Микроспутник - Microsatellite - Wikipedia

Эта статья о последовательности ДНК. Для малых орбитальных космических аппаратов см. Микроспутник (космический полет).

А микроспутник это тракт повторяющихся ДНК в котором определенные Мотивы ДНК (длиной от одного до шести и более пар оснований ) повторяются, как правило, 5–50 раз.[1][2] Микросателлиты встречаются в тысячах мест внутри организма. геном. У них высшее мутация скорость, чем другие области ДНК[3] ведущий к высокому генетическое разнообразие. Микросателлиты часто называют короткие тандемные повторы (СПО) к судебные генетики И в генетическая генеалогия, или как простая последовательность повторений (SSR) генетиками растений.[4]

Микроспутники и их более длинные родственники, мини-спутники вместе классифицируются как ВНТР (переменное количество тандем повторяет ) ДНК. Название "спутниковая" ДНК относится к раннему наблюдению, что центрифугирование геномной ДНК в пробирке отделяет заметный слой основной ДНК от сопутствующих «спутниковых» слоев повторяющейся ДНК.[5]

Они широко используются для ДНК-профилирование в диагноз рака, в родство анализ (особенно тестирование на отцовство ) и в судебной идентификации. Они также используются в генетическая связь анализ для определения местонахождения гена или мутации, ответственных за данный признак или заболевание. Микроспутники также используются в популяционная генетика для измерения уровней родства между подвидами, группами и людьми.

История

Хотя первый микроспутник был охарактеризован в 1984 г. Университет Лестера Веллера, Джеффрис и его коллегами в качестве полиморфного повтора GGAT в гене миоглобина человека термин «микросателлит» был введен позже, в 1989 году, Литтом и Льюти.[1] Название "спутниковая" ДНК относится к раннему наблюдению, что центрифугирование геномной ДНК в пробирке отделяет заметный слой основной ДНК от сопутствующих «спутниковых» слоев повторяющейся ДНК.[5] Растущая доступность амплификации ДНК с помощью ПЦР в начале 1990-х годов вызвала большое количество исследований с использованием амплификации микросателлитов в качестве генетических маркеров для судебной медицины, для проверки отцовства и для позиционного клонирования для поиска гена, лежащего в основе признака или заболевания. Известные ранние применения включают идентификацию с помощью микросателлитного генотипирования восьмилетних скелетных останков британской жертвы убийства (Hagelberg et al. 1991) и врача концлагеря Освенцим. Йозеф Менгеле который бежал в Южную Америку после Второй мировой войны (Jeffreys et al. 1992).[1]

Структуры, расположение и функции

Микросателлит - это участок тандемно повторяющихся (т.е. смежных) мотивов ДНК, длина которых варьируется от одного до шести или до десяти нуклеотидов (точное определение и определение более длинных минисателлитов варьируется от автора к автору),[1][2] и обычно повторяются 5–50 раз. Например, последовательность TATATATATA представляет собой динуклеотидный микросателлит, а GTCGTCGTCGTCGTC - тринуклеотидный микросателлит (где A обозначает Аденин, ГРАММ Гуанин, С Цитозин, и т Тимин ). Повторяющиеся единицы из четырех и пяти нуклеотидов называются тетра- и пентануклеотидными мотивами соответственно. У большинства эукариот есть микросателлиты, за заметным исключением некоторых видов дрожжей. Микросателлиты распределены по всему геному.[6][1][7] Например, геном человека содержит 50 000–100 000 динуклеотидных микросателлитов и меньшее количество три-, тетра- и пентануклеотидных микросателлитов.[8] Многие из них расположены в некодирующих частях генома человека и, следовательно, не продуцируют белки, но они также могут располагаться в регуляторных областях и кодирующие области.

Микроспутники в некодирующих регионах могут не иметь какой-либо конкретной функции и, следовательно, не могут быть выбранный против; это позволяет им беспрепятственно накапливать мутации из поколения в поколение и приводит к изменчивости, которая может использоваться для снятия отпечатков пальцев и идентификации ДНК. Другие микросателлиты расположены в регуляторных фланках или интронных регионах генов или непосредственно в кодонах генов - микросателлитные мутации в таких случаях могут приводить к фенотипическим изменениям и заболеваниям, особенно в болезни распространения триплетов Такие как синдром ломкой Х-хромосомы и болезнь Хантингтона.[9]

В теломеры на концах хромосом, которые, как считается, участвуют в старение /старение, состоят из повторяющейся ДНК с гексануклеотидным повторяющимся мотивом TTAGGG у позвоночных. Таким образом, они классифицируются как мини-спутники. Точно так же у насекомых есть более короткие повторяющиеся мотивы в своих теломерах, которые, возможно, можно рассматривать как микросателлиты.

Механизмы мутации и частота мутаций

Проскальзывание цепи ДНК при репликации STR-локуса. Коробки символизируют повторяющиеся единицы ДНК. Стрелки указывают направление, в котором новая цепь ДНК (белые прямоугольники) реплицируется из цепи-шаблона (черные прямоугольники). Изображены три ситуации во время репликации ДНК. (a) Репликация STR-локуса прошла без мутации. (b) Репликация STR-локуса привела к увеличению на одну единицу из-за петли в новой цепи; аберрантная петля стабилизируется фланкирующими звеньями, комплементарными противоположной цепи. (c) Репликация STR-локуса привела к потере одной единицы из-за петли в цепи-шаблоне. (Форстер и др., 2015)

В отличие от точечные мутации, которые затрагивают только один нуклеотид, микросателлитные мутации приводят к получению или потере целой повторяющейся единицы, а иногда и к двум или более повторам одновременно. Таким образом скорость мутации в микросателлитных локусах, как ожидается, будет отличаться от скорости других мутаций, таких как частота замен оснований. Фактическая причина мутаций в микросателлитах обсуждается.

