Informacja

8.22: Struktura chromosomu - biologia

8.22: Struktura chromosomu - biologia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

cele nauczania

Dowiedz się, jak DNA jest chronione i zagęszczane w komórkach

Ciągłość życia od jednej komórki do drugiej ma swoje podstawy w reprodukcji komórek na drodze cyklu komórkowego. ten cykl komórkowy to uporządkowana sekwencja zdarzeń opisująca etapy życia komórki od podziału pojedynczej komórki rodzicielskiej do produkcji dwóch nowych komórek potomnych. Mechanizmy zaangażowane w cykl komórkowy są silnie regulowane. Część tej regulacji obejmuje fizyczny kształt i strukturę DNA w różnych fazach cyklu komórkowego.

Struktura i zagęszczenie chromosomów eukariotycznych

Gdyby DNA ze wszystkich 46 chromosomów w jądrze komórki ludzkiej zostało ułożone od końca do końca, mierzyłoby około dwóch metrów; jednak jego średnica wynosiłaby tylko 2 nm. Biorąc pod uwagę, że rozmiar typowej komórki ludzkiej wynosi około 10 µm (100 000 komórek ułożonych w rzędzie do jednego metra), DNA musi być ciasno upakowane, aby pasowało do jądra komórki. Jednocześnie musi być również łatwo dostępny dla ekspresji genów. Na niektórych etapach cyklu komórkowego długie nici DNA są skondensowane w zwarte chromosomy. Istnieje wiele sposobów zagęszczania chromosomów.

Na pierwszym poziomie zagęszczania krótkie odcinki podwójnej helisy DNA owijają się wokół rdzenia ośmiu histon białka w regularnych odstępach na całej długości chromosomu (Rysunek 1). Nazywa się kompleks DNA-histon chromatyna. Przypominający koraliki kompleks histonowego DNA nazywa się a nukleosom, a DNA łączący nukleosomy nazywa się linkerem DNA. Cząsteczka DNA w tej postaci jest około siedem razy krótsza niż podwójna helisa bez histonów, a kulki mają średnicę około 10 nm, w przeciwieństwie do średnicy 2 nm podwójnej helisy DNA. Kolejny poziom zagęszczenia występuje, gdy nukleosomy i łącznik DNA między nimi są zwijane we włókno 30 nm chromatyny. To zwijanie dalej skraca chromosom, tak że jest on teraz około 50 razy krótszy niż forma rozciągnięta. Na trzecim poziomie pakowania do pakowania chromatyny stosuje się różne białka włókniste. Te włókniste białka zapewniają również, że każdy chromosom w niedzielącej się komórce zajmuje określony obszar jądra, który nie nakłada się na żaden inny chromosom.

DNA replikuje się w fazie S interfazy. Po replikacji chromosomy składają się z dwóch połączonych chromatydy siostrzane. Połączenie między siostrzanymi chromatydami jest najbliższe w regionie zwanym centromer. Połączone chromatydy siostrzane są widoczne pod mikroskopem świetlnym. Region centromerowy jest silnie skondensowany i dlatego będzie wyglądał jak obszar zwężony.

Ta animacja ilustruje różne poziomy upakowania chromosomów:

Element YouTube został wykluczony z tej wersji tekstu. Możesz go obejrzeć online tutaj: pb.libretexts.org/bionm1/?p=274

cele nauczania

DNA u eukariontów jest wysoce ustrukturyzowane i zorganizowane na wszystkich etapach życia organizmu. Organizmy diploidalne zawierają parę każdego chromosomu; ludzie mają 23 pary, co daje w sumie 46 chromosomów. Pary chromosomów, znane również jako chromosomy homologiczne, zawierają te same geny, chociaż mogą występować różnice między wersją genu u każdego członka pary. DNA jest zwykle ciasno upakowane w jądrze komórki eukariotycznej za pośrednictwem kompleksów białko-DNA, które tworzą charakterystyczny skondensowany kształt „chromosomu”. DNA zagęszcza się jeszcze bardziej, przygotowując się do podziału komórek.


Fuzja acetylotransferaz histonowych MOZ i p300 w ostrej białaczce monocytowej z translokacją chromosomu t(822)(p11q13)

Acetylotransferaza histonowa p300 działa jako koaktywator transkrypcji, który oddziałuje z wieloma czynnikami transkrypcyjnymi. Białko palca cynkowego w białaczce monocytowej (MOZ) ma aktywność acetylotransferazy histonowej. Zgłaszamy fuzję MOZ gen do p300 gen w ostrej białaczce szpikowej z translokacją t(822)(p11q13). Analizy FISH i Southern blot wykazały rearanżację MOZ oraz p300 geny. Określiliśmy strukturę genomową p300 i MOZ geny i punkty przerwania translokacji. Analiza transkryptów fuzyjnych wykazała, że ​​domeny palca cynkowego i acetylotransferazy MOZ są połączone z w dużej mierze nienaruszonym p300. Wyniki te sugerują, że MOZ-p300, który ma dwie domeny acetylotransferazy, może być zaangażowany w leukemogenezę poprzez nieprawidłową regulację acetylacji histonów.


Zawartość

Defekt chromosomalny w chromosomie Filadelfia jest translokacją wzajemną, w której części dwóch chromosomów, 9 i 22, zamieniają się miejscami. W rezultacie gen fuzyjny jest tworzony przez zestawienie ABL1 gen na chromosomie 9 (region q34) do części BCR (region klastra punktu przerwania) na chromosomie 22 (region q11). Jest to translokacja wzajemna, tworząca wydłużony chromosom 9 (nazywany chromosomem pochodnym lub der 9) i obcięty chromosom 22 (chromosom Filadelfia, 22q-). [5] [6] W porozumieniu z Międzynarodowym Systemem Nomenklatury Cytogenetycznej Człowieka (ISCN), ta translokacja chromosomowa jest oznaczona jako t(922)(q34q11). Symbol ABL1 pochodzi od Abelson, nazwy wirusa białaczki, który zawiera podobne białko. Symbol BCR pochodzi od regionu skupienia punktu przerwania, genu kodującego białko działające jako czynnik wymiany nukleotydów guaninowych dla białek GTPazy Rho [7]

Translokacja skutkuje onkogenną fuzją genu BCR-ABL1, którą można znaleźć na krótszym pochodnym chromosomie 22. Gen ten koduje białko fuzyjne BCR-ABL1. W zależności od dokładnej lokalizacji fuzji masa cząsteczkowa tego białka może wynosić od 185 do 210 kDa. W konsekwencji, hybrydowe białko fuzyjne BCR-ABL1 jest określane jako p210 lub p185.

Trzy klinicznie ważne warianty kodowane przez gen fuzyjny to izoformy p190, p210 i p230. [8] p190 jest ogólnie związany z ostrą białaczką limfoblastyczną z komórek B (ALL), podczas gdy p210 jest ogólnie związany z przewlekłą białaczką szpikową, ale może być również związany z ALL i AML. [9] p230 jest zwykle związany z przewlekłą białaczką szpikową związaną z neutrofilią i trombocytozą (CML-N). [9] Dodatkowo, izoforma p190 może być również wyrażana jako wariant splicingowy p210. [10]

Gen ABL1 wyraża białko związane z błoną, kinazę tyrozynową, a transkrypt BCR-ABL1 ulega również translacji do kinazy tyrozynowej zawierającej domeny z obu genów BCR i ABL1. Aktywność kinaz tyrozynowych jest zazwyczaj regulowana w sposób autohamujący, ale gen fuzyjny BCR-ABL1 koduje białko, które jest „zawsze włączone” lub konstytutywnie aktywowane, co prowadzi do upośledzenia wiązania DNA i nieuregulowanego podziału komórek (tj. raka). Wynika to z zastąpienia mirystoilowanego regionu czapeczki, który, gdy jest obecny, indukuje zmianę konformacyjną, czyniąc domenę kinazy nieaktywną, skróconą częścią białka BCR. [11] Chociaż region BCR wyraża również kinazy serynowo/treoninowe, funkcja kinazy tyrozynowej jest bardzo istotna w terapii lekowej. Ponieważ N-końcowe domeny Y177 i CC z BCR kodują konstytutywną aktywację kinazy ABL1, regiony te są celem terapii mających na celu regulację w dół aktywności kinazy BCR-ABL1. Inhibitory kinazy tyrozynowej specyficzne dla takich domen, jak CC, Y177 i Rho (takie jak imatynib i sunitynib) są ważnymi lekami przeciwko różnym nowotworom, w tym CML, rakowi nerkowokomórkowemu (RCC) i nowotworom podścieliskowym przewodu pokarmowego (GIST).

