Replikacja DNA ssaków inicjuje się w wielu miejscach wzdłuż chromosomów w różnym czasie podczas fazy S, zgodnie z czasowym programem replikacji. Specyfikacja Specyfikacja czasu replikacji jest uważana za dynamiczny proces regulowany przez specyficzne dla tkanki i rozwojowe wskazówki, które reagują na modyfikacje epigenetyczne. modyfikacje epigenetyczne. Jednak mechanizmy regulujące, gdzie i kiedy replikacja DNA wzdłuż chromosomów pozostają słabo poznane. Homologiczne chromosomy zwykle replikują się synchronicznie, jednak istnieją godne uwagi wyjątki od tej reguły. wyjątki od tej reguły. Na przykład, w żeńskich komórkach ssaków jeden z dwóch chromosomów X ulega opóźnionej replikacji w procesie znanym jako inaktywacja X(1). Wraz z tym opóźnieniem w czasie replikacji, szacowanym na 2-3 godziny, większość genów zostaje transkrypcyjnie wyciszona. genów zostaje transkrypcyjnie wyciszona na jednym chromosomie X. Ponadto cis-działający locus, znany jako centrum inaktywacji X, reguluje proces inaktywacji X proces inaktywacji X, w tym indukcję opóźnionego czasu replikacji na całym nieaktywnym chromosomie X. Ponadto, niektóre rearanżacje chromosomów znalezione w komórkach nowotworowych i komórkach narażonych na promieniowanie jonizujące wykazują znaczne opóźnienie czasu replikacji wynoszące >3 godziny, które wpływa na cały chromosom(2,3). Ostatnie prace naszego laboratorium wskazują, że zaburzenie dyskretnego cis-działających loci autosomalnych skutkuje wyjątkowo późnym fenotypem replikacyjnym, który wpływa na cały chromosom(4). Dodatkowe badania "inżynierii chromosomowej wskazują, że pewne rearanżacje chromosomów wpływające na wiele różnych chromosomów chromosomów powodują ten nieprawidłowy fenotyp czasu replikacji, sugerując, że że wszystkie chromosomy ssaków zawierają dyskretne loci działające cis, które kontrolują właściwy czas replikacji poszczególnych chromosomów(5). Tutaj przedstawiamy metodę metodę ilościowej analizy czasu replikacji chromosomów w połączeniu z fluorescencyjną hybrydyzacją in situ z fluorescencyjną hybrydyzacją in situ. Metoda ta pozwala na bezpośrednie porównanie czasu replikacji między homologicznymi chromosomami w tej samej komórce. komórce i została zaadaptowana z(6). Ponadto, metoda ta pozwala na jednoznaczną identyfikację rearanżacji chromosomalnych, które korelują z zmianami w czasie replikacji, które wpływają na cały chromosom. Ta metoda ma zalety w porównaniu z niedawno opracowanymi wysokowydajnymi mikromacierzami lub sekwencjonowaniem które nie są w stanie rozróżnić homologicznych alleli obecnych na rearanżowanych i nierearanżowanych chromosomach. Ponadto, ponieważ metoda może wykrywać zmiany w czasie replikacji chromosomów na chromosomach z rearanżacją. replikacji chromosomów na rearanżacjach chromosomalnych, które są obecne tylko we komórek w populacji. --- Kilka doniesień od ssaków wskazuje, że wzrost wskaźnika mutacji w regionach późnej replikacji późno replikujących się regionach może być częściowo odpowiedzialny za obserwowaną heterogeniczność genomową heterogeniczność w neutralnych wskaźnikach substytucji i poziomach różnorodności, chociaż mechanizmy tego pozostają słabo poznane. Ostatnie dowody sugerują również że późna replikacja jest związana z wysoką mutowalnością u drożdży. To z kolei rodzi pytanie, czy podobny efekt występuje u wszystkich eukariontów. eukariontów. Ograniczone dowody z jednego ramienia chromosomu u Drosophila melanogaster sugerują odwrotny wzorzec, z regionami nakładającymi się na wczesne początki zapłonu wykazując zwiększone poziomy różnorodności i rozbieżności. Biorąc pod uwagę dostępność profile czasu replikacji w całym genomie dla D. melanogaster, teraz wracamy do tej kwestii. Zgodnie z tym, co obserwuje się u innych taksonów, stwierdzamy, że rozbieżność w miejscach synonimicznych w rdzeniach egzonów, a także rozbieżność w rzekomo miejscach intronowych, jest podwyższona w regionach późnej replikacji. Analiza genów z niską tendencyjnością użycia kodonów sugeruje ∼30% różnicę w szybkości mutacji między najwcześniejszą i najpóźniej replikującą się sekwencją. Sekwencja introniczna sugeruje skromniejszą różnicę. Dodatkowo pokazujemy, że wzrost różnorodności w późno replikujących się sekwencjach nie wynika z czasu replikacji kowariancji z lokalną szybkością rekombinacji. Jeśli już, to efekty rekombinacji maskują wpływ czasu replikacji. Wnioskujemy, że w przeciwieństwie do do wcześniejszych doniesień i zgodne z tym, co obserwuje się u ssaków i drożdży, istnieje rzeczywiście istnieje związek między wskaźnikami rozbieżności i różnorodności nukleotydów a a czasem replikacji, który jest zgodny ze wzrostem wskaźnika mutacji podczas późnej fazy S u D. melanogaster. Jest zatem prawdopodobne, że taki efekt może być powszechny wśród eukariontów. Wynik ten może mieć implikacje dla na wnioskowanie o pozytywnej selekcji. --- Wskaźniki mutacji różnią się znacznie w obrębie genomu i między gatunkami. Ostatnie badania ujawniły długo podejrzewany wpływ czasu replikacji na szybkość mutacji, ale mechanizmy regulujące wzrost częstości mutacji w miarę replikacji genomu pozostają niejasne. genomu pozostają niejasne. Pojawiają się jednak dowody na to, że systemy naprawy DNA są ogólnie mniej wydajne w późno replikujących się regionach heterochromatycznych w porównaniu do wczesnych replikowanych euchromatycznych regionów genomu. Jednocześnie Jednocześnie wykazano, że wskaźniki mutacji zarówno u kręgowców, jak i bezkręgowców różnią się w zależności od czasu generacji (GT). GT jest skorelowana z wielkością genomu, co sugeruje możliwy wpływ nukleotypu na wskaźniki mutacji specyficzne dla gatunku. Te i inne obserwacje wskazują na rolę punktów kontrolnych replikacji DNA w w modulowaniu czasu generacji i szybkości mutacji podczas fazy syntezy DNA (faza S ) cyklu komórkowego. Poniżej zbadamy potencjalną rolę punktu kontrolnego w regulowaniu czasu cyklu komórkowego (GT) i szybkości mutacji u eukariontów. eukariontów. Ten artykuł został opublikowany online 5 sierpnia 2011 roku. Błąd został później zidentyfikowany. Niniejsze powiadomienie zostało zamieszczone w wersji online i drukowanej aby wskazać, że obie wersje zostały poprawione 4 października 2011 r. --- Poprzednie badania eksperymentalne sugerują, że tempo mutacji jest nierównomierne w całym genomie drożdży. Aby dokładniej scharakteryzować tę zmienność w całym genomie dokładnie, zmierzyliśmy szybkość mutacji genu URA3 zintegrowanego w 43 różnych lokalizacjach na chromosomie VI. Pokazujemy, że szybkość mutacji zmienia się 6-krotnie w pojedynczym chromosomie, że ta zmienność jest skorelowana z czasem replikacji i proponujemy czasem replikacji i proponujemy model wyjaśniający tę zmienność, który opiera się na na czasowym rozdzieleniu dwóch procesów replikacji uszkodzonego DNA: bezbłędnej tolerancji uszkodzeń DNA i syntezy translesionów. Model ten jest wspierany przez obserwację, że wyeliminowanie syntezy translesionów zmniejsza tę zmienność. --- Eukariotyczna replikacja DNA jest wysoce stratyfikowana, z różnymi regionami genomowymi replikują się w charakterystycznych momentach podczas fazy S. Tutaj obserwujemy, że szybkość mutacji, odzwierciedlona w niedawnej dywergencji ewolucyjnej i ludzkiej różnorodności nukleotydów, jest znacznie zwiększona w później replikujących się regionach ludzkiego genomu. ludzkiego genomu. Dotyczy to wszystkich klas substytucji, co sugeruje istnienie uogólniony mechanizm obejmujący uszkodzenia DNA zależne od czasu replikacji. Ta korelacja między szybkością mutacji a regionalnie stratyfikowanym czasem replikacji może mieć istotne implikacje ewolucyjne. --- Niedawna fala doniesień koreluje czas replikacji (RT) z szybkością mutacji zarówno podczas ewolucji, jak i raka. W szczególności, mutacje punktowe i utrata liczby kopii korelują z późną replikacją, podczas gdy wzrost liczby kopii i inne rearanżacje rearanżacje korelują z wczesną replikacją. W niektórych przypadkach zaproponowano zaproponowano prawdopodobne mechanizmy. Wskaźniki mutacji punktowych mogą odzwierciedlać czasową zmienność mechanizmów naprawczych. Indukowane transkrypcją pęknięcia dwuniciowe są w aktywnej transkrypcyjnie chromatynie wczesnej replikacji. Partnerzy fuzji są na ogół w bliskiej odległości, a chromatyna w bliskiej odległości replikuje się w podobnym czasie. pobliżu replikuje się w podobnym czasie. Jednak czasowe wzbogacenie liczby kopii pozostaje zagadką. Co więcej, wiele wniosków jest Ponadto wiele wniosków jest zagrożonych przez brak dopasowanych zestawów danych RT i sekwencji, filtrowanie zmienności rozwojowej w RT oraz wykorzystanie somatycznych linii komórkowych do wnioskowania o ewolucji linii do wnioskowania o ewolucji linii zarodkowej.
Czy czas replikacji wpływa na szybkość mutacji somatycznych?
Szybkość mutacji, odzwierciedlona w ostatnich rozbieżnościach ewolucyjnych i ludzkiej różnorodności nukleotydów, jest znacznie zwiększona w później replikujących się regionach ludzkiego genomu. Dotyczy to wszystkich klas substytucji, co sugeruje uogólniony mechanizm obejmujący uszkodzenia DNA zależne od czasu replikacji. Ogólnie rzecz biorąc, systemy naprawy DNA są mniej wydajne w późno replikujących się regionach heterochromatycznych w porównaniu z wczesnymi replikującymi się euchromatycznymi regionami genomu. U drożdży wskaźnik mutacji wzrasta wraz z czasem replikacji o ponad 30% między najwcześniejszymi i najpóźniejszymi regionami replikacyjnymi. Ograniczone dowody z jednego ramienia chromosomu u Drosophila melanogaster sugerują odwrotny wzorzec, z regionami nakładającymi się na wczesne źródła wykazujące zwiększony poziom różnorodności i rozbieżności. U ludzi wzorce replikacji DNA pomagają kształtować krajobrazy mutacyjne normalnych i nowotworowych genomów.