Микросателит ― тракт на повторувачка ДНК во која одредени мотиви на ДНК (во должина од еден до шест или повеќе базни парови) се повторуваат, обично 5-50 пати. Микросателитите се појавуваат на илјадници места во геномот на организмот. Тие имаат повисока стапка на мутација од другите области на ДНК што доведува до висока генетска разновидност. Микросателитите често се нарекувани кратки тандемски повторувања од страна на форензичарите и во генетската генеалогија, или како едноставни повторувања на низи од страна на растителните генетичари.
Микросателитите и нивните подолги роднини, минисателитите, заедно се класифицирани како променлив број на тандемски повторувања на ДНК. Името „сателитска“ ДНК се однесува на раното набљудување дека центрифугирањето на геномската ДНК во епрувета одвојува истакнат слој на волуменска ДНК од придружните „сателитски“ слоеви на повторувачка ДНК.
Тие се широко користени за профилирање на ДНК во дијагноза на рак, во анализа на сродство (особено тестирање за татковство) и во форензичка идентификација. Тие се користени и во анализата на генетската поврзаност за наоѓање на ген или мутација одговорна за дадена особина или болест. Микросателитите се користени и во популационата генетика за мерење на нивоата на поврзаност помеѓу подвидовите, групите и поединците.
Историја Иако првиот микросателит бил окарактеризиран во 1984 година на Универзитетот во Лестер од страна на Велер, Џефрис и неговите колеги како полиморфно GGAT повторување во генот на човечкиот миоглобин, поимот „микросателит“ бил воведен подоцна, во 1989 година, од Лит и Лути. Името „сателитска“ ДНК се однесува на раното набљудување дека центрифугирањето на геномската ДНК во епрувета која одвојува истакнат слој на волуменска ДНК од придружните „сателитски“ слоеви на повторувачка ДНК. Зголемената достапност на засилување на ДНК со полимеразна верижна реакција на почетокот на 1990-тите поттикнала голем број студии со користење на засилување на микросателити како генетски маркери за судска медицина, за тестирање на татковството и за положбено клонирање за да биде најде генот што лежи во основата на особина или болест. Истакнати рани примени се идентификации со микросателитско генотипирање на осумгодишните скелетни остатоци на британска жртва на убиство (Хагелберг и колегитем, 1991 година), и на лекарот од концентрациониот логор Аушвиц, Јозеф Менгеле, кој побегнал во Јужна Америка по Втората светска војна (Џефрис и колегите, 1992).
Структури, местоположби и функции Микросателитот е тракт од тандемско повторувани (т.е. соседни) мотиви на ДНК кои се движат во должина од еден до шест или до десет нуклеотиди (точната дефиниција и разграничување на подолгите минисателити варира од автор до автор), и обично се повторуваат 5-50 пати. На пример, низата TATATATATA е динуклеотиден микросателит, а GTCGTCGTCGTCGTC е тринуклеотиден микросателит (со A се аденин, G гванин, C цитозин и T тимин). Повторливите единици од четири и пет нуклеотиди се нарекувани тетра- и пентануклеотидни мотиви, соодветно. Повеќето еукариоти имаат микросателити, со забележителен исклучок на некои видови квасец. Микросателитите се распределени низ геномот. Човечкиот геном на пример содржи 50.000-100.000 динуклеотидни микросателити и помал број на три-, тетра- и пентануклеотидни микросателити. Многу од нив се сместени во некодирачки делови на човечкиот геном и затоа не произведуваат белковини, но тие исто така можат да бидат сместени во регулаторни региони и региони за кодирање.
Микросателитите во некодирачките региони можеби немаат некоја посебна функција и затоа не може да бидат избрани против; ова им овозможува да собираат мутации непречено во текот на генерациите и доведува до променливост што може да биде користена за отпечатоци од ДНК и цели за идентификација. Другите микросателити се наоѓаат во регулаторните странични или интронични региони на гените, или директно во кодоните на гените – микросателитски мутации во такви случаи може да доведат до фенотипски промени и болести, особено кај болести со тројна ширење како што се кревкиот Х синдром и Хантингтоновата болест.
