Рибосомная ДНК - Ribosomal DNA
.png)
Рибосомная ДНК ( рДНК ) - это последовательность ДНК , которая кодирует рибосомную РНК . Эти последовательности регулируют инициацию и амплификацию транскрипции и содержат как транскрибируемые, так и нетранскрибируемые спейсерные сегменты. РРНК, транскрибируемая из приблизительно 600 r повторов ДНК, образует самый многочисленный участок РНК, обнаруживаемый в клетках эукариот . Рибосомы представляют собой совокупность белков и молекул рРНК, которые транслируют молекулы мРНК для производства белков. Как показано на рисунке, рДНК эукариот состоит из тандемного повтора единичного сегмента, состоящего из участков NTS, ETS, 18S , ITS1 , 5.8S , ITS2 и 28S . рДНК имеет другой ген, кодирующий 5S рРНК, расположенный в геноме большинства эукариот. 5S рДНК также присутствует в тандемных повторах, как у Drosophila . Повторяющиеся участки ДНК часто подвергаются рекомбинации. Повторы рДНК обладают множеством регуляторных механизмов, которые не позволяют ДНК подвергаться мутациям, таким образом сохраняя рДНК консервативной.
В ядре область рДНК хромосомы визуализируется как ядрышко, которое образует расширенные хромосомные петли с рДНК. Единицы транскрипции рРНК сгруппированы в тандемные повторы. Эти участки рДНК также называют участками-организаторами ядрышка , поскольку они дают начало ядрышку. В рДНК тандемные повторы в основном находятся в ядрышке; но гетерохроматиновая рДНК находится вне ядрышка. Однако транскрипционно активная рДНК находится внутри самого ядрышка.
В геноме человека имеется 5 хромосом с участками-организаторами ядрышка: акроцентрические хромосомы 13 ( RNR1 ), 14 ( RNR2 ), 15 ( RNR3 ), 21 ( RNR4 ) и 22 ( RNR5 ). Гены, отвечающие за кодирование различных субъединиц рРНК, расположены во многих хромосомах человека. Но гены, кодирующие рРНК, высоко консервативны во всех доменах, и только количество копий, задействованных для генов, имеет различное количество для каждого вида. У бактерий , архей и хлоропластов рРНК состоит из разных (меньших) единиц, большой (23S) рибосомной РНК , 16S рибосомной РНК и 5S рРНК. 16S рРНК широко используется для филогенетических исследований.
Однородность последовательности
В большом массиве рДНК полиморфизм между повторяющимися единицами рДНК очень низкий, что указывает на то, что тандемные массивы рДНК развиваются посредством согласованной эволюции . Однако механизм согласованной эволюции несовершенен, так что полиморфизм между повторами внутри индивидуума может происходить на значительных уровнях и может затруднять филогенетический анализ близкородственных организмов.
Последовательности тандемных повторов 5S у нескольких дрозофил сравнивали друг с другом; результат показал, что вставки и делеции часто происходят между видами и часто фланкируются консервативными последовательностями. Они могут возникать из-за проскальзывания вновь синтезированной цепи во время репликации ДНК или из-за преобразования гена.
Расхождение последовательностей
Тракты транскрипции рДНК имеют низкий уровень полиморфизма среди видов, что позволяет проводить межвидовые сравнения для выяснения филогенетических отношений с использованием всего нескольких образцов. Кодирующие области рДНК высоко консервативны среди видов, но ITS-области изменчивы из-за вставок, делеций и точечных мутаций. Между удаленными видами, такими как человек и лягушка, сравнение последовательностей на участках ITS нецелесообразно. Консервативные последовательности в кодирующих областях рДНК позволяют сравнивать удаленные виды, даже между дрожжами и человеком. Человеческая 5.8S рРНК на 75% идентична дрожжевой 5.8S рРНК. В случаях для видов-братьев сравнение сегмента рДНК, включая ITS-тракты между видами, и филогенетический анализ выполняются удовлетворительно. Различные кодирующие области повторов рДНК обычно показывают разные скорости эволюции. В результате эта ДНК может предоставить филогенетическую информацию о видах, принадлежащих к широким систематическим уровням.
Рекомбинационно-стимулирующая активность
Фрагмент дрожжевой рДНК, содержащий ген 5S, нетранскрибируемую спейсерную ДНК и часть гена 35S, обладает локализованной цис-действующей активностью, стимулирующей митотическую рекомбинацию . Этот фрагмент ДНК содержит горячую точку митотической рекомбинации , называемую HOT1. HOT1 проявляет активность, стимулирующую рекомбинацию, когда он вставляется в новые места в геноме дрожжей . HOT1 включает промотор транскрипции РНК-полимеразы I (PolI), который катализирует транскрипцию гена 35S рибосомной рРНК . У мутанта с дефектом PolI активность, стимулирующая рекомбинацию горячих точек HOT1, отсутствует. Уровень транскрипции PolI в HOT1, по-видимому, определяет уровень рекомбинации .
Клиническое значение
Заболевания могут быть связаны с мутациями ДНК, при которых ДНК может увеличиваться, например, с болезнью Хантингтона , или утрачены из-за делеционных мутаций. То же самое верно и для мутаций, которые происходят в повторах рДНК; было обнаружено, что если гены, связанные с синтезом рибосом, нарушены или мутированы, это может привести к различным заболеваниям, связанным со скелетом или костным мозгом. Кроме того, любое повреждение или нарушение ферментов, которые защищают тандемные повторы рДНК, может привести к снижению синтеза рибосом, что также приведет к другим дефектам в клетке. Неврологические заболевания также могут возникать из-за мутаций тандемных повторов рДНК, таких как синдром Блума , который возникает, когда количество тандемных повторов увеличивается почти в сто раз; по сравнению с нормальным количеством тандемных повторов. Различные типы рака также могут возникать в результате мутаций тандемных повторов в рибосомной ДНК. Клеточные линии могут стать злокачественными либо в результате перестройки тандемных повторов, либо из-за увеличения количества повторов в рДНК.