الحمض النووي الساتلي

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يتكون الحمض النووي الساتلي ، المعروف أيضًا باسم الحمض النووي عالي التكرار ، من سلاسل كبيرة جدًا من الحمض النووي غير المشفر والمتكرر بشكل متتالٍ . يُعد الحمض النووي الساتلي المكون الرئيسي للسنتروميرات الوظيفية ، ويشكل المكون الهيكلي الرئيسي للكروماتين المغاير . [ 1 ]

يشير مصطلح "الحمض النووي الساتلي" إلى ظاهرة ميل تكرار تسلسل قصير من الحمض النووي إلى إنتاج ترددات مختلفة للقواعد الأدينين والسيتوزين والجوانين والثايمين ، وبالتالي تختلف كثافتها عن كثافة الحمض النووي الكلي، مما يؤدي إلى تكوين حزمة ثانية أو "ساتلية" عند فصل الحمض النووي الجينومي باستخدام تدرج كثافة كلوريد السيزيوم بتقنية الطرد المركزي للكثافة الطافية . [ 2 ] تُظهر التسلسلات ذات النسبة الأعلى من الأدينين والثايمين كثافة أقل، بينما تُظهر تلك ذات النسبة الأعلى من الجوانين والسيتوزين كثافة أعلى من كثافة الحمض النووي الجينومي الكلي. بعض التسلسلات المتكررة تحتوي على نسبة 50% تقريبًا من الجوانين والسيتوزين إلى الأدينين والثايمين، وبالتالي تكون كثافتها الطافية مماثلة لكثافة الحمض النووي الجينومي الكلي. تُسمى هذه الأقمار الصناعية بالأقمار الصناعية "الخفية" لأنها تُشكل حزمة مخفية داخل الحزمة الرئيسية للحمض النووي الجينومي. يُستخدم مصطلح "متساوي الكثافة" أيضًا لوصف الأقمار الصناعية الخفية. [ 3 ]

عائلات الحمض النووي الساتلي في البشر

يشكل الحمض النووي الساتلي، إلى جانب الحمض النووي الساتلي المصغر والحمض النووي الساتلي الدقيق ، التكرارات المتتالية . [ 4 ] يختلف حجم مصفوفات الحمض النووي الساتلي اختلافًا كبيرًا بين الأفراد. [ 5 ]

تُسمى عائلات الحمض النووي الساتلي الرئيسية في البشر بما يلي:

عائلة الأقمار الصناعيةحجم الوحدة المتكررة (bp)الموقع في الكروموسومات البشرية
α (حمض نووي ألفويدي)170 [ 6 ]جميع الكروموسومات
β68السنتروميرات في الكروموسومات 1 ، 9 ، 13 ، 14 ، 15 ، 21 ، 22 ، و Y
القمر الصناعي 125-48السنتروميرات ومناطق أخرى في الكروماتين المغاير لمعظم الكروموسومات
القمر الصناعي 25معظم الكروموسومات
القمر الصناعي 35معظم الكروموسومات

طول

يمكن أن يتراوح طول النمط المتكرر بين  زوج قاعدي واحد (تكرار أحادي النوكليوتيد) إلى عدة آلاف من الأزواج القاعدية، [ 7 ] وقد يصل الحجم الإجمالي لكتلة الحمض النووي الساتلي إلى عدة ميغابايت دون انقطاع. وُصفت وحدات تكرار طويلة تحتوي على نطاقات من أجزاء متكررة أقصر وأحادية النوكليوتيدات (1-5  أزواج قاعدية)، مرتبة في مجموعات من الميكروساتلايتات، حيث تتجمع الاختلافات بين النسخ الفردية لوحدات التكرار الأطول. [ 7 ] يتمركز معظم الحمض النووي الساتلي في المنطقة الطرفية أو المركزية للكروموسوم. ويُحفظ تسلسل النوكليوتيدات للتكرارات بشكل جيد نسبيًا عبر الأنواع. ومع ذلك، فإن التباين في طول التكرار شائع.

أظهرت الدراسات القائمة على التسلسل منخفض الدقة تباينًا في أطوال مصفوفات الأقمار الصناعية في البشر، فضلًا عن تباين تردد بعض الاختلافات في التسلسل والبنية (11-13، 29). مع ذلك، ونظرًا لنقص تجميعات السنترومير الكاملة، لا يزال فهمنا لتنوع مصفوفات الأقمار الصناعية وتطورها على مستوى القاعدة ضعيفًا. [ 5 ] على سبيل المثال، يُعد الحمض النووي المصغر للأقمار الصناعية منطقة قصيرة (1-5  كيلوبايت) من العناصر المتكررة التي يزيد طولها عن 9  نيوكليوتيدات. بينما تُعتبر الأقمار الصناعية الدقيقة  في تسلسلات الحمض النووي بطول يتراوح بين 1 و8 نيوكليوتيدات. [ 8 ] ويُشكل الاختلاف في عدد التكرارات الموجودة في المنطقة (طول المنطقة) أساسًا لتحليل الحمض النووي .

