Μικροδορυφόρος (βιολογία)

Αυτό το λήμμα αφοράτην αλληλουχία DNA.

Ένας μικροδορυφόρος είναι ένα σύστημα επαναλαμβανόμενων μοτίβων DNA (που κυμαίνονται σε μήκος από ένα έως έξι ή περισσότερα ζεύγη βάσεων), συνήθως 5-50 φορές. Οι μικροδορυφόροι εμφανίζονται σε χιλιάδες θέσεις εντός του γονιδιώματος ενός οργανισμού. Έχουν υψηλότερα ποσοστά μετάλλαξης από άλλες περιοχές του DNA που οδηγεί σε υψηλή γενετική ποικιλομορφία. Οι μικροδορυφόροι αναφέρονται συχνά ως μικρές διαδοχικές επαναλήψεις (short tandem repeats ή STRs) από τους εγκληματολογικούς γενετιστές και στη γενετική γενεαλογία ή ως απλές επαναλήψεις αλληλουχίας (simple sequence repeats ή SSRs από τους γενετιστές φυτών. Μπορείτε να έχετε πρόσβαση σε μια βάση δεδομένων μικροδορυφόρων στο https://data.ccmb.res.in/msdb/ Akshay Kumar Avvaru, Deepak Sharma, Archana Verma, Rakesh K Mishra, Divya Tej Sowpati, MSDB: a comprehensive, annotated database of microsatellites, Nucleic Acids Research, Volume 48, Issue D1, 08 January 2020, Pages D155–D159, https://doi.org/10.1093/nar/gkz886

Οι μικροδορυφόροι και τα μεγαλύτερα ξαδέλφια τους, οι μινιδορυφόροι (minisatellites), ταξινομούνται μαζί ως ποικίλου αριθμού διαδοχικές επαναλήψεις (variable number tandem repeat ή VNTR) (μεταβλητός αριθμός διαδοχικών επαναλήψεων DNA). Το όνομα δορυφορικό DNA αναφέρεται στην πρώιμη παρατήρηση ότι η φυγοκέντρηση του γονιδιωματικού DNA σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα διαχωρίζει ένα εμφανές στρώμα χύδην DNA από τα συνοδευτικά στρώματα "δορυφόρου" επαναλαμβανόμενου DNA.

Χρησιμοποιούνται ευρέως για μελέτη του DNA στη διάγνωση καρκίνου, στην ανάλυση συγγένειας (ιδιαίτερα στην εξέταση πατρότητας) και στην ιατροδικαστική αναγνώριση. Χρησιμοποιούνται επίσης στην ανάλυση γενετικής σύνδεσης για τον εντοπισμό ενός γονιδίου ή μιας μετάλλαξης που είναι υπεύθυνη για ένα δεδομένο χαρακτηριστικό ή ασθένεια. Οι μικροδορυφόροι χρησιμοποιούνται επίσης στο γενετική των πληθυσμών για τη μέτρηση των επιπέδων συγγένειας μεταξύ υποειδών, ομάδων και ατόμων.

Ιστορικό
Αν και ο πρώτος μικροδορυφόρος χαρακτηρίστηκε το 1984 στο Πανεπιστήμιο του Λέστερ από τον Weller Jeffreys και τους συναδέλφους του ως πολυμορφική επανάληψη του GGAT στο γονίδιο ανθρώπινης μυοσφαιρίνης, ο όρος "μικροδορυφόρος" εισήχθη αργότερα, το 1989, από τους Litt και Luty. Το όνομα "δορυφορικό" DNA αναφέρεται στην πρώιμη παρατήρηση ότι η φυγοκέντρηση του γονιδιωματικού DNA σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα διαχωρίζει ένα εμφανές στρώμα χύδην DNA από τα συνοδευτικά στρώματα "δορυφόρου" επαναλαμβανόμενου DNA. Η αυξανόμενη διαθεσιμότητα ενίσχυσης DNA από PCR στις αρχές της δεκαετίας του 1990 πυροδότησε μεγάλο αριθμό μελετών που χρησιμοποιούν την ενίσχυση μικροδορυφόρων ως γενετικών δεικτών για την ιατροδικαστική ιατρική, για έλεγχο πατρότητας και για κλωνοποίηση θέσης στην εύρεση του υποκείμενου γονιδίου σε ένα χαρακτηριστικό ή ασθένεια. Σημαντικές πρώιμες εφαρμογές περιλαμβάνουν τις ταυτοποιήσεις με μικροδορυφορική γονοτύπηση του σκελετικού υπολείμματος οκτάχρονου θύματος δολοφονίας (Hagelberg κ.α. 1991) και του γιατρού του στρατοπέδου συγκέντρωσης του Άουσβιτς Γιόζεφ Μένγκελε που διέφυγε στη Νότια Αμερική μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο (Jeffreys κ.α. 1992).