Одной из предполагаемых причин таких изменений длины является проскальзывание репликации, вызванное несоответствием между цепями ДНК при репликации во время мейоза.[10] ДНК-полимераза, фермент, ответственный за считывание ДНК во время репликации, может проскользнуть, двигаясь по матричной цепи, и продолжить работу на неправильном нуклеотиде. Проскальзывание ДНК-полимеразы более вероятно при репликации повторяющейся последовательности (такой как CGCGCG). Поскольку микросателлиты состоят из таких повторяющихся последовательностей, ДНК-полимераза может делать ошибки с большей скоростью в этих областях последовательностей. Несколько исследований нашли доказательства того, что проскальзывание является причиной микросателлитных мутаций.[11][12] Обычно проскальзывание каждого микроспутника происходит примерно раз в 1000 поколений.[13] Таким образом, изменения проскальзывания в повторяющейся ДНК на три порядка более распространены, чем точечные мутации в других частях генома.[14] Большая часть проскальзывания приводит к замене только одной повторяющейся единицы, а скорость проскальзывания варьируется для разных длин аллелей и размеров повторяющихся единиц,[3] и внутри разных видов.[15] Если существует большая разница в размерах между отдельными аллелями, то может иметь место повышенная нестабильность во время рекомбинации при мейозе.[14]

Другой возможной причиной микросателлитных мутаций являются точечные мутации, когда во время репликации неправильно копируется только один нуклеотид. Исследование, сравнивающее геномы человека и приматов, показало, что большинство изменений в количестве повторов в коротких микросателлитах происходит скорее из-за точечных мутаций, чем из-за проскальзывания.[16]

Частота мутаций микросателлитов

Частота мутаций микросателлита зависит от положения основания относительно микросателлита, типа повтора и идентичности оснований.[16] Частота мутации повышается с увеличением числа повторов, достигая пика примерно от шести до восьми повторов, а затем снова снижаясь.[16] Повышенная гетерозиготность в популяции также увеличивает частоту микросателлитных мутаций,[17] особенно когда между аллелями существует большая разница в длине. Вероятно, это связано с гомологичные хромосомы с плечами разной длины, вызывающими нестабильность во время мейоза.[18]

Прямые оценки частоты микросателлитных мутаций были сделаны у многих организмов, от насекомых до людей. в пустынная саранча Schistocerca gregaria, частота микросателлитных мутаций оценивалась в 2,1 x 10−4 на поколение на локус.[19] Частота микросателлитных мутаций в мужских зародышевых линиях человека в пять-шесть раз выше, чем в женских зародышевых линиях, и колеблется от 0 до 7 x 10.−3 на локус на гамету на поколение.[3] В нематоде Pristionchus pacificus, расчетная частота микросателлитных мутаций колеблется от 8,9 × 10−5 до 7,5 × 10−4 на локус на поколение.[20]

Биологические эффекты микросателлитных мутаций

Многие микросателлиты расположены в некодирующей ДНК и биологически молчаливы. Другие находятся в регуляторной или даже кодирующей ДНК - микросателлитные мутации в таких случаях могут привести к фенотипическим изменениям и заболеваниям. По оценкам полногеномного исследования, микросателлитные вариации вносят вклад в 10–15% наследственных вариаций экспрессии генов у людей.[21]

Воздействие на белки

У млекопитающих от 20% до 40% белков содержат повторяющиеся последовательности аминокислот, кодируемые повторами коротких последовательностей.[22] Большинство повторов коротких последовательностей в кодирующих белки частях генома имеют повторяющуюся единицу из трех нуклеотидов, поскольку такая длина не вызывает сдвигов рамки считывания при мутации.[23] Каждая повторяющаяся последовательность тринуклеотида транскрибируется в повторяющуюся серию одной и той же аминокислоты. В дрожжах наиболее распространенными повторяющимися аминокислотами являются глутамин, глутаминовая кислота, аспарагин, аспарагиновая кислота и серин.

Мутации в этих повторяющихся сегментах могут влиять на физические и химические свойства белков, что может привести к постепенным и предсказуемым изменениям в действии белков.[24] Например, изменения длины тандемно повторяющихся участков в гене Runx2 приводят к различиям в длине лица у домашних собак (Собаки фамильярные), с ассоциацией между большей длиной последовательности и более длинными лицами.[25] Эта ассоциация также применима к более широкому кругу видов Carnivora.[26] Изменения длины полиаланиновых трактов в гене HoxA13 связаны с Синдром ладонно-стопно-генитального, нарушение развития человека.[27] Изменения длины в других триплетных повторах связаны с более чем 40 неврологическими заболеваниями у людей, в частности болезни распространения триплетов Такие как синдром ломкой Х-хромосомы и болезнь Хантингтона.[9] Эволюционные изменения из-за проскальзывания репликации также происходят в более простых организмах. Например, изменения длины микросателлитов обычны для белков поверхностных мембран у дрожжей, обеспечивая быструю эволюцию свойств клеток.[28] В частности, изменения длины гена FLO1 контролируют уровень адгезии к субстратам.[29] Короткие повторы последовательности также обеспечивают быстрое эволюционное изменение поверхностных белков у патогенных бактерий; это может позволить им идти в ногу с иммунологическими изменениями у хозяев.[30] Длина изменяется в коротких повторах последовательности у гриба (Neurospora crassa) контролировать продолжительность его циркадные часы циклы.[31]

Влияние на регуляцию генов

Изменения длины микросателлитов в промоторах и других цис-регуляторных областях могут быстро изменять экспрессию генов между поколениями. Геном человека содержит множество (> 16 000) повторов коротких последовательностей в регуляторных областях, которые обеспечивают «регулировочные ручки» для экспрессии многих генов.[21][32]

