El ADN satélite está formado por conjuntos muy grandes de ADN no codificante que se repite en tándem . El ADN satélite es el componente principal de los centrómeros funcionales y forma el principal constituyente estructural de la heterocromatina . [1]
El nombre "ADN satélite" se refiere al fenómeno de que las repeticiones de una secuencia corta de ADN tienden a producir una frecuencia diferente de las bases adenina , citosina , guanina y timina y, por lo tanto, tienen una densidad diferente del ADN en masa, de modo que forman una segunda banda o bandas "satélite" cuando el ADN genómico se separa a lo largo de un gradiente de densidad de cloruro de cesio utilizando centrifugación de densidad flotante . [2] Las secuencias con una mayor proporción de A+T muestran una densidad menor, mientras que aquellas con una mayor proporción de G+C muestran una densidad mayor que la masa del ADN genómico. Algunas secuencias repetitivas son ~50% G+C/A+T y, por lo tanto, tienen densidades flotantes iguales a las del ADN genómico en masa. Estos satélites se denominan satélites "crípticos" porque forman una banda oculta dentro de la banda principal del ADN genómico. "Isopícnico" es otro término utilizado para los satélites crípticos. [3]
El ADN satélite, junto con el ADN minisatélite y microsatélite , constituyen las repeticiones en tándem . [4] El tamaño de las matrices de ADN satélite varía mucho entre individuos. [5]
Las principales familias de ADN satélite en los seres humanos se denominan:
Un patrón repetido puede tener entre 1 par de bases (pb) de longitud (una repetición de mononucleótido) a varios miles de pares de bases de longitud, [7] y el tamaño total de un bloque de ADN satélite puede ser de varias megabases sin interrupción. Se han descrito unidades de repetición largas que contienen dominios de segmentos repetidos más cortos y mononucleótidos (1-5 pb), dispuestos en grupos de microsatélites, en los que se agrupaban las diferencias entre las copias individuales de las unidades de repetición más largas. [7] La mayor parte del ADN satélite se localiza en la región telomérica o centromérica del cromosoma. La secuencia de nucleótidos de las repeticiones está bastante bien conservada en todas las especies. Sin embargo, la variación en la longitud de la repetición es común.
Los estudios basados en secuenciación de baja resolución han demostrado variación en las longitudes de los conjuntos de satélites de la población humana, así como en la frecuencia de ciertas variaciones de secuencia y estructurales (11–13, 29). Sin embargo, debido a la falta de ensamblajes completos de centrómeros, la comprensión básica de la variación y evolución de los conjuntos de satélites ha seguido siendo débil. [5] Por ejemplo, el ADN minisatélite es una región corta (1-5 kb) de elementos repetidos con una longitud >9 nucleótidos. Mientras que se considera que los microsatélites en las secuencias de ADN tienen una longitud de 1-8 nucleótidos. [8] La diferencia en la cantidad de repeticiones presentes en la región (longitud de la región) es la base para la elaboración de perfiles de ADN . [ cita requerida ]
Se cree que los microsatélites se originaron por el deslizamiento de la polimerasa durante la replicación del ADN. Esto se debe a la observación de que los alelos de microsatélites suelen ser polimórficos en cuanto a longitud; en concreto, las diferencias de longitud observadas entre los alelos de microsatélites son generalmente múltiplos de la longitud de la unidad repetida. [9]
El ADN satélite adopta estructuras tridimensionales de orden superior en un ADN satélite complejo de origen natural del cangrejo terrestre Gecarcinus lateralis , cuyo genoma contiene un 3% de una banda satélite rica en GC que consiste en un motivo de secuencia de "unidad de repetición" de ~2100 pb llamado RU. [10] [11] La RU se dispuso en largas matrices en tándem con aproximadamente 16.000 copias por genoma. Se clonaron y secuenciaron varias secuencias de RU para revelar regiones conservadas de secuencias de ADN convencionales en tramos superiores a 550 pb, intercaladas con cinco "dominios divergentes" dentro de cada copia de RU.
