Ponavljajuće sekvence

**Ponavljajuće sekvence** (također poznate kao **ponavljajući elementi**, **ponavljajuće jedinice** ili **ponavljanja**) su kratki ili dugi obrasci koji se javljaju u više kopija širom genoma. |Kod mnogih organizama, značajan dio genomske DNK je ponovljiv, pri čemu se preko dvije trećine sekvence sastoji od ponavljivih elemenata kod ljudi. Neke od ovih ponovljenih sekvenci su neophodne za održavanje važnih struktura genoma kao što su telomere ili centromere.

Ponavljajuće sekvence se kategoriziraju u različite klase, ovisno o karakteristikama kao što su struktura, dužina, lokacija, porijeklo i način umnožavanja. Raspored ponavljajućih elemenata u genomu može se sastojati ili u direktno susjednim dk selvencsma se nazivaju tandemska ponavljanja ili u ponavljanjima raspršenim po genomu koja se nazivaju isprekidana ponavljanja. Tandemska i isprekidana ponavljanja se dalje kategoriziraju u podklase na osnovu dužine ponovljene sekvence i/ili načina umnožavanja.

Dok su neke ponovljene sekvence DNK važne za funkcionisanje ćelija i održavanje genoma, druge ponovljene sekvence mogu biti štetne. Mnoge ponovljene sekvence DNK povezane su sa ljudskim bolestima kao što su Huntingtonova bolest i Friedreichova ataksija. Neki ponovljeni elementi su neutralni i javljaju se kada nema selekcije za specifične sekvence, ovisno o tome kako dolazi do transpozicije ili hromozomskog ukrštanja. McClintockovim rad je postavio temelje za otkriće ponovljenih sekvenci jer su transpozicija, struktura centromera i struktura telomera moguće putem ponovljenih elemenata, ali to u to vrijeme nije bilo u potpunosti shvaćeno. Termin "ponovljena sekvenca" prvi put su upotrijebili Roy John Britten i D. E. Kohne 1968. godine; otkrili su da je više od polovine eukariotskih genoma ponovljena DNK, kroz svoje eksperimente o reasocijaciji DNK. Iako su repetitivne DNK sekvence bile konzervirane i sveprisutne, njihova biološka uloga još uvijek nije bila poznata. Tokom 1990-ih provedena su dodatna istraživanja, kako bi se razjasnila evolucijska dinamika minisatelitskih i mikrosatelitskih ponavljanja zbog njihovog značaja u forenzici zasnovanoj na DNK i molekularnoj ekologiji. DNK-disperzirana ponavljanja su sve više prepoznata kao potencijalni izvor genetičke varijacije i genetičke regulacije. Otkrića štetnih bolesti povezanih s repetitivnom DNK podstakla su daljnji interes za ovo područje istraživanja. U Tokom 2000-ih, podaci dobijeni sekvenciranjem potpunog eukariotskog genoma omogućili su identifikaciju različitih promotora, pojačivača i regulatornih RNK, koje su sve kodirane repetitivnim regijama. Danas, strukturne i regulatorne uloge repetitivnih DNK sekvenci ostaju aktivno područje istraživanja.

## Tipovi i funkcije 
Mnoge repetitivne sekvence su vjerovatno nefunkcionalni, raspadajući ostaci transpozabilnih elemenata, koji su označeni kao "junk" ili "sebična" DNK. Ipak, povremeno neka ponavljanja mogu biti eksapta za druge funkcije.

### Tandemska ponavljanja 
Tandemska ponavljanja su ponovljene sekvence koje su direktno jedna pored druge u genomu. Tandemska ponavljanja mogu varirati u broju nukleotida koji čine ponovljenu sekvencu, kao i u broju njenih ponavljanja. Kada je ponavljajuća sekvenca  duga samo 2–10 nukleotida, ponavljanje se naziva kratko tandemsko ponavljanje (STR) ili mikrosatelit. Kada je ponavljajuća sekvenca duga 10–60 nukleotida, ponavljanje se naziva minisatelit. Za minisatelite i mikrosatelite, broj ponavljanja sekvence na jednom lokusu može varirati od dva do stotina puta.
Tandemska ponavljanja imaju širok spektar bioloških funkcija u genomu. Naprimjer, minisateliti su često žarišta [mejoza|[mejotske]] homologne rekombinacije u eukariotskim organizmima. Rekombinacija je kada se dva homologna hromosoma poravnaju, razbiju i ponovo spoje kako bi razmijenili dijelove. Rekombinacija je važna kao izvor genetičke raznolikosti, kao mehanizam za popravak oštećene DNK i neophodan korak u odgovarajućoj segregaciji hromosoma u mejozi. Ovi ponovci se savijaju u visoko organizovane G kvadripleksne strukture koje štite krajeve hromosomske DNK od degradacije. Repetitive elements are enriched in the middle of chromosomes as well. Centromeres are the highly compact regions of chromosomes which join sister chromatids together and also allow the mitotic spindle to attach and separate sister chromatids during cell division. Centromere se sastoje od tandemskog ponavljanja od 177 baznih parova nazvanog α-satelitsko ponavljanje.
thumb|350x350px|Tandemska i isprekidana ponavljanja
Neke repetitivne sekvence, poput onih sa strukturnim ulogama o kojima je gore bilo riječi, imaju uloge neophodne za pravilno biološko funkcionisanje. Druga tandemska ponavljanja imaju štetne uloge koje uzrokuju bolesti. Međutim, mnoga druga tandemska ponavljanja imaju nepoznate ili slabo shvaćene funkcije.

### Isprepletena ponavljanja 
Isprepletena ponavljanja su identične ili slične sekvence DNK koje se nalaze na različitim lokacijama u genomu. Isprepletena ponavljanja se razlikuju od tandemskih ponavljanja po tome što ponovljene sekvence nisu direktno jedna uz drugu, već mogu biti raspršene među različitim hromosomima ili daleko jedna od druge na istom hromosomu. Većina isprepletenih ponavljanja su transpozabilni elementi (TE), mobilne sekvence koje se mogu "izrezati i zalijepiti" ili "kopirati i zalijepiti" na različita mjesta u genomu. TE su prvobitno nazivani "skačućim genima" zbog svoje sposobnosti kretanja, ali ovaj termin je donekle obmanjujući jer nisu svi TE diskretni geni.

Transpozabilni elementi koji se transkribiraju u RNK, reverzno transkribiraju u DNK, a zatim reintegriraju u genom nazivaju se retrotranspozoni. Kratki isprekidani nuklearni elementi (SINE) obično imaju 100–300 bp  i nisu duži od 600 baznih parova. Budući da nekontrolirano širenje TE može izazvati haos u genomu, mnogi regulatorni mehanizmi su evoluirali, kako bi utišali njihovo širenje, uključujući metilaciju DNK, modifikacije histona, nekodirajuće RNK (ncRNK), uključujući male interferirajuće RNK (siRNK), remodelere hromatina, varijante histona i druge epigenetičke faktore. Nadalje, TE doprinose regulaciji ekspresije drugih gena služeći kao distalni pojačivači i mjesta vezivanja transkripcijskih faktora.

Prevalencija isprekidanih elemenata u genomu privukla je pažnju za daljnja istraživanja o njihovom porijeklu i funkcijama. Neki specifični isprekidani elementi su okarakterizirani, kao što su Alu ponavljanje i LINE1.

### Intrahromozomska rekombinacija
Utvrđeno je da se homologna rekombinacija između hromosomskih ponovljenih sekvenci u somatskim ćelijama *Nicotiana tabacum* povećava izlaganjem mitomicinu C, bifunkcionalnom alkilirajućem agensu koji umrežava DNK lance.  Ovo povećanje rekombinacije pripisano je povećanoj intrahromosomskoj rekombinacijskoj popravci.

## Evolucijski nastanak mejoze
Evolucijsko porijeklo mejoze seksualne reprodukcije smatra se dugogodišnjom evolucijskom enigmom.  Kod prokariota, lateralni transfer gena pojavio se kao rano evoluirani oblik seksualne interakcije. Međutim, ponavljajuće sekvence u prokariotskoj DNK ograničavaju efikasnost lateralnog transfera gena u uklanjanju štetnih mutacija, Ekspanzija trinukleotidnih ponavljanja u germlinije tokom uzastopnih generacija može dovesti do sve težih manifestacija bolesti. Ova ekspanzija trinukleotidnih ponavljanja može se desiti kroz pogrešno sparivanje lanca tokom replikacijea DNK ili tokom sinteze oštećene DNK. Neispravan popravak oštećenja DNK u ponovljenim sekvencama može uzrokovati daljnje širenje tih sekvenci, čime se stvara začarani krug patologije. inače poznata kao ćelijska smrt i popravak oksidativnog oštećenja DNK. Kod Huntingtonove bolesti, ekspanzija trinukleotidne sekvence CAG kodira mutantni protein huntingtin sa proširenom poliglutaminskom domenom. Ovaj domen uzrokuje formiranje agregata proteina u nervnim ćelijama, što sprečava normalnu ćelijsku funkciju i rezultira neurodegeneracijom.
thumb|280x280px| Fragilni X hromosom ima ponovljenu CCG DNK sekvencu u poređenju sa normalnim X hromosomom.

### Sindrom fragilnog X hromosoma 
Sindrom fragilnog X hromosoma uzrokovan je širenjem DNK sekvence CCG u genu *FMR1* na X hromosomu. Ovaj gen proizvodi protein FMRP koji veže RNK. U slučaju sindroma fragilnog X hromosoma, ponovljena sekvenca čini gen nestabilnim i stoga utišava gen *FMR1*. Budući da se gen nalazi na X hromosomu, žene koje imaju dva X hromosoma su manje pogođene od muškaraca koji imaju samo jedan X hromosom i jedan Y hromosom, jer drugi X hromosom može kompenzirati utišavanje gena na drugom X hromosomu.

### Spinocerebelarne ataksije 
Bolest spinocerebelarna ataksija ima CAG sekvence ponavljanja trinukleotida koje su u osnovi nekoliko tipova spinocerebelarnih ataksija (SCA-SCA1; SCA2; SCA3; SCA6; SCA7; SCA12; SCA17). Slično Huntingtonovoj bolesti, poliglutaminski rep stvoren zbog ove trinukleotidne ekspanzije uzrokuje agregaciju proteina, sprječavajući normalnu ćelijsku funkciju i uzrokujući neurodegeneraciju.

### Friedreichova ataksija 
Friedreichova ataksija je tip ataksije koja ima proširenu ponavljajuću sekvencu GAA u genu frataksina. Frataksinski gen odgovoran je za proizvodnju proteina frataksin, mitohondrijskog proteina uključenog u proizvodnju energije i ćelijsko disanje. Proširena GAA sekvenca rezultira utišavanjem prvog introna, što rezultira gubitkom funkcije proteina frataksin. Gubitak funkcionalnog gena *FXN* dovodi do problema s funkcioniranjem mitohondrija u cjelini i može se fenotipski manifestirati kod pacijenata kao poteškoće s hodanjem.

### Miotonusna distrofija 
Miotonusna distrofija je poremećaj koji se manifestira kao slabost mišića i sastoji se od dva glavna tipa: DM1 i DM2. Oba tipa miotonusne distrofije uzrokovana su proširenim DNK sekvencama. Kod DM1, proširena DNK sekvenca je CTG, dok je kod DM2 to CCTG. Kod za ove dvije sekvence nalaze se na različitim genima, pri čemu se proširena sekvenca u DM2 nalazi na genu *ZNF9*, a proširena sekvenca u DM1 na genu *DMPK*. Dva gena ne kodiraju proteine za razliku od drugih poremećaja poput Huntingtonove bolesti ili sindroma fragilnog X. Međutim, pokazalo se da postoji veza između toksičnosti RNK i ponovljenih sekvenci u DM1 i DM2.

### Amiotrofna lateralna skleroza i čeonosljepoočna demencija 
Nisu sve bolesti uzrokovane ponovljenim DNK sekvencama bolesti trinukleotidnih ponavljanja. Bolesti amiotrofna lateralna skleroza i frontotemporalna demencija uzrokovane su heksanukleotidnim GGGGCC ponovljenim sekvencama u genu *C9orf72*, što uzrokuje toksičnost RNK koja dovodi do neurodegeneracije.

## Biotehnologija 
Repetitivnu DNK je teško sekvencirati korištenjem tehnika sekvenciranja sljedeće generacije jer sastavljanje sekvence iz kratkih očitavanja jednostavno ne može odrediti dužinu repetitivnog dijela. Ovaj problem je posebno ozbiljan za mikrosatelite, koji su napravljeni od sićušnih ponavljajućih jedinica od 1–6 bp. Iako ih je teško sekvencirati, ove kratke ponovljene sekvence imaju veliku vrijednost u DNK fingerprintingu i evolucijskim studijama. Mnogi istraživači su historijski izostavljali ponovljene sekvence prilikom analize i objavljivanja podataka cijelog genoma zbog tehničkih ograničenja.

Bustos. et al. predložili su je jedan metod sekvenciranja dugih dijelova repetitivne DNK. Metod kombinuje upotrebu linearnog vektora za stabilizaciju i egzonukleaze III za deleciju regija bogatih kontinuiranim jednostavnim sekvencnim ponavljanjima (SSR). Prvo, fragmenti bogati SSR-om se kloniraju u linearni vektor koji može stabilno uključiti tandemske ponavljanja do 30kb. Ekspresiju ponavljanja sprečavaju transkripcijski terminatori u vektoru. Drugi korak uključuje upotrebu egzonukleaze III. Enzim može izbrisati nukleotid na 3' kraju, što rezultira proizvodnjom jednosmjerne delecije SSR fragmenata. Konačno, ovaj produkt koji ima izbrisane fragmente umnožava se i analizira pomoću PCR kolonija. Sekvenca se zatim gradi uređenim sekvenciranjem skupa klonova koji sadrže različite delecije.

## Također pogledajte
* FREP
* Genom
* Fina struktura eukariotskog hromosoma
* Genetički marker
* Intergenska regija
* Nekodirajuća DNK
* Baza podataka polimorfnih jednostavnih sekvencijalnih ponavljanja
* Regulatorni gen
* Satelitska DNK

## Reference 
## Vanjski linkovi
* Function of Repetitive DNA
* 


Kategorija:DNK