Элемент Alu - Alu element

An Элемент Alu это короткий отрезок ДНК изначально характеризовался действием Arthrobacter luteus (Алу) эндонуклеаза рестрикции.[1] Алу элементы самые распространенные сменные элементы, содержащий более миллиона копий, разбросанных по всей человеческий геном.[2] Алу элементы считались эгоистичными или паразитическими ДНК, потому что их единственная известная функция - самовоспроизведение. Однако они, вероятно, сыграют роль в эволюции и использовались в качестве генетические маркеры.[3][4] Они происходят из небольшого цитоплазматического 7SL РНК, компонент частица распознавания сигнала. Алу элементы очень консервативны у приматов геномы и возник в геноме предка Супраприматы.[5]

Алу инсерции участвуют в нескольких наследственных заболеваниях человека и в различных формах рака.

Изучение элементов Alu также сыграло важную роль в выяснении человеческого популяционная генетика и эволюция из приматы, в том числе эволюция человека.

Кариотип от женщины-человека лимфоцит (46, ХХ). Хромосомы гибридизовали с зондом для элементов Alu (зеленый) и контрастировали с TOPRO-3 (красный). Элементы Alu использовались как маркер для хромосом и полос хромосом, богатых генами.

Семья Алу

Семейство Alu - это семейство повторяющихся элементов в примат геномы, в том числе человек геном.[6] Современный Алу элементов около 300 пар оснований длинные и поэтому классифицируются как короткие вкрапленные ядерные элементы (SINE) среди класса повторяющихся элементов ДНК. Типичная структура 5 '- Часть A - A5TACA6 - Часть B - PolyA Tail - 3', где Часть A и Часть B (также известные как «левая рука» и «правая рука») представляют собой аналогичные нуклеотидные последовательности. Другими словами, это считается современным Алу элементы возникли в результате слияния двух различных FAM (ископаемых древних мономеров) более 100 миллионов лет назад, отсюда его димерная структура из двух похожих, но разных мономеров (левое и правое плечо), соединенных A-богатым линкером. Считается, что оба мономера произошли от 7SL, также известного как SRP РНК.[7] Длина хвоста полиА варьируется от Алу семьи.

Есть более миллиона Алу элементы, разбросанные по всему геному человека, и, по оценкам, около 10,7% генома человека состоит из Алу последовательности. Однако менее 0,5% полиморфный (т.е. встречающиеся в более чем одной форме или морфе).[8] В 1988 г. Ежи Юрка и Темпл Смит обнаружил, что Алу элементы были разделены на два основных подсемейства, известных как AluJ (названный в честь Юрки) и AluS (названный в честь Смита), а другие подсемейства Alu также были независимо обнаружены несколькими группами.[9] Позже подсемейство AluS, которое включало активные элементы Alu, получило отдельное название AluY. Линия AluJ, насчитывающая 65 миллионов лет назад, является самой старой и наименее активной в геноме человека. Младшая линия AluS насчитывает около 30 миллионов лет и все еще содержит некоторые активные элементы. Наконец, элементы AluY являются самыми молодыми из трех и наиболее склонны перемещаться по геному человека.[10] Открытие Алу подсемейства привели к гипотезе об основных / исходных генах и обеспечили определенную связь между мобильными элементами (активными элементами) и вкраплениями повторяющейся ДНК (мутировавшими копиями активных элементов).[11]

Связанные элементы

Элементы B1 у крыс и мышей похожи на Alus в том, что они также произошли от 7SL РНК, но у них есть только одно левое мономерное плечо. 95% Alus человека также обнаруживаются у шимпанзе, а 50% B-элементов у мышей также обнаруживаются у крыс. Эти элементы в основном находятся в интронах и вышестоящих регуляторных элементах генов.[12]

Предковой формой Alu и B1 является ископаемый мономер Alu (FAM). Существуют свободно плавающие формы левого и правого плеч, называемые свободными левыми мономерами Alu (FLAM) и свободными правыми мономерами Alu (FRAM) соответственно.[13] Заметным FLAM у приматов является BC200 днРНК.

Особенности последовательности

Генетическая структура мышиный ЛИНИЯ 1 и SINE, включая Alu.

