Rybosomalne DNA - Ribosomal DNA

Segment genów eukariotycznego rDNA zawiera ciągi 18S, 5.8S i 28S i tworzy tandemowy, powtarzalny klaster; 5S rDNA jest kodowane oddzielnie. NTS , przekładka nietranskrybowana, ETS , przekładka zewnętrzna transkrybowana, ITS , przekładka transkrybowana wewnętrzna 1 i 2, numerowane od końca 5'.
Jądro ze składnikami pre-rRNA zwanymi intronami i egzonami.

Rybosomalny DNA ( rDNA ) to sekwencja DNA , która koduje rybosomalny RNA . Te sekwencje regulacji transkrypcji inicjacji i amplifikacji i zawierają zarówno transkrypcji i nietranskrybowane dystansowych segmentów. rRNA transkrybowany z około 600 r powtórzeń DNA tworzy najobficiejszą część RNA występującą w komórkach eukariontów . Rybosomy to zespoły białek i cząsteczek rRNA, które przekształcają cząsteczki mRNA w celu wytworzenia białek. Jak pokazano na rysunku, rDNA eukariontów składa się z tandemowego powtórzenia segmentu jednostki, złożonego z NTS, ETS,trakty 18S , ITS1 , 5.8S , ITS2 i 28S . rDNA ma inny gen, kodujący 5S rRNA, zlokalizowany w genomie większości eukariontów. 5S rDNA jest również obecny w powtórzeniach tandemowych, jak u Drosophila . Powtarzające się regiony DNA często ulegają rekombinacji. Powtórzenia rDNA mają wiele mechanizmów regulacyjnych, które powstrzymują DNA przed mutacjami, utrzymując w ten sposób konserwację rDNA.

W jądrze region rDNA chromosomu jest wizualizowany jako jąderko, które tworzy rozszerzone pętle chromosomowe z rDNA. Jednostki transkrypcyjne rRNA są skupione w powtórzeniach tandemowych. Te regiony rDNA są również nazywane regionami organizatora jąderka , ponieważ dają początek jąderkowi. W rDNA powtórzenia tandemowe znajdują się głównie w jąderku; ale heterochromatyczny rDNA znajduje się poza jąderkiem. Jednak aktywne transkrypcyjnie rDNA znajduje się wewnątrz samego jąderka.

W ludzkim genomie istnieje 5 chromosomów z organizator jąderka: the acrocentric chromosom 13 ( RNR1 ), 14 ( RNR2 ), 15 ( RNR3 ), 21 ( RNR4 ) i 22 ( RNR5 ). Geny odpowiedzialne za kodowanie różnych podjednostek rRNA znajdują się w wielu chromosomach u ludzi. Ale geny kodujące rRNA są wysoce konserwatywne we wszystkich domenach, a tylko liczba kopii zaangażowanych genów ma różną liczbę w zależności od gatunku. U bakterii , archeonów i chloroplastów rRNA składa się z różnych (mniejszych) jednostek, dużego (23S) rybosomalnego RNA , 16S rybosomalnego RNA i 5S rRNA. 16S rRNA jest szeroko stosowany w badaniach filogenetycznych .

Jednorodność sekwencji

W dużych macierzach rDNA polimorfizmy pomiędzy powtarzającymi się jednostkami rDNA są bardzo niskie, co wskazuje, że tandemowe macierze rDNA ewoluują poprzez skoordynowaną ewolucję . Jednak mechanizm uzgodnionej ewolucji jest niedoskonały, tak że polimorfizmy między powtórzeniami w obrębie osobnika mogą wystąpić na znaczących poziomach i mogą mylić analizy filogenetyczne blisko spokrewnionych organizmów.

Sekwencje powtórzeń tandemowych 5S u kilku Drosophila porównano ze sobą; wynik ujawnił, że insercje i delecje występowały często między gatunkami i często oflankowane przez konserwatywne sekwencje. Mogą wystąpić w wyniku poślizgu nowo zsyntetyzowanej nici podczas replikacji DNA lub konwersji genów.

Rozbieżność sekwencji

Szlaki transkrypcyjne rDNA mają niski wskaźnik polimorfizmu wśród gatunków, co pozwala na porównanie międzygatunkowe w celu wyjaśnienia związku filogenetycznego przy użyciu zaledwie kilku próbek. Regiony kodujące rDNA są wysoce konserwatywne wśród gatunków, ale regiony ITS są zmienne ze względu na insercje, delecje i mutacje punktowe. Pomiędzy odległymi gatunkami, takimi jak człowiek i żaba, porównywanie sekwencji w ITS nie jest właściwe. Konserwowane sekwencje w regionach kodujących rDNA pozwalają na porównanie odległych gatunków, nawet między drożdżami i ludźmi. Ludzki 5.8S rRNA wykazuje 75% identyczności z drożdżowym 5.8S rRNA. W przypadku gatunków rodzeństwa porównanie segmentu rDNA obejmującego odcinki ITS pomiędzy gatunkami oraz analiza filogenetyczna są zadowalające. Różne regiony kodujące powtórzeń rDNA zwykle wykazują różne szybkości ewolucyjne. W rezultacie to DNA może dostarczać informacji filogenetycznych gatunków należących do szerokich poziomów systematycznych.

Aktywność stymulująca rekombinację

Fragment drożdżowego rDNA zawierający gen 5S, niepodlegający transkrypcji łącznik DNA i część genu 35S ma zlokalizowaną aktywność stymulującą rekombinację mitotyczną działającą w układzie cis . Ten fragment DNA zawiera gorący punkt rekombinacji mitotycznej , określany jako HOT1. HOT1 wykazuje aktywność stymulującą rekombinację po wstawieniu w nowe miejsca w genomie drożdży . HOT1 zawiera promotor transkrypcji polimerazy RNA I (PolI), który katalizuje transkrypcję genu 35S rybosomalnego rRNA . W mutancie z wadliwym PolI, aktywność stymulująca rekombinację hotspotów HOT1 jest zniesiona. Poziom transkrypcji PolI w HOT1 wydaje się determinować poziom rekombinacji .

Znaczenie kliniczne

Choroby mogą być związane z mutacjami DNA, w których DNA może ulec ekspansji, tak jak choroba Huntingtona , lub utracone z powodu mutacji delecyjnych. To samo dotyczy mutacji, które występują w powtórzeniach rDNA; stwierdzono, że jeśli geny związane z syntezą rybosomów zostaną zakłócone lub zmutowane, może to spowodować różne choroby związane ze szkieletem lub szpikem kostnym. Ponadto wszelkie uszkodzenia lub zakłócenia enzymów, które chronią powtórzenia tandemowe rDNA, mogą skutkować niższą syntezą rybosomów, co również prowadzi do innych defektów w komórce. Choroby neurologiczne mogą również wynikać z mutacji w powtórzeniach tandemowych rDNA, takich jak zespół Blooma , który występuje, gdy liczba powtórzeń tandemowych wzrasta blisko stukrotnie; w porównaniu z normalną liczbą powtórzeń tandemowych. Z mutacji powtórzeń tandemowych w rybosomalnym DNA mogą rodzić się różne typy nowotworów. Linie komórkowe mogą stać się złośliwe z powodu przegrupowania powtórzeń tandemowych lub ekspansji powtórzeń w rDNA.

Bibliografia