Δορυφορικό DNA

Το δορυφορικό DNA (Satellite DNA) αποτελείται από πολύ μεγάλες συστοιχίες διαδοχικά επαναλαμβανόμενες, μη κωδικοποιητικού DNA. Το δορυφορικό DNA είναι το κύριο συστατικό των λειτουργικών κεντρομεριδίων και αποτελεί το κύριο δομικό συστατικό της ετεροχρωματίνης.
Το όνομα "δορυφορικό DNA" αναφέρεται στο φαινόμενο ότι οι επαναλήψεις μιας σύντομης αλληλουχίας DNA τείνουν να παράγουν διαφορετική συχνότητα των βάσεων αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη και θυμίνη, και έτσι έχουν διαφορετική πυκνότητα από το χύμα DNA έτσι ώστε να σχηματίζουν μια δεύτερη ή δορυφορική ζώνη, όταν το γονιδιωματικό DNA διαχωρίζεται κατά μήκος μιας βαθμίδα πυκνότητας χλωριούχου καισίου χρησιμοποιώντας φυγοκέντρηση ανωτικής πυκνότητας. 
Οι αλληλουχίες με μεγαλύτερη αναλογία Α+Τ εμφανίζουν χαμηλότερη πυκνότητα, ενώ εκείνες με μεγαλύτερη αναλογία G+C εμφανίζουν μεγαλύτερη πυκνότητα από το χύμα μέρος του γονιδιωματικού DNA. Ορισμένες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες είναι ~50% G+C/A+T και επομένως έχουν ανωτικές πυκνότητες ίδιες με το χύμα γονιδιωματικό DNA. Αυτοί οι δορυφόροι ονομάζονται κρυπτικοί δορυφόροι επειδή σχηματίζουν μια ζώνη κρυμμένη μέσα στην κύρια ζώνη του γονιδιωματικού DNA. Ισοπυκνικός (isopycnic) είναι ένας άλλος όρος που χρησιμοποιείται για τους κρυπτικούς δορυφόρους.Skinner D.M., Beattie W.G., Blattner F.F., Stark B.P., Dahlberg J.E., Biochemistry. 1974; 13: 3930-3937
 Οικογένειες δορυφορικού DNA σε ανθρώπους 
Το δορυφορικό DNA, μαζί με το μινιδορυφορικό (minisatellite) και το μικροδορυφορικό (microsatellite) DNA, αποτελούν τις διαδοχικές επαναλήψεις. Το μέγεθος των δορυφορικών συστοιχιών DNA ποικίλλει πολύ μεταξύ των ατόμων.
Οι κύριες οικογένειες δορυφόρων DNA στον άνθρωπο ονομάζονται:
 Οικογένεια δορυφόρου Μέγεθος επαναλαμβανόμενης μονάδας (bp) Τοποθεσία στα ανθρώπινα χρωμοσώματα α (αλφοειδές DNA) 170 Όλα τα χρωμοσώματα β 68 Κεντρομερίδια των χρωμοσωμάτων 1, 9, 13, 14, 15, 21, 22, και Υ Δορυφόρος 1 25-48 Κεντρομερίδια και άλλες περιοχές στην ετεροχρωματίνη των περισσότερων χρωμοσωμάτων Δορυφόρος 2 5 Τα περισσότερα χρωμοσώματα Δορυφόρος 3 5 Τα περισσότερα χρωμοσώματα
Μήκος
Ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο μπορεί να έχει μήκος από 1 ζεύγος βάσεων (bp) (επανάληψη μονονουκλεοτιδίου) έως πολλές χιλιάδες ζεύγη βάσεων, και το συνολικό μέγεθος ενός μπλοκ δορυφόρου DNA μπορεί να είναι πολλές μεγαβάσεις χωρίς διακοπή. Έχουν περιγραφεί μονάδες μακράς επανάληψης που περιέχουν περιοχές μικρότερων επαναλαμβανόμενων τμημάτων και μονονουκλεοτιδίων (1-5 bp), διατεταγμένες σε ομάδες μικροδορυφόρων, όπου συγκεντρώθηκαν διαφορές μεταξύ των μεμονωμένων αντιγράφων των μακρύτερων επαναλαμβανόμενων μονάδων. Το μεγαλύτερο μέρος του δορυφορικού DNA εντοπίζεται στην τελομερή ή στην κεντρομερή περιοχή του χρωμοσώματος. Η νουκλεοτιδική αλληλουχία των επαναλήψεων είναι αρκετά καλά διατηρημένη σε όλα τα είδη. Ωστόσο, η διακύμανση στο μήκος της επανάληψης είναι κοινή.
