2.3.3.1. Простые тандемные повторы (сателлиты).
В процессе центрифугировании ДНК в растворе хлористого цезия происходит разделение ДНК по плотности на основанию и сателиттную (рис.142). 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, сл-но, иное содержание нуклеотидных пар) получила название дополнительной, минорной или сателлитной ДНК (сат ДНК) (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 (т.е., следуюте друг за другом «голова и хвосту»), образуя длинные блоки, протяженностью до десятков тысяч нуклеотидов. Например, базовая последовательность ААТАГ повторяется «п» количество раз, где п= 10, 20 и более тысяч нуклеотидов.
Т.о., сателлитные ДНК его классическому определению Р.Д.Бриттен и соавт. (1974г)- это минорный комплект ДНК, отделяющийся от основной ДНК при центрифугировании в растворе хлористого цезия.
Сателлиты характеризуется сл. свойствами:
1. быстрая и точная реассоциация (восстановление структуры ДНК после денатурации ДНК) в процессе ренатурации ДНК;
2. тандемное расположение базовых последовательностей, объединенных 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.142);
7. ограниченная репликация;
Рис.142. Сателлитные ДНК: А-показатели плотности ДНК; Б-схема локализации сателлитных ДНК ( Из: Коничев,2004).
У человека выделяют сл.виды сателлитных повторов:
1. короткие прямые повторы, называемые классическими сателлитами. Выделяют три вида классических сателлитов: сателлит 1: базовая последовательность состоит из 42 нп. и обнаружена в 3,4,13-15, 21-2 хромосомах; сателлит 2: базовая последовательность равна 5 нп. и обнаружен в хромосомах 1,2,10,16; сателлит 3: базовая последовательность равна 5 или 10 нп. и находится в 1,5,9-10, 13-15, 17,21-22 хромосомах.
2. альфа-сателлитные повторы: базовая последовательность 171 нп. и обнаружена во всех хромосомах человека, с блоком в 1млн. пар и расположены в прицентромерной, центромерной области и ---- длину блоков до 4 млн. пар.
3. бета-сателлитные повторы: базовая последовательность 68нп. и находятся в 1,3,9,13-15,21-22 и У хромосомах;
4. гамма-сателлитные повторы: базовая последовательность имеет длину в 220нп. и находятся Х 8 и Х хромосомах;
5. сателлитные повторы с базовая последовательностью в 48нп. в хромосомах 13-15, 21-22 и У;
6. Sn5- сателлитные повторы хромосом 2,13-15,020-22 с неустановленной базовой последовательность.
Сат ДНК не экспрессируются. Ее локализация в центромерной области обеспечивает структурную функцию в хромосоме при мейозе и митозе и, возможно, связана с процессами расхождения хромосом.
Кроме типичных, вышеперечисленных видов сат ДНК 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. нп. генома человека.
Мини сателлиты – это повторы со средней длинной повторяющегося элемента от 6 до 100 нп., длинной кластера 0,2-20 тыс.нп. и повторяющимся звеном, обогащенным АТ и ГЦ-парами. Число их копий варьирует от несколький сотен до тысяч на геном. Мини сателлитами является также повторы, расположенные в теломерной области тандемно. Обычно количество теломерных повторов равно 250-1500 с общей длиной в 9 т. нп. Основной элемент этих повторов у человека – последовательности ГГТАТТ. Эти последовательности высоко консервативны и играют критическую роль в сохранении целостности хромосом.
К повторам а длиной повторяющеюся элемента 1-4 нуклеотида относятся микросателлиты, тандемные повторы равномерно расположенные по всему геному. Наиболее известен микросателлит человека динуклеотиды (АЦ) п, где Н (число повторов) равно 5-50. Кластер этого микросателлита расположен через каждые 30 тыс. нп. Кроме динуклеотида АЦ известны микросателлиты с повторяющимся с мотивом АТ, ГЦ, ААЦ, ЦТГ, ГАЦА, т.е. три- и тетрануклеотиды. Если микросателлит состоит только из одного повторяющего нуклеотида (АААААА…..А-на одной нити ДНК и ТТТТТТ…..Т- на другой), но он называется гомополимерной нуклеотидной последовательностью. Блоки микросателлитов равны 20-60 тыс.нп.
Некоторые микросателлиты насчитывают количество копий выше 104-105.
Мегасателлиты – повторы с повторяющейся базовой последовательностью в 2,5-5 тыс.нп. и числом копий от 50 до 400. присутствуют лишь в 4,8,19 и Х хромосомах.
Микро- и минисателлиты очень изменчивы, т.е. 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, называемых ДНК-фингерпринтингом или методом «отпечатков пальцев» для идентификации личности. Генетический паспорт имеют все военнослужащие США и все мужское население Англии. Метод имеет большое значение для ДНК- диагностики наследственных заболеваний. Так, триплет ЦГТ микросателлита 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.