.1128/jb.185.23.6990-6994.2003 . ПМЦ 262711 . ПМИД 14617664 .

[ncbi.nlm.nih.gov-7] Jump up to: ^а ^б ^с Браун ТА. Геномы. 2-е издание. Оксфорд: Вили-Лисс; 2002. Глава 14, Мутация, репарация и рекомбинация. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21114/ По состоянию на 3 ноября 2012 г.

[pmid9478975-8] Jump up to: ^а ^б Петрушка Дж., Хартенстайн М.Дж., Гудман М.Ф. (февраль 1998 г.). «Анализ проскальзывания цепи в расширениях ДНК-полимеразы триплетных повторов CAG/CTG, связанных с нейродегенеративными заболеваниями» . Ж. Биол. Хим . 273 (9): 5204–10. дои : 10.1074/jbc.273.9.5204 . ПМИД 9478975 .

[9] «Этапы HD» . Архивировано из оригинала 1 ноября 2013 г. Проверено 30 октября 2013 г. Болезнь Хантингтона

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]