«Детекция регуляторных элементов в нуклеотидной последовательности: принцип, значение, свойства» - Курсовая работа

Содержание

Введение 3

Глава 1. Регуляторные элементы генома 4

Глава 2. Детекция регуляторных элементов 7

2.1. Поиск мобильных генетических элементов 8

2.2. Поиск тандемных повторов 10

2.3. Поиск регуляторных последовательностей 12

Заключение 14

Литература 15

Введение

Установление физических основ реализации генетической информации на этапах образования регуляторных комплексов ДНК-белок и функционирования компонентов генома играет большую роль в настоящее время. Это включает в себя: установление физических характеристик участков последовательности ДНК, несущих регуляторную функцию, и получение распределения участков специфического связывания регуляторных белков в пределах этих регуляторных участках ДНК; также предполагается установление связи характеристик распределения участков связывания регуляторных белков, с физическими свойствами формирующихся иерархически организованных структур ДНК-белковых комплексов.

В работе показаны основные базы данных, а также методы для анализа и выявления регуляторных последовательностей. В частности, это методы сравнительного анализа последовательностей, грамматический анализ, т.е. анализ структурных закономерностей в последовательностях, распознавание характерных образов в последовательностях [1,2,7].

Выдержка из текста работы

ГЛАВА 1. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГЕНОМА

Нуклеотидная последовательность - порядок следования нуклеотидных остатков в нуклеиновых кислотах. В нуклеотидной последовательности существуют определенные регуляторные элементы, влияющих на транскрипцию гена и т.д.

Промотор — последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой для осуществления транскрипции. Один из самых известных примеров регуляторных последовательностей, находящихся в промоторе — это ТАТА-бокс. ТАТА-бокс находится рядом с точкой инициации транскрипции. На нем собирается комплекс РНК-полимеразы II. Это очень консервативная последовательность, которая встречается в так называемых генах «домашнего хозяйства».

Что касается генов, то по назначению в клетке их можно поделить на две группы:

• Гены домашнего хозяйства обеспечивают базовые процессы в клетке. Они экспрессируются стабильно хорошо и необходимы клетке для обеспечения собственных процессов.

• Остальные гены обеспечивают специальные функции клетки или необходимы в нестандартных условиях. Эти гены как правило имеют тонкую регуляцию, чтобы их можно было вовремя включать и выключать [7].

Кроме промотора к регуляторным элементам генома относятся:

• Энхансеры (enchancer) — последовательности ДНК, способные связываться с факторами транскрипции, при этом увеличивая уровень транскипции гена или группы генов.

• Сайленсеры (silencer) — последовательности ДНК, с которыми связываются факторы транскрипции (белки-репрессоры), что приводит к понижению или полному подавлению транскрипции гена.

• Инсуляторы (insulator) — последовательности ДНК, способные блокировать взаимодействие между энхансером и промотором, если находятся между ними.

Все вышеописанные регуляторные элементы взаимодействуют друг с другом и контролируют экспрессию гена. РНК-полимераза узнает ТАТА-бокс и садится на ДНК, ДНК сворачивается в петли в результате взаимодействия регуляторных элементов в геноме. Произойдет ли транскрипции и, если произойдет, то насколько интенсивно, зависит от совокупности взаимодействий всех регуляторных элементов гена. Эти взаимодействия уникальны для каждого типа клеток.

Следующий элемент генома, который широко представлен в любом организме — повторяющиеся последовательности. По рис.1. видно, как часто повторяющиеся последовательности могут встречаться у некоторых организмов.

Рис. 1. Повторяющиеся последовательности в ДНК некоторых организмов

К повторяющимся элементам относят тандемные повторы и диспергированные повторы. Тандемные повторы тоже можно разделить на:

• сателлиты — длина повторяющегося слова более 100 нуклеотидов.

• минисателлиты — повторы из слов длиной от 7 до 100 нуклеотидов.

• микросателлиты — самые маленькие повторы по 1 – 6 нуклеотидов [1,2].

Тандемные повторы возникают за счет ДНК-полимеразы, которая при репликации этих участков зависает и синтезирует еще несколько повторов. Или синтезирует меньшее количество повторов. Это происходит довольно часто.

Мобильные элементы – элементы генома, способные перемещаться из сайта в сайт, либо в процессе прямого вырезания вставки ДНК, либо путем транскрипции элемента.

Их тоже делят на два класса:

• транспозоны с помощью ферментов транспозаз вырезаются и целиком вставляются в другое место генома. Они составляют 2 – 3% генома человека.

• ретротранспозоны Их перемещения осуществляется с участием обратной транскрипции. Ретротранспозон транскрибируется, с его РНК синтезируется кДНК. Эта копия может встроиться в любое место генома. Ретротранспозоны составляют 42% генома. Самый известный ретротранспозон носит название Alu повтора [1,2,7]. 

Заключение

На данный момент существует дисбаланс между большим и постоянно растущим количеством секвенированных геномов и недостатком их биологического описания. Невозможность эффективного биохимического и генетического изучения такого количества геномов, лишь отчасти компенсируемая современными высокопроизводительными методами исследований, диктует необходимость развития методов анализа и интерпретации текстов первичной последовательности ДНК. Одним из направлений такого анализа является предсказание функций по первичной структуре специфических участков ДНК. Было разработано много инструментов, основанных на текстовом анализе последовательности ДНК, для предсказания некоторых ключевых свойств, таких как распределение и функции открытых рамок считывания, промоторов и других регуляторных элементов.

Современные экспериментальные технологии позволяют получить огромные объемы экспериментальных данных, связанных с выявлением регуляторных элементов нуклеотидной последовательности. За всю свою историю научные исследования никогда не располагали средствами такой мощи для переработки информации и никогда не сталкивались с необходимостью переработки информации такого объема, приходящей из различных источников и открытых для общего доступа [2].

Список литературы

1. Гаврилов А.А., Разин С.В., Ульянов С.В. Регуляторные элементы эукариотического генома // Молекулярная биология, 2015. Т.49, №2

2. Макеев В.Ю. Определение регуляторных сегментов в геномах методами теоретического анализа последовательностей нуклеотидов ДНК // Автореферат на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, Москва, 2009

3. Bergey C.M. AluHunter: a database of potentionally polymorphic Alu insertions for use in primate phylogeny and popylation genetics http://ww**cbi.nlm.nih gov

4. AluHunter by Christina Bergey – Information // http://www.alu**nter.com

5. http://www-bi**as.cit.nih.gov

6. http://www-bi**rmatix.ru

7. http://www.g**etics-b.ru

8. http://ta**m.bu.edu

9. http://tra**gene.tau.ac.il/