Изменения длины бактериальных SSR могут влиять на фимбрии формирование в Haemophilus influenzae, изменяя расстояние между промоторами.[30] Динуклеотидные микросателлиты связаны с многочисленными вариациями в цис-регуляторных контролирующих областях в геноме человека.[32] Микросателлиты в контролирующих регионах гена рецептора вазопрессина 1a у полевок влияют на их социальное поведение и уровень моногамии.[33]

В саркома Юинга (тип болезненного рака кости у молодых людей) точечная мутация создала расширенный микросателлит GGAA, который связывает фактор транскрипции, который, в свою очередь, активирует ген EGR2, который вызывает рак.[34] Кроме того, другие микросателлиты GGAA могут влиять на экспрессию генов, которые влияют на клинический исход пациентов с саркомой Юинга.[35]

Эффекты внутри интронов

Микроспутники внутри интроны также влияют на фенотип посредством средств, которые в настоящее время не изучены. Например, экспансия триплета GAA в первом интроне гена X25, по-видимому, мешает транскрипции и вызывает Фридрейх Атаксия.[36] Тандемные повторы в первом интроне гена аспарагинсинтетазы связаны с острым лимфобластным лейкозом.[37] Полиморфизм повтора в четвертом интроне гена NOS3 связан с гипертонией в тунисской популяции.[38] Уменьшение длины повторов в гене EGFR связано с остеосаркомами.[39]

Архаичная форма склейки сохранилась в Данио Известно, что микросателлитные последовательности внутри интронной мРНК используются для удаления интронов в отсутствие U2AF2 и других механизмов сплайсинга. Предполагается, что эти последовательности образуют очень стабильные клевер конфигурации, которые сближают сайты сплайсинга 3 'и 5' интронов, эффективно заменяя сплайсосома. Считается, что этот метод сплайсинга РНК отошел от эволюции человека при формировании четвероногие и представлять артефакт Мир РНК.[40]

Эффекты внутри транспозонов

Почти 50% генома человека содержится в различных типах мобильных элементов (также называемых транспозонами или «прыгающими генами»), и многие из них содержат повторяющуюся ДНК.[41] Вероятно, что короткие повторы последовательности в этих местах также участвуют в регуляции экспрессии генов.[42]

Приложения

Микросателлиты используются для оценки делеций хромосомной ДНК при диагностике рака. Микроспутники широко используются для ДНК-профилирование, также известный как «генетический дактилоскопический анализ» пятен преступности (в судебной медицине) и тканей (у пациентов с трансплантатами). Они также широко используются в родство анализ (чаще всего при тестировании на отцовство). Кроме того, микросателлиты используются для картирования участков в геноме, особенно в генетическая связь анализ для определения местонахождения гена или мутации, ответственных за данный признак или заболевание. Как частный случай картирования они могут быть использованы для исследования дупликация гена или же удаление. Исследователи используют микроспутники в популяционная генетика и в проектах по сохранению видов. Генетики растений предложили использовать микросателлиты для выбор с помощью маркера желаемых качеств в селекции растений.

Диагноз рака

В опухоль клеток, контроль репликации которых нарушен, микросателлиты могут приобретаться или теряться с особенно высокой частотой во время каждого раунда митоз. Следовательно, линия опухолевых клеток может показывать другой генетический отпечаток пальца от ткани хозяина, и особенно в колоректальный рак, может представить с потеря гетерозиготности. Поэтому микросателлиты обычно используются при диагностике рака для оценки прогрессирования опухоли.[43][44][45]

Частичный профиль STR человека, полученный с помощью Прикладные биосистемы Комплект для идентификации

Судебно-медицинская дактилоскопия

Микросателлитный анализ стал популярным в области криминалистика в 1990-е гг.[46] Он используется для генетическая дактилоскопия лиц, если это позволяет судебно-медицинскую идентификацию (обычно сопоставление пятна преступления с жертвой или преступником). Он также используется для отслеживания пересадка костного мозга пациенты.[47]

Все микросателлиты, используемые сегодня для судебно-медицинского анализа, представляют собой тетра- или пента-нуклеотидные повторы, поскольку они дают высокую степень безошибочности данных, будучи при этом достаточно короткими, чтобы выдержать разложение в неидеальных условиях. Даже более короткие повторяющиеся последовательности будут иметь тенденцию страдать от артефактов, таких как заикание ПЦР и предпочтительная амплификация, в то время как более длинные повторяющиеся последовательности будут больше страдать от деградации окружающей среды и будут хуже амплифицироваться при ПЦР.[48] Еще одно судебно-медицинское соображение заключается в том, что человек медицинская конфиденциальность должны соблюдаться, чтобы для судебной экспертизы были выбраны некодирующие, не влияющие на регуляцию генов и обычно не являющиеся тринуклеотидными STR, которые могут быть задействованы в болезни распространения триплетов Такие как болезнь Хантингтона. Криминалистические профили STR хранятся в банках данных ДНК, таких как Национальная база данных ДНК Великобритании (NDNAD), американская CODIS или Австралийский NCIDD.

Анализ родства (проверка на отцовство)

Аутосомные микросателлиты широко используются для ДНК-профилирование в родство анализ (чаще всего при тестировании на отцовство).[49] По отцовской линии Y-STR (микроспутники на Y-хромосома ) часто используются в генеалогическое тестирование ДНК.