أصل

يُعتقد أن التكرارات الميكروية نشأت نتيجة انزلاق البوليميراز أثناء تضاعف الحمض النووي. ويستند هذا إلى ملاحظة أن أليلات التكرارات الميكروية عادةً ما تكون متعددة الأشكال في الطول؛ وتحديدًا، فإن الاختلافات في الطول الملاحظة بين أليلات التكرارات الميكروية هي عمومًا مضاعفات لطول وحدة التكرار. [ 9 ]

بناء

يتخذ الحمض النووي الساتلي بنى ثلاثية الأبعاد ذات ترتيب أعلى في الحمض النووي الساتلي المعقد الموجود طبيعيًا في سرطان البحر البري Gecarcinus lateralis ، والذي يحتوي جينومه على 3% من شريط ساتلي غني بالـ GC يتكون من  وحدة تكرارية بطول 2100 زوج قاعدي تقريبًا تُسمى RU. [ 10 ] [ 11 ] وقد رُتبت وحدات التكرار في مصفوفات متتالية طويلة بحوالي 16000 نسخة لكل جينوم. تم استنساخ العديد من تسلسلات وحدات التكرار وتسلسلها للكشف عن مناطق محفوظة من تسلسلات الحمض النووي التقليدية على امتدادات تزيد عن 550  زوجًا قاعديًا، تتخللها خمسة "مجالات متباينة" داخل كل نسخة من وحدات التكرار.

تألفت أربعة نطاقات متباينة من تكرارات الميكروساتلايت، ذات تركيب قاعدي منحاز، حيث احتوت إحدى السلسلتين على البيورينات والأخرى على البيريميدينات. احتوى بعضها على تكرارات أحادية النوكليوتيد من أزواج قواعد C:G  بطول 20 زوجًا قاعديًا تقريبًا. تراوحت أطوال نطاقات الميكروساتلايت ذات التركيب القاعدي المنحاز من 20  زوجًا قاعديًا تقريبًا إلى أكثر من 250  زوجًا قاعديًا. كانت التسلسلات المتكررة الأكثر شيوعًا في مناطق الميكروساتلايت المضمنة هي CT:AG وCCT:AGG وCCCT:AGGG وCGCAC:GTGCG [ 12 ] [ 13 ] [ 7 ]. وقد تبين أن هذه التسلسلات المتكررة تتخذ هياكل متغيرة، بما في ذلك الحمض النووي ثلاثي السلاسل ، والحمض النووي Z ، والحلقة الجذعية ، وغيرها من التكوينات تحت تأثير الإجهاد الحلزوني الفائق . [ 12 ] [ 13 ] [ 7 ]

بين تكرارات الميكروساتلايت ذات التحيز الشريطي وتكرارات النيوكليوتيدات الأحادية C:G، احتفظت جميع اختلافات التسلسل بزوج أو زوجين من القواعد، حيث يقطع الأدينين (بيورين) الشريط الغني بالبيريميدين، ويقطع الثايمين (بيريميدين) الشريط الغني بالبيورين. وقد اتخذت هذه الانقطاعات في التحيز التركيبي أشكالًا مشوهة للغاية، كما يتضح من استجابتها لإنزيمات النيوكلياز البنيوية، بما في ذلك S1 وP1 ونيوكليازات الفاصوليا الخضراء. [ 12 ]

تضمنت أكثر نطاقات الميكروساتلايت تعقيدًا في RU، والتي تميزت بتحيز تركيبي، التسلسل TTAA:TTAA بالإضافة إلى تكرار معكوس. وقد أنتجت هذه النطاقات أقوى إشارة استجابةً للنيوكليازات مقارنةً بجميع البنى المتغيرة الأخرى في الملاحظات التجريبية. تم استنساخ هذا النطاق المتباين ذي التحيز في السلسلة، ودُرست بنيته الحلزونية المتغيرة بمزيد من التفصيل. [ 12 ]