В Alu находятся два основных промоутерских «бокса»: бокс 5 'A с консенсусом TGGCTCACGCC, и ящик 3 'B с консенсусом GWTCGAGAC (ИЮПАК обозначение нуклеиновой кислоты ). тРНК, которые расшифровываются РНК-полимераза III, имеют похожую, но более сильную структуру промотора.[14] Оба ящика расположены в левом рукаве.[7]

Элементы Alu содержат четыре или меньше ретиноевая кислота сайт гексамера элемента ответа во внутреннем промоутер, причем последний перекрывает «блок B».[15] В этом 7SL (SRP В приведенном ниже примере РНК функциональные гексамеры подчеркнуты сплошной линией, а нефункциональный третий гексамер обозначен пунктирной линией:

GCCGGGCGCGGTGGCGCGTGCCTGTAGTCCCagctACTCGGGAGGCTGAGGCTGGAGGATCGCTTGAGTCCAGGAGTTCTGGGCTGTAGTGCGCTATGCCGATCGGAATAGCCACTGCACTCCAGCCTGGGCAACATAGCGAGACCCCGTCTC.

Последовательность распознавания Алу I эндонуклеаза - 5 'аг / кор 3'; то есть фермент разрезает сегмент ДНК между гуанин и цитозин остатки (в нижнем регистре вверху).[16]

Элементы Alu

Алу элементы отвечают за регуляцию тканеспецифичных генов. Они также участвуют в транскрипции близлежащих генов и иногда могут изменять способ экспрессии гена.[17]

Алу элементы ретротранспозоны и выглядят как копии ДНК, сделанные из РНК-полимераза III -кодированные РНК. Алу элементы не кодируют белковые продукты. Они реплицируются, как и любая другая последовательность ДНК, но зависят от ЛИНИЯ ретротранспозоны для генерации новых элементов.[18]

Алу репликация и мобилизация элементов начинается с взаимодействия с частицы распознавания сигналов (SRP), которые помогают вновь транслированным белкам достигать конечного пункта назначения.[19] Алу РНК образует специфический комплекс РНК: белок с гетеродимером белка, состоящим из SRP9 и SRP14.[19] SRP9 / 14 облегчает Алуприкрепление к рибосомам, которые захватывают зарождающиеся L1 белки. Таким образом, Алу элемент может управлять белком L1 обратная транскриптаза, гарантируя, что АлуПоследовательность РНК копируется в геном, а не мРНК L1.[10]

Алу элементы у приматов образуют летопись окаменелостей, которую относительно легко расшифровать, потому что Алу События вставки элементов имеют характерную сигнатуру, которая легко читается и достоверно записывается в геноме из поколения в поколение. Изучение Алу Й элементы (недавно появившиеся), таким образом, раскрывают детали происхождения, потому что люди, скорее всего, будут разделять только определенные Алу вставка элемента, если у них есть общий предок. Это связано с тем, что вставка элемента Alu происходит только 100-200 раз за миллион лет, и не было обнаружено никакого известного механизма удаления одного из элементов. Следовательно, люди с элементом, вероятно, произошли от предка с одним элементом - и наоборот, для тех, у кого его нет. В генетике наличие или отсутствие недавно вставленного Алу Элемент может быть хорошим свойством для рассмотрения при изучении эволюции человека.[20]

Самый человеческий Алу вставки элементов можно найти в соответствующих положениях в геномах других приматов, но около 7000 Алу вставки уникальны для людей.[21]

Воздействие Alu на человека

Алу Было высказано предположение, что элементы влияют на экспрессию генов, и было обнаружено, что они содержат функциональные промоторные области для рецепторов стероидных гормонов.[15][22] Из-за обильного содержания Динуклеотиды CpG нашел в Алу Элементы эти области служат сайтом метилирования, составляя до 30% сайтов метилирования в геноме человека.[23] Алу элементы также являются обычным источником мутаций у людей, однако такие мутации часто ограничиваются некодирующими областями пре-мРНК (интронами), где они оказывают незначительное влияние на носителя.[24] Мутации в интронах (или некодирующих областях РНК) практически не влияют на фенотип человека, если кодирующая часть генома индивидуума не содержит мутаций. Вставки Alu, которые могут быть вредными для человеческого организма, вставляются в кодирующие области (экзоны) или в мРНК после процесса сплайсинга.[25]

Однако полученная вариация может быть использована в исследованиях движения и происхождения человеческих популяций.[26] и мутагенный эффект Алу[27] и ретротранспозоны в целом[28] сыграл важную роль в эволюции генома человека. Также есть ряд случаев, когда Алу вставки или делеции связаны со специфическими эффектами у людей:

Связь с болезнями человека

Алу вставки иногда бывают разрушительными и могут привести к наследственным заболеваниям. Однако большинство Алу вариации действуют как маркеры, которые разделяют заболевание, поэтому наличие определенного Алу аллель не означает, что носитель обязательно заболеет. Первый отчет Алу-опосредованный рекомбинация причиной преобладающей наследственной предрасположенности к раку был доклад 1995 г. наследственный неполипоз колоректальный рак.[29] В геноме человека наиболее недавно активными были подсемейства 22 AluY и 6 транспозонных элементов AluS из-за их унаследованной активности, вызывающей различные виды рака. Таким образом, из-за их серьезного наследственного повреждения важно понимать причины, влияющие на их транспозиционную активность.[30]