Анализ генетической связи

В течение 1990-х и первых нескольких лет этого тысячелетия микросателлиты были рабочими генетическими маркерами для полногеномного сканирования с целью определения местонахождения любого гена, ответственного за данный фенотип или заболевание, с использованием сегрегация наблюдения за поколениями выбранной родословной. Хотя рост производительности и рентабельности однонуклеотидный полиморфизм (SNP) платформы привели к эре SNP для сканирования генома, микросателлиты остаются высокоинформативными показателями геномной изменчивости для исследований сцепления и ассоциации. Их постоянное преимущество заключается в их большем аллельном разнообразии, чем двуаллельные SNP, таким образом, микросателлиты могут дифференцировать аллели в пределах интересующего блока неравновесного сцепления, определенного SNP. Таким образом, микросателлиты успешно привели к открытию генов диабета 2 типа (TCF7L2) и рака простаты (область 8q21).[2][50]

Популяционная генетика

Консенсус присоединение к соседу дерево из 249 популяций человека и шести популяций шимпанзе. Создан на основе 246 микросателлитных маркеров.[51]

Микросателлиты были популяризированы в популяционная генетика в 1990-е годы, поскольку ПЦР стали повсеместными в лабораториях, исследователи получили возможность создавать праймеры и амплифицировать наборы микросателлитов по невысокой цене. Их использование очень разнообразно.[52] Микроспутник с нейтральной историей эволюции делает его применимым для измерения или вывода узкие места,[53] местная адаптация,[54] аллельный индекс фиксации (FST),[55] численность населения,[56] и поток генов.[57] В качестве секвенирование следующего поколения становится более доступным, использование микроспутников уменьшилось, однако они остаются важным инструментом в этой области.[58]

Селекция растений

Выбор с помощью маркера или отбор с помощью маркеров (MAS) - это процесс непрямого отбора, в котором черта представляющих интерес выбирается на основе маркер (морфологический, биохимический или же ДНК /РНК вариации), связанных с интересующей характеристикой (например, продуктивностью, сопротивляемостью болезням, стрессоустойчивостью и качеством), а не с самой характеристикой. Было предложено использовать микросателлиты в качестве таких маркеров для помощи в селекции растений.[59]

Анализ

Повторяющуюся ДНК нелегко проанализировать с помощью секвенирование ДНК следующего поколения методы борьбы с гомополимерными участками. Поэтому микросателлиты обычно анализируют с помощью обычной ПЦР-амплификации и определения размера ампликона, иногда с последующим анализом. Секвенирование ДНК по Сэнгеру.

В криминалистике анализ выполняется путем извлечения ядерная ДНК из клеток интересующего образца, затем усиление специфических полиморфный области экстрагированной ДНК с помощью полимеразной цепной реакции. После того, как эти последовательности были амплифицированы, они разрешаются либо посредством гель-электрофорез или же капиллярный электрофорез, что позволит аналитику определить, сколько существует повторов рассматриваемой последовательности микросателлитов. Если ДНК была разделена с помощью гель-электрофореза, ДНК можно визуализировать либо с помощью окрашивание серебром (низкая чувствительность, безопасно, недорого) или интеркалирующий краситель Такие как этидиум бромид (довольно чувствительный, умеренный риск для здоровья, недорогой) или, как используют большинство современных лабораторий судебной экспертизы, флуоресцентные красители (высокочувствительный, безопасный, дорогой).[60] В приборах, предназначенных для разделения фрагментов микросателлитов с помощью капиллярного электрофореза, также используются флуоресцентные красители.[60] Профили судебной экспертизы хранятся в основных банках данных. В Британский база данных для идентификации микросателлитных локусов изначально была основана на британских SGM + система[61][62] используя 10 локусов и маркер пола. Американцы[63] увеличил это число до 13 локусов.[64] Австралийская база данных называется NCIDD, и с 2013 года она использует 18 основных маркеров для профилирования ДНК.[46]

Усиление

Микросателлиты могут быть усилены для идентификации полимеразной цепной реакции (ПЦР), используя уникальные последовательности фланкирующих областей как грунтовки. ДНК неоднократно денатурируют при высокой температуре для разделения двойной цепи, затем охлаждают, чтобы позволить отжиг праймеров и удлинение нуклеотидных последовательностей через микросателлит. В результате этого процесса производится достаточно ДНК, чтобы ее можно было увидеть на агароза или же полиакриламид гели; только небольшие количества ДНК необходимы для амплификации, потому что таким образом термоциклирование создает экспоненциальное увеличение реплицированного сегмента.[65] Благодаря обилию технологий ПЦР праймеры, фланкирующие микросателлитные локусы, просты и быстры в использовании, но разработка правильно функционирующих праймеров часто является утомительным и дорогостоящим процессом.

Ряд образцов ДНК из образцов Литторина Плена амплифицировали с использованием полимеразной цепной реакции с праймерами, нацеленными на локус вариабельного простого повтора последовательности (SSR, также известный как микросателлитный). Образцы обрабатывали на 5% полиакриламидном геле и визуализировали с помощью окрашивания серебром.

Дизайн микросателлитных праймеров

При поиске микросателлитных маркеров в определенных областях генома, например, в определенных интрон, праймеры можно конструировать вручную. Это включает в себя поиск микросателлитных повторов в последовательности геномной ДНК, который можно выполнить на глаз или с помощью автоматизированных инструментов, таких как повторить маскировку. Как только потенциально полезные микросателлиты определены, фланкирующие последовательности можно использовать для разработки олигонуклеотид праймеры, которые будут амплифицировать конкретный микросателлитный повтор в реакции ПЦР.

Случайные микросателлитные праймеры могут быть разработаны клонирование случайные сегменты ДНК фокусных видов. Эти случайные сегменты вставляются в плазмида или же бактериофаг вектор, который, в свою очередь, имплантируется в кишечная палочка бактерии. Затем колонии развиваются и проверяются флуоресцентно меченными олигонуклеотид последовательности, которые будут гибридизоваться с микросателлитным повтором, если они присутствуют на участке ДНК. Если с помощью этой процедуры можно получить положительные клоны, ДНК секвенируется и праймеры для ПЦР выбираются из последовательностей, фланкирующих такие области, для определения конкретного локус. Этот процесс требует значительных проб и ошибок со стороны исследователей, так как последовательности микросателлитных повторов должны быть предсказаны, а праймеры, выделенные случайным образом, могут не проявлять значительного полиморфизма.[14][66] Микросателлитные локусы широко распространены по всему геному и могут быть выделены из полуразложившейся ДНК более старых образцов, поскольку все, что требуется, - это подходящий субстрат для амплификации с помощью ПЦР.

