Informatie

Wat is de lengte van de centromere herhalingssequentie bij een mens?


Ik zoek de lengtes van de centromeren van menselijke chromosomen.

Het beste wat ik tot nu toe kon bedenken was: de lengte van individuele centromere arrays bleek te variëren van gemiddeld 680 kilobasen voor het Y-chromosoom tot 3000 kb voor chromosoom 11.

Hier zeggen ze dat "Menselijke centromeren zich bevinden op repetitieve alfasatelliet-DNA-arrays die ongeveer 5% van het genoom vormen." Wat helaas niet hetzelfde is als zeggen dat de centromeren 5% van het genoom uitmaken. (Of misschien wel? Biologen te hulp!)

Idealiter zou een antwoord de lengte van het centromeer in elk chromosoom bevatten, maar een nauwkeurig percentage voor het hele menselijke genoom zou goed genoeg zijn.


Geen specifieke lengte voor centromeren. In een echt chromosoom in een cel zijn centromeren meestal zeer gecondenseerde DNA-sequenties, ze zijn opgerold en gevouwen (als je de DNA-structuur kent). U kunt dus de lengte van het centromeer niet meten tenzij u eerst het chromosoom decondenseert.


Er is geen vaste lengte van menselijke centromeren.

Zoals het door u aangehaalde artikel in de inleiding zegt, zijn er array-length polymorfismen in centromeren. Een polymorfisme kan worden beschreven als twee of meer vormen van dezelfde bestaande DNA-sequentie; welke je hebt hangt vooral af van welke je van je ouders hebt geërfd. Er zijn ook polymorfismen die worden gecreëerd door onnauwkeurige DNA-duplicatie tijdens meiose. Array-length polymorfismen kunnen worden verklaard door de laatste.

Omdat het DNA in centromeren zeer repetitief is, kan het voorkomen dat tijdens replicatie het aantal herhalingen wordt verlaagd of verhoogd. Dit leidt tot veel verschillende kopienummers bij verschillende individuen. Daarom kan uw antwoord niet worden beantwoord met een specifiek nummer.


Centromeer-geassocieerde repeat-arrays aan Trypanosoma brucei chromosomen zijn veel uitgebreider dan voorspeld

Afrikaanse trypanosomen behoren tot een eukaryotische lijn die veel ongewone genetische kenmerken vertoont. De mechanismen van chromosoomsegregatie in deze diploïde protozoaire parasieten zijn slecht begrepen. Centromeren in Trypanosoma brucei zijn gelokaliseerd in chromosomale regio's die een reeks

147 bp AT-rijke tandemherhalingen. Eerste schattingen van het genoomsequencing-project suggereerden dat deze arrays varieerden van 2 - 8 kb. In dit artikel laten we zien dat de centromere herhalingsgebieden veel uitgebreider zijn.

Resultaten

We gebruikten een lange-afstands restrictie endonuclease mapping benadering om nauwkeuriger de afmetingen van de centromere repeat arrays op de 8 te definiëren. T. brucei chromosomen waar eenduidige assemblagegegevens beschikbaar waren. De resultaten geven aan dat de grootte van de arrays op verschillende chromosomen varieert van 20 tot 120 kb. Bovendien vonden we gevallen van lengteheterogeniteit tussen chromosoomhomologen. Er werden bijvoorbeeld waarden van 20 en 65 kb verkregen voor de arrays op chromosoom 1 en 50 en 75 kb voor chromosoom 5.

Conclusies

Onze resultaten laten zien dat centromere repeat-arrays aan T. brucei chromosomen lijken qua grootte meer op die van hogere eukaryoten dan eerder werd vermoed. Deze informatie biedt een steviger kader voor het onderzoeken van aspecten van chromosoomsegregatie en maakt het mogelijk om epigenetische kenmerken die verband houden met het proces nauwkeuriger in kaart te brengen.


Centromeer: ​​structuur en typen | chromosomen

De plaats van vernauwing in een chromosoom onder een lichtmicroscoop wordt over het algemeen genomen als de plaats van centromeer. Algemeen wordt aangenomen dat constitutief heterochromatine aanwezig is in het centromeer gebied. De component van centromeer is voornamelijk de kinetochoor en DNA-geassocieerde eiwitten.