Следующие заболевания человека были связаны с Алу вставки:[26][31]

И следующие заболевания были связаны с однонуклеотидные варианты ДНК в элементах Alu, влияющих на уровни транскрипции:[32]

Другие Alu-ассоциированные мутации человека

  • В ACE ген, кодирующий ангиотензин-превращающий фермент, имеет 2 распространенных варианта, один с Алу вставка (ACE-I) и один с Алу удалено (ACE-D). Это изменение было связано с изменениями в спортивных способностях: наличие Алу Элемент связан с лучшими результатами в соревнованиях, ориентированных на выносливость (например, триатлон), тогда как его отсутствие связано с выполнением, ориентированным на силу и мощность.[33]
  • В опсин дупликация гена который в результате в повторном приобретении трихроматия в Приматы Старого Света (включая людей) по бокам Алу элемент,[34] подразумевая роль Алу в эволюции трехцветного зрения.

использованная литература

  1. ^ Шмид, Карл В. Дейнингер, Прескотт Л. (1975). «Последовательность организации генома человека». Ячейка. 6 (3): 345–58. Дои:10.1016/0092-8674(75)90184-1. PMID  1052772. S2CID  42804857.
  2. ^ Szmulewicz, Martin N; Новик, Габриэль Э; Эррера, Рене Дж (1998). "Эффекты Алу вставки по функции гена ". Электрофорез. 19 (8–9): 1260–4. Дои:10.1002 / elps.1150190806. PMID  9694261. S2CID  45917758.
  3. ^ Кидвелл, Маргарет Дж. Лиш, Дэймон Р. (2001). «Перспектива: мобильные элементы, паразитическая ДНК и эволюция генома». Эволюция. 55 (1): 1–24. Дои:10.1554 / 0014-3820 (2001) 055 [0001: ptepda] 2.0.co; 2. PMID  11263730.
  4. ^ Молись, Лесли (2008). «Функции и полезность генов Alu Jumping». Scitable.com. Природа. Получено 26 июн 2019.
  5. ^ Кригс, Ян Оле; Чураков, Геннадий; Юрка, Ежи; Брозиус, Юрген; Шмитц, Юрген (2007). «Эволюционная история SINE, производных от 7SL РНК в супраприматах». Тенденции в генетике. 23 (4): 158–61. Дои:10.1016 / j.tig.2007.02.002. PMID  17307271.
  6. ^ Arcot, Santosh S .; Ван, Чжэньюань; Вебер, Джеймс Л .; Deininger, Prescott L .; Батцер, Марк А. (сентябрь 1995 г.). «Повторы Алу: источник происхождения микроспутников приматов». Геномика. 29 (1): 136–144. Дои:10.1006 / geno.1995.1224. ISSN  0888-7543. PMID  8530063.
  7. ^ а б Хэслер, Жюльен; Струб, Катарина (2006). «Элементы Alu как регуляторы экспрессии генов». Исследования нуклеиновых кислот. 34 (19): 5491–7. Дои:10.1093 / нар / gkl706. ЧВК  1636486. PMID  17020921.
  8. ^ Рой-Энгель, А. М; Кэрролл, M. L; Vogel, E; Гарбер, Р. К; Nguyen, S.V; Салем, А. Х; Batzer, M. A; Дейнингер, П. Л. (2001). «Полиморфизмы вставки Alu для изучения геномного разнообразия человека». Генетика. 159 (1): 279–90. ЧВК  1461783. PMID  11560904.
  9. ^ Юрка, J; Смит, Т. (1988). «Фундаментальное подразделение в семействе повторяющихся последовательностей Alu». Труды Национальной академии наук. 85 (13): 4775–8. Bibcode:1988PNAS ... 85.4775J. Дои:10.1073 / pnas.85.13.4775. ЧВК  280518. PMID  3387438.
  10. ^ а б Bennett, E.A; Келлер, H; Миллс, Р. Э; Шмидт, S; Moran, J. V; Weichenrieder, O; Дивайн, С.Е. (2008). «Активные ретротранспозоны Alu в геноме человека». Геномные исследования. 18 (12): 1875–83. Дои:10.1101 / гр.081737.108. ЧВК  2593586. PMID  18836035.
  11. ^ Ричард Шен, М; Батцер, Марк А; Дейнингер, Прескотт Л. (1991). «Эволюция главного гена (ов) Alu». Журнал молекулярной эволюции. 33 (4): 311–20. Bibcode:1991JMolE..33..311R. Дои:10.1007 / bf02102862. PMID  1774786. S2CID  13091552.