Более современные методы включают использование олигонуклеотид последовательности, состоящие из повторов, комплементарных повторам в микросателлите, для «обогащения» выделенной ДНК (Обогащение микроспутников ). Олигонуклеотидный зонд гибридизуется с повтором в микросателлите, и комплекс зонд / микросателлит затем извлекается из раствора. Затем обогащенная ДНК клонируется как обычно, но доля успешных результатов теперь будет намного выше, что резко сократит время, необходимое для разработки областей для использования. Однако выбор проб и ошибок сам по себе может быть процессом проб и ошибок.[67]

ISSR-ПЦР

ISSR (за межпростой повтор последовательности) - общий термин для обозначения участка генома между микросателлитными локусами. Комплементарные последовательности двух соседних микросателлитов используются в качестве праймеров для ПЦР; вариабельная область между ними увеличивается. Ограниченная продолжительность циклов амплификации во время ПЦР предотвращает чрезмерную репликацию чрезмерно длинных смежных последовательностей ДНК, поэтому результатом будет смесь множества амплифицированных цепей ДНК, которые обычно короткие, но сильно различаются по длине.

Последовательности, амплифицированные с помощью ISSR-PCR, можно использовать для снятия отпечатков пальцев ДНК. Поскольку ISSR может быть консервативной или неконсервативной областью, этот метод полезен не для различения индивидуумов, а скорее для филогеография анализирует или, возможно, разграничивает разновидность; Разнообразие последовательностей ниже, чем в SSR-PCR, но все же выше, чем в реальных последовательностях генов. Кроме того, микросателлитное секвенирование и ISSR-секвенирование взаимно помогают, поскольку одно производит праймеры для другого.

Ограничения

Повторяющуюся ДНК нелегко проанализировать с помощью секвенирование ДНК следующего поколения методы борьбы с гомополимерными участками. Поэтому микросателлиты обычно анализируют с помощью обычной ПЦР-амплификации и определения размера ампликона. Использование ПЦР означает, что анализ длины микросателлитов подвержен ограничениям ПЦР, как и любой другой локус ДНК, амплифицированный ПЦР. Особую озабоченность вызывает появление "нулевые аллели ’:

