Pętla D

W biologii molekularnej pętla przemieszczenia lub pętla D to struktura DNA , w której dwie nici dwuniciowej cząsteczki DNA są rozdzielone na odcinku i utrzymywane oddzielnie przez trzecią nić DNA. Pętla R jest podobna do pętli D, ale w tym przypadku trzecią nicią jest raczej RNA niż DNA. Trzecia nić ma zasad , która jest komplementarna do jednej z nici głównych i łączy się z nią w pary, zastępując w ten sposób drugą komplementarną nić główną w regionie. W obrębie tego regionu struktura jest więc formą trójniciowego DNA . Diagram w artykule wprowadzający termin ilustruje pętlę D o kształcie przypominającym duże „D”, w którym przemieszczona nić tworzyła pętlę „D”.

Pętle D występują w wielu szczególnych sytuacjach, w tym w naprawie DNA , w telomerach i jako półstabilna struktura w mitochondrialnych kolistych cząsteczkach DNA .

W mitochondriach

Naukowcy z Caltech odkryli w 1971 r., że okrągły mitochondrialny DNA z rosnących komórek zawierał krótki odcinek trzech nici, który nazwali pętlą przemieszczenia. Odkryli, że trzecia nić była zreplikowanym segmentem ciężkiej nici (lub nici H) cząsteczki, którą przemieściła, i była związana wodorem z lekką nicią (lub nicią L). Od tego czasu wykazano, że trzecia nić jest początkowym segmentem generowanym przez replikację nici ciężkiej, która została zatrzymana wkrótce po inicjacji i często jest utrzymywana przez pewien czas w tym stanie. Pętla D występuje w głównym niekodującym obszarze cząsteczki mitochondrialnego DNA, segmencie zwanym regionem kontrolnym lub regionem pętli D.

Replikacja mitochondrialnego DNA może zachodzić na dwa różne sposoby, oba rozpoczynające się w regionie pętli D. Jednym ze sposobów jest kontynuacja replikacji nici ciężkiej przez znaczną część (np. dwie trzecie) kolistej cząsteczki, a następnie rozpoczyna się replikacja nici lekkiej. Niedawno zgłoszony tryb rozpoczyna się w innym miejscu pochodzenia w regionie pętli D i wykorzystuje replikację sprzężonej nici z jednoczesną syntezą obu nici.

Niektóre zasady w regionie pętli D są zachowane, ale duże części są bardzo zmienne, a region okazał się przydatny do badania historii ewolucji kręgowców. Region zawiera promotory do transkrypcji RNA z dwóch nici mitochondrialnego DNA bezpośrednio sąsiadujących ze strukturą pętli D, która jest związana z inicjacją replikacji DNA . Sekwencje pętli D są również interesujące w badaniu nowotworów.

Funkcja pętli D nie jest jeszcze jasna, ale ostatnie badania sugerują, że uczestniczy ona w organizacji nukleoidu mitochondrialnego .

w telomerach

W 1999 roku doniesiono, że telomery , które zakrywają końce chromosomów , kończą się strukturą przypominającą lasso , określaną jako pętla T (pętla telomerów). Jest to pętla obu nici chromosomu, które są połączone z wcześniejszym punktem dwuniciowego DNA przez koniec 3' nici atakujący parę nici, tworząc pętlę D. Staw jest stabilizowany przez schetynowe białko POT1 . Pętla T, która jest zakończona splotem pętli D, chroni koniec chromosomu przed uszkodzeniem.

W naprawie DNA

Kiedy dwuniciowa cząsteczka DNA ulegnie uszkodzeniu w obu niciach, jednym z mechanizmów naprawy dostępnych w diploidalnych komórkach eukariotycznych jest naprawa przez rekombinację homologiczną . Wykorzystuje to nienaruszony chromosom homologiczny do uszkodzonego jako szablon do ustawienia dwóch dwuniciowych fragmentów w prawidłowym ustawieniu w celu ponownego połączenia. Na wczesnym etapie tego procesu jedna nić jednego kawałka jest dopasowywana do nici nienaruszonego chromosomu i ta nić jest używana do utworzenia pętli D w tym punkcie, zastępując drugą nić nienaruszonego chromosomu. W celu ponownego połączenia przeprowadza się różne etapy ligacji i syntezy.

U ludzi białko RAD51 ma kluczowe znaczenie dla homologicznego wyszukiwania i tworzenia pętli D. U bakterii Escherichia coli podobną funkcję pełni białko RecA .

Rekombinacja mejotyczna

Obecny model rekombinacji mejotycznej, zapoczątkowany przez pęknięcie lub przerwę dwuniciową, po którym następuje parowanie z homologicznym chromosomem i inwazją nici w celu zainicjowania procesu naprawy rekombinacyjnej. Naprawa luki może prowadzić do skrzyżowania (CO) lub braku skrzyżowania (NCO) regionów flankujących. Uważa się, że rekombinacja CO zachodzi w modelu Double Holliday Junction (DHJ), pokazanym po prawej stronie powyżej. Uważa się, że rekombinanty NCO występują głównie w modelu wyżarzania nici zależnego od syntezy (SDSA), zilustrowanym po lewej stronie powyżej. Wydaje się, że większość zdarzeń rekombinacyjnych jest typu SDSA.

Podczas mejozy naprawa uszkodzeń podwójnej nici, w szczególności pęknięć podwójnej nici, zachodzi w procesie rekombinacji przedstawionym na załączonym schemacie. Jak pokazano na diagramie, pętla D odgrywa kluczową rolę w mejotycznej rekombinacyjnej naprawie takich uszkodzeń. Podczas tego procesu rekombinazy Rad51 i Dmc1 wiążą jednoniciowe ogony 3' jednoniciowego DNA (ssDNA), tworząc spiralne włókna nukleoproteinowe , które wykonują poszukiwanie nienaruszonego homologicznego dwuniciowego DNA (dsDNA). Po znalezieniu homologicznej sekwencji rekombinazy ułatwiają inwazję końca ssDNA do homologicznego dsDNA, tworząc pętlę D. Po wymianie nici, rekombinacji homologicznej są przetwarzane przez jedną z dwóch odrębnych ścieżek (patrz diagram) w celu utworzenia ostatecznych rekombinowanych chromosomów.

Zobacz też