Skondensowany BCR-ABL1 Białko oddziałuje z podjednostką beta(c) receptora interleukiny-3 i jest moderowane przez pętlę aktywacyjną w jej domenie SH1, która jest „włączona” po związaniu z ATP i wyzwala szlaki w dół. Aktywność kinazy tyrozynowej ABL1 BCR-ABL1 jest podwyższony w stosunku do ABL1 typu dzikiego. [12] Ponieważ ABL aktywuje wiele białek i enzymów kontrolujących cykl komórkowy, wynik BCR-ABL1 fuzja ma przyspieszyć podział komórek. Co więcej, hamuje naprawę DNA, powodując niestabilność genomową i potencjalnie powodując przerażający kryzys blastyczny w CML.

Gen fuzyjny BCR-ABL1 i białko kodowane przez chromosom Filadelfia wpływają na wiele szlaków sygnałowych, które bezpośrednio wpływają na potencjał apoptotyczny, tempo podziału komórek i różne etapy cyklu komórkowego, aby osiągnąć niekontrolowaną proliferację charakterystyczną dla CML i ALL.

Ścieżka JAK/STAT Edytuj

Szczególnie istotna dla przeżycia i proliferacji komórek białaczki szpikowej w mikrośrodowisku szpiku kostnego jest sygnalizacja cytokin i czynników wzrostu. Szlak JAK/STAT łagodzi wiele z tych efektorów poprzez aktywację STAT, które są czynnikami transkrypcyjnymi ze zdolnością do modulowania receptorów cytokin i czynników wzrostu. JAK2 fosforyluje białko fuzyjne BCR-ABL w Y177 i stabilizuje białko fuzyjne, wzmacniając sygnalizację komórek nowotworowych. Wykazano, że mutacje JAK2 są kluczowe dla nowotworów mieloproliferacyjnych, a kinazy JAK odgrywają kluczową rolę w kierowaniu nowotworami hematologicznymi (JAK blood journal). Terapie ALL i CML były ukierunkowane na JAK2, jak również BCR-ABL przy użyciu nilotynibu i ruksolitynibu w modelach mysich w celu regulacji w dół sygnalizacji cytokin poprzez wyciszenie aktywacji transkrypcji STAT3 i STAT5 (appelmann i wsp.). Interakcja między JAK2 i BCR-ABL w tych hematopoetycznych nowotworach złośliwych implikuje ważną rolę sygnalizacji cytokin, w której pośredniczy JAK-STAT, w promowaniu wzrostu komórek białaczkowych wykazujących aktywność chromosomu Ph i kinazy tyrozynowej BCR-ABL. Chociaż dyskutowano centralną rolę szlaku JAK2 w bezpośredniej proliferacji w CML, jego rola jako efektora w dół kinazy tyrozynowej BCR-ABL została utrzymana. Wpływy na cykl komórkowy za pośrednictwem JAK-STAT są w dużej mierze obwodowe, ale poprzez bezpośredni wpływ na utrzymanie niszy hematopoetycznej i otaczającego ją mikrośrodowiska, regulacja w górę sygnalizacji JAK-STAT przez BCR-ABL odgrywa ważną rolę w utrzymywaniu wzrostu i podziału komórek białaczkowych. [13] [14]

Ścieżka Ras/MAPK/ERK Edytuj

Szlak Ras/MAPK/ERK przekazuje sygnały jądrowym czynnikom transkrypcyjnym i odgrywa rolę w kontrolowaniu i różnicowaniu cyklu komórkowego. W komórkach zawierających chromosom Ph kinaza tyrozynowa BCR-ABL aktywuje szlak RAS/RAF/MEK/ERK, co skutkuje nieregulowaną proliferacją komórek poprzez transkrypcję genów w jądrze. Kinaza tyrozynowa BCR-ABL aktywuje Ras poprzez fosforylację białka GAB2, która jest zależna od fosforylacji Y177 zlokalizowanej w BCR. W szczególności wykazano, że Ras jest ważnym celem dalszego BCR-ABL1 w CML, ponieważ mutanty Ras w modelach mysich zakłócają rozwój CML związanej z genem BCR-ABL1 (efekt hamowania Ras w hematopoezie i białaczce BCR/ABL). Szlak Ras/RAF/MEK/ERK jest również związany z nadekspresją osteopontyny (OPN), która jest ważna dla utrzymania niszy hematopoetycznych komórek macierzystych, co pośrednio wpływa na niekontrolowaną proliferację charakterystyczną dla komórek białaczkowych. Komórki fuzyjne BCR-ABL wykazują również konstytutywnie wysokie poziomy aktywowanego Ras związanego z GTP, aktywując zależny od Ras szlak sygnałowy, który, jak wykazano, hamuje apoptozę w dół od BCR-ABL (Cortez i in.). Interakcje z receptorem IL-3 indukują również szlak Ras/RAF/MEK/ERK do fosforylacji czynników transkrypcyjnych, które odgrywają rolę w kierowaniu przejściem G1/S w cyklu komórkowym. [15] [16] [17]

Wiązanie DNA i apoptoza Edytuj

Gen c-Abl w komórkach typu dzikiego bierze udział w wiązaniu DNA, co wpływa na takie procesy, jak transkrypcja DNA, naprawa, apoptoza i inne procesy leżące u podstaw cyklu komórkowego. Chociaż charakter tej interakcji był przedmiotem dyskusji, istnieją dowody sugerujące, że c-Abl fosforyluje HIPK2, kinazę serynowo/treoninową, w odpowiedzi na uszkodzenie DNA i sprzyja apoptozie w normalnych komórkach. W przeciwieństwie do tego wykazano, że fuzja BCR-ABL hamuje apoptozę, ale jej wpływ na wiązanie DNA jest w szczególności niejasny. [18] W hamowaniu apoptozy, wykazano, że komórki BCR-ABL są oporne na apoptozę indukowaną lekiem, ale mają również proapoptotyczny profil ekspresji dzięki zwiększonym poziomom ekspresji p53, p21 i Bax. Funkcja tych białek proapoptotycznych jest jednak zaburzona i apoptoza nie zachodzi w tych komórkach. BCR-ABL jest również zaangażowany w zapobieganie przetwarzaniu kaspazy 9 i kaspazy 3, co zwiększa efekt hamujący. [19] [20] [21] Innym czynnikiem zapobiegającym progresji cyklu komórkowego i apoptozie jest delecja genu IKAROS, który występuje w >80% przypadków ALL z chromosomem Ph. Gen IKAROS ma kluczowe znaczenie dla zatrzymania cyklu komórkowego, w którym pośredniczy receptor komórek Pre-B w komórkach ALL pozytywnych pod względem Ph, które w przypadku upośledzenia zapewniają mechanizm niekontrolowanej progresji cyklu komórkowego i proliferacji uszkodzonych komórek, co jest wspierane przez sygnalizację kinazy tyrozynowej BCR-ABL. [22]

Chromosom Filadelfia jest oznaczony Ph (lub Ph') chromosom i oznacza skrócony chromosom 22, który koduje fuzję gen/kinazę białkową BCR-ABL. Powstaje z translokacji, którą określa się t(922)(k34.1k11.2), między chromosomem 9 a chromosomem 22, z przerwami występującymi w regionie (3), prążku (4), podprążku (1) długiego ramienia (q) chromosomu 9 i regionie (1), prążku (1), podzakresie -pasmo (2) długiego ramienia (q) chromosomu 22. Stąd punkty przerwania chromosomu są zapisane odpowiednio jako (9q34.1) i (22q11.2) przy użyciu standardów ISCN.


Znaczenie kliniczne

W przeciwieństwie do innych chromosomów, zmiany w chromosomie Y wydają się mieć stosunkowo niewielkie konsekwencje funkcjonalne (poza kilkoma kluczowymi genami, takimi jak SRY). Jednak chromosom Y jest związany z różnymi zaburzeniami chromosomów płci.

Zaburzenia chromosomów płciowych

Posiadanie nieprawidłowej liczby chromosomów bardzo rzadko jest opłacalne u ludzi. Istnieje kilka wyjątków od tej reguły, na przykład trzy kopie chromosomu 21 powodują zespół Downa, a trzy kopie chromosomu 18 powodują zespół Edwarda.

Jednak zaburzenia wynikające z dodatkowych kopii chromosomów płciowych są znacznie bardziej prawdopodobne, że kończą się żywym porodem. W związku z tym istnieje wiele różnych potencjalnych genotypów i fenotypów zarówno pomiędzy tymi zaburzeniami, jak i w ich obrębie. Poniżej kilka przykładów, które odnoszą się do chromosomu Y.

  • Zespół Turnera (XO) – Zespół Turnera to brak jednego z chromosomów płci, co oznacza, że ​​osoba dotknięta chorobą ma łącznie 45 chromosomów. Osoby te są fenotypowo płci żeńskiej, ale mają zmieniony rozwój, który prowadzi do niskiego wzrostu, niepłodności i innych problemów zdrowotnych.
  • Zespół Klinefeltera (XXY) – Zespół Klinefeltera to obecność dodatkowego chromosomu X, co oznacza, że ​​dana osoba ma łącznie 47 chromosomów. Osoba nadal nosi chromosom Y, więc jest fenotypowo mężczyzną, ale ma zmieniony rozwój i „w niektórych przypadkach” dodatkowe problemy zdrowotne.
  • Zespół XYY – zespół XXY, zwany także zespołem YY, jest rzadkim zaburzeniem spowodowanym obecnością dodatkowej kopii chromosomu Y u mężczyzn. Dlatego, podobnie jak osoby z zespołem Klinefeltera, mają łącznie 47 chromosomów. Osoby dotknięte chorobą są zwykle bardzo wysokie i czasami mają niepełnosprawność intelektualną. Często cierpią również na ciężki trądzik w wieku młodzieńczym. Jednak w niektórych przypadkach objawy nie są oczywiste, a osoby dotknięte chorobą wykazują normalny rozwój. W rezultacie wiele osób dotkniętych chorobą zostaje zdiagnozowanych dopiero w późniejszym życiu.

  • XX męski zespół – XX męski zespół jest rzadką chorobą spowodowaną nieprawidłową rekombinacją chromosomów X i Y w gametach ojca. Rezultatem jest jeden z chromosomów X niosący część chromosomu Y. Jeśli ta część zawiera gen SRY, rozpocznie się rozwój samca. W rezultacie osobnik będzie fenotypowo męski, mimo że ma genotyp XX.

Zespół niewrażliwości na androgeny

Zespół niewrażliwości na androgeny jest rzadką chorobą, w której dana osoba ma męski genotyp (XY), ale nie rozwija w pełni męskiego fenotypu i może w rzeczywistości posiadać cechy wyłącznie żeńskie. Dzieje się tak, ponieważ ich komórki nie reagują na typowe działanie męskich hormonów płciowych.

Istnieją różne stopnie nasilenia tego zaburzenia. Częściowa niewrażliwość na androgeny może skutkować obecnością męskich, żeńskich lub męskich narządów płciowych o cechach zarówno męskich, jak i żeńskich. W przeciwieństwie do tego, całkowita niewrażliwość na androgeny, która powoduje, że osobniki rozwijają zewnętrzne cechy żeńskie, ale z niezstąpionymi męskimi jądrami i brakiem macicy. Całkowita niewrażliwość na androgeny często nie jest wykrywana aż do okresu dojrzewania.

Utrata chromosomu Y (LOY)

Wraz z wiekiem mężczyzn niektóre z ich komórek mogą stracić chromosomy Y. Skutkuje to genetyczną mozaiką, co oznacza, że ​​komórki tej samej osoby mają inny genotyp. Uważa się, że palenie naraża mężczyzn na zwiększone ryzyko tego zjawiska, a LOY wiąże się ze skróceniem oczekiwanej długości życia.


Usuwanie krytycznych fałszywych alarmów

Ten cFP Struktura

Nasz wkład to mechanizm, który pozwala uniknąć fałszywych rozgałęzień. W szczególności proponujemy wykrywanie i przechowywanie w osobnej strukturze elementów fałszywie dodatnich, które są odpowiedzialne za fałszywe rozgałęzienia. W tym celu przedstawiamy cFP struktura krytyczne Fałszywe Pozytywy k-mers, zaimplementowany ze standardowym zestawem pozwalającym na szybki test członkostwa. Każde zapytanie do filtra Bloom jest modyfikowane w taki sposób, że tak odpowiedź jest zwracana wtedy i tylko wtedy, gdy odpowie filtr Bloom tak a element nie jest w cFP.

Oczywiście, jeśli cFP zawierał wszystkie elementy fałszywie dodatnie, korzyści z używania filtra Blooma dla wydajności pamięci zostałyby utracone. Kluczową obserwacją jest to, że k-mery, które będą odpytywane podczas przechodzenia przez wykres, nie są wszystko możliwy k-merowie. Niech S będzie zbiorem prawdziwie dodatnich węzłów, a E będzie zbiorem rozszerzeń węzłów z S . Zakładając, że przechodzimy po grafie tylko zaczynając od węzła w S , fałszywe alarmy, które nie należą do E, nigdy nie będą odpytywane. Dlatego zestaw cFP będzie podzbiorem E . Niech P będzie zbiorem wszystkich elementów E, dla których odpowiada filtr Blooma tak. ten zestaw krytycznych fałszywych alarmów cFP jest wtedy formalnie zdefiniowany jako cFP = P S .

Rysunek 1 przedstawia prosty wykres ze zbiorem S poprawnych węzłów w regularnych okręgach i cFP w przerywanych prostokątach. Dokładna reprezentacja wykresu składa się zatem z dwóch struktur danych: filtra Blooma i zbioru cFP krytycznych fałszywych alarmów. Algorytm 1 opisuje, jak skonstruować cFP przy użyciu stałej ilości pamięci. Zbiór P jest tworzony na dysku, z którego cFP jest następnie stopniowo konstruowany przez iteracyjne filtrowanie P z partycjami S ((D i)i≥0) załadowany do tablicy mieszającej. Zbiory S , P i (D i)i≥0 są przechowywane na dysku twardym. Zestawy (P i)i≥0 znajdują się w pamięci RAM i są zwymiarowane tak, aby zajmowały tyle miejsca, co filtr Bloom (który został uwolniony w kroku 4). Zauważ, że we/wy na dysku są zawsze sekwencyjne.

Kompletny przykład usuwania fałszywych trafień z grafu probabilistycznego de Bruijna. (a) pokazuje S , przykład grafu de Bruijna (7 niekreskowanych węzłów) i jego probabilistyczną reprezentację z filtru Blooma (biorąc sumę wszystkich węzłów). Przerywane węzły prostokątne (na czerwono w wersji elektronicznej) są bezpośrednimi sąsiadami in. Węzły te są krytycznymi fałszywymi alarmami. Przerywane okrągłe węzły (na zielono) to wszystkie pozostałe węzły (b) pokazuje próbkę wartości skrótu skojarzonych z węzłami S (używana jest funkcja skrótu zabawki) (C) pokazuje kompletny filtr Blooma związany z S nawiasem mówiąc, węzły ℬ to dokładnie te, na które filtr Blooma odpowiada pozytywnie (D) opisuje dolną granicę dokładnego zakodowania węzłów S (samoinformacje) i przestrzeń wymaganą do zakodowania naszej struktury (filtr Blooma, 10 bitów i 3 krytyczne fałszywe alarmy, 6 bitów na 3-mer).

Algorytm 1 Wyliczanie w pamięci stałej krytycznych wyników fałszywie dodatnich

Wymiarowanie filtra Bloom w celu zminimalizowania zużycia pamięci

Zestaw cFP rośnie wraz z liczbą fałszywych trafień. Aby zoptymalizować wykorzystanie pamięci, należy dokonać kompromisu między rozmiarami filtra Bloom a cFP jest studiowany tutaj.

Stosując te same zapisy, co w definicji filtru Blooma, zakładając, że n = | S | , rozmiar filtra m a współczynnik fałszywie dodatnich F są powiązane równaniem 1. Oczekiwany rozmiar cFP wynosi 8 n · F , ponieważ każdy węzeł ma tylko osiem możliwych rozszerzeń, co może być fałszywymi alarmami. W kodowaniu cFP, każdy k-mer zajmuje 2·k bity. Przypomnijmy, że dla danego współczynnika fałszywie dodatnich F , oczekiwany optymalny rozmiar filtra Blooma wynosi 1 . 44 n log 2 (1 F). Oczekuje się zatem, że całkowita wielkość struktury będzie

Rozmiar jest minimalny dla F ≈ (16 k/2,08)-1. Zatem minimalna liczba bitów wymagana do przechowywania filtra Blooma i zestawu cFP jest w przybliżeniu

Dla ilustracji, Rysunek 2-(a) pokazuje rozmiar struktury dla różnych rozmiarów filtrów Blooma i k = 27. Dla tej wartości k, optymalny rozmiar filtra Bloom to 11,1 bitów na k-mer, a całkowita struktura zajmuje 13,2 bitów na k-mer. Rysunek 2-(b) pokazuje, że k ma tylko niewielki wpływ na optymalną wielkość struktury. Zwróć uwagę, że rozmiar cFP struktura jest w rzeczywistości niezależna od k.

Optymalny rozmiar struktury danych dla parametru r , a następnie dla parametru k . (a) Rozmiar struktury (filtr Blooma, krytyczne fałszywe alarmy) w funkcji liczby bitów na k-mer przypisany do filtra Blooma (zwany także ratio) r) dla k = 27. Kompromis, który optymalizuje całkowity rozmiar, jest pokazany liniami przerywanymi. (b) Optymalna wielkość konstrukcji dla różnych wartości k.

Dla porównania, filtr Blooma praktycznie bez krytycznych wyników fałszywie dodatnich wymagałby F · 8 n < 1 , tj. r > 1,44 log2(8n). Dla ludzkiego genomu (n = 2.4·10 9 ), r byłaby większa niż 49,2, dając filtr Bloom o rozmiarze 13,7 GB.


Struktura, funkcja i ewolucja całego ludzkiego chromosomu 8

Kompletny montaż każdego ludzkiego chromosomu jest niezbędny do zrozumienia ludzkiej biologii i ewolucji 1,2 . Tutaj używamy komplementarnych technologii sekwencjonowania z długim odczytem, ​​aby zakończyć montaż liniowy ludzkiego chromosomu 8. Nasze składanie rozwiązuje sekwencję pięciu wcześniej długotrwałych przerw, w tym centromerową macierz α-satelitarną o wielkości 2,08 MB, polimorfizm liczby kopii o wielkości 644 kb w klastrze genów β-defensyny, który jest ważny dla ryzyka choroby, oraz 863 kb zmiennej liczby powtórzeń tandemowych na chromosomie 8q21.2, które mogą funkcjonować jako neocentromer. Pokazujemy, że centromeryczna macierz α-satelitarna jest ogólnie zmetylowana, z wyjątkiem hipometylowanego regionu 73 kb różnych satelitów α wyższego rzędu wzbogaconych o nukleosom CENP-A, zgodnego z lokalizacją kinetochoru. Ponadto potwierdzamy ogólną organizację i wzorzec metylacji centromeru w diploidalnym genomie człowieka. Korzystając z podwójnego podejścia do sekwencjonowania z długim odczytem, ​​kompletujemy wysokiej jakości szkice zespołów ortologicznych centromeru z chromosomu 8 u szympansów, orangutanów i makaków, aby zrekonstruować jego historię ewolucyjną. Analizy porównawcze i filogenetyczne pokazują, że struktura wyższego rzędu satelity α rozwinęła się u przodka małp człekokształtnych z symetrią warstwową, w której starsze powtórzenia wyższego rzędu znajdują się na obrzeżach monomerycznych satelitów α. Szacujemy, że tempo mutacji centromerowego satelitarnego DNA jest przyspieszone ponad 2,2-krotnie w porównaniu z unikalnymi częściami genomu, a przyspieszenie to rozciąga się na sekwencję flankującą.