  • Иногда в выборке людей, например, при тестировании на отцовство, мутация в ДНК, фланкирующая микросателлит, может препятствовать связыванию праймера ПЦР и образованию ампликона (создавая «нулевой аллель» в гелевом анализе), то есть только один аллель. амплифицируется (из немутантной сестринской хромосомы), и в этом случае человек может ошибочно оказаться гомозиготным. Это может вызвать путаницу при рассмотрении дел об отцовстве. Затем может потребоваться амплификация микросателлита с использованием другого набора праймеров.[14][68] Нулевые аллели вызываются, в частности, мутациями в 3 ’секции, где начинается удлинение.
  • В видовом или популяционном анализе, например, в работе по сохранению, праймеры ПЦР, которые усиливают микросателлиты у одного человека или вида, могут работать и у других видов. Однако риск применения праймеров ПЦР для разных видов заключается в том, что нулевые аллели становятся вероятными, когда расхождение последовательностей слишком велико для связывания праймеров. Тогда может казаться, что вид искусственно сокращается. Нулевые аллели в этом случае иногда могут быть обозначены чрезмерной частотой гомозигот, вызывающей отклонения от ожиданий равновесия Харди-Вайнберга.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Ричард Г.Ф., Керрест А., Дуйон Б. (декабрь 2008 г.). «Сравнительная геномика и молекулярная динамика повторов ДНК у эукариот». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 72 (4): 686–727. Дои:10.1128 / MMBR.00011-08. ЧВК  2593564. PMID  19052325.
  2. ^ а б c Гулчер Дж (апрель 2012 г.). «Микросателлитные маркеры для исследований сцепления и ассоциации». Протоколы Колд-Спринг-Харбор. 2012 (4): 425–32. Дои:10.1101 / pdb.top068510. PMID  22474656.
  3. ^ а б c Бринкманн Б., Клинчар М., Нойхубер Ф., Хюне Дж., Рольф Б. (июнь 1998 г.). «Скорость мутаций в микросателлитах человека: влияние структуры и длины тандемного повтора». Американский журнал генетики человека. 62 (6): 1408–15. Дои:10.1086/301869. ЧВК  1377148. PMID  9585597.
  4. ^ Короткий + тандем + повтор в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)
  5. ^ а б Kit S (декабрь 1961 г.). «Равновесная седиментация в градиентах плотности препаратов ДНК из тканей животных». Журнал молекулярной биологии. 3 (6): 711–6. Дои:10.1016 / S0022-2836 (61) 80075-2. PMID  14456492.
  6. ^ Король Д.Г., Соллер М., Каши Ю. (1997). «Эволюционные ручки настройки». Стараться. 21 (1): 36–40. Дои:10.1016 / S0160-9327 (97) 01005-3.
  7. ^ Чистяков Д.А., Хеллеманс Б., Фолькаерт Ф.А. (31.05.2006). «Микросателлиты и их геномное распределение, эволюция, функции и приложения: обзор с особым акцентом на генетику рыб». Аквакультура. 255 (1–4): 1–29. Дои:10.1016 / j.aquaculture.2005.11.031.
  8. ^ Тернпенни П., Эллард С. (2005). Элементы медицинской генетики Эмери (12-е изд.). Лондон: Эльзевьер.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  9. ^ а б Пирсон CE, Никол Эдамура K, Клири JD (октябрь 2005 г.). «Повторяющаяся нестабильность: механизмы динамических мутаций». Обзоры природы. Генетика. 6 (10): 729–42. Дои:10.1038 / nrg1689. PMID  16205713.
  10. ^ Tautz D (декабрь 1994 г.). «Простые последовательности». Текущее мнение в области генетики и развития. 4 (6): 832–7. Дои:10.1016 / 0959-437X (94) 90067-1. PMID  7888752.
  11. ^ Klintschar M, Dauber EM, Ricci U, Cerri N, Immel UD, Kleiber M, Mayr WR (октябрь 2004 г.). «Исследования гаплотипов подтверждают проскальзывание как механизм мутаций зародышевой линии в коротких тандемных повторах». Электрофорез. 25 (20): 3344–8. Дои:10.1002 / elps.200406069. PMID  15490457.
  12. ^ Форстер П., Хохофф С., Дункельманн Б., Шюренкамп М., Пфайффер Н., Нойхубер Ф., Бринкманн Б. (март 2015 г.). «Повышенная частота мутаций зародышевой линии у отцов-подростков». Ход работы. Биологические науки. 282 (1803): 20142898. Дои:10.1098 / rspb.2014.2898. ЧВК  4345458. PMID  25694621.
  13. ^ Вебер Дж. Л., Вонг С. (август 1993 г.). «Мутация человеческих коротких тандемных повторов». Молекулярная генетика человека. 2 (8): 1123–8. Дои:10.1093 / hmg / 2.8.1123. PMID  8401493.
  14. ^ а б c d Ярн П., Лагода П.Дж. (октябрь 1996 г.). «Микросателлиты, от молекул до популяций и обратно». Тенденции в экологии и эволюции. 11 (10): 424–9. Дои:10.1016/0169-5347(96)10049-5. PMID  21237902.
  15. ^ Кругляк С., Дарретт Р.Т., Щуг М.Д., Aquadro CF (сентябрь 1998 г.). «Равновесное распределение длины микросателлитного повтора в результате баланса между событиями проскальзывания и точечными мутациями». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 95 (18): 10774–8. Bibcode:1998PNAS ... 9510774K. Дои:10.1073 / пнас.95.18.10774. ЧВК  27971. PMID  9724780.
  16. ^ а б c Амос В. (сентябрь 2010 г.). «Ошибки мутаций и вариации скорости мутаций вокруг очень коротких человеческих микросателлитов, выявленные с помощью выравнивания геномных последовательностей человека, шимпанзе и орангутана». Журнал молекулярной эволюции. 71 (3): 192–201. Bibcode:2010JMolE..71..192A. Дои:10.1007 / s00239-010-9377-4. PMID  20700734.
  17. ^ Амос В. (январь 2016 г.). «Гетерозиготность увеличивает частоту мутаций микросателлитов». Письма о биологии. 12 (1): 20150929. Дои:10.1098 / rsbl.2015.0929. ЧВК  4785931. PMID  26740567.
  18. ^ Амос В., Соцер С.Дж., Фикс Р.В., Рубинштейн округ Колумбия (август 1996 г.). «Микросателлиты демонстрируют мутационную предвзятость и гетерозиготную нестабильность». Природа Генетика. 13 (4): 390–1. Дои:10.1038 / ng0896-390. PMID  8696328.