Spindelvezels of microtubuli zijn op dit punt bevestigd, wat helpt bij het verplaatsen van de chromosomen of chromatiden naar de polen tijdens celdeling. Wanneer mi­crotubuli van de spil zijn bevestigd aan het centromeer van metafasechromosomen, die uit twee chromatiden bestaan, dan scheiden zusterchromatiden zich en gaan ze naar tegenovergestelde polen van de spil - en de volgende stap van deling gaat verder.

Het centromeer heeft dus twee functies, de ene is de aanhechting van zusterchromatiden en de tweede is de plaats voor de aanhechting van de spilvezel.

Onder de elektronenmicroscoop is waargenomen dat een enkele spindelvezel is bevestigd aan het centromeer van gist, Saccharomyces cerevisiae, terwijl meerdere spindelvezels zijn bevestigd aan het centromeer van andere organismen.

Het chromatine-segment van het centromeer in gist is geanalyseerd en er is gevonden dat het een eiwit-DNA-complex van 220 tot 250 basenparen bevat. Vier regio's zijn geïdentificeerd in het centromeer van gist als CDE 1, CDE 2, CDE 3 en CDE 4.

De basensequenties van de eerste drie regio's zijn vergelijkbaar in alle gisten, maar de variatie in basensequentie wordt gevonden in CDE 4. CDE2-regio is bijzonder omdat 90% van de basenparen AT-rijk is. Omgekeerde herhalingssegmenten worden gevonden in de CDE 3-regio.

Het centromeer DNA wordt beschermd tegen de vertering van nuclease door een structuur te vormen die centromeer kerndeeltje wordt genoemd. Dit deeltje bevat meer DNA dan normaal nucleosoomkerndeeltje en bijbehorende eiwitten. Aan dit deeltje is de spindelvezel bevestigd die helpt bij het scheiden van chromosomen tijdens celdeling.

Wanneer de centromere DNA-sequenties en eiwitsequenties van centromeer eiwit worden vergeleken, is gevonden dat eiwitsequenties meer geconserveerd zijn dan DNA-sequenties, wat aangeeft dat DNA-sequenties mogelijk niet de belangrijke bepalende factor zijn in de functie van de centromere regio's.

De centromere gebieden van hogere organismen bevatten grote hoeveelheden heterochromatine bestaande uit repetitief DNA.

Het centromeer van het menselijke chromosoom bevat tandem repetitief DNA van 170 bp. Deze herhalingen worden a-satelliet-DNA genoemd. Het aantal exemplaren kan variëren van 5.000 tot 15.000. Dit DNA is, in de meeste gevallen als bindingsplaats, verantwoordelijk voor centromeer eiwit. De rol van een satelliet-DNA op centromeren van zoogdieren moet echter nog volledig worden vastgesteld.

Zoogdier centromeren binden ongeveer 30 tot 40 spindelvezels of microtubuli, terwijl slechts één microtubule is gehecht aan het centromeer van gist. De twee soorten gist, S. cerevisiae en Schizocharomyces pombe, vertonen grote verschillen in de grootte van centromeer DNA.

Het centromeen DNA van S. pombe is 1000 keer groter dan dat van S. cerevisiae. Het cen­tromeer van S. Pombe is complexer omdat het de centrale kern heeft van DNA met een unieke sequentie en de flankerende sequentie van 3 tandem-herhalingen. De functie van centromeer DNA is duidelijk getest in gist en toont segregatie van plasmiden in dochtercellen in mitose wanneer centromeer aanwezig is.

Soorten Centromeer:

(a) Structuur van telomeren:

Alle chromosomen hebben aan het uiteinde een speciale DNA-eiwitstructuur die Telomeren wordt genoemd. De telomeren spelen een belangrijke rol bij de replicatie en stabiliteit van chromosoom en chromosoom. Microscopische waarnemingen tonen aan dat chromosomen met bro­ken uiteinden worden afgebroken, wat soms tot celdood leidt.

In een experiment werden telomeren van Tetrahymena overgebracht naar de uiteinden van lineair plasmide-DNA van gist en deze mochten vervolgens repliceren in gist. Er is opgemerkt dat de toevoeging van telomeer DNA het plasmide-DNA helpt te repliceren als lineaire moleculen, wat daarmee aantoont dat telomeren nodig zijn voor replicatie.

Telemore bestaat uit repetitief DNA van grote kilobasen en is sterk geconserveerd met clusters van G-residuen. De telomeersequenties van zoogdieren, waaronder de mens, bijl AGGGTT. In Tetrahymena is de sequentie GGGGTT.

