Минисателлиты в эукариотических геномах Боева Валентина Всеволод Макеев
Микро- и минисателлиты В эукариотических геномах представлено большое разнообразие различных регулярных структур. Значимую их часть составляют Тандемные повторы с длиной периода от 2 до ~ 6 называют микросателлиты …tttatttatttatttatttatttatt tatttatttatttatttatttatttattt atttattta… gggaagg-tgatggggaaggatgat gggaaggatgatggggaaggatgat ggtaaggatgatggagaaggatgat …ccaccatcaccaccaccac catcaccatcaccaccaccatc accatcactaccaccaccacc accaccaccatcactacca… ggcagggggcag ggggcagggggc agggggcagggg gc тандемные повторы. Тандемные повторы с длиной периода от 6 до ~ 100 называют минисателлиты
Механизмы появления и размножения: Микросателлиты: Диссоциация репликативного комплекса от реплицирующейся нити ДНК с последующим смещением при реассоциации (replication slippage) Неравный кроссинговер Минисателлиты: Неравный кроссинговер Более сложные механизмы (интра- интергенные обмены, например, инсерции фрагментов донорской аллели могут быть фланкированы дупликациями реципиентной аллели или сопровождатся делециями).
Возможные функции микросателлитов Влияние на транскрипцию (например, из-за образования не-В структур ДНК, или белки могут образовывать комплекс с повтором). Влияние на трансляцию (напр., белки узнают повторы СUG на 5-конце РНК) Повторы, входящие в состав структурного гена, могут обуславливать повторы в белке и белковый полиморфизм. Инсуляция (микросателлиты могут образовывать сайты узнавания СTCF, значимые на инсуляции). … тринуклеотидные повторы CTG/CAT связаны с различными неврологическими заболеваниями (всего 14: миотоническая дистрофия, болезнь Хантингтона, спиноцеребральной атаксия и др.)
GGG-повторы, сами по себе, так и содержащиеся в более крупных минисателлитных единицах, могут формировать G- квадруплекс, способные стабилизировать различные клеточные лиганды. Альтернативный сплайсинг теломеразы с образованием неактивного фермента также связан с наличием GGG-повторов. Связь с импринтингом. Это CpG-богатые повторы в СpG- островах. Потеря повторов может коррелировать с потерей импринтинга. Предполагается участие повторов в контроле репликации и клеточного цикла (мутационная нестабильность повторов может привести к опухолеобразованию Возможные функции минисателлитов
Цель работы: Исследовать распределения микро- и минисателлитов с различными характеристиками в геномах эукариот D. melanogaster H. sapiens R. norvegicus G. gallus C. elegans A. mellifera T. nigroviridisD. rerio
TandemSWAN для поиска повторов Для поиска повторов в ДНК мы использовали программу TandemSWAN, которая ищет повторы в ДНК, оценивая статистическую значимость найденных структур Она отличается от большинства других доступных программ, предназначенных для поиска тандемных повторов в ДНК, таких как Tandem Repeat Finder, RepeatMasker или mreps, в основном тем, что позволяет найти более вырожденные длинные повторы и тем, что оценивает их статистическую значимость.
Распределение длин периодов повторов Для каждого организма большая часть генома оказывается покрыта вырожденными или строгими повторами, найденными программой TandemSWAN. Но более значимые из них можно отфильтровать, основываясь на значении p-value.
Выбор порога фильтрации Порог фильтрации был выбран так, чтобы вероятность наблюсти данную периодическую структуру на произвольной позиции была не больше Таким образом, у нас остаются либо повторы коротких мотивов с большим числом копий либо с меньшим числом копий, но длина повторяющегося юнита большая. gccagccaagccagcca gccagccagccaagcca cccagccagccaagcca gcca …tttatttatttatttatttattt atttatttatttatttatttattta tttatttatttattta…
Картинка для хромосом разных видов …Здесь трудно что-то понять
Картинка для хромосом разных видов …без человека C. elegans zebrafish honey bee contigs X
Картинка для хромосом человека ALUs chrX period 42 period 48 period 67
Картинка для хромосом млекопитающих крыса Х-хромосома собаки
Картинка для хромосом разных видов крыса
Картинка для хромосом разных видов курица половые хромосомы
Картинка для хромосом разных видов рыб Кратные трем
Картинка для хромосом разных видов Длина периода до 23
C. elegans
Картинка для хромосом разных видов Длина периода до 23 D. melanogaster
Картинка для хромосом разных видов Длина периода до 23 человек zebrafish собака
Картинка для хромосом разных видов Длина периода до 23 крыса
Картинка для хромосом разных видов Длина периода до 23 пчела
Картинка для хромосом разных видов Длина периода до 23 Tetraodon
Наиболее частые слова в геномах с частыми периодами, кратными четырем словочастотасловочастота TAGA5940AGAT1868 ATCT4746TCC1774 ATTT3858GAG1545 TCC3701TATC1500 GGA3385ATT1411 TAAA3107TAAA1386 ACAT2931GAA1279 TGTA2873CTTT1276 TTC2633TGTA1204 AAGA2603ATTT1177 CAC2439AGGA1117 ATA2301TCCT1003 GTG2253CTT964 TTCC2103ATC892 ATT2066AAT881 TCTT2022CATA854 GGAA1986CCAT831 AAC1952CAC768 TCA1861TGGA736 GAA1820GAAA678 GTT1783GGT666 ATCC1774AGC632 GAT1578GCT591 словочастотасловочастота TAAA25237AATA26871 ATTT24095ATTT24321 GAAA12781AAAG6781 TTTC10016TCTT6716 TCCT5497ATT4838 GAA4963GATA4760 ATAG4861ATA4247 AAT4656TCTA4025 CTT4568AGA2882 ATT4431AATAA2868 GAAG4090TATTT2604 TATC3539CTT2317 AATAA3231GGAA2210 TTTTA2872CCTT2074 GGA2445CCAT1213 CTC1788GGAT1177 ATTC1219CTC1046 CTACAAATGAGA CCAAATGACTC 1139ATGA951 TCTTT1124TCTTT934 CCAT1077GAT817 GAAT956ATTC800 AAAGA849TAG768 CAAAA835GGA756 словочастотасловочастота TATC14192CTAT19532 ATT12319ATA12406 ATA12221AGAT11585 TAGA10472TTA10284 ATAAT10174ATAAT8201 ATTAT7624TCT6456 TAAA5868AGA5345 ATTC5478TATAT5190 ATGA4961CATC3634 ATTT4125ATTT3522 ATC3755TTCA3477 GAAA3735ATGA3399 AGA3591TAAA3144 TCT3551TCTG3140 ATCC3503GAT3064 GGAT3461GAAA2845 TTTC3317ATGG2793 ATG2853TCTT2754 ATCA2508CAT2100 GACA1855ATTG2061 GTCT1529CAGA1998 TTGT1235ATAC1618 CTA1218TGT1352 Крыса, chr10 и chr12Собака, chr1 и chrX Zebrafish, chr1 и chr20
Выводы Для различных организмов патерны минисателлитов различны. Даже для двух рыб. Человек сильно отличается от всех других видов, в частности благодаря наличию Alu повторов и других классов минисателлитов Распределение минисателлитов в половых хромосомах обычно отличается от распределения в аутосомах
Спасибо Миронову Андрею Александровичу, Есиповой Наталье Георгиевне, Мирей Ренье, Марине Фридман и Нике Опариной! И вам за ваше внимание!!!