  12. ^ Циригос, Аристотелис; Ригутсос, Исидор; Стормо, Гэри Д. (18 декабря 2009 г.). «Повторы Alu и B1 селективно сохраняются в вышестоящих и интронных областях генов конкретных функциональных классов». PLOS вычислительная биология. 5 (12): e1000610. Bibcode:2009PLSCB ... 5E0610T. Дои:10.1371 / journal.pcbi.1000610. ЧВК  2784220. PMID  20019790.
  13. ^ Кодзима, К. К. (16 августа 2010 г.). «Новый взгляд на мономер Alu: недавнее создание мономеров Alu». Молекулярная биология и эволюция. 28 (1): 13–15. Дои:10.1093 / molbev / msq218. PMID  20713470.
  14. ^ Конти, А; Карневали, Д; Bollati, V; Fustinoni, S; Пеллегрини, М; Dieci, G (январь 2015 г.). «Идентификация локусов Alu, транскрибируемых РНК-полимеразой III, путем компьютерного скрининга данных RNA-Seq». Исследования нуклеиновых кислот. 43 (2): 817–35. Дои:10.1093 / нар / gku1361. ЧВК  4333407. PMID  25550429.
  15. ^ а б Vansant, G; Рейнольдс, В. Ф. (1995). «Консенсусная последовательность основного подсемейства Alu содержит функциональный элемент ответа на ретиноевую кислоту». Труды Национальной академии наук. 92 (18): 8229–33. Bibcode:1995PNAS ... 92,8229V. Дои:10.1073 / пнас.92.18.8229. ЧВК  41130. PMID  7667273.
  16. ^ Уллу Э., Чуди Ч. (1984). «Последовательности Alu процессируются генами 7SL РНК». Природа. 312 (5990): 171–2. Bibcode:1984Натура.312..171U. Дои:10.1038 / 312171a0. PMID  6209580. S2CID  4328237.
  17. ^ Бриттен, Р. Дж (1996). «Вставка последовательности ДНК и эволюционные изменения в регуляции генов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 93 (18): 9374–7. Bibcode:1996PNAS ... 93.9374B. Дои:10.1073 / пнас.93.18.9374. ЧВК  38434. PMID  8790336.
  18. ^ Крамеров, Д; Vassetzky, N (2005). «Короткие ретропозоны в геномах эукариот». Международный обзор цитологии. 247: 165–221. Дои:10.1016 / S0074-7696 (05) 47004-7. PMID  16344113.
  19. ^ а б Weichenrieder, Оливер; Уайлд, Клеменс; Страб, Катарина; Кьюсак, Стивен (2000). «Структура и сборка Alu-домена сигнальной распознающей частицы млекопитающих». Природа. 408 (6809): 167–73. Bibcode:2000Натурал 408..167Вт. Дои:10.1038/35041507. PMID  11089964. S2CID  4427070.
  20. ^ Террерос, Мария Ч .; Альфонсо-Санчес, Мигель А .; Новик; Луис; Лакау; Лоури; Регейро; Эррера (11 сентября 2009 г.). «Понимание эволюции человека: анализ полиморфизма вставок Alu». Журнал генетики человека. 54 (10): 603–611. Дои:10.1038 / jhg.2009.86. PMID  19745832. S2CID  8153502.
  21. ^ Консорциум анализа секвенирования шимпанзе (2005 г.). «Исходная последовательность генома шимпанзе и сравнение с геномом человека». Природа. 437 (7055): 69–87. Bibcode:2005Натура 437 ... 69.. Дои:10.1038 / природа04072. PMID  16136131. S2CID  2638825.
  22. ^ Норрис, Дж; Вентилятор, Д; Алеман, С; Marks, J. R; Futreal, P.A; Wiseman, R.W; Иглхарт, Дж. Д; Deininger, P.L; Макдоннелл, Д. П. (1995). «Идентификация нового подкласса повторов Alu ДНК, которые могут функционировать как эстрогеновые рецепторы-зависимые усилители транскрипции». Журнал биологической химии. 270 (39): 22777–82. Дои:10.1074 / jbc.270.39.22777. PMID  7559405. S2CID  45796017.
  23. ^ Шмид, C.W (1998). «Исключает ли эволюция SINE функцию Alu?». Исследования нуклеиновых кислот. 26 (20): 4541–50. Дои:10.1093 / nar / 26.20.4541. ЧВК  147893. PMID  9753719.