Δομές, θέσεις και λειτουργίες
Ένας μικροδορυφόρος είναι μια σειρά διαδοχικών επαναλαμβανόμενων μοτίβων DNA που κυμαίνονται σε μήκος από ένα έως έξι ή έως και δέκα νουκλεοτίδια (ο ακριβής ορισμός και οριοθέτηση στους μεγαλύτερους μινιδορυφόρους ποικίλλει από συγγραφέα σε συγγραφέα), και επαναλαμβάνονται συνήθως 5-50 φορές. Για παράδειγμα, η αλληλουχία TATATATATA είναι ένας μικροδορυφόρος δινουκλεοτιδίων και η GTCGTCGTCGTCGTC είναι ένας μικροδορυφόρος τρινουκλεοτιδίων (με το Α να είναι αδενίνη, G γουανίνη, C κυτοσίνη και T θυμίνη). Επαναλαμβανόμενες μονάδες τεσσάρων και πέντε νουκλεοτιδίων αναφέρονται ως μοτίβα τετρα- και πεντανουκλεοτιδίων, αντίστοιχα. Οι περισσότεροι ευκαρυώτες έχουν μικροδορυφόρους, με την αξιοσημείωτη εξαίρεση ορισμένων ειδών ζύμης. Οι μικροδορυφόροι κατανέμονται σε όλο το γονιδίωμα. Το ανθρώπινο γονιδίωμα, για παράδειγμα, περιέχει 50.000-100.000 μικροδορυφόρους δινουκλεοτιδίων και μικρότερο αριθμό μικροδορυφόρων τρι-, τετρα- και πεντανουκλεοτιδίων. Πολλοί βρίσκονται σε μη κωδικοποιητικά μέρη του ανθρώπινου γονιδιώματος και επομένως δεν παράγουν πρωτεΐνες, αλλά μπορούν επίσης να βρίσκονται σε ρυθμιστικές περιοχές και κωδικοποιητικές περιοχές.

Οι μικροδορυφόροι σε περιοχές που δεν κωδικοποιούν ενδέχεται να μην έχουν κάποια συγκεκριμένη λειτουργία, και επομένως να μην είναι επιλεγμένες. Αυτό τους επιτρέπει να συσσωρεύουν μεταλλάξεις ανεμπόδιστα κατά τη διάρκεια των γενεών και δημιουργεί μεταβλητότητα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σκοπούς αποτύπωσης DNA και αναγνώρισης. Άλλοι μικροδορυφόροι εντοπίζονται σε ρυθμιστικές πλευρές ή εσωνικές περιοχές γονιδίων ή απευθείας σε κωδικόνια γονιδίων -μεταλλάξεων μικροδορυφόρου και σε τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να οδηγήσουν σε φαινοτυπικές αλλαγές και ασθένειες, ιδίως σε ασθένειες τριπλής επέκτασης όπως στο σύνδρομο ευθραύστου χρωματοσώματος X και στη νόσο του Χάντινγκτον.

Τα τελομερή στα άκρα των χρωμοσωμάτων, πιστεύεται ότι εμπλέκονται στη γήρανση και αποτελούνται από επαναλαμβανόμενο DNA, με το εξανουκλεοτιδικό επαναλαμβανόμενο μοτίβο TTAGGG σε σπονδυλωτά. Κατά συνέπεια ταξινομούνται ως μινιδορυφόροι. Ομοίως, τα έντομα έχουν βραχύτερα μοτίβα επανάληψης στα τελομερή τους που θα μπορούσαν αναμφισβήτητα να θεωρηθούν μικροδορυφόροι.

Μηχανισμοί και ρυθμοί μετάλλαξης
Σε αντίθεση με τις σημειακές μεταλλάξεις, που επηρεάζουν μόνο ένα νουκλεοτίδιο, οι μικροδορυφορικές μεταλλάξεις οδηγούν σε κέρδος ή απώλεια μιας ολόκληρης μονάδας επανάληψης και μερικές φορές σε δύο ή περισσότερες επαναλήψεις ταυτόχρονα. Έτσι, ο ρυθμός μετάλλαξης στους μικροδορυφορικούς τόπους αναμένεται να διαφέρει από άλλους ρυθμούς μετάλλαξης, όπως οι ρυθμοί υποκατάστασης βάσης. Η πραγματική αιτία των μεταλλάξεων στους μικροδορυφόρους εξετάζεται.

Μία προτεινόμενη αιτία τέτοιων αλλαγών μήκους είναι η ολίσθηση αναπαραγωγής, που προκαλείται από αναντιστοιχίες μεταξύ των κλώνων DNA ενώ αντιγράφονται κατά τη διάρκεια της μείωσης. Η DNA πολυμεράση, το ένζυμο που είναι υπεύθυνο για την ανάγνωση του DNA κατά την αντιγραφή, μπορεί να γλιστρήσει ενώ κινείται κατά μήκος του κλώνου του προτύπου και να συνεχίσει στο λάθος νουκλεοτίδιο. Η ολίσθηση της DNA πολυμεράσης είναι πιο πιθανό να συμβεί όταν αντιγράφεται μια επαναλαμβανόμενη αλληλουχία (όπως CGCGCG). Επειδή οι μικροδορυφόροι αποτελούνται από τέτοιες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες, η DNA πολυμεράση μπορεί να κάνει σφάλματα με υψηλότερο ρυθμό σε αυτές τις περιοχές αλληλουχίας. Αρκετές μελέτες έχουν βρει αποδείξεις ότι η ολίσθηση είναι η αιτία των μικροδορυφορικών μεταλλάξεων. Συνήθως, η ολίσθηση σε κάθε μικροδορυφόρο εμφανίζεται περίπου μία φορά ανά 1.000 γενιές. Έτσι, οι αλλαγές ολίσθησης στο επαναλαμβανόμενο DNA είναι τρεις τάξεις μεγέθους συχνότερες από σημειακές μεταλλάξεις σε άλλα μέρη του γονιδιώματος. Οι περισσότερες ολισθήσεις οδηγούν σε αλλαγή μόνο μιας μονάδας επανάληψης και οι ρυθμοί ολίσθησης διαφέρουν για διαφορετικά μήκη αλληλόμορφων και μεγέθη επαναλαμβανόμενων μονάδων, και σε διαφορετικά είδη. Εάν υπάρχει μεγάλη διαφορά μεγέθους μεταξύ μεμονωμένων αλληλόμορφων, τότε μπορεί να υπάρχει αυξημένη αστάθεια κατά τον ανασυνδυασμό στη μείωση.

