Минисателлиты в эукариотических геномах

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
…tttatttatttatttatttatttatttatttatttatttatttatttatttatttatttattta…
gggaagg-tgatggggaaggatgat
gggaaggatgatggggaaggatgat
ggtaaggatgatggagaaggatgat
…ccaccatcaccaccaccaccatcaccatcaccaccaccatcaccatcactaccaccaccaccaccaccaccatcactacca…
ggcagggggcagggggcagggggcagggggcagggggc
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. nigroviridis
D. 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 10-15
Порог фильтрации был выбран так, чтобы вероятность наблюсти данную периодическую структуру на произвольной позиции была не больше 10-15.
Таким образом, у нас остаются либо повторы коротких мотивов с большим числом копий
либо с меньшим числом копий, но длина повторяющегося юнита большая.
…tttatttatttatttatttatttatttatttatttatttatttatttatttatttatttattta…

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

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
Крыса, chr10 и chr12 Собака, 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