  24. ^ Лендер, Эрик С; Линтон, Лорен М; Биррен, Брюс; Нусбаум, Чад; Зоди, Майкл С; Болдуин, Дженнифер; Девон, Кери; Дьюар, Кен; Дойл, Майкл; Фитцхью, Уильям; Funke, Roel; Гейдж, Дайан; Харрис, Катрина; Хефорд, Эндрю; Хауленд, Джон; Канн, Лиза; Lehoczky, Джессика; Левин, Рози; Макьюэн, Пол; МакКернан, Кевин; Мелдрим, Джеймс; Месиров, Джилл П.; Миранда, Шер; Моррис, Уильям; Нейлор, Джером; Раймонд, Кристина; Розетти, Марк; Сантос, Ральф; Шеридан, Эндрю; и другие. (2001). "Начальная последовательность и анализ человеческого генома" (PDF). Природа. 409 (6822): 860–921. Bibcode:2001Натура.409..860л. Дои:10.1038/35057062. PMID  11237011.
  25. ^ Deininger, Prescott L; Батцер, Марк А (1999). «Повторы Алу и болезнь человека». Молекулярная генетика и метаболизм. 67 (3): 183–93. Дои:10.1006 / мг.1999.2864. PMID  10381326. S2CID  15651921.
  26. ^ а б Батцер, Марк А; Дейнингер, Прескотт Л. (2002). «Повторы Alu и геномное разнообразие человека». Природа Обзоры Генетика. 3 (5): 370–9. Дои:10.1038 / nrg798. PMID  11988762. S2CID  205486422.
  27. ^ Шен, S; Линь, L; Цай, Дж. Дж; Цзян, П.; Kenkel, E.J; Стройк, М. Р.; Сато, S; Дэвидсон, Б.Л .; Син, Y (2011). «Широкое распространение и регулирующее влияние экзонов Alu в генах человека». Труды Национальной академии наук. 108 (7): 2837–42. Bibcode:2011ПНАС..108.2837С. Дои:10.1073 / pnas.1012834108. ЧВК  3041063. PMID  21282640.
  28. ^ Кордо, Ричард; Батцер, Марк А (2009). «Влияние ретротранспозонов на эволюцию генома человека». Природа Обзоры Генетика. 10 (10): 691–703. Дои:10.1038 / nrg2640. ЧВК  2884099. PMID  19763152.
  29. ^ Нистрем-Лахти, Минна; Кристо, Паула; Николаидес, Николай С; Чанг, Шэн-Юнг; Аалтонен, Лаури А; Моисио, Ану-Лииса; Ярвинен, Хейкки Дж; Меклин, Юкка-Пекка; Кинзлер, Кеннет В. Фогельштейн, Берт; де ла Шапель, Альбер; Пелтомяки, Пяиви (1995). «Основополагающие мутации и Alu-опосредованная рекомбинация при наследственном раке толстой кишки». Природа Медицина. 1 (11): 1203–6. Дои:10,1038 / нм1195-1203. PMID  7584997. S2CID  39468812.
  30. ^ Джин, Линглинг; Маккуиллан, Ян; Ли, Лунхай (2017). «Вычислительная идентификация участков вредных мутаций для активности мобильных элементов». BMC Genomics. 18 (Дополнение 9): 862. Дои:10.1186 / s12864-017-4227-z. ЧВК  5773891. PMID  29219079.
  31. ^ Дейнингер, Прескотт (2011). «Элементы Alu: знайте СИНУСЫ». Геномная биология. 12 (12): 236. Дои:10.1186 / gb-2011-12-12-236. ЧВК  3334610. PMID  22204421.
  32. ^ «SNP в промоторной области гена MPO миелопероксидазы». SNPedia. Архивировано из оригинал на 2010-05-21. Получено 2010-03-14.[ненадежный медицинский источник? ]
  33. ^ Путучеары, Зудин; Скипворт, Джеймс Р.А.; Равал, Джай; Лусмор, Майк; Ван Сомерен, Кен; Монтгомери, Хью Э (2011). «Ген АПФ и производительность человека». Спортивная медицина. 41 (6): 433–48. Дои:10.2165/11588720-000000000-00000. PMID  21615186. S2CID  42531424.
  34. ^ Дулай, К. С; фон Дорнум, М; Mollon, J.D; Хант, Д. М. (1999). «Эволюция трихроматического цветового зрения путем дупликации гена опсина у приматов Нового и Старого Света». Геномные исследования. 9 (7): 629–38. Дои:10.1101 / гр. 9.7.629 (неактивно 01.09.2020). PMID  10413401.CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2020 г. (ссылка на сайт)

внешние ссылки