Cuatro dominios divergentes consistían en repeticiones de microsatélites, sesgadas en la composición de bases, con purinas en una hebra y pirimidinas en la otra. Algunas contenían repeticiones de mononucleótidos de pares de bases C:G de aproximadamente 20 pb de longitud. Estos dominios de microsatélites sesgados por hebra variaban en longitud desde aproximadamente 20 pb hasta más de 250 pb. Las secuencias repetidas más prevalentes en las regiones de microsatélites incrustadas eran CT:AG, CCT:AGG, CCCT:AGGG y CGCAC:GTGCG [12] [13] [7] Se demostró que estas secuencias repetidas adoptaban estructuras alteradas que incluían ADN de triple hebra , ADN-Z , tallo-bucle y otras conformaciones bajo estrés superhelicoidal . [12] [13] [7]
Entre las repeticiones de microsatélites con sesgo de cadena y las repeticiones de mononucleótidos C:G, todas las variaciones de secuencia conservaron uno o dos pares de bases, con A (purina) interrumpiendo la cadena rica en pirimidina y T (pirimidina) interrumpiendo la cadena rica en purina. Estas interrupciones en el sesgo de composición adoptaron conformaciones altamente distorsionadas, como lo demuestra su respuesta a las enzimas nucleasas estructurales, incluidas S1, P1 y nucleasas de frijol mungo. [12]
El dominio microsatélite de RU con mayor sesgo composicional incluía la secuencia TTAA:TTAA así como una repetición en espejo. Producía la señal más fuerte en respuesta a las nucleasas en comparación con todas las demás estructuras alteradas en observaciones experimentales. Ese dominio divergente con sesgo de hebra en particular fue subclonado y su estructura helicoidal alterada fue estudiada con mayor detalle. [12]
Un quinto dominio divergente en la secuencia RU se caracterizó por variaciones de un motivo de secuencia de ADN simétrico de purinas y pirimidinas alternas que se demostró que adopta una estructura de Z-ADN o de tallo-bucle levógira bajo estrés superhelicoidal. El Z-ADN simétrico conservado se abrevió Z 4 Z 5 NZ 15 NZ 5 Z 4 , donde Z representa secuencias alternadas de purina/pirimidina. Una estructura de tallo-bucle se centró en el elemento Z 15 en la secuencia palindrómica altamente conservada CGCACGTGCG:CGCACGTGCG y estaba flanqueada por secuencias palindrómicas extendidas de Z-ADN sobre una región de 35 pb. Muchas variantes de RU mostraron deleciones de al menos 10 pb fuera del elemento estructural Z 4 Z 5 NZ 15 NZ 5 Z 4 , mientras que otras tenían secuencias de Z-ADN adicionales que alargaban el dominio alternado de purina y pirimidina a más de 50 pb. [14]
Se demostró que una secuencia RU extendida (EXT) tenía seis copias en tándem de un motivo de secuencia amplificada (AMPL) de 142 pb insertado en una región delimitada por repeticiones invertidas donde la mayoría de las copias contenían solo un elemento de secuencia AMPL. No hubo estructuras alteradas sensibles a la nucleasa ni divergencia significativa de la secuencia en la secuencia AMPL relativamente convencional. Una secuencia RU truncada (TRU), 327 pb más corta que la mayoría de los clones, surgió de un solo cambio de base que condujo a un segundo sitio de restricción EcoRI en TRU. [10]
Se ha demostrado que otro cangrejo, el cangrejo ermitaño Pagurus pollicaris , tiene una familia de satélites ricos en AT con estructuras repetidas invertidas que comprenden el 30% de todo el genoma. Otro satélite críptico del mismo cangrejo con la secuencia CCTA:TAGG [15] [16] [17] se encontró insertado en algunos de los palíndromos. [18]