Moleculaire studies tonen aan dat de telomeersequenties van een groot aantal eukaryoten vergelijkbaar zijn, bestaande uit herhalingen van DNA-sequenties, bij voorkeur clusters van G-residuen. De volgorde van telomeerherhalingen bij de mens is AGGGTT, in Terahymean is het GGGGTT (Tabel 13.1). Deze telomere sequenties worden duizenden keren herhaald tot meerdere kilobasen of telomere replicatie.

(b) Telomere replicatie:

DNA-polymerase heeft het vermogen om een ​​groeiende DNA-keten in 5'8242 → 3'8242-richting te synthetiseren, maar kan niet tot aan de telomere uiteinden synthetiseren. Het replicatieproces in telomeer is uniek en anders.

Het probleem van de replicatie van telomeren is gedaan door een speciaal mechanisme met behulp van een enzym telomerase met reverse transcriptase-activiteit. Dit enzym (telomerase) is in staat om telomere herhalingen toe te voegen aan het 3'8242-uiteinde van de DNA-streng, waardoor een enkelstrengige overhang wordt gevormd aan het 3'-8242-uiteinde van zowel de matrijs als de nieuwe streng.

Daarom is het 5'8242-uiteinde van elke streng korter dan het 3'8242-uiteinde. Nu bevat het telomerasemolecuul een essentieel RNA-molecuul genaamd Guide RNA aan het 5'8242-uiteinde, dat specifieke sequenties heeft die complementair zijn aan de telomeerherhaling.

Het dient dan als een primer voor telomeer aan het 5''8242 uiteinde van de streng. Wanneer de verlenging van de streng aan het 5'8242-uiteinde volledig is - d.w.z. twee uiteinden van de streng zijn gelijk - dan vindt de splicing van de RNA-primer plaats en wordt de opening opgevuld door het polymerase.

Het controlemechanisme van de verlenging van de lengte van de telomeer is niet duidelijk bekend. Maar in het geval van gist is gebleken dat een speciaal type eiwit, Rap 1p genaamd, een belangrijke rol heeft gespeeld bij het reguleren van de telomeerlengte. Het bindt zich aan de telomeersequentie van de gist en de verlenging stopt. Het speciale mechanisme van telomere replicatie werd voor het eerst verklaard door C. Greider en E. Blackburn in 1986.


Sequentieresolutie van het chromosoom 8 centromeer

Eerdere studies schatten de lengte van het chromosoom 8 centromeer tussen 1,5 en 2,2 Mb, op basis van analyse van de HOR -satelliet-array 8,9. Hoewel wordt aangenomen dat α-satelliet-HOR's van verschillende lengtes het centromeer omvatten, heeft de overheersende soort een eenheidslengte van 11 monomeren (1881 bp) 8,9. Tijdens de montage hebben we het centromeer van chromosoom 8 overspannen met 11 ultralange ONT-lezingen (gemiddelde lengte 389,4 kb), die werden vervangen door PacBio HiFi-contigs op basis van SUNK-barcodering. Onze chromosoom 8 centromeer-assemblage bestaat uit een 2,08-Mb D8Z2 -satelliet HOR-array geflankeerd door blokken van monomere α-satelliet op de p-arm (392 kb) en q-arm (588 kb) (Fig. 2a). Beide monomere α-satellietblokken worden afgewisseld met lange en korte afgewisselde nucleaire elementen (respectievelijk LINE's en SINE's), LTR's en β-satellieten, met stukken γ-satelliet die specifiek zijn voor de q-arm. Er werden verschillende methoden gebruikt om de organisatie ervan te valideren. Ten eerste vertoont langgelezen sequentie-leesdiepte-analyse van twee orthogonale native DNA-sequencingplatforms een uniforme dekking, wat suggereert dat de assemblage vrij is van grote structurele fouten (uitgebreide gegevens Fig. 6a). Fluorescerende in situ hybridisatie (FISH) op metafasechromosomen bevestigt de langeafstandsorganisatie van het centromeer (uitgebreide gegevens Fig. 6a-c). Droplet digitale PCR laat zien dat er 1.344 ± 142 (gemiddelde ± sd) D8Z2 HOR's zijn binnen de α-satelliet-array, consistent met onze schattingen (Extended Data Fig. 6d, Methods). Gepulseerde-veldgelelektroforese Southern-blots op CHM13-DNA gedigesteerd met twee verschillende restrictie-enzymen ondersteunen het bandpatroon dat voorspeld wordt op basis van de assemblage (Fig. 2a, b). Ten slotte genereert het toepassen van onze assemblagebenadering op ONT- en HiFi-gegevens die beschikbaar zijn voor een diploïde menselijk genoom (HG00733) (aanvullende tabel 3, methoden) twee extra chromosoom 8 centromere haplotypes, die de algehele organisatie repliceren met slechts subtiele verschillen in de totale lengte van HOR-arrays (Uitgebreide gegevens Fig. 7, aanvullende tabel 4).

We vinden dat de centromere HOR-array van chromosoom 8 voornamelijk bestaat uit vier verschillende HOR-typen die worden weergegeven door 4, 7, 8 of 11 α-satellietmonomeercassettes (Fig. 2a, Extended Data Fig. 8). Hoewel het 11-monomeer HOR overheerst (36%), zijn de andere HOR's ook overvloedig (19-23%) en zijn ze allemaal derivaten van het 11-monomeer HOR (Extended Data Fig. 8b, c). We vinden met name dat de HOR's regionaal verschillend zijn verdeeld over het centromeer. Hoewel de meeste regio's een mengsel van verschillende HOR-types vertonen, identificeren we ook regio's van homogeniteit, zoals clusters van 11-monomeer HOR's die zijn toegewezen aan de periferie van de HOR-array (92 en 158 kb lang) en een 177-kb regio in de centrum dat uitsluitend uit 7-monomeer HOR's bestaat. Om de epigenetische organisatie te onderzoeken, hebben we gemethyleerde cytosine-residuen langs het centromeer gebied afgeleid en ontdekten dat het grootste deel van de α-satelliet HOR-array is gemethyleerd, behalve een klein, gehypomethyleerd gebied van 73 kb (Fig. 2a). Om te bepalen of dit gehypomethyleerde gebied de plaats is van het epigenetische centromeer (gekenmerkt door de aanwezigheid van nucleosomen die de histon H3-variant CENP-A bevatten), hebben we CENP-A-chromatine-immunoprecipitatie uitgevoerd met high-throughput sequencing (ChIP-seq) op CHM13 cellen en ontdekte dat CENP-A zich voornamelijk bevindt in een stuk van 632 kb dat het gehypomethyleerde gebied omvat (Fig. 2a, Uitgebreide gegevens Fig. 9). Daaropvolgende chromatinevezel FISH onthulde dat CENP-A op het gehypomethyleerde gebied in de α-satelliet HOR-array wordt afgebeeld (figuur 2c). Met name het gehypomethyleerde gebied vertoont enkele van de grootste HOR-mengsels, wat een mogelijke optimalisatie suggereert van HOR-subtypes geassocieerd met de actieve kinetochoor (gemiddelde entropie over het 73-kb-gebied = 1,91) (Extended Data Fig. 8a, Methods).

Om de langetermijnorganisatie en evolutie van het centromeer te begrijpen, hebben we een paarsgewijze sequentie-identiteitswarmtekaart gegenereerd, die de sequentie-identiteit van fragmenten van 5 kb langs de lengte van het centromeer vergelijkt (Fig. 2a, Aanvullende Fig. 3). We vinden dat het centromeer bestaat uit vijf belangrijke evolutionaire lagen die spiegelsymmetrie vertonen. De buitenste laag bevindt zich in de monomere α-satelliet, waar sequenties sterk afwijken van de rest van het centromeer maar meer op elkaar lijken (Fig. 2a, pijl 1). De tweede laag definieert de overgang van monomeren naar HOR en is een kort (57-60 kb) gebied. De p- en q-regio's zijn 87-92% identiek aan elkaar, maar slechts 78% of minder met andere centromere satellieten (figuur 2a, pijl 2). De derde laag bestaat volledig uit HOR's. De p- en q-regio's zijn respectievelijk 92 en 149 kb lang en delen meer dan 96% sequentie-identiteit met elkaar (Fig. 2a, pijl 3) maar minder dan die met de rest van het centromeer. Deze laag bestaat grotendeels uit homogene 11-monomeer HOR's en bepaalt de overgang van ongemethyleerd naar gemethyleerd DNA. De vierde laag is de grootste en definieert het grootste deel van de α-satelliet-HOR's (1,42 Mb in totaal). Het toont de grootste verscheidenheid aan HOR-subtypen en nogmaals, de p- en q-blokken delen dezelfde identiteit, maar wijken meer af van de overige lagen (Fig. 2a, pijl 4). Ten slotte omvat de vijfde laag de middelste 416 kb van de HOR-array - een gebied met bijna perfecte sequentie-identiteit dat divergeert van de rest van het centromeer (figuur 2a, pijl 5).


Centromeeronderhoud tijdens DNA-replicatie

Centromere identiteit moet door meerdere generaties worden gehandhaafd. Een nieuwe studie onthult een Constitutive Centromere-Associated Network (CCAN)-afhankelijke retentie van CENP-A, een belangrijk epigenetisch kenmerk voor centromeren, in centromeren tijdens DNA-replicatie en een replicatie-afhankelijke foutcorrectie om ectopische CENP-A in chromosoomarmen te elimineren.

CENP-A-bevattende nucleosomen vertegenwoordigen

4% van het menselijke centromeergebied 5 . De precieze CENP-A-bindingspositie bij de centromeren is echter nog onduidelijk, aangezien menselijke centromeren lange reeksen van bijna identieke α-satelliet-DNA's omvatten, die genoombrede analyses bij centromeren uitsluiten. Recente vooruitgang in sequentietechnologie en algoritmen heeft geholpen bij het genereren van centromere referentiemodellen voor 23 menselijke chromosomen: 22 autosomen (opgenomen in GRCh38) en het X-chromosoom 6,7. Met behulp van de referentiemodellen, Nechemia-Arbely et al. 4 identificeerden precieze CENP-A-bindende sequenties bij menselijke centromeren. Ze isoleerden CENP-A mononucleosomen uit HeLa-cellen die CENP-A met lokalisatie- en affiniteitszuivering (LAP) tot expressie brengen op endogene niveaus of verhoogde niveaus van tandem-affiniteitszuivering (TAP)-gelabelde CENP-A gesynchroniseerd op G1 of G2 fase en lees DNA-sequenties gebonden aan CENP-A-nucleosomen. Omdat de centromeer-referentiemodellen sequentievariaties in HOR-arrays bevatten, werden de sequentielezingen correct toegewezen aan elke HOR-array. Ten eerste zijn de meeste actieve α-satelliet-arrays 20-40 keer verrijkt voor CENP-A-bezetting (endogene expressieniveaus). Zeventien centromeren omvatten meerdere α-satelliet-arrays, waarvan zes centromeren slechts één array bevatten die actief bindt aan CENP-A4. De overige 11 centromeren hebben twee of meer arrays die worden ingenomen door CENP-A 4 , consistent met de bevinding voor centromeren op chromosoom 17, waar CENP-A bindt aan verschillende arrays in elke homoloog 8 . Bovendien veranderden verhoogde expressieniveaus van CENP-A het aantal CENP-A-bindingsplaatsen niet, maar versterkten ze de accumulatie ervan op elke plaats bij centromeren 4 , waardoor het eerder voorgestelde CENP-A-massa-actiemodel 5 werd ondersteund.


Materialen en methodes

Fluorescentie ter plaatse hybridisatie en chromatine-immunoprecipitatie-sequencing

Tetraploïde switchgrass (P. virgatum L.) cv Kanlow en cv Summer werden gebruikt in immunofluorescentie en fluorescentie ter plaatse hybridisatie (FISH) analyses. Zowel 'Kanlow' als 'Summer' werden gebruikt bij het in kaart brengen van centromere herhalingen, en deze cultivars vertoonden vergelijkbare chromosomale distributiepatronen van alle herhalingen. De octoploïde cv Trailblazer werd gebruikt bij het in kaart brengen van FISH. Wortelpunten werden geoogst van planten die in de kas waren gekweekt en gefixeerd met 3:1 ethanol:ijsazijn. FISH werd uitgevoerd volgens gepubliceerde procedures met behulp van reguliere hybridisatie- en wasomstandigheden (Jiang et al., 1996 ). DNA-probes werden gelabeld met digoxigenine-11-dUTP of biotine-16-dUTP. De hybridisatiesignalen werden gedetecteerd met Alexafluor 488 streptavidine voor biotine-gelabelde probes en rhodamine-geconjugeerd anti-digoxigenine voor dig-gelabelde probes. Chromosomen werden tegengekleurd met 4',6-diamidino-2-fenylindol (DAPI) in Vectashield antifade mount media (Vector Laboratories, Burlingame, CA, VS). FISH-afbeeldingen werden vastgelegd met behulp van een QImaging Retiga EXi Fast 1394 CCD-camera die was bevestigd aan een Olympus BX51-epifluorescentiemicroscoop. Beelden werden verwerkt met M eta I maging S eries 7.5-software. Het uiteindelijke contrast van de afbeeldingen werd verwerkt met behulp van Adobe P hotoshop CS3-software. Een rijst cenH3 antilichaam (Nagaki et al., 2004) werd gebruikt voor chromatine-immunoprecipitatie (ChIP). ChIP, ChIP gevolgd door Illumina-sequencing (ChIP-seq) en het in kaart brengen van ChIP-seq-lezingen werden uitgevoerd volgens gepubliceerde protocollen (Nagaki et al., 2003 Zhang et al., 2012 ).

Annotatie van switchgrass-satellietherhalingen

Herhaalde DNA-sequenties in het switchgrass-genoom werden geïdentificeerd door R epeat E xplorer (Novak et al., 2013 ) met 10 miljoen willekeurige shotgun reads (250 bp). Om de consensussequenties van de centromere herhalingen te verkrijgen, hebben we cenH3 ChIP-seq-lezingen iteratief in kaart gebracht aan de uitvoersequenties van Repeat E xplorer. Vaste consensussequenties van de herhalingen werden verkregen na de drie ronden van iteratief in kaart brengen. Vervolgens hebben we de consensussequenties gebruikt om PacBio-lezingen te zoeken die bij elke herhaling zijn gekoppeld aan B als laatste met parameters '-task blastn' (Zhang et al., 2000 ). Een nieuwe reeks consensussequenties werd geconstrueerd met behulp van de monomeren die zijn geïdentificeerd in de PacBio-lezingen. De twee consensussequenties die waren geconstrueerd met behulp van deze twee verschillende methoden waren identiek voor elke herhaling. De cenH3-verrijking voor elke herhaling werd bepaald zoals beschreven in eerdere rapporten (Gong et al., 2012 Zhang et al., 2014). De annotaties van Pv1, Pv2, Pv29, Pv36, Pv45, Pv115, Pv118 en Pv156 werden uitgevoerd met Repbase (Kohany et al., 2006 ). De coderende en spacerregio's werden bepaald door te zoeken tegen 5S-rRNA-gensequenties in grassoorten (Szymanski et al., 2002 ). De assemblage van 5S rDNA-geassocieerde uitlezingen werd uitgevoerd door Cap 3 (Huang & Madan, 1999) met parameters '-o 40 -p 80'. Om de hoeveelheid 5S-rDNA in het genoom te schatten, hebben we genomische sequentie-uitlezingen (SRR387527 en SRR387530) gegenereerd door het Department of Energy Joint Genome Institute in kaart gebracht voor de volledige lengte van het 5S-rRNA-gen. De hoeveelheid 5S-rDNA in het switchgrass-genoom werd berekend als de genoomgrootte (1,6 Gb) vermenigvuldigd met het percentage van 5S rDNA-afgeleide sequentielezingen (lezingen die kunnen worden toegewezen aan het 5S-rRNA-gen) in totale sequentielezingen. Om de volledige lengte van de herhalingseenheid (het monomeer) van elke herhaling te verkrijgen, werden cenH3 ChIP-seq-uitlezingen uitgelijnd op elke herhaling met behulp van BWA met standaardparameters (Li & Durbin, 2009). Het 5'-uiteinde en 3'-uiteinde werden vervolgens verlengd totdat het monomeer volledig bedekt was. Uitlijning van meerdere sequenties van monomeren werd uitgevoerd door C lustal O mega met standaardinstellingen (Sievers et al., 2011 ).

Nucleosoombezetting en WW-dimeerperiodiciteit geassocieerd met elke herhaling

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

De cenH3 ChIP-seq en input sequencing-gegevens zijn verkrijgbaar bij NCBI Sequence Read Archive (SRA) onder BioProject PRJNA397205.


Structuur en genomische organisatie van centromere herhalingen in Arabidopsis soort

Centromere repetitieve sequenties werden geïsoleerd uit Arabidopsis halleri sp. gemmifera en EEN. lyrata sp. kawasakiana. Twee nieuwe herhalingsfamilies geïsoleerd uit EEN. gemmifera werden pAge1 en pAge2 genoemd. Deze herhalingen hebben een lengte van 180 bp en zijn van kop tot staart georganiseerd. Ze zijn vergelijkbaar met de pAL1-herhalingen van EEN. thaliana en de pAa-eenheden van EEN. arenosa. Beide EEN. gemmifera en EEN. kawasakiana de pAa-, pAge1- en pAge2-repeatfamilies bezitten. Sequentievergelijkingen van verschillende centromere herhalingen onthulden dat deze families een sterk geconserveerd gebied van ongeveer 50 bp delen. Binnen elk van de vier herhalingsfamilies vertoonden twee of drie regio's lage niveaus van sequentievariatie. Het gemiddelde verschil in nucleotidesequentie was ongeveer 10% binnen families en 30% tussen families, wat resulteerde in duidelijke verschillen tussen families na fylogenetische analyse. FISH-analyse onthulde dat de lokalisatiepatronen voor de pAa-, pAge1- en pAge2-families chromosoomspecifiek waren in EEN. gemmifera en EEN. kawasakiana. In een paar chromosomen in A. gemmifera, en drie paar chromosomen in A. kawasakiana, waren twee herhalingsfamilies aanwezig. De aanwezigheid van drie families van centromere herhalingen in A. gemmifera en A. kawasakiana geeft aan dat de eerste stap naar homogenisatie van centromere herhalingen plaatsvond op het chromosoomniveau.

Dit is een voorbeeld van abonnementsinhoud, toegang via uw instelling.


Het centromeer DNA bevindt zich normaal gesproken in een heterochromatine-toestand, wat essentieel is voor de rekrutering van het cohesinecomplex dat de cohesie van de zusterchromatiden na DNA-replicatie medieert en ook voor de coördinatie van de scheiding van zusterchromatiden tijdens de anafase. In dit chromatine wordt de normale histon H3 vervangen door een centromeer-specifieke variant, CENP-A bij mensen (Lodish et al. 2004). Aangenomen wordt dat de aanwezigheid van CENP-A belangrijk is voor de assemblage van het kinetochoor op het centromeer. Van CENP-C is aangetoond dat het bijna uitsluitend lokaliseert in deze regio's van CENP-A-geassocieerd chromatine.

In de gist Schizosaccharomyces pombe (en waarschijnlijk in andere eukaryoten), is de vorming van centromeer heterochromatine verbonden met RNAi. [2] Bij nematoden zoals: Caenorhabditis elegans, sommige planten en de insectenorden Lepidoptera en Hemiptera, zijn chromosomen "holocentrisch", wat aangeeft dat er geen primaire plaats is van microtubuli-aanhechtingen of een primaire vernauwing, en een "diffuse" kinetochoor assembleert zich langs de gehele lengte van het chromosoom.


Onderzoek openen

Alle gegevens zijn beschikbaar in de hoofdtekst of in de ondersteunende informatie.

Figuur S1. FISH-mapping van vier potentiële centromere herhalingen in sacharum officinarum LA Paars.

Figuur S2. FISH-mapping van herhaalde So119 in sacharum officinarum LA Paars.

Figuur S3. FISH-mapping van zeven potentiële centromere herhalingen in sacharum officinarum LA Paars.

Figuur S4. Annotatie van de herhalingsclusters CL103, CL119 en CL137.

Figuur S5. Frequentiebepaling van de retroelement-eiwitdomeinen in de sequenties van de centromere herhalingen So103, So119 en So137.

Figuur S6. Dot plot-analyse van de aaneengesloten sequenties van So137 (a), So119 (b) en So103 (c).

Figuur S7. Nucleosoomverpakking van de centromere satellieten in suikerriet.

Figuur S8. De dinucleotide-frequenties die waren geassocieerd met de centromere herhalingsgerelateerde CENH3-nucleosomen.

Figuur S9. FISH-mapping van centromere herhaling So1 in verschillende sacharum soort.

Figuur S10. FISH-mapping van de vier centromere So1-variantherhalingen in sacharum robustum 57NG208 en sacharum spontaan Np-X.

Figuur S11. Chromosoomlocatie van de So1-varianten met FISH in de vier sacharum spontaan toetredingen met x = 8.

Figuur S12. FISH-mapping van de CRSa-gerelateerde satellieten in verschillende sacharum soort.

Tabel S1. De PCR-primers die in deze studie werden gebruikt.

Tabel S2. PCR-primers van centromere repeat-afgeleide eccDNA's.

Let op: De uitgever is niet verantwoordelijk voor de inhoud of functionaliteit van eventuele ondersteunende informatie die door de auteurs wordt aangeleverd. Alle vragen (behalve ontbrekende inhoud) moeten worden gericht aan de corresponderende auteur van het artikel.


Referenties

McIntosh JR: Structurele en mechanische controle van mitoseprogressie. Cold Spring Harbor Symp. Quant, Biol. 1991, 56: 613-619.

Nicklas RB, Ward SC, Gorbsky GJ: Kinetochore-chemie is gevoelig voor spanning en kan mitotische krachten koppelen aan een controlepunt van de celcyclus. J. Cell Biol. 1995, 130: 929-939.

Rieder CL, Cole RW, Khodiakov A, Sluder G: Het controlepunt dat de anafase vertraagt ​​als reactie op chromosoommonooriëntatie wordt gemedieerd door een remmend signaal dat wordt geproduceerd door niet-bevestigde kinetochoren. J. Cell Biol. 1995, 130: 941-948.

Choo KHA: Domeinorganisatie op het centromeer en neocentromeer. Ontwikkelingscel. 2001, 1: 165-177.

Karpen GH, Allshire RC: Het pleidooi voor epigenetische effecten op de identiteit en functie van centromeer. Trends Genet. 1997, 13: 489-496. 10.1016/S0168-9525(97)01298-5.

Henikoff S, Ahmad K, Malik HS: De centromeerparadox: stabiele overerving met snel evoluerend DNA. Wetenschap. 2001, 293: 1098-1102. 10.1126/wetenschap.1062939.

Palmer DK, O'Day K, Wener MH, Andrews BS, Margolis RL: Een 17kD centromeer eiwit (CENP-A) co-zuivert met nucleosoomkerndeeltjes en met histonen. J. Cell Biol. 1987, 104: 805-815.

Sullivan KF, Hechenberger M, Masri K: Human CENP-A bevat een histon H3-vouwdomein dat nodig is voor targeting op het centromeer. J. Cell Biol. 1994, 127: 581-592.

Stoler S, Keith KC, Curnick KE, Fitzgerald-Hayes M: Een mutatie in CSE4, een essentieel gen dat codeert voor een nieuw chromatine-geassocieerd eiwit in gist, veroorzaakt chromosoom non-disjunctie en celcyclusstilstand bij mitose. Genen & ontwikkelaar. 1995, 9: 573-586.

Figueroa J, Saffrich R, Ansorge W, Valdivia MM: Micro-injectie van antilichamen tegen centromeer eiwit CENP-A arresteert cellen in interfase maar voorkomt mitose niet. chromosoom. 1998, 107: 397-405. 10.1007/s004120050323.

Howman EV, Fowler KJ, Newson AJ, Redward S, MacDonald AC, Kalitsis P, Choo KHA: Vroege verstoring van centromere chromatine-organisatie in centromeer proteïne A (CENP-A) nulmuizen. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 2000, 97: 1148-1153. 10.1073/pnas.97.3.1148.

Blower MD, Karpen GH: De rol van Drosophila CENP-A/CID in kinetochoorvorming, celcyclusprogressie en interacties met heterochromatine. Natuur Cel Biol. 2001, 3: 730-739. 10.1038/35087045.

Shelby RD, Vafa O, Sullivan KF: Assemblage van CENP-A in centromeer chromatine vereist een coöperatieve reeks van nucleosomale DNA-contactplaatsen. J. Cell Biol. 1997, 136: 501-513. 10.1083/jcb.136.3.501.

Moroi Y, Peebles C, Fritzler MJ, Steigerwald J, Tan EM: Auto-antilichaam tegen centromeer (kinetochoor) in scleroderma-sera. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS,. 1980, 77: 1627-1631.

Valdivia MM, Figueroa J, Iglesias C, Ortiz M: een nieuw centromeer monospecifiek serum voor een menselijk auto-epitoop op het histon H3-achtige eiwit CENP-A. FEBS-brieven. 1998, 422: 5-9. 10.1016/S0014-5793(97)01583-4.

Zeitlin SG, Shelby RD, Sullivan KF: CENP-A wordt gefosforyleerd door Aurora B-kinase en speelt een onverwachte rol bij de voltooiing van cytokinese. J. Cell Biol. 2001, 155: 1147-1157. 10.1083/jcb.20018125.

Malik HS, Vermaak D, Henikoff S: terugkerende evolutie van DNA-bindende motieven in de centromere histon van Drosophila. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 2002, 99: 1449-1454. 10.1073/pnas.032664299.

Gilbert N, Allan J: Onderscheidende hogere-orde chromatinestructuur bij zoogdiercentromeren. Proc. nat. Acad. Wetenschap. VS. 2001, 98: 11949-11954. 10.1073/pnas.211322798.


Bekijk de video: structure and importance of centromere (Januari- 2022).