Теломерите се линеарни низа на ДНК кои седат на самите краеви на хромозомите и го штитат интегритетот на геномскиот материјал за време на последователни кругови на клеточна делба поради „проблемот со репликација на крајот“. Во белите крвни зрнца, било покажано дека постепеното скратување на теломерната ДНК е во обратна корелација со стареењето во неколку видови примероци. Теломерите се состојат од повторувачка ДНК, со хексануклеотидниот повторен мотив TTAGGG кај 'рбетниците. Затоа тие се класифицирани како минисателити. Слично на тоа, инсектите имаат пократки повторливи мотиви во нивните теломери кои би можеле да бидат сметани за микросателити.
Механизми на мутации и стапки на мутации мини| Лизгање на влакно на ДНК за време на репликација на кратки тандемски повторувања на локус. Кутиите симболизираат повторливи ДНК единици. Стрелките го означуваат правецот во кој се реплицира ново влакно на ДНК (бели кутии) од шаблонот (црни кутии). Прикажани се три ситуации за време на репликацијата на ДНК. (горе) Репликацијата на кратки тандемски повторувања на локусот продолжи без мутација. (средина) Репликацијата на кратки тандемски повторувања на локусот довело до зголемување од една единица поради јамка во новата жичка; аберантната јамка се стабилизира со странични единици комплементарни на спротивната жичка. (доле) Репликацијата на кратки тандемски повторувања на локусот довела до губење на една единица поради јамка во шаблонот. (Форстер и колегите., 2015 година) За разлика од точкестите мутации, кои влијаат само на еден нуклеотид, микросателитните мутации доведуваат до зголемување или губење на цела повторлива единица, а понекогаш и две или повеќе повторувања истовремено. Така, стапката на мутација на микросателитски локуси е очекувана да се разликува од другите стапки на мутација, како што се стапките на базна замена. Стапката на мутација кај микросателитски локуси зависи од низата на повторувачки мотиви, бројот на повторени мотивски единици и чистотата на канонската повторена низа. Разгледани се различни механизми за мутација на микросателитски локуси, и нивната добиена полиморфна природа е квантифицирана. Дебатирано е за вистинската причина за мутации кај микросателитите.
Една предложена причина за таквите промени во должината е лизгањето на репликацијата, предизвикано од неусогласеноста помеѓу нишките на ДНК додека се реплицираат за време на мејозата. ДНК-полимеразата, ензимот одговорен за читање на ДНК за време на репликацијата, може да се лизне додека се движи по шаблонот и да продолжи на погрешен нуклеотид. Лизгањето на ДНК полимеразата е поверојатно да се случи кога е реплицирана повторувачка низа (како што е CGCGCG). Бидејќи микросателитите се состојат од такви повторувачки низи, ДНК-полимеразата може да прави грешки со поголема стапка во овие региони на низа. Неколку студии пронашле докази дека лизгањето е причина за микросателитски мутации. Вообичаено, лизгањето во секој микросателит се случува околу еднаш на 1.000 генерации. Така, промените на лизгање во повторливите ДНК се за три реда на големина почести од точкестите мутации во другите делови на геномот. Повеќето лизгања резултираат со промена на само една единица за повторување, а стапките на лизгање се разликуваат за различни должини на алели и големини на повторени единици, и во различни видови. Ако постои голема разлика во големината помеѓу поединечните алели, тогаш може да има зголемена нестабилност за време на рекомбинација при мејоза.
Друга можна причина за микросателитски мутации се точкестите мутации, каде што само еден нуклеотид е погрешно копиран за време на репликацијата. Студијата која ги споредува геномите на луѓето и приматите покажа дека повеќето промени во бројот на повторувања кај кратките микросателити се појавуваат поради точкести мутации, а не поради лизгање.
Стапки на мутација на микросателити Директни проценки на стапките на мутации на микросателитите се направени кај бројни организми, од инсекти до луѓе. Во пустинскиот скакулец Schistocerca gregaria, стапката на мутација на микросателитот била проценета на 2,1 × 10−4 по генерација по локус. Стапката на микросателитски мутации кај човечките машки зародишни клетки е пет до шест пати повисока отколку кај женските зародишни клетки и се движи од 0 до 7 × 10−3 по локус по гамета по генерација. Во нематодата Pristionchus pacificus, проценетата стапка на мутација на микросателитот се движи од 8,9 × 10−5 до 7,5 × 10−4 по локус по генерација.
Стапките на мутации на микросателитот варираат во зависност од положбата на базата во однос на микросателитот, видот на повторување и идентитетот на базата. Стапката на мутација се зголемува конкретно со бројот на повторувања, достигнувајќи го својот врв околу шест до осум повторувања, а потоа повторно е намалува. Зголемената хетерозиготност кај населението, исто така, ќе ги зголеми стапките на микросателитски мутации, особено кога има голема разлика во должина помеѓу алелите. Ова најверојатно се должи на хомологните хромозоми со краци со нееднаква должина што предизвикуваат нестабилност за време на мејозата.
Биолошки ефекти на микросателитски мутации Многу микросателити се наоѓаат во некодирачка ДНК и се биолошки тивки. Други се сместени во регулаторна или дури и кодирана ДНК – микросателитски мутации во такви случаи може да доведат до фенотипски промени и болести. Општо геномска студија проценува дека варијациите на микросателитите придонесуваат со 10-15% од варијациите на наследното генско изразување кај луѓето.
Ефекти врз белковините Кај цицачите, 20-40% од белковините содржат повторувачки низи на аминокиселини кодирани со повторувања на кратки низи. Повеќето од кратките низи кои се повторуваат во деловите на геномот кои кодираат белковини имаат повторлива единица од три нуклеотиди, бидејќи таа должина нема да предизвика поместување на рамката кога мутира. Секоја тринуклеотидна низа која се повторува се транскрибира во повторувачка серија од истата аминокиселина. Кај квасецот, најчестите повторени аминокиселини се глутаминот, глутаминската киселина, аспарагинот, аспарагинската киселина и серинот.
Мутациите во овие сегменти кои се повторуваат може да влијаат на физичките и хемиските својства на белковините, со потенцијал за производство на постепени и предвидливи промени во дејството на белковините. На пример, промените на должината во регионите кои се повторуваат во тандем во генот Runx2 доведуваат до разлики во должината на лицето кај припитомените кучиња (Canis familiaris), со поврзаност помеѓу подолги должини на низата и подолги лица. Ова поврзување се однесува и на поширок опсег на видови кои припаѓаат во редот ѕверови. Промените во должината на полиаланински трактати во рамките на генот HOXA13 се поврзани со синдромот „рака-стапало-гениталија“, развојно нарушување кај луѓето. Промените во должината на другите повторувања на тројката се поврзани со повеќе од 40 невролошки заболувања кај луѓето, особено тринуклеотидните пореметувања како што се кревкиот Х синдром и Хантингтоновата болест. Еволутивните промени од лизгањето на репликацијата се случуваат и кај поедноставните организми. На пример, промените во должината на микросателитот се вообичаени во површинските мембрански белковини во квасецот, обезбедувајќи брза еволуција во својствата на клетките. Поточно, промените во должината во генот FLO1 го контролираат нивото на адхезија на супстратите. Повторувањата на кратки низи, исто така, обезбедуваат брза еволутивна промена на површинските белковини кај патеногените бактерии; ова може да им овозможи да бидат во тек со имунолошките промени кај нивните домаќини. Промените на должината во кратка низа повторувања кај габата (Neurospora crassa) го контролираат времетраењето на нејзините циклуси на деноноќниот часовник.
Ефекти врз регулацијата на гените