Kas yra palydovinė DNR? (satelitinė DNR) — apibrėžimas ir funkcija

Palydovinė DNR turi daug pasikartojančių nekoduojančių DNR atkarpų.

Palydovinė DNR yra tandeminių pasikartojimų tipas. Pakartojimai yra vienas šalia kito, tandemu. Tai yra kelios tos pačios bazinių porų sekos kopijos, išsidėsčiusios viena prie kitos. Tandeminiams pasikartojimams taip pat priskiriama minisatelitinė ir mikrosatelitinė DNR. Palydovinė DNR yra pagrindinė centromerų sudedamoji dalis. Ji sudaro pagrindinę heterochromatino dalį.

Labiausiai paplitęs tandeminių pasikartojimų tipas yra heterochromatinas, esantis chromosomose aplink centromeras ir kitur. Jis yra "transkripciškai neaktyvus", t. y. nekoduoja baltymų.

Tipai ir pagrindinės savybės

Palydovinė DNR apima skirtingo ilgio ir struktūros pakartojimų grupes:

Mikrosatelitinė DNR (mikrosatelitai / STR): trumpi pasikartojimai, paprastai 1–6 bazinių porų ilgio motyvai, kartojami kelis kartus ar daugiau. Dažnai vadinami STR (short tandem repeats).
Minisatelitinė DNR: ilgesni pakartojimo vienetai, dažnai ~10–100 bazinių porų ilgio, formuojantys didesnes masyvas kilobazės dydžio.
Makrosatelitinė DNR: dar ilgesni pasikartojimai arba dideli, tūkstančių bazinių porų masyvai, dažnai randami centromerų ir pericentromerų zonose.

Šie pakartojimai gali būti labai homogeniški arba sudaryti iš įvairių variacijų toje pačioje vietoje, juos skaido ir keičia procesai kaip repliksijos "slippage" (klastojimas) arba nelygi homologinė rekombinacija.

Funkcijos chromosomose

Struktūrinė rolė: palydovinė DNR dažnai sudaro pericentromerinį heterochromatinį sluoksnį, kuris padeda išlaikyti chromosomų struktūrinį vientisumą, stabilizuoja centromerą ir dalyvauja kinetochoro formavime.
Epigenetinė reguliacija: šios sritys dažnai yra metilintos ir turi specifinius histonų modifikacijų modelius, kurie palaiko transkripcijos slopinimą ir heterochromatino susidarymą.
Transkripcinis aktyvumas: nors tradiciškai jos laikomos "nekoduojančiomis" ir "neaktyviomis", palydovinė DNR gali būti transkribuojama į nestandartines (ncRNA) molekules, kurios dalyvauja chromatino organizacijoje ir gali turėti reguliacines funkcijas.

Mutacijos, dinamika ir ligos

Palydovinė DNR pasižymi didesniu pokyčių tempu nei vienetinės nukleotidų sekos. Pokyčiai atsiranda dėl:

replikacijos slippage mechanizmo (ypač mikrosatelitų atveju),
nelygios rekombinacijos,
kopijų skaičiaus variacijų (CNV).

Tam tikros trinukleotidų arba kitų kilpinių pasikartojimų ekspansijos gali sukelti paveldimas ligas — gerai žinomi pavyzdžiai yra Huntingtono liga (CAG ekspansijos) ir Fragile X sindromas (CGG ekspansijos). Be to, palydovinių DNR nestabilumas dažnai aptinkamas vėžio genomuose, kur pasikartojimų praradimai ar išsipystymas gali prisidėti prie chromosomų disfunkcijos.

Taikymas moksluose ir praktikoje

Genetiniai žymenys: mikrosatelitai (STR) plačiai naudojami teismo medicinoje (DNR profiliavimas), tėvystės nustatymui ir populiacinės genetikos studijoms dėl jų didelio polimorfizmo.
Evoliucijos ir populiacijų tyrimai: palydovinė DNR padeda rekonstruoti genų srautus, populiacijų struktūrą ir rūšių diferenciaciją.
Chromosomų biologija: tiriant centromerų funkciją, heterochromatinį reguliavimą ir genome stabilumą, palydovinė DNR yra esminė tema.

Tyrimo iššūkiai ir technologijos

Dėl didelio pakartojimų skaičiaus ir homogenumo ši DNR yra sudėtinga sekti naudojant trumpų skaitymų sekvenavimo technologijas — pasikartojimai dažnai neleidžia vienareikšmiškai surinkti regionų. Naujų ilgųjų skaitymų (long-read) technologijų ir pažangių montavimo algoritmų dėka mokslininkai vis geriau sugeba rekonstruoti palydovinių DNR masyvus bei tirti jų struktūrą ir variacijas.

Pabaigai

Palydovinė (satelitinė) DNR nėra „beprasmė“ genominė atlieka — ji atlieka svarbias struktūrines ir reguliacines funkcijas, turi didelį evoliucinį dinamiškumą ir svarbią reikšmę tiek biomedicinos, tiek evoliucinės biologijos tyrimuose. Dėl savo savybių ji taip pat yra vertingas įrankis genetikos analizėms, nors jos tyrimas reikalauja specialių metodų ir interpretacijos atsargumo.