Μελέτες που βασίζονται σε αλληλούχιση χαμηλής ανάλυσης έχουν δείξει διακύμανση στα μήκη δορυφορικών συστοιχιών του ανθρώπινου πληθυσμού καθώς και στη συχνότητα ορισμένων παραλλαγών ακολουθίας και δομής (11-13, 29). Ωστόσο, λόγω έλλειψης πλήρων συγκροτημάτων κεντρομεριδίων, η κατανόηση σε επίπεδο βάσης της διακύμανσης και της εξέλιξης της δορυφορικής διάταξης έχει παραμείνει ασθενής. Παραδείγματος χάρη, ο μίνιδορυφόρος DNA είναι μια μικρή περιοχή (1-5 kb) επαναλαμβανόμενων στοιχείων με μήκος >9 νουκλεοτίδια. Ενώ οι μικροδορυφόροι σε αλληλουχίες DNA θεωρείται ότι έχουν μήκος 1-8 νουκλεοτίδια. Η διαφορά στο πόσες από τις επαναλήψεις υπάρχουν στην περιοχή (μήκος της περιοχής) είναι η βάση για τη περιγραφή του DNA.
 Προέλευση 
Οι μικροδορυφόροι πιστεύεται ότι προήλθαν από ολίσθηση πολυμεράσης κατά την αντιγραφή του DNA. Αυτό προέρχεται από την παρατήρηση ότι τα αλληλόμορφα μικροδορυφόρου είναι συνήθως πολυμορφικά. Συγκεκριμένα, οι διαφορές μήκους που παρατηρούνται μεταξύ των αλληλόμορφων μικροδορυφόρων είναι γενικά πολλαπλάσια του μήκους της επαναλαμβανόμενης μονάδας.
Δομή
Το δορυφορικό DNA υιοθετεί τρισδιάστατες δομές υψηλότερης τάξης σε ένα φυσικά σύνθετο δορυφορικό DNA από το καβούρι ξηράς Gecarcinus lateralis, του οποίου το γονιδίωμα περιέχει το 3% μιας δορυφορικής ζώνης πλούσιας σε GC που αποτελείται από ένα μοτίβο ακολουθίας " μονάδας επανάληψης " ~2100 bp που ονομάζεται RU (repeat unit). Η RU ήταν διατεταγμένη σε μεγάλες διαδοχικές διατάξεις με περίπου 16.000 αντίγραφα ανά γονιδίωμα. Αρκετές αλληλουχίες RU κλωνοποιήθηκαν και αλληλουχήθηκαν για να αποκαλύψουν διατηρημένες περιοχές συμβατικών αλληλουχιών DNA σε εκτάσεις μεγαλύτερες από 550 bp, διεσπαρμένες με πέντε "αποκλίνουσες περιοχές" εντός κάθε αντιγράφου της RU.
Τέσσερις αποκλίνουσες περιοχές αποτελούνταν από επαναλήψεις μικροδορυφόρου, με πολωμένη σύνθεση βάσης, με πουρίνες στη μία αλυσίδα και πυριμιδίνες στην άλλη. Ορισμένα περιείχαν μονονουκλεοτιδικές επαναλήψεις ζευγών βάσεων C:G μήκους περίπου 20 bp. Αυτοί οι πολωμένοι κλώνοι μικροδορυφορικών τομέων κυμαίνονταν σε μήκος από περίπου 20 bp έως περισσότερο από 250 bp. Οι πιο διαδεδομένες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες ήταν στις ενσωματωμένες μικροδορυφορικές περιοχές CT:AG, CCT:AGG, CCCT:AGGG, και CGCAC:GTGCG. Αυτές οι επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες αποδείχθηκε ότι υιοθετούν αλλοιωμένες δομές συμπεριλαμβανομένων των τρίκλωνων DNA, Z-DNA, βρόχος κορμού, και άλλες διαμορφώσεις κάτω από υπερελική τάση.
Μεταξύ των επαναλήψεων μικροδορυφόρου με πόλωση κλώνου και επαναλήψεων μονονουκλεοτιδίου C:G, όλες οι παραλλαγές αλληλουχίας διατήρησαν ένα ή δύο ζεύγη βάσεων με την Α (πουρίνη) να διακόπτει τον πλούσιο σε πυριμιδίνη κλώνο και την Τ (πυριμιδίνη) να διακόπτει τον πλούσιο σε πουρίνη κλώνο. Αυτές οι διακοπές στην προκατάληψη της σύνθεσης υιοθέτησαν εξαιρετικά παραμορφωμένες διαμορφώσεις όπως φαίνεται από την απόκρισή τους σε ένζυμα δομικών νουκλεασών συμπεριλαμβανομένων των νουκλεασών S1, P1 και των νουκλεασών της ρουβίτσας (mung bean).
Ο πιο πολύπλοκος σύνθετος πολωμένος μικροδορυφορικός τομέας του RU περιελάμβανε την αλληλουχία TTAA:TTAA καθώς και μια επανάληψη κατόπτρου. Παρήγαγε το ισχυρότερο σήμα ως απόκριση στις νουκλεάσες σε σύγκριση με όλες τις άλλες αλλοιωμένες δομές σε πειραματικές παρατηρήσεις. Αυτή η συγκεκριμένη αποκλίνουσα περιοχή με πόλωση κλώνου ήταν υποκλωνοποιημένη και η αλλοιωμένη ελικοειδής δομή της μελετήθηκε με μεγαλύτερη λεπτομέρεια.
Μια πέμπτη αποκλίνουσα περιοχή στην αλληλουχία RU χαρακτηρίστηκε από παραλλαγές ενός συμμετρικού μοτίβου αλληλουχίας DNA εναλλασσόμενων πουρινών και πυριμιδινών που φαίνεται ότι υιοθετούν μια αριστερόστροφη δομή Z-DNA ή δομή κορμού-βρόχου υπό υπερέλικο στρες. Το διατηρημένο συμμετρικό Z-DNA συντομεύτηκε Z4Z5NZ15NZ5Z4, όπου το Ζ αντιπροσωπεύει εναλλασσόμενες αλληλουχίες πουρίνης/πυριμιδίνης. Μια δομή κορμού-βρόχου (stem-loop) επικεντρώθηκε στο στοιχείο Z15 στην εξαιρετικά διατηρημένη παλινδρομική ακολουθία CGCACGTGCG:CGCACGTGCG και πλαισιώθηκε από εκτεταμένες παλινδρομικές αλληλουχίες Z-DNA σε μια περιοχή 35 bp. Πολλές παραλλαγές RU έδειξαν διαγραφές τουλάχιστον 10 bp εκτός του δομικού στοιχείου Z4Z5NZ15NZ5Z4, ενώ άλλες είχαν επιπλέον αλληλουχίες Z-DNA που επιμήκυναν την εναλλασσόμενη περιοχή πουρίνης και πυριμιδίνης σε πάνω από 50 bp.
Μια εκτεταμένη ακολουθία RU (EXT) αποδείχθηκε ότι έχει έξι διαδοχικά αντίγραφα ενός μοτίβου αλληλουχίας ενισχυμένης με 142 bp (AMPL), που έχει εισαχθεί σε μια περιοχή που οριοθετείται από ανεστραμμένες επαναλήψεις, όπου τα περισσότερα αντίγραφα περιείχαν μόνο ένα στοιχείο αλληλουχίας AMPL. Δεν υπήρχαν ευαίσθητες στη νουκλεάση αλλοιωμένες δομές ή σημαντική απόκλιση αλληλουχίας στη σχετικά συμβατική αλληλουχία AMPL. Μια περικομμένη ακολουθία RU (TRU), 327 bp μικρότερη από τους περισσότερους κλώνους, προέκυψε από μια αλλαγή βάσης που οδηγεί σε μια δεύτερη θέση περιορισμού EcoRI στο TRU.
Ένα άλλο καβούρι, ο πάγουρος Pagurus pollicaris, αποδείχθηκε ότι είχε μια οικογένεια δορυφόρων πλούσιων σε AT με δομές ανεστραμμένης επανάληψης που αποτελούσαν το 30% ολόκληρου του γονιδιώματος. Άλλος ένας κρυπτικός δορυφόρος από το ίδιο καβούρι με την ακολουθία CCTA:TAGG βρέθηκε με εισηγμένα μερικά από τα παλίνδρομα.

Παραπομπές

Παραπέρα μελέτη


Εξωτερικοί σύνδεσμοι

 Εργαλεία αναζήτησης:
 SERF De Novo Genome Analysis and Tandem Repeats Finder
 TRF Tandem Repeats Finder
Κατηγορία:DNA
Κατηγορία:Επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA