3.3.1. Простые тандемные повторы (сателлиты).
В процессе центрифугировании ДНК в растворе хлористого цезия происходит разделение ДНК по плотности на основанию и сателиттную (рис.64). Плотность ДНК зависит от содержание в ней АТ- и ГЦ –пар нуклеотидов. Основная масса ДНК имеет плотность равную 42% содержания ГЦ-пар нуклеотидов или 1,693. Часть ДНК, имеющая иную плотность (а, следовательно, иное содержание нуклеотидных пар) получила название дополнительной, минорной или сателлитной ДНК (сатДНК) (от лат.satellitis-спутник).
Сателлитные ДНК состоят из коротких (чаще 1-20 нуклеотидов) последовательностей (базовые последовательности), идентичных или почти идентичных. Эти базовые последовательности расположены тандемно (то есть, следуют друг за другом «голова к хвосту»), образуя длинные блоки, протяженностью до десятков тысяч нуклеотидов. Например, у плодовой мушки дрозофилы имеются простые базовые последовательности - ААТАГ-, -ААТАТ-, - ААТАЦ-, которые повторяется «п» количество раз, где п = 10, 20 и более тысяч раз. Встречаются и более сложные базовые последовательности, состоящие из 359 н.п. Таким образом, сателлитная ДНК представляет собой довольно протяженные геномные блоки.
Сателлитными ДНК по классическому определению Р.Д.Бриттен с соавт. (1974г) называются минорный комплекс ДНК, отделяющийся от основной ДНК при центрифугировании в растворе хлористого цезия.
Сателлиты характеризуется следующими свойствами:
1. быстрая и точная реассоциация (восстановление структуры ДНК после денатурации ДНК) в процессе ренатурации ДНК;
2. тандемное расположение базовых последовательностей, объеди- ненных в блоки;
3. количество копии в геноме свыше 10 «степени»;
4. простая первичная структура;
5. гомогенность (идентичность) базовых последовательностей;
6. локализация в прицентромерном гетерохроматине и теломерах (рис.64);
7. ограниченная репликация;
Рис.64. Сателлитные ДНК: А-показатели плотности ДНК; Б-схема локализации сателлитных ДНК ( Из: Коничев,2004).
У человека выделяют следующие виды сателлитных повторов:
1. классические сателлиты - короткие прямые повторы. Выделяют три вида классических сателлитов: сателлит 1: базовая последовательность состоит из 42 н.п. и обнаружена в 3-4,13-15, 21 хромосомах; сателлит 2: базовая последовательность равна 5 н.п. и обнаружен в хромосомах 1,2, 10,16; сателлит 3: базовая последовательность равна 5 или 10 н.п. и находится в 1,5,9-10, 13-15, 17,21-22 хромосомах;
2. альфа-сателлитные повторы: базовая последовательность равна 171 н.п.; обнаружена во всех хромосомах человека; имеют блоки длиной до 4 млн. пар нуклеотидов и расположены в прицентромерной, центромерной области;
3. бета-сателлитные повторы: базовая последовательность 68 н.п.; находятся в 1,3,9,13-15,21-22 и У хромосомах;
4. гамма-сателлитные повторы: базовая последовательность имеет длину в 220 н.п. и находятся в хромосомах 8 и Х;
5. сателлитные повторы с базовая последовательностью в 48 н.п. в хромосомах 13-15, 21-22 и У;
6. Sn5-сателлитные повторы хромосом 2,13-15,020-22 с неустанов- ленной базовой последовательностью.
сат ДНК не экспрессируется. Ее локализация в центромерной облас- ти обеспечивает структурную функцию хромосомы при мейозе и митозе и, возможно, связана с процессами расхождения хромосом.
Кроме типичных, вышеперечисленных видов сатДНК в геноме эукариот встречаются последовательности, которые называется мини-, микро- и мега-сателлиты, которые расположены по большинству участков хромосом и составляют 5-50% всего генома. Эти сателлиты содержаться в каждых 2 тыс. н.п. генома человека.
Мини-сателлиты – это повторы со средней длиной повторяющегося элемента (базовой последовательности) от 6 до 100 н.п., обогащенным АТ- и ГЦ-парами, длиной кластера 0,2-20 тыс.н.п. Число их копий варьирует от несколький сотен до тысяч на геном. Мини-сателлитами являются также повторы, тандемно расположенные в теломерной области. Обычно количество теломерных повторов равно 250-1500 с общей длиной в 9 тыс. н.п. Основной элемент этих повторов у человека – высоко консервативные последовательности ГГТАТТ. Эти последовательности и играют крити- ческую роль в сохранении целостности хромосом.
Микросателлиты относятся к повторам с длиной повторяющеюся элемента 1-4 нуклеотида, тандемно и равномерно, расположенные по всему геному. Наиболее известный микросателлит человека - динуклеотид (АЦ)п, где n (число повторов) равен 5-50. Кластер этого микросателлита распо- ложен через каждые 30 тыс.н.п. Кроме динуклеотида АЦ известны микросателлиты с повторяющимися три- и тетрануклеотидными мотивами АТ, ГЦ, ААЦ, ЦТГ, ГАЦА. Если микросателлит состоит только из одного повторяющего нуклеотида (АААААА…..А - на одной нити ДНК и ТТТТТТ…..Т - на другой), то он называется гомополимерной нуклеотидной последовательностью. Блоки микросателлитов равны 20-60 тыс.н.п.
Некоторые микросателлиты насчитывают количество копий выше 104-105.
Мегасателлиты – повторы с повторяющейся базовой последователь- ностью в 2,5-5 тыс.н.п. и числом копий от 50 до 400 присутствуют лишь в 4,8,19 и Х хромосомах.
Микро- и минисателлиты очень изменчивы, то есть полиморфны. Изменяются как число нуклеотидов в базовой последовательности, так количество копий. Их распределение и число в геноме каждого конкретного человека настолько индивидуально, что лежит в основе метода судебномедицинской экспертизы, служащего для идентификации личности и называемого ДНК-фингерпринтингом или методом «отпечатков пальцев». Генетический паспорт имеют все военнослужащие США и всё мужское население Англии. Метод имеет большое значение для ДНК- диагностики наследственных заболеваний. Так, триплет ЦГТ микроса- теллита присутствуют только в гене FМR-1, определяющем ломкость Х-хромосомы. В норме число копий ЦГТ варьирует от 6 до 54, а у больных людей – 200-1300 копий.
В ряде случаев ДНК-повторы представляют собой функциональные гены, тандемно организованные в кластеры.
Сюда относятся копии генов рРНК и тРНК, гистонов, мультигенных семейств глобиновых генов.