Μια άλλη πιθανή αιτία μεταλλάξεων μικροδορυφόρων είναι οι σημειακές μεταλλάξεις, όπου μόνο ένα νουκλεοτίδιο αντιγράφεται λανθασμένα κατά την αντιγραφή. Μια μελέτη που συνέκρινε τα γονιδιώματα ανθρώπου και πρωτευόντων διαπίστωσε ότι οι περισσότερες αλλαγές στον αριθμό επανάληψης σε σύντομους μικροδορυφόρους εμφανίζονται λόγω σημειακών μεταλλάξεων παρά ολίσθησης.

Ρυθμοί μετάλλαξης μικροδορυφόρων
Τα ποσοστά μετάλλαξης μικροδορυφόρων ποικίλλουν ανάλογα με τη θέση της βάσης σε σχέση με τον μικροδορυφόρο, τον τύπο επανάληψης και την ταυτότητα βάσης. Ο ρυθμός μετάλλαξης αυξάνεται ειδικά με τον αριθμό επανάληψης, κορυφώνεται περίπου έξι έως οκτώ επαναλήψεις και στη συνέχεια μειώνεται ξανά. Η αυξημένη ετεροζυγωτικότητα σε έναν πληθυσμό θα αυξήσει επίσης τα ποσοστά μετάλλαξης των μικροδορυφόρων, ειδικά όταν υπάρχει μεγάλη διαφορά μήκους μεταξύ αλληλόμορφων. Αυτό πιθανότατα οφείλεται σε ομόλογα χρωμοσώματα με βραχίονες άνισου μήκους που προκαλούν αστάθεια κατά τη διάρκεια της μείωσης.

Έγιναν άμεσες εκτιμήσεις των ρυθμών μετάλλαξης μικροδορυφόρων σε πολλούς οργανισμούς, από έντομα έως ανθρώπους. Στην ακρίδα της ερήμου Schistocerca gregaria, ο ρυθμός μετάλλαξης μικροδορυφόρου υπολογίστηκε σε 2,1x10−4 ανά γενιά ανά τόπο. Ο ρυθμός μετάλλαξης του μικροδορυφόρου στις ανθρώπινες αρσενικές μικροβιακές γραμμές είναι πέντε έως έξι φορές υψηλότερος από ό, τι στις γυναικείες γενετικές γραμμές και κυμαίνεται από 0 έως 7x10−3 ανά τόπο ανά γαμέτη και ανά γενιά. Στον νηματώδη Pristionchus pacificus, ο εκτιμώμενος ρυθμός μετάλλαξης μικροδορυφόρου κυμαίνεται από 8,9×10−5 έως 7,5×10−4 ανά τόπο ανά γενιά.

Βιολογικά αποτελέσματα των μικροδορυφορικών μεταλλάξεων
Πολλοί μικροδορυφόροι βρίσκονται σε μη κωδικοποιητικό DNA και είναι βιολογικά σιωπηλοί. Άλλοι εντοπίζονται σε ρυθμιστικό ή ακόμη και σε κωδικοποιητικό DNA - μεταλλάξεις μικροδορυφόρου που σε τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να οδηγήσουν σε φαινοτυπικές αλλαγές και ασθένειες. Μια μελέτη σε ολόκληρο το γονιδίωμα εκτιμά ότι η παραλλαγή του μικροδορυφόρου συμβάλλει στο 10-15% της κληρονομικής μεταβολής της γονιδιακής έκφρασης στους ανθρώπους.

Αποτελέσματα στις πρωτεΐνες
Στα θηλαστικά, το 20% έως 40% των πρωτεϊνών περιέχει επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες αμινοξέων που κωδικοποιούνται από επαναλήψεις σύντομης αλληλουχίας. Οι περισσότερες από τις επαναλήψεις σύντομης αλληλουχίας εντός των κωδικοποιητικών πρωτεϊνικών τμημάτων του γονιδιώματος έχουν μια επαναλαμβανόμενη μονάδα τριών νουκλεοτιδίων, καθώς αυτό το μήκος δεν θα προκαλέσει μετατοπίσεις πλαισίου κατά τη μετάλλαξη. Κάθε επαναλαμβανόμενη αλληλουχία τρινουκλεοτιδίων μεταγράφεται σε μια επαναλαμβανόμενη σειρά του ίδιου αμινοξέος. Στις ζύμες, τα πιο κοινά επαναλαμβανόμενα αμινοξέα είναι η γλουταμίνη, το γλουταμινικό οξύ, η ασπαραγίνη, το ασπαρτικό οξύ και η σερίνη.

Οι μεταλλάξεις σε αυτά τα επαναλαμβανόμενα τμήματα μπορούν να επηρεάσουν τις φυσικές και χημικές ιδιότητες των πρωτεϊνών, με τη δυνατότητα παραγωγής σταδιακών και προβλέψιμων αλλαγών στη δράση των πρωτεϊνών. Για παράδειγμα, οι αλλαγές μήκους σε περιοχές που επαναλαμβάνονται διαδοχικά στο γονίδιο Runx2 οδηγούν σε διαφορές στο μήκος του προσώπου σε εξημερωμένα σκυλιά (Canis familiaris), με συσχέτιση μεταξύ μεγαλύτερων μηκών αλληλουχίας και μεγαλύτερων προσώπων. Αυτός ο συσχετισμός ισχύει επίσης για ένα ευρύτερο φάσμα ειδών Carnivora. Οι αλλαγές μήκους στις οδούς πολυαλανίνης εντός του γονιδίου HoxA13 συνδέονται με το σύνδρομο χεριών-ποδιών-γεννητικών οργάνων (Hand-Foot-Genital Syndrome), μια αναπτυξιακή διαταραχή στους ανθρώπους. Οι αλλαγές μήκους σε άλλες τριπλές επαναλήψεις συνδέονται με περισσότερες από 40 νευρολογικές ασθένειες στον άνθρωπο, ιδίως σε ασθένειες τριπλής επέκτασης όπως το σύνδρομο ευθραύστου χρωματοσώματος X και η νόσος του Χάντινγκτον. 
Οι εξελικτικές αλλαγές από την ολίσθηση αναπαραγωγής εμφανίζονται επίσης σε απλούστερους οργανισμούς. Για παράδειγμα, οι αλλαγές μήκους μικροδορυφόρων είναι συχνές στις πρωτεΐνες επιφανειακής μεμβράνης σε ζύμη, παρέχοντας ταχεία εξέλιξη στις κυτταρικές ιδιότητες. Συγκεκριμένα, οι αλλαγές μήκους στο γονίδιο FLO1 ελέγχουν το επίπεδο πρόσφυσης σε υποστρώματα. Οι επαναλήψεις μικρής αλληλουχίας παρέχουν επίσης ταχεία εξελικτική αλλαγή στις επιφανειακές πρωτεΐνες στα παθογόνα βακτήρια. Αυτό μπορεί να τους επιτρέψει να συμβαδίζουν με τις ανοσολογικές αλλαγές στους ξενιστές τους. Οι αλλαγές μήκους σε σύντομες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες στον μύκητα (Neurospora crassa) ελέγχουν τη διάρκεια των κύκλων του κιρκαδικού ρολογιού του. 

Επιπτώσεις στη γονιδιακή ρύθμιση
Οι μεταβολές μήκους των μικροδορυφόρων εντός των προαγωγέων και άλλων ρυθμιστικών περιοχών cis μπορούν να αλλάξουν γρήγορα τη γονιδιακή έκφραση, μεταξύ των γενεών. Το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει πολλές (> 16.000) επαναλήψεις μικρής αλληλουχίας σε ρυθμιστικές περιοχές, οι οποίες παρέχουν 'ρυθμιστικά κουμπιά' στην έκφραση πολλών γονιδίων.

Οι αλλαγές στο μήκος των βακτηριακών SSR μπορούν να επηρεάσουν το σχηματισμό κροσσών στον Αιμόφιλο της γρίπης (Haemophilus influenzae), αλλάζοντας το διάστημα του υποκινητή. Οι μικροδορυφόροι δινουκλεοτιδίων συνδέονται με άφθονη παραλλαγή στις περιοχές ελέγχου cis στο ανθρώπινο γονιδίωμα. 
Οι μικροδορυφόροι σε περιοχές ελέγχου του γονιδίου του υποδοχέα της αγγειοπιεσίνης 1α στους αρουραίους επηρεάζουν την κοινωνική τους συμπεριφορά και το επίπεδο της μονογαμίας.

Στο σάρκωμα Ewing (ένας τύπος οδυνηρού καρκίνου των οστών σε νέους ανθρώπους), μια σημειακή μετάλλαξη δημιούργησε έναν εκτεταμένο μικροδορυφόρο GGAA που δεσμεύει έναν παράγοντα μεταγραφής, ο οποίος με τη σειρά του ενεργοποιεί το γονίδιο EGR2 που οδηγεί τον καρκίνο. Επιπλέον, άλλοι μικροδορυφόροι GGAA μπορεί να επηρεάσουν την έκφραση γονιδίων που συμβάλλουν στην κλινική έκβαση των ασθενών με σάρκωμα Ewing.

Επιπτώσεις στα εσώνια
Οι μικροδορυφόροι στα εσώνια επηρεάζουν επίσης τον φαινότυπο, μέσω μέσων που δεν είναι επί του παρόντος κατανοητά. Για παράδειγμα, μια τριπλή επέκταση GAA στο πρώτο εσώνιο του γονιδίου X25 φαίνεται να επηρεάζει τη μεταγραφή και προκαλεί την αταξία Friedreich. 
Οι διαδοχικές επαναλήψεις στο πρώτο εσώνιο του γονιδίου της συνθετάσης της ασπαραγίνης συνδέονται με οξεία λεμφοβλαστική λευχαιμία. Ένας επαναλαμβανόμενος πολυμορφισμός στο τέταρτο εσώνιο του γονιδίου NOS3 συνδέεται με υπέρταση σε πληθυσμό της Τυνησίας. Τα μειωμένα μήκη επανάληψης στο γονίδιο EGFR συνδέονται με οστεοσάρκωμα.

Μια αρχαϊκή μορφή ματίσματος που διατηρείται στο ψάρι-ζέβρα είναι γνωστό ότι χρησιμοποιεί μικροδορυφορικές αλληλουχίες μέσα σε εσωνικό mRNA για την αφαίρεση εσωνίων απουσία U2AF2 και άλλων μηχανησμών ματίσματος. Θεωρείται ότι αυτές οι αλληλουχίες σχηματίζουν πολύ σταθερές διαμορφώσεις φύλλων τριφυλλιού που φέρνουν τις θέσεις ματίσματος 3 'και 5' εσωνίων σε κοντινή απόσταση, αντικαθιστώντας αποτελεσματικά το σωμάτιο συναρμογής. Αυτή η μέθοδος ματίσματος RNA πιστεύεται ότι έχει αποκλίνει από την ανθρώπινη εξέλιξη κατά τον σχηματισμό τετραπόδων και αντιπροσωπεύει ένα τεχνούργημα ενός κόσμου RNA.

Επιπτώσεις στα μεταθετόνια
Σχεδόν το 50% του ανθρώπινου γονιδιώματος περιέχεται σε διάφορους τύπους μεταθετών στοιχείων (που ονομάζονται επίσης τρανσποζόνια ή 'γονίδια άλματος') και πολλά από αυτά περιέχουν επαναλαμβανόμενο DNA. Είναι πιθανό ότι οι επαναλήψεις μικρής αλληλουχίας σε αυτές τις θέσεις εμπλέκονται επίσης στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης.

Εφαρμογές
Οι μικροδορυφόροι χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση των χρωμοσωμικών διαγραφών DNA στη διάγνωση καρκίνου. Οι μικροδορυφόροι χρησιμοποιούνται ευρέως για μελέτη του DNA, γνωστού επίσης ως γενετικού αποτυπώματος, για κηλίδες εγκλήματος (στην εγκληματολογία) και για ιστούς (σε ασθενείς με μεταμόσχευση). Χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως στην ανάλυση συγγένειας (συνηθέστερα στον έλεγχο πατρότητας). Επίσης, οι μικροδορυφόροι χρησιμοποιούνται για χαρτογράφηση θέσεων εντός του γονιδιώματος, ειδικά στην ανάλυση γενετικής σύνδεσης για τον εντοπισμό ενός γονιδίου ή μιας μετάλλαξης που είναι υπεύθυνη για ένα δεδομένο χαρακτηριστικό ή ασθένεια. Ως ειδική περίπτωση χαρτογράφησης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μελέτες αναπαραγωγής γονιδίου, ή γενετικής διαγραφής. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν μικροδορυφόρους στη γενετική των πληθυσμών και σε έργα διατήρησης ειδών. Οι γενετιστές φυτών πρότειναν τη χρήση μικροδορυφόρων για επιλογή υποβοηθούμενη από δείκτη (Marker-assisted selection) επιθυμητών χαρακτηριστικών στην αναπαραγωγή φυτών.

Διάγνωση καρκίνου
Σε κύτταρα νεοπλάσματος, των οποίων οι έλεγχοι αντιγραφής είναι κατεστραμμένοι, οι μικροδορυφόροι μπορεί να αποκτηθούν ή να χαθούν σε μια ιδιαίτερα υψηλή συχνότητα κατά τη διάρκεια κάθε γύρου μίτωσης. Ως εκ τούτου, μια κυτταρική γραμμή νεοπλάσματος μπορεί να εμφανίζει διαφορετικό γενετικό αποτύπωμα από εκείνο του ιστού ξενιστή και ειδικά στον καρκίνο του παχέος εντέρου, μπορεί να εμφανιστεί με απώλεια ετεροζυγωτίας. Κατά συνέπεια, μικροδορυφόροι χρησιμοποιούνται συνήθως στη διάγνωση καρκίνου για την αξιολόγηση της εξέλιξης του όγκου.


 Εγκληματολογική και ιατρική αποτύπωση 
Η μικροδορυφορική ανάλυση έγινε δημοφιλής στον τομέα της εγκληματολογίας τη δεκαετία του 1990. Χρησιμοποιείται για το γενετικό αποτύπωμα ατόμων όπου επιτρέπει την εγκληματολογική ταυτοποίηση (συνήθως ταιριάζει με κηλίδες εγκλήματος με θύμα ή δράστη). Χρησιμοποιείται επίσης για την παρακολούθηση ασθενών με μεταμόσχευση μυελού των οστών.

Οι μικροδορυφόροι που χρησιμοποιούνται σήμερα για ιατροδικαστική ανάλυση είναι όλες επαναλήψεις τετρα- ή πεντα-νουκλεοτιδίων, καθώς αυτές δίνουν υψηλό βαθμό δεδομένων χωρίς σφάλματα ενώ είναι αρκετά σύντομοι για να επιβιώσουν από την υποβάθμιση σε μη ιδανικές συνθήκες. Ακόμη και μικρότερες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες τείνουν να υποφέρουν από σφάλματα όπως τραύλισμα PCR και η προτιμησιακή ενίσχυση, ενώ μακρύτερες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες θα υποφέρουν περισσότερο από περιβαλλοντική υποβάθμιση και θα ενισχυθούν λιγότερο καλά με PCR. Ένα άλλο εγκληματολογικό ζήτημα είναι ότι το ιατρικό απόρρητο του ατόμου πρέπει να γίνεται σεβαστό, έτσι ώστε τα εγκληματολογικά STRs να επιλέγονται αυτά που δεν κωδικοποιούν, που δεν επηρεάζουν τη γονιδιακή ρύθμιση και συνήθως δεν είναι τα τρινουκλεοτιδικά STRs που θα μπορούσαν να εμπλέκονται στην ασθένειες τριπλής επέκτασης όπως στη νόσο του Χάντινγκτον. Τα περιγράμματα εγκληματολογικών STR αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων DNA όπως η Εθνική βάση δεδομένων DNA του Ηνωμένου Βασιλείου (NDNAD), η αμερικανική CODIS ή η Αυστραλιανή NCIDD.

Ανάλυση συγγένειας (δοκιμή πατρότητας)
Οι αυτοσωμικοί μικροδορυφόροι χρησιμοποιούνται ευρέως για μελέτη του DNA στην ανάλυση συγγένειας (συνηθέστερα στον έλεγχο πατρότητας). 
Πατρικά κληρονομικά Y-STRs (μικροδορυφόροι στο χρωμόσωμα Υ) χρησιμοποιούνται συχνά σε γενεαλογική εξέταση DNA.

Ανάλυση γενετικής σύνδεσης
Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών 1990, 2000, 2010, οι μικροδορυφόροι ήταν οι γενετικοί δείκτες σκληρής εργασίας για τις σαρώσεις σε ολόκληρο το γονιδίωμα για τον εντοπισμό οποιουδήποτε γονιδίου ήταν υπεύθυνο για έναν δεδομένο φαινότυπο ή ασθένεια, χρησιμοποιώντας τις παρατηρήσεις διαχωρισμού σε γενιές γενεαλογικού δείγματος. Αν και η άνοδος της υψηλότερης απόδοσης και των οικονομικά αποδοτικών πλατφορμών μονoνουκλεοτικού πολυμορφισμού (SNP) οδήγησε στην εποχή του SNP για σαρώσεις γονιδιώματος, οι μικροδορυφόροι παραμένουν εξαιρετικά πληροφοριακά μέτρα γονιδιωματικής παραλλαγής για σύνδεση και μελέτες SNP. Το συνεχιζόμενο πλεονέκτημά τους έγκειται στη μεγαλύτερη αλληλομορφική ποικιλότητά τους από τα διαλληλικά SNPs, επομένως οι μικροδορυφόροι μπορούν να διαφοροποιήσουν τα αλληλόμορφα εντός ενός καθορισμένου από SNP τμήματος ανισορροπίας σύνδεσης. Έτσι, οι μικροδορυφόροι οδήγησαν με επιτυχία σε ανακαλύψεις διαβήτη τύπου 2 (TCF7L2) και γονίδια καρκίνου του προστάτη (περιοχή 8q21).

 Γενετική πληθυσμού 
Οι μικροδορυφόροι διαδόθηκαν στη γενετική των πληθυσμών κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1990 επειδή καθώς η PCR έγινε πανταχού παρούσα στα εργαστήρια, οι ερευνητές μπόρεσαν να σχεδιάσουν εκκινητές και να ενισχύσουν σύνολα μικροδορυφόρων με χαμηλό κόστος. Οι χρήσεις τους είναι ευρείας εμβέλειας. Ένας μικροδορυφόρος με ουδέτερο εξελικτικό ιστορικό τον καθιστά εφαρμόσιμο για τη μέτρηση ή την εξαγωγή συμπερασμάτων στη συμφόρηση πληθυσμών, στην τοπική προσαρμογή, στον αλληλομορφικό δείκτη σταθεροποίησης (FST), στο μέγεθος του πληθυσμού, και στη γονιδιακή ροή. Καθώς η αλληλούχιση DNA γίνεται πιο προσιτή, η χρήση των μικροδορυφόρων έχει μειωθεί, ωστόσο παραμένουν ένα κρίσιμο εργαλείο στον τομέα.

Αναπαραγωγή φυτών
Η επιλογή υποβοηθούμενη από δείκτη ή επιλογή με τη βοήθεια δεικτών (MAS) είναι μια διαδικασία έμμεσης επιλογής όπου ένα χαρακτηριστικό ενδιαφέροντος επιλέγεται με βάση έναν δείκτη μορφολογικό, βιοχημικό ή παραλλαγής DNA/RNA  που συνδέεται με ένα χαρακτηριστικό ενδιαφέροντος (π.χ. παραγωγικότητα, αντίσταση στις ασθένειες, ανοχή στο άγχος και ποιότητα), αντί για το ίδιο το χαρακτηριστικό. Οι μικροδορυφόροι έχουν προταθεί να χρησιμοποιηθούν ως τέτοιοι δείκτες για να βοηθήσουν στην αναπαραγωγή φυτών.

Ανάλυση
Το επαναλαμβανόμενο DNA δεν αναλύεται εύκολα με μεθόδους αλληλούχισης DNA επόμενης γενιάς, οι οποίες παλεύουν με ομοπολυμερείς οδούς. Επομένως, οι μικροδορυφόροι αναλύονται κανονικά με συμβατική ενίσχυση PCR και προσδιορισμό μεγέθους αμπλικονίου, μερικές φορές ακολουθούμενοι από αλληλούχιση Sanger.

Στην ιατροδικαστική, η ανάλυση πραγματοποιείται εξάγοντας πυρηνικό DNA από τα κύτταρα ενός δείγματος ενδιαφέροντος, και στη συνέχεια ενισχύοντας συγκεκριμένες πολυμορφικές περιοχές του εκχυλισμένου DNA μέσω της αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης. Μόλις αυτές οι αλληλουχίες έχουν ενισχυθεί, επιλύονται είτε μέσω ηλεκτροφόρησης πηκτής είτε τριχοειδούς ηλεκτροφόρησης, η οποία θα επιτρέψει στον αναλυτή να προσδιορίσει πόσες επαναλήψεις της εν λόγω αλληλουχίας μικροδορυφόρων υπάρχουν. Εάν το DNA αναλύθηκε με ηλεκτροφόρηση πηκτής, το DNA μπορεί να απεικονιστεί είτε με χρώση αργύρου (χαμηλή ευαισθησία, ασφαλές, φθηνό), είτε με βαφή παρεμβολής όπως βρωμιούχο αιθίδιο (αρκετά ευαίσθητο, μέτριοι κίνδυνοι για την υγεία, φθηνό), ή όπως χρησιμοποιούν τα περισσότερα σύγχρονα ιατροδικαστικά εργαστήρια, χρωστικές φθορισμού (εξαιρετικά ευαίσθητο, ασφαλές, ακριβό). Τα όργανα που κατασκευάστηκαν για την επίλυση μικροδορυφορικών θραυσμάτων με τριχοειδή ηλεκτροφόρηση χρησιμοποιούν επίσης χρωστικές φθορισμού. Τα εγκληματολογικά δεδομένα αποθηκεύονται σε μεγάλες τράπεζες δεδομένων. Η βάση δεδομένων του Ηνωμένου Βασιλείου για την ταυτοποίηση μικροδορυφορικών τόπων βασίστηκε αρχικά στο βρετανικό σύστημα SGM+ χρησιμοποιώντας 10 τόπους και έναν δείκτη φύλου. Οι Αμερικάνοι αύξησαν αυτόν τον αριθμό σε 13 τόπους. Η αυστραλιανή βάση δεδομένων ονομάζεται NCIDD και από το 2013 χρησιμοποιεί 18 βασικούς δείκτες για την περιγραφή DNA.

Ενίσχυση
Οι μικροδορυφόροι μπορούν να ενισχυθούν για αναγνώριση με τη διαδικασία αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης (PCR), χρησιμοποιώντας τις μοναδικές αλληλουχίες πλευρικών περιοχών ως εκκινητές. Το DNA μετουσιώνεται επανειλημμένα σε υψηλή θερμοκρασία για να διαχωριστεί ο διπλός κλώνος, μετά ψύχεται για να επιτρέψει αναδόμηση των εκκινητών και την επέκταση των νουκλεοτιδικών αλληλουχιών μέσω του μικροδορυφόρου. Αυτή η διαδικασία έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή αρκετού DNA ώστε να είναι ορατό σε πηκτές αγαρόζης ή πολυακρυλαμίδης. Απαιτούνται μόνο μικρές ποσότητες DNA για ενίσχυση, διότι με αυτόν τον τρόπο η θερμοκυκλοφορία δημιουργεί εκθετική αύξηση στο αναπαραγόμενο τμήμα. Με την αφθονία της τεχνολογίας PCR, οι εκκινητές που συνοδεύουν τους μικροδορυφορικούς τόπους είναι απλοί και γρήγοροι στη χρήση, αλλά η ανάπτυξη σωστά λειτουργικών εκκινητών είναι συχνά μια κουραστική και δαπανηρή διαδικασία.

Σχεδιασμός μικροδορυφορικών εκκινητών
Αν ψάχνετε για μικροδορυφορικούς δείκτες σε συγκεκριμένες περιοχές ενός γονιδιώματος, για παράδειγμα εντός ενός συγκεκριμένου εσωνίου, οι εκκινητές μπορούν να σχεδιαστούν χειροκίνητα. Αυτό περιλαμβάνει την αναζήτηση της γονιδιωματικής αλληλουχίας DNA για επαναλήψεις μικροδορυφόρου, οι οποίες μπορούν να γίνουν με το μάτι ή με τη χρήση αυτοματοποιημένων εργαλείων όπως το repeat masker. Μόλις προσδιοριστούν οι δυνητικά χρήσιμοι μικροδορυφόροι, οι πλευρικές αλληλουχίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το σχεδιασμό εκκινητών ολιγονουκλεοτιδίου που θα ενισχύσουν την ειδική επανάληψη μικροδορυφόρου σε αντίδραση PCR.

Τυχαίοι μικροδορυφορικοί εκκινητές μπορούν να αναπτυχθούν με κλωνοποίηση τυχαίων τμημάτων DNA από το εστιακό είδος. Αυτά τα τυχαία τμήματα εισάγονται σε ένα πλασμίδιο ή φορέα βακτηριοφάγου, ο οποίος με τη σειρά του εμφυτεύεται σε βακτήρια Εσερίχια κόλι. Οι αποικίες στη συνέχεια αναπτύσσονται και σαρώνονται με αλληλουχίες ολιγονουκλεοτιδίου επισημασμένες με φθορισμό που θα υβριδοποιηθούν σε μικροδορυφορική επανάληψη, εάν υπάρχουν στο τμήμα DNA. Εάν μπορούν να ληφθούν θετικοί κλώνοι από αυτή τη διαδικασία, το DNA αλληλουχείται και οι εκκινητές PCR επιλέγονται από πλευρικές αλληλουχίες τέτοιων περιοχών για να προσδιορίσουν έναν συγκεκριμένο τόπο. Αυτή η διαδικασία συνεπάγεται σημαντικές διαδικασίες δοκιμής και σφάλματος εκ μέρους των ερευνητών, καθώς πρέπει να προβλεφθούν επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες μικροδορυφόρων και οι εκκινητές που είναι τυχαία απομονωμένοι ενδέχεται να μην εμφανίζουν σημαντικό πολυμορφισμό. Οι μικροδορυφορικοί τόποι κατανέμονται ευρέως σε όλο το γονιδίωμα και μπορούν να απομονωθούν από ημι-αποικοδομημένο DNA παλαιότερων δειγμάτων, καθώς το μόνο που χρειάζεται είναι κατάλληλο υπόστρωμα για ενίσχυση μέσω PCR.
Οι πιο πρόσφατες τεχνικές περιλαμβάνουν τη χρήση αλληλουχιών ολιγονουκλεοτιδίων που αποτελούνται από συμπληρωματικές επαναλήψεις προς τις επαναλήψεις στον μικροδορυφόρο για να "εμπλουτίσουν" το DNA που εξήχθη (μικροδορυφορικός εμπλουτισμός). Ο ολιγονουκλεοτιδικός ανιχνευτής υβριδοποιείται με την επανάληψη στον μικροδορυφόρο και το σύμπλοκο ανιχνευτή/μικροδορυφόρου αφαιρείται στη συνέχεια από το διάλυμα. Το εμπλουτισμένο DNA στη συνέχεια κλωνοποιείται ως κανονικό, αλλά το ποσοστό επιτυχιών θα είναι τώρα πολύ υψηλότερο, μειώνοντας δραστικά τον χρόνο που απαιτείται για την ανάπτυξη των περιοχών για χρήση. Ωστόσο, ποιοι ανιχνευτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν προκύπτουν από μόνες τους ως διαδικασίες δοκιμής και σφάλματος.

ISSR-PCR
ISSR (inter-simple sequence repeat) (απλή επανάληψη αλληλουχίας) είναι ένας γενικός όρος για μια περιοχή γονιδιώματος μεταξύ μικροδορυφορικών τόπων. Οι συμπληρωματικές αλληλουχίες σε δύο γειτονικούς μικροδορυφόρους χρησιμοποιούνται ως εκκινητές PCR η μεταβλητή περιοχή μεταξύ τους ενισχύεται. Το περιορισμένο μήκος των κύκλων ενίσχυσης κατά τη διάρκεια της PCR αποτρέπει την υπερβολική αναπαραγωγή των υπερβολικά μεγάλων συνεχόμενων αλληλουχιών DNA, έτσι το αποτέλεσμα θα είναι ένα μείγμα μιας ποικιλίας ενισχυμένων κλώνων DNA που είναι γενικά βραχείες αλλά ποικίλλουν πολύ σε μήκος.
Οι αλληλουχίες που ενισχύονται με ISSR-PCR μπορούν να χρησιμοποιηθούν για δακτυλικό αποτύπωμα DNA. Δεδομένου ότι μία ISSR μπορεί να είναι μια συντηρημένη ή όχι περιοχή, αυτή η τεχνική δεν είναι χρήσιμη για τη διάκριση των ατόμων, αλλά μάλλον για φυλογγεωγραφικές αναλύσεις  ή ίσως οριοθετώντας είδος. Η ποικιλομορφία αλληλουχίας είναι χαμηλότερη από ό,τι στην SSR-PCR, αλλά ακόμη μεγαλύτερη από ό,τι στις πραγματικές αλληλουχίες γονιδίων. Επιπλέον, η αλληλουχία μικροδορυφόρων και η αλληλουχία ISSR αλληλοβοηθούνται, καθώς η μία παράγει εκκινητές για την άλλη.

Περιορισμοί
Το επαναλαμβανόμενο DNA δεν αναλύεται εύκολα με μεθόδους αλληλούχισης DNA επόμενης γενιάς, οι οποίες αντιπαραβάλλονται με ομοπολυμερείς οδούς. Επομένως, οι μικροδορυφόροι αναλύονται κανονικά με συμβατική ενίσχυση PCR και προσδιορισμό μεγέθους αμπλικονίου. Η χρήση PCR σημαίνει ότι η ανάλυση μήκους μικροδορυφόρου είναι επιρρεπής σε περιορισμούς PCR όπως κάθε άλλος τόπος DNA ενισχυμένος με PCR. Ιδιαίτερη ανησυχία είναι η εμφάνιση μηδενικών αλληλομόρφων:
 Περιστασιακά, σε ένα δείγμα ατόμων, όπως σε υποθέσεις εξέτασης πατρότητας, μια μετάλλαξη στο DNA που πλαισιώνει τον μικροδορυφόρο μπορεί να αποτρέψει τη σύνδεση του εκκινητή PCR και την παραγωγή ενός αμπλικονίου (δημιουργώντας ένα "μηδενικό αλληλόμορφο" σε μια δοκιμασία πηκτής), επομένως μόνο ένα αλληλόμορφο ενισχύεται (από το μη μεταλλαγμένο αδελφό χρωμόσωμα) και το άτομο μπορεί στη συνέχεια να φαίνεται ψευδώς ομόζυγο. Αυτό μπορεί να προκαλέσει σύγχυση στις υποθέσεις πατρότητας. Μπορεί τότε να είναι απαραίτητο να ενισχυθεί ο μικροδορυφόρος χρησιμοποιώντας ένα διαφορετικό σύνολο εκκινητών. Τα μηδενικά αλληλόμορφα προκαλούνται ειδικά από μεταλλάξεις στην ενότητα 3', όπου ξεκινά η επέκταση.
 Στην ανάλυση ειδών ή πληθυσμών, για παράδειγμα σε εργασίες συντήρησης, οι εκκινητές PCR που ενισχύουν τους μικροδορυφόρους σε ένα άτομο ή σε ένα είδος μπορούν να λειτουργήσουν σε άλλα είδη. Ωστόσο, ο κίνδυνος εφαρμογής εκκινητών PCR σε διαφορετικά είδη είναι ότι τα μηδενικά αλληλόμορφα γίνονται πιθανά, όποτε η απόκλιση αλληλουχίας είναι πολύ μεγάλη για να συνδεθούν οι εκκινητές. Το είδος μπορεί τότε να φαίνεται τεχνητά να έχει μειωμένη ποικιλομορφία. Τα μηδενικά αλληλόμορφα στην περίπτωση αυτή μπορεί μερικές φορές να υποδεικνύονται από υπερβολική συχνότητα ομοζυγωτών που προκαλούν αποκλίσεις από τις προσδοκίες ισορροπίας Hardy-Weinberg.

 Παραπομπές 

 Παραπέρα μελέτη 













 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
 About microsatellites:
 All known disease-causing short tandem repeats
 Microsatellite DNA Methodology
 MicrosatDB
 Eremorph—web-based resource for prediction and study of gene variations
 Search tools:
 FireMuSat2+ 
 IMEx 
 Imperfect SSR Finder —find perfect or imperfect SSRs in FASTA sequences. 
 JSTRING—Java Search for Tandem Repeats In Genomes
 Microsatellite repeats finder
 MISA—MIcroSAtellite identification tool
 MREPATT 
 Mreps 
 Phobos—a tandem repeat search tool for perfect and imperfect repeats—the maximum pattern size depends only on computational power
 Poly
 SciRoKo
 SSR Finder
 STAR
 Tandem Repeats Finder 
 TandemSWAN
 TRED
 TROLL
 Zebrafish Repeats 

Κατηγορία:Γενετική
Κατηγορία:Μοριακή γενετική
Κατηγορία:DNA
Κατηγορία:Εφαρμοσμένη γενετική