تم تحديد نطاق خامس متفرع في تسلسل RU من خلال اختلافات في نمط تسلسل الحمض النووي المتناظر المكون من بيورينات وبيريميدينات متناوبة، والذي أظهر قدرة على اتخاذ بنية Z-DNA يسارية أو بنية جذعية حلقية تحت تأثير الإجهاد الحلزوني الفائق . تم اختصار Z-DNA المتناظر المحفوظ إلى Z4Z5NZ15NZ5Z4 ، حيث يمثل Z تسلسلات البيورين/البيريميدين المتناوبة. تركزت البنية الجذعية الحلقية في عنصر Z15 عند التسلسل المتناظر المحفوظ للغاية CGCACGTGCG:CGCACGTGCG ، وكانت محاطة بتسلسلات Z-DNA متناظرة ممتدة على منطقة طولها 35 زوجًا قاعديًا. أظهرت العديد من متغيرات RU حذفًا لما لا يقل عن 10 أزواج قاعدية خارج العنصر الهيكلي Z 4 Z 5 NZ 15 NZ 5 Z 4 ، بينما احتوت متغيرات أخرى على تسلسلات Z-DNA إضافية تطيل نطاق البيورين والبيريميدين المتناوب إلى أكثر من 50 زوجًا قاعديًا. [ 14 ]  

أظهرت إحدى متواليات RU الممتدة (EXT) وجود ست نسخ متتالية من  نمط متوالية مُضخّمة بطول 142 زوجًا قاعديًا (AMPL) مُدرجة في منطقة محاطة بتكرارات معكوسة، حيث احتوت معظم النسخ على عنصر متوالية AMPL واحد فقط. لم تُلاحظ أي بنى مُعدّلة حساسة للنيوكلياز أو تباين ملحوظ في متوالية AMPL التقليدية نسبيًا. أما متوالية RU المبتورة (TRU)،  الأقصر بمقدار 327 زوجًا قاعديًا من معظم المستنسخات، فقد نشأت من تغيير قاعدة واحدة أدى إلى ظهور موقع تقييد EcoRI ثانٍ في TRU. [ 10 ]

أظهرت دراسة أخرى أن سرطان البحر الناسك Pagurus pollicaris يمتلك عائلة من الأقمار الصناعية الغنية بالأدينين والثايمين ذات تراكيب تكرارية معكوسة ، والتي تشكل 30% من الجينوم بأكمله. كما تم العثور على قمر صناعي خفي آخر من نفس سرطان البحر، يحمل التسلسل CCTA:TAGG [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] ، مُدرجًا في بعض التتابعات المتناظرة. [ 18 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ لوه إيه آر، هيلكر إيه جيه، روبرتس بي إيه (أغسطس 1993). "رسم خرائط تسلسلات الحمض النووي المتكررة البسيطة في الكروماتين المغاير لذبابة الفاكهة (دروسوفيلا ميلانوجاستر)" . علم الوراثة . 134 (4): 1149-1174 . doi : 10.1093/genetics/134.4.1149 . PMC 1205583. PMID 8375654 .  
  2. ↑ كيت، س. (1961). "الترسيب المتوازن في تدرجات الكثافة لمستحضرات الحمض النووي من الأنسجة الحيوانية". مجلة البيولوجيا الجزيئية 3 ( 6): 711-716 . doi : 10.1016/S0022-2836(61)80075-2 . ISSN 0022-2836 . PMID 14456492 .  
  3. ↑ سكينر دي إم، بيتي دبليو جي، بلاتنر إف إف، ستارك بي بي، دالبرغ جيه إي، الكيمياء الحيوية. 1974؛ 13: 3930-3937
  4. ↑ مصطلح Tandem+Repeat في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
  5. 1 2 ألتيموس، نيكولاس؛ لوجسدون، جلينيس أ؛ بزيكادزه، أندريه ف؛ سيدواني، براجيا؛ لانجلي، ساشا أ؛ كالداس، جينا V؛ هويت، سافانا J.؛ أورالسكي، ليف؛ ريابوف، فيدور د.؛ شو، كولن ج. سوريا ، مايكل إي جي ؛ بورشرز، ماثيو؛ غيرشمان، أرييل؛ ميخينكو، علاء؛ شيبيليف ، فاليري أ. (أبريل 2022). "خرائط جينومية وجينية كاملة للسينتروميرات البشرية" . علوم . 376 (6588) إيبل4178. دوى : 10.1126/science.abl4178 . ISSN 0036-8075 . بمك 9233505 . بميد 35357911 .   
  6. ↑ تايلر-سميث، كريس؛ براون، ويليام آر إيه (1987). "بنية الكتلة الرئيسية للحمض النووي الساتلي الألفويدي على الكروموسوم Y البشري". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 195 (3): 457-470 . doi : 10.1016/0022-2836(87)90175-6 . PMID 2821279 . 
  7. 1 2 3 4 فاولر، آر إف؛ بونويل، في؛ سبان، إم إس؛ سكينر، دي إم (25 يوليو 1985). "تختلف تسلسلات ثلاثة متغيرات وثيقة الصلة من الحمض النووي الساتلي المعقد في نطاقات محددة" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 260 (15): 8964-8972 . doi : 10.1016/S0021-9258(17)39443-7 . PMID 2991230 . 
  8. ↑ ريتشارد جي إف؛ كيرست أ؛ دوجون ب (ديسمبر 2008). "علم الجينوم المقارن والديناميات الجزيئية لتكرارات الحمض النووي في حقيقيات النوى" . مراجعات علم الأحياء الدقيقة والبيولوجيا الجزيئية . 72 (4): 686-727 . doi : 10.1128/MMBR.00011-08 . PMC 2593564. PMID 19052325 .  
  9. ↑ لوكليرك، إس؛ ريفالز، إي؛ جارن، ب (2010). "انزلاق الحمض النووي يحدث في مواقع الميكروساتلايت دون حد أدنى لطول العتبة في البشر: نهج جينومي مقارن" . علم الأحياء التطوري الجينومي . 2 : 325-335 . doi : 10.1093/gbe/evq023 . PMC 2997547. PMID 20624737 .  
  10. بونويل ، ف .؛ فاولر، ر. ف.؛ سكينر، د. م. (26 أغسطس 1983). "تكرار معكوس يحد تضخيمًا بمقدار خمسة أضعاف في الحمض النووي الساتلي". مجلة ساينس . 221 (4613): 862-865 . رمز Bibcode : 1983Sci...221..862B . doi : 10.1126/science.6879182 . PMID 6879182 . 
  11. ↑ سكينر، د.م.؛ بونويل، ف.؛ فاولر، ر.ف. (1983). "مواقع التباين في تسلسل الحمض النووي الساتلي المعقد والعديد من المتغيرات المستنسخة". ندوات كولد سبرينغ هاربور حول البيولوجيا الكمية . 47 (2): 1151-1157 . doi : 10.1101/sqb.1983.047.01.130 . PMID 6305575 . 
  12. 1 2 3 4 فاولر، آر إف؛ سكينر، دي إم (5 يوليو 1986). "يختلف الحمض النووي حقيقي النواة عند سلسلة طويلة ومعقدة من البيريميدين:بيورين قادرة على اتخاذ أشكال متغيرة" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 261 (19): 8994-9001 . doi : 10.1016/S0021-9258(19)84479-4 . PMID 3013872 . 
  13. 1 2 سترينغفيلو، إل إيه؛ فاولر، آر إف؛ لاماركا، إم إي؛ سكينر، دي إم (1985). "إثبات تباين تسلسلي ملحوظ في متغيرات الحمض النووي الساتلي المعقد عن طريق الاستنساخ الجزيئي" . جين . 38 ( 1-3 ): 145-152 . doi : 10.1016/0378-1119(85)90213-6 . PMID 3905513 . 
  14. ↑ فاولر، آر إف؛ سترينغفيلو، إل إيه؛ سكينر، دي إم (15 نوفمبر 1988). "يتضمن نطاق يتخذ شكل Z حذفًا محددًا في بعض المتغيرات المستنسخة من ساتل معقد" . جين . 71 (1): 165-176 . doi : 10.1016/0378-1119(88)90088-1 . PMID 3215523 . 
  15. ↑ سكينر، دوروثي م.؛ بيتي، واندا ج. (سبتمبر 1974). "توصيف زوج من الأحماض النووية الريبية الساتلية متساوية الكثافة في القشريات، حيث يفتقر أحدهما إلى قاعدة واحدة في كل سلسلة". الكيمياء الحيوية . 13 (19): 3922-3929 . doi : 10.1021/bi00716a017 . ISSN 0006-2960 . PMID 4412396 .  
  16. ↑ تشامبرز، كاري أ.؛ شيل، ماريا ب.؛ سكينر، دوروثي م. (يناير 1978). "التسلسل الأولي لحمض نووي ساتلي من القشريات يحتوي على عائلة من التكرارات". الخلية . 13 ( 1): 97-110 . doi : 10.1016/0092-8674(78)90141-1 . PMID 620424. S2CID 42786386 .  
  17. ↑ سكينر، د.م.؛ بيتي، و.ج.؛ بلاتنر، ف.ر.؛ ستارك، ب.ب.؛ دالبرغ، ج.إ. (10-09-1974). "التسلسل المتكرر لحمض الديوكسي ريبونوكلييك الخاص بساتل سرطان البحر الناسك هو (-TAGG-)n-(-ATCC-)n". الكيمياء الحيوية . 13 (19): 3930-3937 . doi : 10.1021/bi00716a018 . ISSN 0006-2960 . PMID 4607234 .  
  18. ↑ فاولر، آر إف؛ سكينر، دي إم (25 يناير 1985). "تشكل الأقمار الصناعية الخفية الغنية بالتكرارات المعكوسة 30% من جينوم سرطان البحر الناسك" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 260 (2): 1296-1303 . doi : 10.1016/S0021-9258(20)71243-3 . PMID 2981841 . 

للمزيد من القراءة