Скорость и частота ошибок синтеза ДНК под влиянием структуры ДНК

        

На скорость и частоту ошибок синтеза ДНК влияет трехмерная структура ДНК. Используя данные анализа последовательности ДНК генома третьего поколения, группа исследователей из штата Пенсильвания и Чешской академии наук показали, что последовательности, способные формировать необычные конформации ДНК, которые часто ассоциируются с раковыми и неврологическими заболеваниями, могут в факт замедляет или ускоряет процесс синтеза ДНК и выдает больше или меньше ошибок секвенирования. Статья, описывающая исследование, появилась в Интернете в журнале Genome Research .

«Мы долгое время интересовались попытками понять факторы, которые влияют на изменение частоты мутаций в геноме», – сказала Катерина Макова, профессор биологии Пентца в штате Пенн и один из лидеров исследовательской группы , «Последовательности, которые могут образовывать ДНК, отличную от B, которые образуют структуры, отличные от общей правой правой спирали с десятью основаниями за ход (B-ДНК), составляют около 13 процентов генома человека и играют много важных ролей в клеточном функции, включая регуляцию генов и защиту теломер – последовательности, которые закрывают и стабилизуют концы хромосом. Поскольку эти области также связаны со многими заболеваниями человека, нам было интересно увидеть, оказали ли они какое-либо влияние на скорость синтеза ДНК реакция – также называемая «полимеризация» – и по ее частотам ошибок ».

Non-B ДНК включает последовательности с прогонами нуклеотида «G», гуанина, которые могут образовывать G-квадруплексные структуры; «A» -очищенные области, которые могут вызвать изгиб спирали; и короткие тандемные повторы – области с тем же одним-шестью нуклеотидными мотивами, повторяющимися снова и снова (например, GATA GATA GATA …), которые могут образовывать проскальзывающие нити и шпильки. Используя одномолекулярное секвенирование в реальном времени или SMRT, которое отслеживает время между включением каждого последующего нуклеотида (структурных блоков ДНК A, T, C или G), во время секвенирования исследователи сравнивали регионы не- B ДНК к B-ДНК.

«Существуют сотни тысяч мотивов последовательности, которые, как прогнозируется, образуют ДНК, отличную от B, в геноме», – сказал Вилфрид Гиберт, аспирант программы биоинформатики и геномики в штате Пенн и один из первых авторов статьи , «Мы использовали данные из секвенсора SMRT из Pacific Biosciences, чтобы сравнить времена включения нуклеотидов по не-B-ДНК-областям с областями более распространенной B-ДНК». Сравнение показало, что некоторые формы не-B-ДНК-G-квадруплексов, например, заставляли фермент полимеразы замедляться на целых 70 процентов, тогда как другая не-B-ДНК вызывала ускорение фермента.

«Для анализа данных мы разработали новый статистический инструмент анализа функциональных данных (FDA)», – говорит Франческа Чиаромонте, профессор статистики штата Пенн и еще один руководитель исследовательской группы. «Этот инструмент сравнивает времена включения нуклеотидов в областях, отличных от B и B-ДНК, рассматривая их как кривые или математические функции». Марзия Кремона, Брюс Линдсей, приглашенный помощник профессора статистики в штате Пенсильван и еще один соавтор статьи, сыграла важную роль в разработке нового инструмента и проведении статистического анализа. Программный пакет, реализующий процедуру тестирования, теперь общедоступен.

В дополнение к изменениям времени включения нуклеотидов исследователи также отметили, что частота ошибок секвенсора увеличивалась в некоторых типах не-B-областей ДНК, например, в G-квадруплексных мотивах. В этих регионах повышенная частота ошибок выравнивалась с увеличением вариации последовательности ДНК среди людей (с использованием данных из проекта «1000 геномов»), а также с увеличением расхождения между человеком и орангутаном

«Для выполнения секвенирования SMRT использует фермент, называемый полимеразой, подобный клетке с использованием полимераз для репликации ДНК», – сказала Макова. «Кажется вероятным, что то же явление, которое вызывает повышенную частоту ошибок в секвенсере, также вызывает увеличение, которое мы наблюдаем при изменении и расхождении человека от орангутана. Понимание того, как структура не-В-ДНК влияет на скорости мутаций, чрезвычайно интересна из с точки зрения эволюции генома, а также потому, что эти регионы были вовлечены в болезни человека ».

Источник:

http://science.psu.edu/news-and-events/2018-news/Makova11-2018

      

Source link