Прејди на содржината

Микросателит

Од Википедија — слободната енциклопедија

Микросателит ― тракт на повторувачка ДНК во која одредени мотиви на ДНК (во должина од еден до шест или повеќе базни парови) се повторуваат, обично 5-50 пати.[1][2] Микросателитите се појавуваат на илјадници места во геномот на организмот. Тие имаат повисока стапка на мутација од другите области на ДНК[3] што доведува до висока генетска разновидност. Микросателитите често се нарекувани кратки тандемски повторувања од страна на форензичарите и во генетската генеалогија, или како едноставни повторувања на низи од страна на растителните генетичари.[4]

Микросателитите и нивните подолги роднини, минисателитите, заедно се класифицирани како променлив број на тандемски повторувања на ДНК. Името „сателитска“ ДНК се однесува на раното набљудување дека центрифугирањето на геномската ДНК во епрувета одвојува истакнат слој на волуменска ДНК од придружните „сателитски“ слоеви на повторувачка ДНК.[5]

Тие се широко користени за профилирање на ДНК во дијагноза на рак, во анализа на сродство (особено тестирање за татковство) и во форензичка идентификација. Тие се користени и во анализата на генетската поврзаност за наоѓање на ген или мутација одговорна за дадена особина или болест. Микросателитите се користени и во популационата генетика за мерење на нивоата на поврзаност помеѓу подвидовите, групите и поединците.

Историја

[уреди | уреди извор]

Иако првиот микросателит бил окарактеризиран во 1984 година на Универзитетот во Лестер од страна на Велер, Џефрис и неговите колеги како полиморфно GGAT повторување во генот на човечкиот миоглобин, поимот „микросателит“ бил воведен подоцна, во 1989 година, од Лит и Лути.[1] Името „сателитска“ ДНК се однесува на раното набљудување дека центрифугирањето на геномската ДНК во епрувета која одвојува истакнат слој на волуменска ДНК од придружните „сателитски“ слоеви на повторувачка ДНК.[5] Зголемената достапност на засилување на ДНК со полимеразна верижна реакција на почетокот на 1990-тите поттикнала голем број студии со користење на засилување на микросателити како генетски маркери за судска медицина, за тестирање на татковството и за положбено клонирање за да биде најде генот што лежи во основата на особина или болест. Истакнати рани примени се идентификации со микросателитско генотипирање на осумгодишните скелетни остатоци на британска жртва на убиство (Хагелберг и колегитем, 1991 година), и на лекарот од концентрациониот логор Аушвиц, Јозеф Менгеле, кој побегнал во Јужна Америка по Втората светска војна (Џефрис и колегите, 1992).[1]

Структури, местоположби и функции

[уреди | уреди извор]

Микросателитот е тракт од тандемско повторувани (т.е. соседни) мотиви на ДНК кои се движат во должина од еден до шест или до десет нуклеотиди (точната дефиниција и разграничување на подолгите минисателити варира од автор до автор),[1][6] и обично се повторуваат 5-50 пати. На пример, низата TATATATATA е динуклеотиден микросателит, а GTCGTCGTCGTCGTC е тринуклеотиден микросателит (со A се аденин, G гванин, C цитозин и T тимин). Повторливите единици од четири и пет нуклеотиди се нарекувани тетра- и пентануклеотидни мотиви, соодветно. Повеќето еукариоти имаат микросателити, со забележителен исклучок на некои видови квасец. Микросателитите се распределени низ геномот.[1][7][8] Човечкиот геном на пример содржи 50.000-100.000 динуклеотидни микросателити и помал број на три-, тетра- и пентануклеотидни микросателити.[9] Многу од нив се сместени во некодирачки делови на човечкиот геном и затоа не произведуваат белковини, но тие исто така можат да бидат сместени во регулаторни региони и региони за кодирање.

Микросателитите во некодирачките региони можеби немаат некоја посебна функција и затоа не може да бидат избрани против; ова им овозможува да собираат мутации непречено во текот на генерациите и доведува до променливост што може да биде користена за отпечатоци од ДНК и цели за идентификација. Другите микросателити се наоѓаат во регулаторните странични или интронични региони на гените, или директно во кодоните на гените – микросателитски мутации во такви случаи може да доведат до фенотипски промени и болести, особено кај болести со тројна ширење како што се кревкиот Х синдром и Хантингтоновата болест.[10]

Теломерите се линеарни низа на ДНК кои седат на самите краеви на хромозомите и го штитат интегритетот на геномскиот материјал за време на последователни кругови на клеточна делба поради „проблемот со репликација на крајот“.[6] Во белите крвни зрнца, било покажано дека постепеното скратување на теломерната ДНК е во обратна корелација со стареењето во неколку видови примероци.[11] Теломерите се состојат од повторувачка ДНК, со хексануклеотидниот повторен мотив TTAGGG кај 'рбетниците.[се бара извор] Затоа тие се класифицирани како минисателити. Слично на тоа, инсектите имаат пократки повторливи мотиви во нивните теломери кои би можеле да бидат сметани за микросателити.[се бара извор]

Механизми на мутации и стапки на мутации

[уреди | уреди извор]
Лизгање на влакно на ДНК за време на репликација на кратки тандемски повторувања на локус. Кутиите симболизираат повторливи ДНК единици. Стрелките го означуваат правецот во кој се реплицира ново влакно на ДНК (бели кутии) од шаблонот (црни кутии). Прикажани се три ситуации за време на репликацијата на ДНК. (горе) Репликацијата на кратки тандемски повторувања на локусот продолжи без мутација. (средина) Репликацијата на кратки тандемски повторувања на локусот довело до зголемување од една единица поради јамка во новата жичка; аберантната јамка се стабилизира со странични единици комплементарни на спротивната жичка. (доле) Репликацијата на кратки тандемски повторувања на локусот довела до губење на една единица поради јамка во шаблонот. (Форстер и колегите., 2015 година)

За разлика од точкестите мутации, кои влијаат само на еден нуклеотид, микросателитните мутации доведуваат до зголемување или губење на цела повторлива единица, а понекогаш и две или повеќе повторувања истовремено. Така, стапката на мутација на микросателитски локуси е очекувана да се разликува од другите стапки на мутација, како што се стапките на базна замена.[12][13] Стапката на мутација кај микросателитски локуси зависи од низата на повторувачки мотиви, бројот на повторени мотивски единици и чистотата на канонската повторена низа.[14] Разгледани се различни механизми за мутација на микросателитски локуси,[14][15] и нивната добиена полиморфна природа е квантифицирана.[16] Дебатирано е за вистинската причина за мутации кај микросателитите.

Една предложена причина за таквите промени во должината е лизгањето на репликацијата, предизвикано од неусогласеноста помеѓу нишките на ДНК додека се реплицираат за време на мејозата.[17] ДНК-полимеразата, ензимот одговорен за читање на ДНК за време на репликацијата, може да се лизне додека се движи по шаблонот и да продолжи на погрешен нуклеотид. Лизгањето на ДНК полимеразата е поверојатно да се случи кога е реплицирана повторувачка низа (како што е CGCGCG). Бидејќи микросателитите се состојат од такви повторувачки низи, ДНК-полимеразата може да прави грешки со поголема стапка во овие региони на низа. Неколку студии пронашле докази дека лизгањето е причина за микросателитски мутации.[18][19] Вообичаено, лизгањето во секој микросателит се случува околу еднаш на 1.000 генерации.[20] Така, промените на лизгање во повторливите ДНК се за три реда на големина почести од точкестите мутации во другите делови на геномот.[21] Повеќето лизгања резултираат со промена на само една единица за повторување, а стапките на лизгање се разликуваат за различни должини на алели и големини на повторени единици,[3] и во различни видови.[22][23][24] Ако постои голема разлика во големината помеѓу поединечните алели, тогаш може да има зголемена нестабилност за време на рекомбинација при мејоза.[21]

Друга можна причина за микросателитски мутации се точкестите мутации, каде што само еден нуклеотид е погрешно копиран за време на репликацијата. Студијата која ги споредува геномите на луѓето и приматите покажа дека повеќето промени во бројот на повторувања кај кратките микросателити се појавуваат поради точкести мутации, а не поради лизгање.[25]

Стапки на мутација на микросателити

[уреди | уреди извор]

Директни проценки на стапките на мутации на микросателитите се направени кај бројни организми, од инсекти до луѓе. Во пустинскиот скакулец Schistocerca gregaria, стапката на мутација на микросателитот била проценета на 2,1 × 10−4 по генерација по локус.[26] Стапката на микросателитски мутации кај човечките машки зародишни клетки е пет до шест пати повисока отколку кај женските зародишни клетки и се движи од 0 до 7 × 10−3 по локус по гамета по генерација.[3] Во нематодата Pristionchus pacificus, проценетата стапка на мутација на микросателитот се движи од 8,9 × 10−5 до 7,5 × 10−4 по локус по генерација.[27]

Стапките на мутации на микросателитот варираат во зависност од положбата на базата во однос на микросателитот, видот на повторување и идентитетот на базата.[25] Стапката на мутација се зголемува конкретно со бројот на повторувања, достигнувајќи го својот врв околу шест до осум повторувања, а потоа повторно е намалува.[25] Зголемената хетерозиготност кај населението, исто така, ќе ги зголеми стапките на микросателитски мутации,[28] особено кога има голема разлика во должина помеѓу алелите. Ова најверојатно се должи на хомологните хромозоми со краци со нееднаква должина што предизвикуваат нестабилност за време на мејозата.[29]

Биолошки ефекти на микросателитски мутации

[уреди | уреди извор]

Многу микросателити се наоѓаат во некодирачка ДНК и се биолошки тивки. Други се сместени во регулаторна или дури и кодирана ДНК – микросателитски мутации во такви случаи може да доведат до фенотипски промени и болести. Општо геномска студија проценува дека варијациите на микросателитите придонесуваат со 10-15% од варијациите на наследното генско изразување кај луѓето.[16][30]

Ефекти врз белковините

[уреди | уреди извор]

Кај цицачите, 20-40% од белковините содржат повторувачки низи на аминокиселини кодирани со повторувања на кратки низи.[31] Повеќето од кратките низи кои се повторуваат во деловите на геномот кои кодираат белковини имаат повторлива единица од три нуклеотиди, бидејќи таа должина нема да предизвика поместување на рамката кога мутира.[32] Секоја тринуклеотидна низа која се повторува се транскрибира во повторувачка серија од истата аминокиселина. Кај квасецот, најчестите повторени аминокиселини се глутаминот, глутаминската киселина, аспарагинот, аспарагинската киселина и серинот.

Мутациите во овие сегменти кои се повторуваат може да влијаат на физичките и хемиските својства на белковините, со потенцијал за производство на постепени и предвидливи промени во дејството на белковините.[33] На пример, промените на должината во регионите кои се повторуваат во тандем во генот Runx2 доведуваат до разлики во должината на лицето кај припитомените кучиња (Canis familiaris), со поврзаност помеѓу подолги должини на низата и подолги лица.[34] Ова поврзување се однесува и на поширок опсег на видови кои припаѓаат во редот ѕверови.[35] Промените во должината на полиаланински трактати во рамките на генот HOXA13 се поврзани со синдромот „рака-стапало-гениталија“, развојно нарушување кај луѓето.[36] Промените во должината на другите повторувања на тројката се поврзани со повеќе од 40 невролошки заболувања кај луѓето, особено тринуклеотидните пореметувања како што се кревкиот Х синдром и Хантингтоновата болест.[10] Еволутивните промени од лизгањето на репликацијата се случуваат и кај поедноставните организми. На пример, промените во должината на микросателитот се вообичаени во површинските мембрански белковини во квасецот, обезбедувајќи брза еволуција во својствата на клетките.[37] Поточно, промените во должината во генот FLO1 го контролираат нивото на адхезија на супстратите.[38] Повторувањата на кратки низи, исто така, обезбедуваат брза еволутивна промена на површинските белковини кај патеногените бактерии; ова може да им овозможи да бидат во тек со имунолошките промени кај нивните домаќини.[39] Промените на должината во кратка низа повторувања кај габата (Neurospora crassa) го контролираат времетраењето на нејзините циклуси на деноноќниот часовник.[40]

Ефекти врз регулацијата на гените

[уреди | уреди извор]

Промените во должината на микросателитите во рамките на промоторите и другите цис-регулаторни региони може брзо да го променат генското изразување, меѓу генерациите. Човечкиот геном содржи многу (>16.000) кратки низи кои се повторуваат во регулаторните региони, кои обезбедуваат „копчиња за подесување“ на изразување на многу гени.[30][41]

Промените во должината на бактериските едноставни низни повторувања може да влијаат на создавањето на фимбриите кај Haemophilus influenzae, со менување на растојанието помеѓу промоторите.[39] Динуклеотидните микросателити се поврзани со изобилни варијации во цис-регулаторните контролни региони во човечкиот геном.[41] Микросателитите во контролните региони на генот на рецепторот на вазопресин 1а во булките влијаат на нивното општествени однесување и нивото на моногамија.[42]

Кај Јуинговиот сарком (вид болен рак на коските кај младите луѓе), точкеста мутација создава проширен GGAA микросателит кој го врзува факторот на транскрипција, кој пак го активира генот EGR2 кој го движи ракот.[43] Дополнително, други GGAA микросателити може да влијаат на изразувањето на гените кои придонесуваат за клиничкиот исход на пациентите со Јуингов сарком.[44]

Ефекти во рамките на интроните

[уреди | уреди извор]

Микросателитите во интроните исто така влијаат на фенотипот, преку средства кои моментално не се разбрани. На пример, тројното ширење на GAA во првиот интрон на генот X25 се чини дека се меша со транскрипцијата и предизвикува Фридрајхова атаксија.[45] Тандемските повторувања во првиот интрон на генот аспарагинска синтетаза се поврзани со акутна лимфобластична леукемија.[46] Повторениот полиморфизам во четвртиот интрон на генот NOS3 е поврзан со хипертензија кај туниското население.[47] Намалените должини на повторувања во генот EGFR се поврзани со остеосаркомите.[48]

Познато е дека архаичниот облик на спојување зачувана во зебрестата риба користи микросателитски низи во интроничната информациска РНК за отстранување на интроните во отсуство на U2AF2 и други начини за спојување. Теоретизирано е дека овие низи образуваат високо стабилни конфигурации на листовите на детелина кои ги доведуваат местата на спојување на интроните 3' и 5' во непосредна близина, ефикасно заменувајќи го сплајцеозомот. Овој метод на спојување на РНК се верува дека се оддалечил од човечката еволуција при создавањето на четириношците и дека претставува артефакт на светот на РНК.[49]

Ефекти во транспозоните

[уреди | уреди извор]

Речиси 50% од човечкиот геном е содржан во различни видови транспозони (исто така наречени „скокачки гени“), а многу од нив содржат повторувачка ДНК.[50] Веројатно е дека повторувањата на кратки низи на тие места исто така се вклучени во регулирањето на генското изразување.[51]

Микросателитите се користат за проценка на бришењата на хромозомската ДНК при дијагноза на рак. Микросателитите се широко користени за анализа на ДНК, познато и како „генетски отпечаток“, на злосторнички дамки (во форензиката) и на ткива (кај пресадувани пациенти). Тие исто така се широко користени во анализата на сродството (најчесто во тестирањето за татковство). Исто така, микросателитите се користени за картирање на места во геномот, конкретно во анализа на генетско поврзување за наоѓање ген или мутација одговорна за дадена особина или болест. Како посебен случај на картирање, тие може да бидат користени за студии за удвојување или бришење на гените. Истражувачите користат микросателити во генетиката на населението и во проектите за зачувување на видовите. Растителните генетичари предложиле употреба на микросателити за маркерски потпомогнат избор на посакуваните особини во одгледувањето растенија.

Дијагноза на рак

[уреди | уреди извор]

Во клетките на туморот, чии контроли за репликација се оштетени, микросателитите може да бидат добиени или изгубени на особено висока честота за време на секој круг на митоза. Оттука, туморската клеточна линија може да покаже различен генетски отпечаток од оној на ткивото домаќин и, особено кај ракот на дебелото црево, може да се манифестира со губење на хетерозиготноста.[52][53] Микросателитите анализирани во првичното ткиво затоа рутински се користени во дијагнозата на ракот за да биде проценет напредокот на туморот.[54][55][56] Општо геномските поврзани студии биле користени за да бидат идентификувани микросателитски биомаркери како извор на генетска предиспозиција кај различни видови рак.[57][58][59]

Делумен човечки профил со кратко тандемско повторување добиен со помош на идентификувачкиот комплет на Applied Biosystems.

Судско-медицинско наоѓање отпечатоци

[уреди | уреди извор]

Микросателитската анализа станала популарна во областа на форензиката во 1990-тите.[60] Користена е за генетско земање отпечатоци на поединци каде што дозволува форензичка идентификација (обично одговарање на злосторничка дамка со жртва или сторител). Исто така е користена за следење на пациенти со пресадување на коскена срцевина.[61]

Микросателитите кои се користени денес за форензичка анализа се сите тетра- или пента-нуклеотидни повторувања, бидејќи тие даваат висок степен на податоци без грешки, додека се доволно кратки за да преживеат разградување во неидеални услови. Дури и пократките повторувачки низи ќе имаат тежнеење да страдаат од артефакти како што се треперење со полимеразната верижна реакција и преференцијално засилување, додека подолгите повторувачки низи ќе страдаат повеќе од разградација во животната средина и би се засилувале помалку добро со полимеразната верижна реакција.[62] Друго форензичко размислување е дека мора да биде почитувано е медицинската приватност на личноста, така што се избирани форензички кратки тандемски повторувања кои не се кодираат, не влијаат на генската регулација и обично не се тринуклеотидни кратки тандемски повторувања кои би можеле да бидат вклучени во болести со тројно ширење, како што е Хантингтоновата болест. Форензичките профили со кратки тандемски повторувања се чувани во бази на податоци за ДНК како што е Националната база на податоци за ДНК на Обединетото Кралство, Индексниот систем на комбинирана ДНК од Соединетите Држави, или австралиската Национална база на податоци за ДНК за злосторнички истраги.

Анализа на сродство (тестирање за татковство)

[уреди | уреди извор]

Автосомните микросателити се широко користени за анализа на ДНК во анализата на сродството (најчесто во тестирањето за татковство).[63] Наследените Y-STR (микросателити на Y хромозомот) често се користени во генеалошкото тестирање на ДНК.

Анализа на генетска поврзаност

[уреди | уреди извор]

Во текот на 1990-тите и првите неколку години од овој милениум, микросателитите биле клучните генетски маркери за скенирања на целиот геном за наоѓање на кој било ген одговорен за даден фенотип или болест, користејќи набљудувања на сегрегација низ генерации на примерок од педигре. Иако порастот на поголема пропусност и економични платформи за еднонуклеотиден полиморфизам довел до времето на еднонуклеотиден полиморфизам за скенирања на геномот, микросателитите остануваат високо информативни мерки за геномската варијација за студии за поврзување. Нивната постојана предност лежи во нивната поголема алелна разновидност од двоалелните еднонуклеотидни полиморфизми, така што микросателитите можат да ги разликуваат алелите во рамките на интересен блок за нерамнотежа на поврзување дефиниран од еднонуклеотиден полиморфизам. Така, микросателитите успешно довеле до откритија на дијабетес тип 2 (TCF7L2) и гени за рак на простата (регионот 8q21).[6][64]

Генетика на населението

[уреди | уреди извор]
Консензуално дрво кое се спојува со соседите на 249 човечки групи на население и шест групи на население на шимпанза. Создаден врз основа на 246 микросателитски маркери.[65]

Микросателитите биле популаризирани во популационата генетика во текот на 1990-тите, бидејќи како што полимеразната верижна реакција стана сеприсутна во лабораториите, истражувачите биле во можност да дизајнираат зачетници и да ги засилуваат групите на микросателити по ниска цена. Нивната употреба е широка.[66] Микросателитот со неутрална еволутивна историја го прави применлив за мерење или заклучување на тесните грла,[67] месното приспособување,[68] индексот на алелна фиксација (FST),[69] големината на населението,[70] и протокот на гените.[71] Како што масивното напоредно секвенционирање станува подостапно, употребата на микросателити е намалена, но сепак тие остануваат клучна алатка во оваа област.[72]

Одгледување растенија

[уреди | уреди извор]

Одбирањето со помош на маркер е индиректна постапка на одбирање каде интересна особина е избирана врз основа на маркер (морфолошка, биохемиска или варијација на ДНК/РНК) поврзан со особина од интерес (на пр. продуктивност, отпорност на болести, толеранција кон стрес и квалитет), наместо на самата особина. Микросателитите се предложени да бидат користени како такви маркери за да помогнат при одгледувањето на растенијата.[73]

Кратка тандемска повторлива анализа на поедноставен модел со употреба на полимеразна верижна реакција: Прво, примерок од ДНК е подложуван на полимеразна верижна реакција со зачетници насочени кон одредени кратки тандемски повторувања (кои се разликуваат по должина помеѓу поединците и нивните алели). Резултирачките фрагменти се одделени по големина (како што е електрофореза).[74]

Повторливата ДНК не е анализирана лесно со методите за масивното напоредно секвенционирање на ДНК, бидејќи некои технологии се борат со хомополимерните патишта. Создадени се разновидни софтверски пристапи за анализа или за читање на секвенционирање на ДНК од необработено следното потекло за да биде одреден генотипот и варијантите на повторливи локуси.[75][76] Микросателитите може да бидат анализирани и проверени со воспоставено засилување со полимеразна верижна реакција и одредување на големината на ампликонот, понекогаш проследено со Сенгеровото секвенционирање на ДНК.

Во форензиката, анализата е вршена со екстракција на нуклеарна ДНК од клетките на примерок од интерес, а потоа засилување на специфични полиморфни региони на извлечената ДНК со помош на полимеразна верижна реакција. Откако овие низи ќе бидат засилени, тие се решавани или преку гелна електрофореза или капиларна електрофореза, што ќе му овозможи на аналитичарот да одреди колку повторувања на микросателитната низа за која станува збор има. Ако ДНК е разрешена со гелна електрофореза, ДНК може да биде видена или со боење со сребро (ниска чувствителност, безбедно, евтино) или со интеркалирана боја како што е етидиум бромид (прилично чувствителна, умерени здравствени ризици, евтино) или како најсовремени форензички лаборатории користат, флуоресцентни бои (високо чувствителни, безбедни, скапи).[77] Инструментите изградени за разрешување на микросателитски фрагменти со капиларна електрофореза исто така користат флуоресцентни бои.[77] Форензичките профили се чувани во главните бази на податоци. Британската база на податоци за идентификација на микросателитски локуси првично била заснована на британскиот систем наречен Второгенерациски мултиплекс плус.[78][79] користејќи 10 маркери за локуси и маркер за пол. Во Соединетите Држави,[80] бил зголемен овој број на 13 маркери за локуси.[81] Австралиската Национална база на податоци за ДНК за злосторнички истраги од 2013 година користи 18 основни маркери за анализа на ДНК.[60]

Засилување

[уреди | уреди извор]

Микросателитите може да бидат засилени за идентификација со постапката полимеразна верижна реакција, користејќи ги уникатните низи на странични региони како зачетници. ДНК постојано е денатурирана на висока температура за да биде одвои двојното влакно, а потоа е ладена за да биде овозможено жарење на зачетници и проширување на нуклеотидните низи низ микросателитот. Оваа постапка резултира со производство на доволно ДНК за да биде видлива на агарозни или полиакриламидни гелови; само мали количества на ДНК се потребни за засилување бидејќи на овој начин термоциклирањето создава експоненцијално зголемување на реплицираниот сегмент.[82] Со изобилството на технологија на полимеразна верижна реакција, зачетниците што ги наоѓаат страничните микросателитски места се едноставни и брзи за употреба, но развојот на правилно функционални зачетници често е мачна и скапа постапка.

Голем број на примероци на ДНК од примероци на Littorina plena засилени со употреба на полимеразна верижна реакција со зачетници насочени кон променлива едноставно низно повторување (односно микросателитски) локус. Примероците биле пуштени на 5% полиакриламидски гел и гледани со користење на техниката боење со сребро.

Дизајн на микросателитските зачетници

[уреди | уреди извор]

Ако се барани микросателитски маркери во одредени региони на геномот, на пример во одреден интрон, зачетниците може да бидат дизајнирани рачно. Ова вклучува пребарување на низата на геномската ДНК за повторувања на микросателити, што може да биде направена со обично гледање или со користење на автоматизирани алатки како што е повторувачки маскер. Откако ќе бидат утврдени потенцијално корисните микросателити, страничните низи може да бидат користени за дизајнирање на олигонуклеотидни зачетници кои ќе го засилат специфичното повторување на микросателитот во полимеразна верижна реакција.

Случајните микросателитски зачетници може да бидат развиени со клонирање на случајни сегменти на ДНК од фокалните видови. Овие случајни сегменти се вметнуваат во плазмиден или бактериофазен вектор, кој пак е засаден во бактеријата Escherichia coli. Потоа се развиваат колонии и се прикажуваат со флуоресцентно обележани олигонуклеотидни низи кои ќе бидат хибридирани со повторување на микросателитот, доколку се присутни на ДНК сегментот. Ако може да бидат добиени позитивни клонови од оваа постапка, ДНК е секвенционирана и зачетниците со полимеразна верижна реакција се избирани од низите кои граничат со таквите региони за да биде одреден специфичен локус. Ова постапка вклучува значителни обиди и грешки од страна на истражувачите, бидејќи низите на повторување на микросателитот мора да бидат предвидени, а зачетниците кои се случајно изолирани може да не покажуваат значителен полиморфизам.[21][83] Микросателитски локуси се широко распространети низ геномот и може да бидат изолирани од полуразградена ДНК на постари примероци, бидејќи сè што е потребно е соодветен супстрат за засилување преку полимеразна верижна реакција.

Поновите техники вклучуваат користење на олигонуклеотидни низи кои се состојат од повторувања комплементарни на повторувањата во микросателитот за да биде „збогатена“ извлечената ДНК (микросателитно збогатување). Олигонуклеотидната сонда е хибридизирана со повторувањето во микросателитот, а комплексот на сонда/микросателит потоа е извлекуван од растворот. Збогатената ДНК потоа е клонирана како нормална, но процентот на успеси сега ќе биде многу поголем, драстично намалувајќи го времето потребно за развој на регионите за употреба. Сепак, кои сонди да бидат користени може да биде постапка на обиди и грешки сама по себе.[84]

Меѓуедноставно низно повторување-полимеразна верижна реакција

[уреди | уреди извор]

Меѓуедноставното низно повторување е општ поим за геномски регион помеѓу микросателитски локуси. Комплементарните низи на два соседни микросателити се користени како зачетници на полимеразна верижна реакција; променливата област меѓу нив се засилува. Ограничената должина на циклусите на засилување за време на полимеразната верижна реакција спречува прекумерна репликација на премногу долги соседни низи на ДНК, така што резултатот ќе биде мешавина од разновидни засилени нишки на ДНК кои се воглавно кратки, но многу се разликуваат по должина.

Низите засилени со меѓуедноставното низно повторување-полимеразна верижна реакција може да бидат користени за отпечатоци од ДНК. Бидејќи меѓуедноставното низно повторување може да е зачуван или незачуван регион, оваа техника не е корисна за разликување на поединци, туку за филогеографски анализи или можеби за разграничување на видовите; разновидноста на низите е помала отколку кај едноставното низно повторување-полимеразна верижна реакција, но сепак повисока отколку во вистинските генски низи. Дополнително, секвенционирањето на микросателитите и секвенционирањето на меѓуедноставното низно повторување меѓусебно си помагаат, бидејќи едниот произведува зачетници за другиот.

Ограничувања

[уреди | уреди извор]

Повторливата ДНК не е анализирана лесно со методите за масовното напоредно секвенционирање на ДНК, кои се борат со хомополимерните патишта.[85] Затоа, микросателитите вообичаено се анализирани со конвенционално засилување со полимеразна верижна реакција и одредување на големината на ампликонот. Употребата на полимеразна верижна реакција значи дека анализата на должината на микросателитот е склона кон ограничувања на полимеразната верижна реакција како и секој друг локус на ДНК засилена со полимеразна верижна реакција. Посебна загриженост е појавата на „нулти алели“:

  • Повремено, во примерок од поединци како што е случајот за тестирање на татковство, мутација на ДНК што го граничи микросателитот може да го спречи зачетникот на полимеразната верижна реакција да биде врзан и да произведе ампликон (создавајќи „нулти алел“ во анализата на гел), на тој начин само еден алел се засилува (од немутираниот сестрински хромозом), а поединецот тогаш може лажно да изгледа дека е хомозиготен. Ова може да предизвика збунетост во случајот за татковството. Тогаш може да биде неопходно да биде засилен микросателитот со користење на различен сет на зачетници.[21][86] Нултите алели се предизвикани особено од мутации во 3' делот, каде што започнува екстензијата.
  • Во анализата на видовите или населението, на пример во работата за зачувување, зачетниците на полимеразната верижна реакција, кои ги засилуваат микросателитите кај еден поединец или вид можат да работат во други видови. Сепак, ризикот од примена на зачетник на полимеразната верижна реакција кај различни видови е дека нултите алели стануваат веројатни, секогаш кога дивергенцијата во низата е преголема за зачетниците да бидат врзани. Видот тогаш вештачки може да изгледа дека има намалена разновидност. Нултите алели во овој случај понекогаш може да бидат означени со прекумерна честота на хомозиготи кои предизвикуваат отстапувања од Харди-Вајнбершките очекувања за рамнотежа.

Поврзано

[уреди | уреди извор]
  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Richard GF; Kerrest A; Dujon B (декември 2008). „Comparative genomics and molecular dynamics of DNA repeats in eukaryotes“. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 72 (4): 686–727. doi:10.1128/MMBR.00011-08. PMC 2593564. PMID 19052325.
  2. „Microsatellites in different eukaryotic genomes: survey and analysis“. Genome Research. 10 (7): 967–981. јули 2000. doi:10.1101/gr.10.7.967. PMC 310925. PMID 10899146.
  3. 3,0 3,1 3,2 „Mutation rate in human microsatellites: influence of the structure and length of the tandem repeat“. American Journal of Human Genetics. 62 (6): 1408–15. јуни 1998. doi:10.1086/301869. PMC 1377148. PMID 9585597.
  4. Short Tandem Repeat at the US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
  5. 5,0 5,1 „Equilibrium sedimentation in density gradients of DNA preparations from animal tissues“. Journal of Molecular Biology. 3 (6): 711–6. декември 1961. doi:10.1016/S0022-2836(61)80075-2. PMID 14456492.
  6. 6,0 6,1 6,2 „Telomeres-structure, function, and regulation“. Experimental Cell Research. 319 (2): 133–141. јануари 2013. doi:10.1016/j.yexcr.2012.09.005. PMC 4051234. PMID 23006819.
  7. „Evolutionary tuning knobs“. Endeavour. 21 (1): 36–40. 1997. doi:10.1016/S0160-9327(97)01005-3.
  8. „Microsatellites and their genomic distribution, evolution, function and applications: A review with special reference to fish genetics“. Aquaculture. 255 (1–4): 1–29. 2006-05-31. doi:10.1016/j.aquaculture.2005.11.031.
  9. Turnpenny P, Ellard S (2005). Emery's Elements of Medical Genetics (12th. изд.). London: Elsevier. ISBN 9780443100451.
  10. 10,0 10,1 „Repeat instability: mechanisms of dynamic mutations“. Nature Reviews. Genetics. 6 (10): 729–42. октомври 2005. doi:10.1038/nrg1689. PMID 16205713.
  11. „Evaluating minimally invasive sample collection methods for telomere length measurement“. American Journal of Human Biology. 30 (1): e23062. јануари 2018. doi:10.1002/ajhb.23062. PMC 5785450. PMID 28949426.
  12. Jeffreys AJ; Wilson V; Thein SL (1985). „Hypervariable 'minisatellite' regions in human DNA“. Nature. 314 (6006): 67–73. Bibcode:1985Natur.314...67J. doi:10.1038/314067a0. PMID 3856104.
  13. „Mutation rate in the hypervariable VNTR g3 (D7S22) is affected by allele length and a flanking DNA sequence polymorphism near the repeat array“. American Journal of Human Genetics. 59 (2): 360–367. август 1996. PMC 1914730. PMID 8755922.
  14. 14,0 14,1 „Molecular basis of genetic instability of triplet repeats“. The Journal of Biological Chemistry. 271 (6): 2875–2878. февруари 1996. doi:10.1074/jbc.271.6.2875. PMID 8621672.
  15. „Trinucleotide expansion diseases in the context of micro- and minisatellite evolution, Hammersmith Hospital, April 1-3, 1998“. The EMBO Journal. 17 (19): 5521–5524. октомври 1998. doi:10.1093/emboj/17.19.5521. PMC 1170879. PMID 9755151.
  16. 16,0 16,1 „Repeat polymorphisms within gene regions: phenotypic and evolutionary implications“. American Journal of Human Genetics. 67 (2): 345–356. август 2000. doi:10.1086/303013. PMC 1287183. PMID 10889045.CS1-одржување: display-автори (link)
  17. „Simple sequences“. Current Opinion in Genetics & Development. 4 (6): 832–7. декември 1994. doi:10.1016/0959-437X(94)90067-1. PMID 7888752.
  18. „Haplotype studies support slippage as the mechanism of germline mutations in short tandem repeats“. Electrophoresis. 25 (20): 3344–8. октомври 2004. doi:10.1002/elps.200406069. PMID 15490457.
  19. „Elevated germline mutation rate in teenage fathers“. Proceedings. Biological Sciences. 282 (1803): 20142898. март 2015. doi:10.1098/rspb.2014.2898. PMC 4345458. PMID 25694621.
  20. „Mutation of human short tandem repeats“. Human Molecular Genetics. 2 (8): 1123–8. август 1993. doi:10.1093/hmg/2.8.1123. PMID 8401493.
  21. 21,0 21,1 21,2 21,3 „Microsatellites, from molecules to populations and back“. Trends in Ecology & Evolution. 11 (10): 424–9. октомври 1996. doi:10.1016/0169-5347(96)10049-5. PMID 21237902.
  22. „Equilibrium distributions of microsatellite repeat length resulting from a balance between slippage events and point mutations“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (18): 10774–8. септември 1998. Bibcode:1998PNAS...9510774K. doi:10.1073/pnas.95.18.10774. PMC 27971. PMID 9724780.
  23. „Elevated basal slippage mutation rates among the Canidae“. The Journal of Heredity. 98 (5): 452–460. 1 јули 2007. doi:10.1093/jhered/esm017. PMID 17437958.
  24. „Evidence for the regulation of alternative splicing via complementary DNA sequence repeats“. Bioinformatics. 21 (8): 1358–1364. април 2005. doi:10.1093/bioinformatics/bti180. PMID 15673565.
  25. 25,0 25,1 25,2 „Mutation biases and mutation rate variation around very short human microsatellites revealed by human-chimpanzee-orangutan genomic sequence alignments“. Journal of Molecular Evolution. 71 (3): 192–201. септември 2010. Bibcode:2010JMolE..71..192A. doi:10.1007/s00239-010-9377-4. PMID 20700734.
  26. „Microsatellite evolutionary rate and pattern in Schistocerca gregaria inferred from direct observation of germline mutations“. Molecular Ecology. 24 (24): 6107–19. декември 2015. doi:10.1111/mec.13465. PMID 26562076.
  27. „Tandem-repeat patterns and mutation rates in microsatellites of the nematode model organism Pristionchus pacificus“. G3. 2 (9): 1027–34. септември 2012. doi:10.1534/g3.112.003129. PMC 3429916. PMID 22973539.
  28. „Heterozygosity increases microsatellite mutation rate“. Biology Letters. 12 (1): 20150929. јануари 2016. doi:10.1098/rsbl.2015.0929. PMC 4785931. PMID 26740567.
  29. „Microsatellites show mutational bias and heterozygote instability“. Nature Genetics. 13 (4): 390–1. август 1996. doi:10.1038/ng0896-390. PMID 8696328.
  30. 30,0 30,1 „Abundant contribution of short tandem repeats to gene expression variation in humans“. Nature Genetics. 48 (1): 22–29. јануари 2016. doi:10.1038/ng.3461. PMC 4909355. PMID 26642241.CS1-одржување: display-автори (link)
  31. „A census of protein repeats“. Journal of Molecular Biology. 293 (1): 151–60. октомври 1999. doi:10.1006/jmbi.1999.3136. PMID 10512723.
  32. „Simple tandem DNA repeats and human genetic disease“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 92 (9): 3636–41. април 1995. Bibcode:1995PNAS...92.3636S. doi:10.1073/pnas.92.9.3636. PMC 42017. PMID 7731957.
  33. „Simple sequence repeats in proteins and their significance for network evolution“. Gene. 345 (1): 113–8. јануари 2005. doi:10.1016/j.gene.2004.11.023. PMID 15716087.
  34. „Molecular origins of rapid and continuous morphological evolution“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (52): 18058–63. December 2004. Bibcode:2004PNAS..10118058F. doi:10.1073/pnas.0408118101. PMC 539791. PMID 15596718.
  35. „The correlated evolution of Runx2 tandem repeats, transcriptional activity, and facial length in carnivora“. Evolution & Development. 9 (6): 555–65. 2007. doi:10.1111/j.1525-142X.2007.00196.x. PMID 17976052.
  36. „A novel stable polyalanine [poly(A)] expansion in the HOXA13 gene associated with hand-foot-genital syndrome: proper function of poly(A)-harbouring transcription factors depends on a critical repeat length?“. Human Genetics. 110 (5): 488–94. мај 2002. doi:10.1007/s00439-002-0712-8. PMID 12073020.
  37. „Ser/Thr-rich domains are associated with genetic variation and morphogenesis in Saccharomyces cerevisiae“. Yeast. 23 (8): 633–40. јуни 2006. doi:10.1002/yea.1381. PMID 16823884.
  38. „Intragenic tandem repeats generate functional variability“. Nature Genetics. 37 (9): 986–90. септември 2005. doi:10.1038/ng1618. PMC 1462868. PMID 16086015.
  39. 39,0 39,1 „Adaptive evolution of highly mutable loci in pathogenic bacteria“. Current Biology. 4 (1): 24–33. јануари 1994. doi:10.1016/S0960-9822(00)00005-1. PMID 7922307.
  40. „Simple sequence repeats provide a substrate for phenotypic variation in the Neurospora crassa circadian clock“. PLOS ONE. 2 (8): e795. август 2007. Bibcode:2007PLoSO...2..795M. doi:10.1371/journal.pone.0000795. PMC 1949147. PMID 17726525.CS1-одржување: display-автори (link)
  41. 41,0 41,1 „Abundant raw material for cis-regulatory evolution in humans“. Molecular Biology and Evolution. 19 (11): 1991–2004. ноември 2002. doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a004023. PMID 12411608.
  42. „Microsatellite instability generates diversity in brain and sociobehavioral traits“. Science. 308 (5728): 1630–4. јуни 2005. Bibcode:2005Sci...308.1630H. doi:10.1126/science.1111427. PMID 15947188.
  43. „Chimeric EWSR1-FLI1 regulates the Ewing sarcoma susceptibility gene EGR2 via a GGAA microsatellite“. Nature Genetics. 47 (9): 1073–8. септември 2015. doi:10.1038/ng.3363. PMC 4591073. PMID 26214589.CS1-одржување: display-автори (link)
  44. „Cooperation of cancer drivers with regulatory germline variants shapes clinical outcomes“. Nature Communications. 10 (1): 4128. септември 2019. Bibcode:2019NatCo..10.4128M. doi:10.1038/s41467-019-12071-2. PMC 6739408. PMID 31511524.CS1-одржување: display-автори (link)
  45. „The GAA triplet-repeat expansion in Friedreich ataxia interferes with transcription and may be associated with an unusual DNA structure“. American Journal of Human Genetics. 62 (1): 111–21. јануари 1998. doi:10.1086/301680. PMC 1376805. PMID 9443873.
  46. „Functional analysis of a novel DNA polymorphism of a tandem repeated sequence in the asparagine synthetase gene in acute lymphoblastic leukemia cells“. Leukemia Research. 33 (7): 991–6. јули 2009. doi:10.1016/j.leukres.2008.10.022. PMC 2731768. PMID 19054556.CS1-одржување: display-автори (link)
  47. „Association of a 27-bp repeat polymorphism in intron 4 of endothelial constitutive nitric oxide synthase gene with hypertension in a Tunisian population“. Clinical Biochemistry. 42 (9): 852–6. јуни 2009. doi:10.1016/j.clinbiochem.2008.12.002. PMID 19111531.CS1-одржување: display-автори (link)
  48. „Biological importance of a polymorphic CA sequence within intron 1 of the epidermal growth factor receptor gene (EGFR) in high grade central osteosarcomas“. Genes, Chromosomes & Cancer. 47 (8): 657–64. август 2008. doi:10.1002/gcc.20571. PMID 18464244.CS1-одржување: display-автори (link)
  49. „RNA structure replaces the need for U2AF2 in splicing“. Genome Research. 26 (1): 12–23. јануари 2016. doi:10.1101/gr.181008.114. PMC 4691745. PMID 26566657.CS1-одржување: display-автори (link)
  50. Scherer S (2008). A short guide to the human genome. New York: Cold Spring Harbor University Press.
  51. „Regulation of mammalian gene expression by retroelements and non-coding tandem repeats“. BioEssays. 30 (4): 338–48. април 2008. doi:10.1002/bies.20741. PMID 18348251.
  52. „High resolution chromosome 3p allelotyping of human lung cancer and preneoplastic/preinvasive bronchial epithelium reveals multiple, discontinuous sites of 3p allele loss and three regions of frequent breakpoints“. Cancer Research. 60 (7): 1949–1960. април 2000. PMID 10766185.CS1-одржување: display-автори (link)
  53. „Searching for microsatellite mutations in coding regions in lung, breast, ovarian and colorectal cancers“. Oncogene. 20 (8): 1005–1009. февруари 2001. doi:10.1038/sj.onc.1204211. PMID 11314036.CS1-одржување: display-автори (link)
  54. „Selection of microsatellite markers for bladder cancer diagnosis without the need for corresponding blood“. PLOS ONE. 7 (8): e43345. 2012. Bibcode:2012PLoSO...743345V. doi:10.1371/journal.pone.0043345. PMC 3425555. PMID 22927958.CS1-одржување: display-автори (link)
  55. „Molecular biomarkers and classification models in the evaluation of the prognosis of colorectal cancer“. Anticancer Research. 34 (5): 2061–2068. мај 2014. PMID 24778007.
  56. „A National Cancer Institute Workshop on Microsatellite Instability for cancer detection and familial predisposition: development of international criteria for the determination of microsatellite instability in colorectal cancer“. Cancer Research. 58 (22): 5248–5257. ноември 1998. PMID 9823339.CS1-одржување: display-автори (link)
  57. „Germline microsatellite genotypes differentiate children with medulloblastoma“. Neuro-Oncology. 22 (1): 152–162. јануари 2020. doi:10.1093/neuonc/noz179. PMC 6954392. PMID 31562520.
  58. ZDHHC3 as a Risk and Mortality Marker for Breast Cancer in African American Women“. Cancer Informatics. 16: 1176935117746644. 2017. doi:10.1177/1176935117746644. PMC 5734450. PMID 29276372.
  59. „High-depth, high-accuracy microsatellite genotyping enables precision lung cancer risk classification“. Oncogene. 36 (46): 6383–6390. ноември 2017. doi:10.1038/onc.2017.256. PMC 5701090. PMID 28759038.
  60. 60,0 60,1 „From the crime scene to the courtroom: the journey of a DNA sample“. The Conversation. 29 август 2017.
  61. „Establishment of complete and mixed donor chimerism after allogeneic lymphohematopoietic transplantation: recommendations from a workshop at the 2001 Tandem Meetings of the International Bone Marrow Transplant Registry and the American Society of Blood and Marrow Transplantation“. Biology of Blood and Marrow Transplantation. 7 (9): 473–85. 2001. doi:10.1053/bbmt.2001.v7.pm11669214. PMID 11669214.
  62. „DNA Profiling“. Архивирано од изворникот на 2001-09-27. Посетено на 25 февруари 2024.
  63. „Automated fluorescent detection of a 10 loci multiplex for paternity testing“. Acta Biologica Hungarica. 51 (1): 99–105. 2000. doi:10.1007/BF03542970. PMID 10866366.
  64. „Genetic linkage analysis in the age of whole-genome sequencing“. Nature Reviews. Genetics. 16 (5): 275–284. мај 2015. doi:10.1038/nrg3908. PMC 4440411. PMID 25824869.
  65. „Population structure in a comprehensive genomic data set on human microsatellite variation“. G3. 3 (5): 891–907. мај 2013. doi:10.1534/g3.113.005728. PMC 3656735. PMID 23550135.
  66. „Landscape genetics: combining landscape ecology and population genetics“. Trends in Ecology & Evolution. 18 (4): 189–197. 2003-04-01. doi:10.1016/S0169-5347(03)00008-9.
  67. „Experimental evaluation of the usefulness of microsatellite DNA for detecting demographic bottlenecks“. Molecular Ecology. 9 (10): 1517–28. октомври 2000. doi:10.1046/j.1365-294x.2000.01031.x. PMID 11050547.
  68. „Molecular signatures of natural selection“. Annual Review of Genetics. 39 (1): 197–218. 2005-01-01. doi:10.1146/annurev.genet.39.073003.112420. PMID 16285858.
  69. „A measure of population subdivision based on microsatellite allele frequencies“. Genetics. 139 (1): 457–62. јануари 1995. doi:10.1093/genetics/139.1.457. PMC 1206343. PMID 7705646.
  70. „Estimating population size by genotyping faeces“. Proceedings. Biological Sciences. 266 (1420): 657–63. април 1999. doi:10.1098/rspb.1999.0686. PMC 1689828. PMID 10331287.
  71. „Nuclear DNA microsatellite analysis of genetic diversity and gene flow in the Scandinavian brown bear (Ursus arctos)“. Molecular Ecology. 9 (4): 421–31. април 2000. doi:10.1046/j.1365-294x.2000.00892.x. PMID 10736045.
  72. „Genomics and the future of conservation genetics“. Nature Reviews. Genetics. 11 (10): 697–709. октомври 2010. doi:10.1038/nrg2844. PMID 20847747.
  73. „A review of microsatellite markers and their applications in rice breeding programs to improve blast disease resistance“. International Journal of Molecular Sciences. 14 (11): 22499–528. ноември 2013. doi:10.3390/ijms141122499. PMC 3856076. PMID 24240810.
  74. Image by Mikael Häggström, MD, using following source image: Figure 1 - available via license: Creative Commons Attribution 4.0 International", from the following article:

    „Using PCR for molecular monitoring of post-transplantation chimerism“. Einstein. Sao Paulo. 4 (2). 2006 – преку ResearchGate.
  75. Halman A; Oshlack A (2020). „Accuracy of short tandem repeats genotyping tools in whole exome sequencing data“. F1000Research. 9: 200. doi:10.12688/f1000research.22639.1. PMC 7327730. PMID 32665844.
  76. „Correction to: Genome-wide sequencing as a first-tier screening test for short tandem repeat expansions“. Genome Medicine. 13 (1): 151. септември 2021. doi:10.1186/s13073-021-00961-4. PMC 8439056 Проверете ја вредноста |pmc= (help). PMID 34517885 Проверете ја вредноста |pmid= (help).CS1-одржување: display-автори (link)
  77. 77,0 77,1 „Technology for Resolving STR Alleles“. Посетено на 25 февруари 2024.
  78. „The National DNA Database“ (PDF). Архивирано од изворникот (PDF) на 2010-10-13. Посетено на 25 февруари 2024.
  79. „House of Lords Select Committee on Science and Technology Written Evidence“. Посетено на 25 февруари 2024.
  80. „FBI CODIS Core STR Loci“. Посетено на 25 февруари 2024.
  81. Butler JM (2005). Forensic DNA Typing: Biology, Technology, and Genetics of STR Markers, Second Edition. New York: Elsevier Academic Press.
  82. Griffiths AJ, Miller JF, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (1996). Introduction to Genetic Analysis (5th. изд.). New York: W.H. Freeman.
  83. „Microsatellites and kinship“. Trends in Ecology & Evolution. 8 (8): 285–8. август 1993. doi:10.1016/0169-5347(93)90256-O. PMID 21236170.
  84. „Enrichment of tetranucleotide microsatellite loci from invertebrate species“. Journal of Shellfish Research. 23 (2): 621. 2004.
  85. „Nanopore Sequencing of a Forensic STR Multiplex Reveals Loci Suitable for Single-Contributor STR Profiling“. Genes. 11 (4): 381. април 2020. doi:10.3390/genes11040381. PMC 7230633. PMID 32244632.
  86. „Microsatellite null alleles in parentage analysis“. Heredity. 93 (5): 504–9. ноември 2004. doi:10.1038/sj.hdy.6800545. PMID 15292911.

Дополнителна книжевност

[уреди | уреди извор]

 

Надворешни врски

[уреди | уреди извор]