Oświadczenie o konflikcie interesów

Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów.

Figury

Rys. 1. Połączenie telomer-telomer ludzkiego chromosomu…

Ryc. 1. Zespół telomer-telomer ludzkiego chromosomu 8.

Rys. 2. Sekwencja, struktura i mapa epigenetyczna…

Rys. 2. Sekwencja, struktura i mapa epigenetyczna regionu centromerowego chromosomu 8.

Rys. 3. Sekwencja i struktura…

Ryc. 3. Sekwencja i struktura centromerów chromosomu 8 szympansa, orangutana i makaka.

Rys. 4. Ewolucja chromosomu 8…

Ryc. 4. Ewolucja centromeru chromosomu 8.

Rozszerzone dane Rys. 1. Kolejność, struktura i…

Rozszerzone dane Rys. 1. Sekwencja, struktura i mapa epigenetyczna neocentromerowego chromosomu 8q21.2 VNTR.

Rozszerzone dane Rys. 2. CHM13 chromosom 8…

Rozszerzone dane Rys. 2. Telomery CHM13 chromosomu 8.

Rozszerzone dane Rys. 3. Geny z ulepszonymi…

Rozszerzone dane Ryc. 3. Geny o ulepszonym dopasowaniu do zespołu CHM13 chromosomu 8 względem…

Rozszerzone dane Rys. 4. Porównanie…

Rozszerzone dane Rys. 4. Porównanie loci CHM13 i GRCh38 β-defensyny.

Rozszerzone dane Rys. 5. Walidacja…

Rozszerzone dane Rys. 5. Walidacja locus β-defensyny CHM13 i numer kopii…

Rozszerzone dane Rys. 6. Walidacja…

Rozszerzone dane Rys. 6. Walidacja regionu centromerowego CHM13 chromosomu 8.

Rozszerzone dane Rys. 7. Kolejność, struktura i…

Rozszerzone dane Rys. 7. Sekwencja, struktura i mapa epigenetyczna ludzkiego diploidalnego HG00733 chromosomu 8…

Rozszerzone dane Rys. 8. Skład, organizacja i…

Rozszerzone dane Rys. 8. Skład, organizacja i entropia macierzy HOR α-satelity CHM13 D8Z2.

Rozszerzone dane Rys. 9. Lokalizacja CENP-A…

Rozszerzone dane Rys. 9. Lokalizacja chromatyny CENP-A w macierzy CHM13 D8Z2 α-satelita HOR.


Afiliacje

Research Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical Center, Ushaika Street 10, Tomsk, 634050, Rosja

T. V. Nikitina, A. A. Kashevarova, M. E. Lopatkina, Yu. S. Jakowlewa, S. A. Wasiljew i I. N. Lebiediew

Zakład Molekularnych Mechanizmów Rozwoju, Instytut Cytologii i Genetyki SB RAS, Nowosybirsk, 630090, Rosja

M. M. Gridina, A. A. Khabarova, A. G. Menzorov, Yu. A. Minina, I. E. Pristyazhnyuk i O. L. Serov

Zakład Genetyki Medycznej, Syberyjski Państwowy Uniwersytet Medyczny, Tomsk, 634050, Rosja

Yu. S. Jakowlewa, D. A. Fedotow i I. N. Lebiediew

Wydział Nauk Przyrodniczych, Nowosybirski Państwowy Uniwersytet, Nowosybirsk, 630090, Rosja


Obejrzyj wideo: Chromatin, Histones and Modifications, Rate My Science (Może 2022).


Uwagi:

  1. Mu'ayyad

    Chętnie przyjmę. Moim zdaniem to ciekawe pytanie, wezmę udział w dyskusji. Wiem, że razem możemy dojść do właściwej odpowiedzi.

  2. Fariq

    Jest w tym coś, co wydaje mi się dobrym pomysłem. Zgadzam się z Tobą.

  3. Yozshuzil

    Mogę szukać odniesienia do strony z dużą ilością artykułów na temat interesującego Ciebie.

  4. Kagalkree

    Myślę, że to już zostało omówione.



Napisać wiadomość