  19. ^ Чапюи М.П., ​​Плантамп С., Штрайфф Р., Блонден Л., Пиу С. (декабрь 2015 г.). «Скорость и характер эволюции микросателлитов в Schistocerca gregaria, выведенные из прямого наблюдения за мутациями зародышевой линии». Молекулярная экология. 24 (24): 6107–19. Дои:10.1111 / mec.13465. PMID  26562076.
  20. ^ Мольнар Р.И., Витте Х., Динкелакер И., Виллате Л., Соммер Р. Дж. (Сентябрь 2012 г.). «Паттерны тандемных повторов и частота мутаций в микросателлитах модельного организма нематод Pristionchus pacificus». G3. 2 (9): 1027–34. Дои:10.1534 / g3.112.003129. ЧВК  3429916. PMID  22973539.
  21. ^ а б Джимрек М., Виллемс Т., Гильматр А., Зенг Х., Маркус Б., Георгиев С. и др. (Январь 2016 г.). «Обильный вклад коротких тандемных повторов в вариабельность экспрессии генов у людей». Природа Генетика. 48 (1): 22–9. Дои:10,1038 / нг.3461. ЧВК  4909355. PMID  26642241.
  22. ^ Маркотт Э.М., Пеллегрини М., Йейтс Т.О., Айзенберг Д. (октябрь 1999 г.). «Перепись белковых повторов». Журнал молекулярной биологии. 293 (1): 151–60. Дои:10.1006 / jmbi.1999.3136. PMID  10512723.
  23. ^ Сазерленд Г. Р., Ричардс Р. И. (апрель 1995 г.). «Простые тандемные повторы ДНК и генетическое заболевание человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 92 (9): 3636–41. Bibcode:1995PNAS ... 92.3636S. Дои:10.1073 / пнас.92.9.3636. ЧВК  42017. PMID  7731957.
  24. ^ Хэнкок Дж. М., Саймон М. (январь 2005 г.). «Простые повторы последовательности в белках и их значение для эволюции сети». Ген. 345 (1): 113–8. Дои:10.1016 / j.gene.2004.11.023. PMID  15716087.
  25. ^ Фондон Дж. У., Гарнер HR (декабрь 2004 г.). «Молекулярные истоки быстрой и непрерывной морфологической эволюции». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101 (52): 18058–63. Bibcode:2004PNAS..10118058F. Дои:10.1073 / pnas.0408118101. ЧВК  539791. PMID  15596718.
  26. ^ Sears KE, Goswami A, Flynn JJ, Niswander LA (2007). «Коррелированная эволюция тандемных повторов Runx2, транскрипционная активность и длина лица у плотоядных». Эволюция и развитие. 9 (6): 555–65. Дои:10.1111 / j.1525-142X.2007.00196.x. PMID  17976052.
  27. ^ Утч Б., Беккер К., Брок Д., Ленце М.Дж., Бидлингмайер Ф., Людвиг М. (май 2002 г.). «Новое стабильное расширение полиаланина [поли (A)] в гене HOXA13, связанное с синдромом ладонно-стопно-генитального синдрома: правильная функция факторов транскрипции, содержащих поли (A), зависит от критической длины повтора». Генетика человека. 110 (5): 488–94. Дои:10.1007 / s00439-002-0712-8. PMID  12073020.
  28. ^ Боуэн С., Уилс А.Е. (июнь 2006 г.). «Ser / Thr-богатые домены связаны с генетической изменчивостью и морфогенезом у Saccharomyces cerevisiae». Дрожжи. 23 (8): 633–40. Дои:10.1002 / да.1381. PMID  16823884.
  29. ^ Верстрепен К.Дж., Янсен А., Льюиттер Ф., Финк Г.Р. (сентябрь 2005 г.). «Внутригенные тандемные повторы создают функциональную изменчивость». Природа Генетика. 37 (9): 986–90. Дои:10,1038 / ng1618. ЧВК  1462868. PMID  16086015.
  30. ^ а б Moxon ER, Rainey PB, Nowak MA, Lenski RE (январь 1994). «Адаптивная эволюция сильно мутабельных локусов у патогенных бактерий». Текущая биология. 4 (1): 24–33. Дои:10.1016 / S0960-9822 (00) 00005-1. PMID  7922307.
  31. ^ Майкл Т.П., Пак С., Ким Т.С., Бут Дж., Байер А., Сан К. и др. (Август 2007 г.). «Простые повторы последовательности обеспечивают субстрат для фенотипических вариаций циркадных часов Neurospora crassa». PLOS ONE. 2 (8): e795. Bibcode:2007PLoSO ... 2..795M. Дои:10.1371 / journal.pone.0000795. ЧВК  1949147. PMID  17726525. открытый доступ
  32. ^ а б Рокман М.В., Рэй Г.А. (ноябрь 2002 г.). «Обильный материал для цис-регуляторной эволюции у людей». Молекулярная биология и эволюция. 19 (11): 1991–2004. Дои:10.1093 / oxfordjournals.molbev.a004023. PMID  12411608.
  33. ^ Гамак Е.А., Молодой ЖЖ (июнь 2005 г.). «Микросателлитная нестабильность порождает разнообразие в мозге и социально-поведенческих чертах». Наука. 308 (5728): 1630–4. Bibcode:2005Наука ... 308.1630H. Дои:10.1126 / science.1111427. PMID  15947188.
  34. ^ Грюневальд Т.Г., Бернар В., Жиларди-Хебенштрайт П., Рейнал В., Сурдез Д., Айно М. М. и др. (Сентябрь 2015 г.). «Химерный EWSR1-FLI1 регулирует ген восприимчивости к саркоме Юинга EGR2 через микросателлит GGAA». Природа Генетика. 47 (9): 1073–8. Дои:10,1038 / нг.3363. ЧВК  4591073. PMID  26214589.
  35. ^ Musa J, Cidre-Aranaz F, Aynaud MM, Orth MF, Knott MM, Mirabeau O, et al. (Сентябрь 2019 г.). «Сотрудничество возбудителей рака с регуляторными вариантами зародышевой линии формирует клинические результаты». Nature Communications. 10 (1): 4128. Bibcode:2019НатКо..10.4128M. Дои:10.1038 / s41467-019-12071-2. ЧВК  6739408. PMID  31511524.
  36. ^ Бидичандани С.И., Ашизава Т., Патель П.И. (январь 1998 г.). "The GAA triplet-repeat expansion in Friedreich ataxia interferes with transcription and may be associated with an unusual DNA structure". Американский журнал генетики человека. 62 (1): 111–21. Дои:10.1086/301680. ЧВК  1376805. PMID  9443873.
  37. ^ Akagi T, Yin D, Kawamata N, Bartram CR, Hofmann WK, Song JH, et al. (July 2009). "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. Дои:10.1016/j.leukres.2008.10.022. ЧВК  2731768. PMID  19054556.
  38. ^ Jemaa R, Ben Ali S, Kallel A, Feki M, Elasmi M, Taieb SH, et al. (Июнь 2009 г.). "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. Дои:10.1016/j.clinbiochem.2008.12.002. PMID  19111531.
  39. ^ Kersting C, Agelopoulos K, Schmidt H, Korsching E, August C, Gosheger G, et al. (August 2008). "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. Дои:10.1002/gcc.20571. PMID  18464244.
