Пущино, г. Москва и Московская область, Россия
В работе с использованием методов сравнительной геномики проанализирована специфика распределения мононуклеотидных и смешанных треков W- и S-типа в структуре ДНК половой Y-хромосомы и в близкой к ней по размерам 22 хромосомы человека. Обнаружено, что у Y-хромосомы в ее регуляторной области наблюдается аномально высокая плотность S (G/C)-треков, состоящих из относительно коротких (до 6 пар нуклеотидов) последовательностей из G/C- (и C/G-) пар. Для 22 хромосомы небольшая избыточность таких S-треков наблюдается лишь в структуре ее кодирующих областей (экзонов). Ранее в своих исследованиях мы указывали на не тривиальную, повышенную способность G/C-пар по сравнению с А/Т-парами к спонтанному изменению геометрии своего комплементарного Н-связывания (из-за разных размерностей скрытого структурного полиморфизма уотсон-криковских G/C- и А/Т-пар). В данном случае, выявленная большая плотность S(G/C)-треков в межгенной части Y-хромосомы указывает на возможное увеличение числа событий спонтанного нарушения комплементарности в этой области по сравнению с аналогичными событиями в аутосомной 22 хромосоме. То есть, таким способом может инициироваться аномально высокая частота точечных спонтанных мутаций Y-хромосомы по сравнению с частотой аналогичных мутаций в других хромосомах человека. Что и наблюдается экспериментально.
ДНК структура хромосом, доминирование S-треков, структурный полиморфизм уотсон-криковских пар, частота спонтанных мутаций
1. Ali S., Hasnain S.E. Genomics of the human Y-chromosome-1. Association with male infertility. Gene, 2003, vol. 4 (321), pp. 25-37.
2. Lindblad-Toh K. [et al.] Genome sequence, comparative analysis and haplotype structure of the domestic dog. Nature, 2005, vol. 438, pp. 803-819.
3. Graves J.A.M. Sex Chromosome Specialization and Degeneration in Mammals. Cell, 2006, vol. 124 (5), pp. 901-914.
4. Mouse Genome Sequencing Consortium. Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome. Nature, 2002, vol. 420, pp. 520-562.
5. Wen-Hsiung Li [et al.] Male-driven evolution. Current Opinion in Genetics & Development, 2002, vol. 12, pp. 650-656.
6. Ballantyne K.N. [et al.] Mutability of Y-Chromosomal Microsatellites: Rates, Characteristics, Molecular Bases, and Forensic Implications. The American Journal of Human Genetics, 2010, vol. 87, pp. 341-353.
7. Lynch M., Sung W., Morris K., Coffey N., Landry C.R., Dopman E.B., Dickinson W.J., Okamoto K., Kulkarni S., Hartl D.L., Thomas W.K. A genome-wide view of the spectrum of spontaneous mutations in yeast. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2008, vol. 105 (27), pp. 9272-9277.
8. Dillon M.M., Sung W., Lynch M., Cooper V.S. The Rate and Molecular Spectrum of Spontaneous Mutations in the GC-Rich Multichromosome Genome of Burkholderia cenocepacia. Genetics, 2015, vol. 200, pp. 935-946.
9. Mehrotra S., Goyal V. Repetitive Sequences in Plant Nuclear DNA: Types, Distribution, Evolution and Function. Genomics Proteomics Bioinformatics, 2014, vol. 12 (4), pp. 164-171.
10. Forster H., Röhl A., Lünnemann P., Brinkmann C., Zerjal T., Tyler-Smith C., Brinkmann B. A Short Tandem Repeat-Based Phylogeny for the Human Y Chromosome. The American Journal of Human Genetics, 2000, vol. 67 (1), pp. 182-196.
11. Jobling M.A., Tyler-Smith C. Y-chromosomal SNP haplotype diversity in forensic analysis. Forensic Science International, 2001, vol. 118, pp. 158-162.
12. Jobling M.A., Tyler-Smith C. The human Y chromosome: an evolutionary marker comes of age”. Nature Reviews. Genetics, 2003, vol. 4, pp.598-612.
13. Subirana J.A., Messeguer X. The distribution of alternating AT sequences in eukaryotic genomes suggests a role in homologous chromosome recognition in meiosis. J. Theor. Biol., 2011, vol. 283, pp. 28-34.
14. Marx K.A., Zhou Y., Kishawi I.Q. Evidence for Long Poly(dA).Poly(dT) Tracts in D.Discoideum DNA at High Frequencies and Their Preferential Avoidance of Nucleosomal DNA Core Regions. J. Biomol. Struct. & Dyn., 2006, vol. 23, pp. 429-446.
15. Subirana J.A., Messeguer X. The most frequent short sequences in non-coding DNA. Nucleic Acids Res., 2010, vol. 38 (4), pp. 1172-1180.
16. Yagil G. The frequency of two-base tracts in eukaryotic genomes. J. Mol. Evol., 1993, vol. 37, pp. 123-130.
17. Yagil G. DNA tracts composed of only two bases concentrate in gene promoters. Genomics, 2006, vol. 87, pp. 591-597.
18. Shomer D., Yagil G. Long W tracts are over-represented in the E.coli and H.influenzae genomes. Nucl.AcidsRes., 1999, vol. 27, pp. 4491-4480.
19. Киселев C.C., Комаров В.М., Масулис И.С., Озолинь О.Н. Распределение мононуклеотидных повторов в бактериальных хромосомах. A/T-треки преобладают над G/C-треками. Компьют. исследов. моделир., 2010, т. 2, c. 183-187. [Kiselev S.S., Komarov V.M., Masulis I.S., Ozoline O.N. Distribution of mononucleotide repeats in bacterial chromosomes. Redundancy of A/T-tracts under G/C-tracts. Computer researches & modelling, 2010, vol. 2, pp. 183-187. (In Russ.)]
20. Piazza F., Lio P. Statistical analysis of simple repeats in the human genome. Physica A, 2005, vol. 347, pp. 472-488.
21. Dechering K.J., Cuelenaere K., Konings R.N.H., Leunissen J.A.M. Distinct frequency-distributions of homopolymeric DNA tracts in different genomes. Nucleic Acids Research, 1998, vol. 26, pp. 4056-4062.
22. Самченко А.А., Киселев С.С., Кабанов А.В., Кондратьев М.С., Комаров В.М. О природе доминирования олигомерных (dA:dT)n треков в структуре геномов эукариот. Биофизика, 2016, т. 6, с. 1045-1058. [Samchenko A.A., Kiselev S.S., Kabanov A.V., Kondratjev M.S., Komarov V.M. On the nature of oligo (dA:dT)n tracks domination in the structure of eukaryotic genomes. Biofizika, 2016, vol. 6, pp. 1045-1058. (In Russ.)]
23. Mackewicz D. [et al.] Distribution of Recombination Hotspots in the Human Genome - A Comparison of Computer Simulations with Real Data. PLOS ONE, 2013, vol. 8, e65272.
24. Cooper D.N., Youssoufian H. The CpG dinucleotide and human genetic disease. Hum Genet., 1988, vol. 78, pp. 151-155.
25. Sved J., Bird A. The expected equilibrium of the CpG dinucleotide in vertebrate genomes under a mutation model. Proc. Natl. Acad. Sci USA, 1990, vol. 87, pp. 4692-4696.
26. Fryxell K.J., Moon W.J. CpG mutation rates in the human genome are highly dependent on local GC content. Mol. Biol. Evol., 2005, vol. 22, pp. 650-658.