  40. ^ Lin CL, Taggart AJ, Lim KH, Cygan KJ, Ferraris L, Creton R, et al. (Январь 2016 г.). "RNA structure replaces the need for U2AF2 in splicing". Genome Research. 26 (1): 12–23. Дои:10.1101/gr.181008.114. ЧВК  4691745. PMID  26566657.
  41. ^ Scherer S. (2008). A short guide to the human genome. New York: Cold Spring Harbor University Press.
  42. ^ Tomilin NV (April 2008). "Regulation of mammalian gene expression by retroelements and non-coding tandem repeats". BioEssays. 30 (4): 338–48. Дои:10.1002/bies.20741. PMID  18348251.
  43. ^ van Tilborg AA, Kompier LC, Lurkin I, Poort R, El Bouazzaoui S, van der Keur K, et al. (2012). "Selection of microsatellite markers for bladder cancer diagnosis without the need for corresponding blood". PLOS ONE. 7 (8): e43345. Bibcode:2012PLoSO...743345V. Дои:10.1371/journal.pone.0043345. ЧВК  3425555. PMID  22927958.
  44. ^ Sideris M, Papagrigoriadis S (May 2014). "Molecular biomarkers and classification models in the evaluation of the prognosis of colorectal cancer". Anticancer Research. 34 (5): 2061–8. PMID  24778007.
  45. ^ Boland CR, Thibodeau SN, Hamilton SR, Sidransky D, Eshleman JR, Burt RW, et al. (November 1998). "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): 5248–57. PMID  9823339.
  46. ^ а б Curtis C, Hereward J (August 29, 2017). "From the crime scene to the courtroom: the journey of a DNA sample". Разговор.
  47. ^ Antin JH, Childs R, Filipovich AH, Giralt S, Mackinnon S, Spitzer T, Weisdorf D (2001). "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. Дои:10.1053/bbmt.2001.v7.pm11669214. PMID  11669214.
  48. ^ Angel Carracedo. "DNA Profiling". Архивировано из оригинал on 2001-09-27. Получено 2010-09-20.
  49. ^ Lászik A, Brinkmann B, Sótonyi P, Falus A (2000). "Automated fluorescent detection of a 10 loci multiplex for paternity testing". Acta Biologica Hungarica. 51 (1): 99–105. Дои:10.1007/BF03542970. PMID  10866366.
  50. ^ Ott J, Wang J, Leal SM (May 2015). "Genetic linkage analysis in the age of whole-genome sequencing". Nature Reviews. Генетика. 16 (5): 275–84. Дои:10.1038/nrg3908. ЧВК  4440411. PMID  25824869.
  51. ^ Pemberton TJ, DeGiorgio M, Rosenberg NA (May 2013). "Population structure in a comprehensive genomic data set on human microsatellite variation". G3. 3 (5): 891–907. Дои:10.1534/g3.113.005728. ЧВК  3656735. PMID  23550135.
  52. ^ Manel S, Schwartz MK, Luikart G, Taberlet P (2003-04-01). "Landscape genetics: combining landscape ecology and population genetics". Тенденции в экологии и эволюции. 18 (4): 189–197. Дои:10.1016/S0169-5347(03)00008-9.
  53. ^ Spencer CC, Neigel JE, Leberg PL (October 2000). "Experimental evaluation of the usefulness of microsatellite DNA for detecting demographic bottlenecks". Molecular Ecology. 9 (10): 1517–28. Дои:10.1046/j.1365-294x.2000.01031.x. PMID  11050547.
  54. ^ Nielsen R (2005-01-01). "Molecular signatures of natural selection". Ежегодный обзор генетики. 39 (1): 197–218. Дои:10.1146/annurev.genet.39.073003.112420. PMID  16285858.
  55. ^ Slatkin M (January 1995). «Мера деления популяции на основе частот микросателлитных аллелей». Генетика. 139 (1): 457–62. ЧВК  1206343. PMID  7705646.
  56. ^ Kohn MH, York EC, Kamradt DA, Haught G, Sauvajot RM, Wayne RK (April 1999). "Estimating population size by genotyping faeces". Ход работы. Biological Sciences. 266 (1420): 657–63. Дои:10.1098/rspb.1999.0686. ЧВК  1689828. PMID  10331287.
  57. ^ Waits L, Taberlet P, Swenson JE, Sandegren F, Franzén R (April 2000). "Nuclear DNA microsatellite analysis of genetic diversity and gene flow in the Scandinavian brown bear (Ursus arctos)". Molecular Ecology. 9 (4): 421–31. Дои:10.1046/j.1365-294x.2000.00892.x. PMID  10736045.
  58. ^ Allendorf FW, Hohenlohe PA, Luikart G (October 2010). "Genomics and the future of conservation genetics". Nature Reviews. Генетика. 11 (10): 697–709. Дои:10.1038/nrg2844. PMID  20847747.
  59. ^ Miah G, Rafii MY, Ismail MR, Puteh AB, Rahim HA, Islam K, Latif MA (November 2013). "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. Дои:10.3390/ijms141122499. ЧВК  3856076. PMID  24240810.
  60. ^ а б "Technology for Resolving STR Alleles". Получено 2010-09-20.
  61. ^ "The National DNA Database" (PDF). Получено 2010-09-20.
  62. ^ "House of Lords Select Committee on Science and Technology Written Evidence". Получено 2010-09-20.
  63. ^ "FBI CODIS Core STR Loci". Получено 2010-09-20.
  64. ^ Butler J.M. (2005). Forensic DNA Typing: Biology, Technology, and Genetics of STR Markers, Second Edition. New York: Elsevier Academic Press.
  65. ^ Griffiths, A.J.F., Miller, J.F., Suzuki, D.T., Lewontin, R.C. & Gelbart, W.M. (1996). Introduction to Genetic Analysis, 5th Edition. W.H. Freeman, New York.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  66. ^ Queller DC, Strassmann JE, Hughes CR (August 1993). "Microsatellites and kinship". Тенденции в экологии и эволюции. 8 (8): 285–8. Дои:10.1016/0169-5347(93)90256-O. PMID  21236170.
  67. ^ Kaukinen KH, Supernault KJ, and Miller KM (2004). "Enrichment of tetranucleotide microsatellite loci from invertebrate species". Journal of Shellfish Research. 23 (2): 621.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  68. ^ Dakin EE, Avise JC (November 2004). "Microsatellite null alleles in parentage analysis". Наследственность. 93 (5): 504–9. Дои:10.1038/sj.hdy.6800545. PMID  15292911.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка