معلومة

ما هي التسلسلات بين الجينات المجاورة؟

ما هي التسلسلات بين الجينات المجاورة؟



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.

يحتوي الجينوم البشري على الكثير من المناطق غير المشفرة ، والتي تشمل العناصر التنظيمية ، والحمض النووي المتكرر ، والإنترونات. لنفترض أن هناك جينين متجاورين على الكروموسوم ، ومواقعهما على الكروموسوم ، على سبيل المثال ،

للجين الأول: 11،785،723 إلى 11،803،245 زوج قاعدي.

للجين الثاني: 11806.096 إلى 11806.143 نقطة أساس. هذه القيم يشمل عناصرها التنظيمية والمحفز والإنترونات كذلك.

إذن ما هو التسلسل الموجود بين القواعد 11،803،245 و 11،806،096؟ هل هم تسلسل الأقمار الصناعية؟ هل هذه المنطقة غير المشفرة وغير التنظيمية هي 11803245 إلى 11806.096 نقطة أساس هيكروماتين متغاير؟


لا ، المناطق الجينية ليست بالضرورة كروماتين متغاير. عادة ما تكون مطابقة الكروماتين طويلة المدى ولا تقتصر عادةً على جين واحد. يمكن منع انتشار حالة الكروماتين عن طريق العوازل / العناصر الحدودية ، والتي مرة أخرى ليست جزءًا من المنطقة المنسوخة. يمكن أن تحتوي المناطق الجينية أيضًا على عناصر تنظيمية بعيدة مثل المعززات وكواتم الصوت ؛ يمكن أن يكون لديهم سواتل مكروية ، ترانسبوزونات ، إلخ أيضًا. لمعرفة كل ما هو موجود في منطقة معينة ، يمكنك إلقاء نظرة على المسارات المختلفة في متصفح الجينوم UCSC.

باختصار ، يمكن أن يكون هناك DNA وظيفي و / أو غير وظيفي بين المناطق المنسوخة.

لا تحتاج مناطق التكرار إلى أن تكون متغايرة اللون ، وعلى العكس من ذلك ، لا تتكون جميع المناطق غير المتجانسة من التكرارات.


تسلسلات الإدراج

اكتشاف

تسلسل الإدراج (ISs) عبارة عن قطع صغيرة من الحمض النووي تتحرك داخل الجينوم أو بينه باستخدام أنظمة إعادة التركيب المتخصصة الخاصة بها. تم اكتشافها في منتصف الستينيات في دراسات التعبير الجيني في الإشريكية القولونية وعاثياتها. تم التعرف عليها في البداية من خلال قدرتها على توليد طفرات قطبية للغاية ولكنها غير مستقرة في فتاه و لاك تم التعرف عليها لاحقًا بواسطة المجهر الإلكتروني على أنها عمليات إدخال قصيرة للحمض النووي. أدى العزل المتكرر لعدد محدود من تسلسلات الحمض النووي المتطابقة المرتبطة بهذه الطفرات غير المستقرة إلى تسميتها "تسلسلات الإدراج".

تشابه ISs والعناصر الجينية المتنقلة التي وصفتها Barbara McClintock in زيا ميس في الأربعينيات من القرن الماضي ، أصبح واضحًا عندما تم إدراك أن تنظيم الدولة الإسلامية يشكل جزءًا لا يتجزأ من بكتريا قولونية الجينوم وأن نشاطهم المطفر كان نتيجة لانتقالهم إلى مواقع جينية جديدة. في هذا الوقت تقريبًا ، لوحظت أيضًا مقاومة معدية للمضادات الحيوية. أشارت الدراسات الجينية لهذه الظاهرة إلى وجود آلية مماثلة لحركة الجينات في توزيع هذه الجينات المقاومة للأدوية بين البلازميدات الزوجية والعاثية المشاركة في هذا الانتقال. بعد ذلك ، ظهر أن أنظمة المعلومات ، في كثير من الحالات ، تلعب دورًا رئيسيًا في تعبئة هذه الجينات.


يتكون الحمض النووي من شقين. في أحد طرفي كل حبلا توجد مجموعة فوسفات متصلة بذرة الكربون رقم 5 من ديوكسيريبوز (يشير هذا إلى الطرف 5 ') وفي الطرف الآخر من كل حبلا توجد مجموعة هيدروكسيل متصلة بذرة الكربون رقم 3 من deoxyribose (يشير هذا إلى الطرف 3). تعمل الخيوط في اتجاهين متعاكسين ولذا نقول إنها متناقضة. يمتد أحدهما في اتجاه 5'-3 'والآخر يمتد في اتجاه 3'-5'. ترتبط النيوكليوتيدات المجاورة ببعضها البعض عبر رابطة بين مجموعة الفوسفات لنيوكليوتيد واحد وذرة الكربون رقم 3 من مادة الديوكسيريبوز للنيوكليوتيدات الأخرى.

ترتبط قواعد كل خصلة ببعضها البعض عبر روابط هيدروجينية. يعد الأدينين والجوانين من البيورينات حيث أن لهما حلقتان في تركيبتهما الجزيئية. الثايمين والسيتوزين عبارة عن بيريميدينات لأن لهما حلقة واحدة فقط في تركيبتهما الجزيئية. سوف يرتبط البيورين بالبيريميدين. يرتبط الأدينين والثايمين معًا عن طريق تكوين روابط هيدروجينية بينما يرتبط الجوانين والسيتوزين معًا عن طريق تكوين 3 روابط هيدروجينية.


نتائج ومناقشة

تجميع الجينوم والشروح

قمنا بتسلسل الفرد أنسر cygnoides الجينوم باستخدام أداة Illumina HiSeq-2000 ، للحصول على 139.55 جيجا بايت تقريبًا مع مكتبات صغيرة الحجم (200 bp أو 500 bp أو 800 bp متوسط ​​طول القراءة: 100 bp) ومكتبات كبيرة الحجم (2 كيلو بايت ، 5 كيلو بايت) أو 10 كيلو بايت أو 20 كيلو بايت متوسط ​​طول القراءة: 49 نقطة أساس ملف إضافي 1: الجدول S1). تم تجميع بيانات التسلسل في مشروع جينوم 1.12 جيجا بايت باستخدام برنامج SOAPdenovo (الجدول 1). غطى تجميعنا & gt 98 ٪ من unigenes المجمعة transcriptome (ملف إضافي 1: الجدول S2) ، مما يشير إلى أن تسلسل الجينوم كان عالي الجودة. يبلغ متوسط ​​محتوى GC لجينوم الأوز حوالي 38 ٪ ، وهو مشابه لمحتوى الطيور الأخرى مثل الدجاج والبط والديك الرومي وعصفور الحمار الوحشي (ملف إضافي 2: الشكل S1). من خلال الجمع بين القائم على التماثل ، البداية طرق التنبؤ والطرق المدعومة بالنسخة ، توقعنا 16150 جينًا (ملف إضافي 1: الجدول S3) ، 75.7٪ منها مدعومة بالأدلة المستندة إلى التماثل (ملف إضافي 1: الجدول S4) ، و 77.7٪ مغطاة بقراءات النسخ (الجدول) 1). وجدنا أن 77.7٪ من الجينات المحددة كانت مدعومة جيدًا بقواعد بيانات البروتين العامة (ملف إضافي 1: الجدول S5). يشبه المحتوى المتكرر لجينوم الأوز محتوى الدجاج والبط والديك الرومي وعصفور الحمار الوحشي (ملف إضافي 1: الجدول S6). لقد توقعنا أيضًا 153 microRNAs (miRNAs) و 69 rRNAs و 226 tRNAs و 206 من الحمض النووي الريبي الصغير (snRNAs) في جينوم الإوزة (ملف إضافي 1: الجدول S7).

التحليل الجينومي المقارن

قارنا العلاقات بين الجينوم والعلاقات التقويمية بين جينومات الطيور. يحتوي جينوم الإوزة على نسبة عالية من التركيب مع جينوم البط [8] ، والذي غطى ما يقرب من 81.09٪ و 82.35٪ من كل جينوم ، على التوالي (ملف إضافي 1: جدول S8 وملف إضافي 2: الشكل S2) ، في حين أن ما يقرب من 592 سقالة أوزة بها أطوال و gt5 kb تم تعيينها واحتلت 67.67٪ من جينوم الدجاج [9] (ملف إضافي 1: جدول S8 وملف إضافي 2: الشكل S3). بالإضافة إلى ذلك ، وجدنا أن إعادة ترتيب الكروموسومات تحدث بين جينومات الأوز والدجاج (ملف إضافي 1: الجدولان S9 و S10 والملف الإضافي 2: الشكل S4). على سبيل المثال ، السقالة 45 عبارة عن جزء من تسلسل جينوم الإوزة ، لكنها كانت متصاحبة مع الكروموسومات 4 و 5 من جينوم الدجاج. عند مقارنة أطباء تقويم العظام ، فإن 70 ٪ من جينات الأوز تتوافق مع أخصائي تقويم العظام 1: 1 في مجموعة جينات الدجاج (ملف إضافي 2: الشكل S5). من بين أطباء تقويم العظام 1: 1 للأوز مقابل البط (8322 أخصائي تقويم العظام) ، ومع ذلك ، فإن 26.62 ٪ يشاركون ما يصل إلى 90 ٪ من الهوية (ملف إضافي 2: الشكل S5). بالنسبة للدجاج مقابل الديك الرومي ، فإن 48.33٪ من أطباء تقويم العظام 1: 1 (9378 أخصائي تقويم العظام) يشاركون ما يصل إلى 90٪ من الهوية (ملف إضافي 2: الشكل S5). بالنسبة للشاهين مقابل الصقر ، فإن 57.87٪ من أطباء تقويم العظام 1: 1 (10569 أخصائي تقويم العظام) يشاركون ما يصل إلى 90٪ من الهوية (ملف إضافي 2: الشكل S5).

تم إنشاء شجرة نسج من ثمانية أنواع من الطيور (أوزة ، بطة ، دجاج ، ديك رومي ، حمار وحشي ، حمامة ، بيريجرين ، صقر) باستخدام 4 مواقع متدهورة من 5081 نسخة واحدة من أخصائي تقويم العظام. أظهر تحليل الشجرة الناتجة أن الأوز والبط ينتميان إلى سلالة فرعية مشتقة على الأرجح من سلف مشترك منذ حوالي 20.8 مليون سنة (ميا) ، بينما تباعد الدجاج والديك الرومي 20.0 ميا ، وتباعد الشاهين والصقر 1.3 ميا ( الشكل 1 والملف الإضافي 2: الشكل S6). من بين الأنواع التسعة ، تتمتع عائلات الجينات الخاصة بالأوز (الأنواع الأخرى تفتقر إلى هذه العائلات) بوظائف الأنطولوجيا الجينية المثرية (GO) ، مثل ربط أيون الزنك ، ونشاط التكامل ، وتكامل الحمض النووي. علاوة على ذلك ، فإن نشاط المستقبلات الشمية ، ومعالجة التمثيل الغذائي للحمض النووي ، ونشاط المستقبل المقترن بالبروتين G ، ونشاط المستقبل عبر الغشاء ، تُظهر فئات GO أهم توسع في عائلة الجينات عند مقارنتها بالطيور الأخرى (ملف إضافي 1: الجدول S11) ، مما يشير إلى أن هذه الوظيفة تم تحسينها أثناء تطور الإوزة.

أوقات الاختلاف للأنواع التسعة التي تم فحصها في هذه الدراسة. يتم عرض شجرة النشوء والتطور على أساس 4 أضعاف المواقع المتدهورة في نسخة واحدة من الجينات المتعامدة. تمت معايرة تقديرات وقت الاختلاف باستخدام البيانات الأحفورية لطائر السحلية وعصفور الدجاج والحمار الوحشي. يتم عرض أوقات الاختلاف المقدرة ومجالات الموثوقية المرتبطة بنسبة 95٪.

تطورت مصطلحات GO بسرعة وببطء

لتحديد فئات GO التي خضعت لتطور سريع أو بطيء في الطيور المائية ، قمنا بمقارنة طائرتين من الطيور المائية (أوزة وبطة) بالطيور الأرضية (الدجاج والديك الرومي). لقد بحثنا عن الجينات ذات الصلة وظيفيًا مع قيود اختيار عالية أو منخفضة بشكل استثنائي في الإوزة والبط. بالنسبة للفئات التي تحتوي على 10 جينات على الأقل ، تم حساب قيمة ω (ω = Ka / Ks ، حيث Ka = عدد الاستبدالات غير المترادفة لكل موقع غير مرادف ، و Ks = عدد البدائل المترادفة لكل موقع مرادف) لهذه الفئات و تطبيع باستخدام الوسيط ω لكل زوج من الأنواع. حددنا 191 فئة GO بنسب Ka / Ks مرتفعة عند العتبة المحددة بين الطيور المائية والطيور الأرضية (ملف إضافي 1: الجدول S12). تسعة عشر من فئات GO هذه ، بما في ذلك نشاط GTPase ، ونشاط galactosyltransferase ، ونقل الكلوريد ، ونشاط مستقبل GABA-A قد خضعوا لتطور سريع بشكل ملحوظ (ملف إضافي 1: الجدول S12).

اختيار إيجابي

تم إجراء تحديد تقويمي لتسلسل جينوم الإوز والبط والحمار الوحشي والدجاج والديك الرومي والحمام باستخدام الطريقة المطبقة لتحليل فئة GO المعجل. تم استخدام محاذاة 7861 جينًا متعامدًا لتقدير نسبة معدلات الاستبدالات غير المترادفة والمرادفة لكل جين (ω) ، باستخدام برنامج Codeml تحت نموذج موقع الفرع وترددات كودون F3x4. أجرينا بعد ذلك اختبار نسبة الاحتمالية وحددنا 21 جينًا تم اختياره بشكل إيجابي (PSGs) في فروع الطيور المائية عن طريق ضبط FDR مع قيم Q & lt0.05 (ملف إضافي 1: الجدول S13). يشارك العديد من مجموعات PSG ، بما في ذلك eIF-3S1 و GATA1 و eIF-3A ، في تنظيم النسخ أو الترجمة. كانت جينات كيناز (PIK3R ، FGFR2) وجزيء الإشارة (KAI1) أيضًا قيد الاختيار الإيجابي ، مما يشير إلى أنها قد تشارك في التكيف مع البيئة المائية (ملف إضافي 1: الجدول S13).

مقاومة الطيور المائية للأمراض

يتم التعبير عن جين معقد التوافق النسيجي الرئيسي (MHC) على نطاق واسع في الفقاريات الفكية ، وترتبط وظيفته بمقاومة المرض المضيف والاستجابات المناعية [10-12]. العناصر القابلة للتحويل في منطقة MHC للدجاج أكثر انتشارًا مقارنة بمنطقة MHC أوزة (54.62٪ في الدجاج مقابل 15.11٪ في أوزة الملف الإضافي 1: الجدول S14). علاوة على ذلك ، يختلف توزيع منطقة MHC والإوز والدجاج (ملف إضافي 1: الجدول S15 وملف إضافي 2: الشكل S7). بالإضافة إلى ذلك ، وجدنا أن جينوم الأوز يعرض اختلافات كبيرة في عدد النسخ من الجينات الفطرية المرتبطة بالاستجابة المناعية ، وكذلك الهياكل الجينية ، عند مقارنتها بجينومات الدجاج والديك الرومي والحمار الوحشي والبشر والفئران (ملف إضافي 1: الجدول S16). يتم التعرف على فيروسات الحمض النووي الريبي التي تفلت من المستقبلات الشبيهة بالحصيلة وتتسلل إلى السيتوبلازم بواسطة الجين الأول المحفز بحمض الريتينويك (RIG-I) ، وهو مستقبل للتعرف على الأنماط يلعب دورًا مهمًا كمضاد للفيروسات [13-16]. أظهرت نتائج الدراسات الحديثة أن الجين RIG-I موجود في معظم الثدييات وبعض الطيور [17-19]. وجدنا أن جينات RIG-I تتماشى جيدًا بين عصفور الإوزة والحمار الوحشي (ملف إضافي 1: الجدولان S17 و S18) ، ولكن شظايا فقط من أوزة RIG-I تتماشى مع جينات الدجاج والديك الرومي RIG-I (ملف إضافي 1: الجدول S19). قمنا ببناء شجرة نسج على أساس هذه البيانات (ملف إضافي 2: الشكلان S8 و S9) ووجدنا أن جين RIG-I غائب في الدجاج والديك الرومي. بالمقارنة مع الديوك الرومية والدجاج ، زادت بعض أنواع الثدييات والطيور المائية من مقاومة فيروس الأنفلونزا [20،21]. قد تكون هذه الظاهرة لأن معظم الثدييات لديها جينان مقاومان للفيروسات المخاطية (Mx) ، بينما طيور الطيور لديها جين واحد فقط. جين Mx هو عضو في عائلة جوانين الفوسفوكيناز guanine-3 ، ويتم تحفيز تعبيره عن طريق الإنترفيرون [21]. لقد ثبت أن العديد من بروتينات Mx توفر مقاومة لفيروس الإنفلونزا على المستوى الخلوي [22]. علاوة على ذلك ، تمنح بروتينات Mx المختلفة مقاومة لأمراض مختلفة ، ويمكن أن تؤثر الطفرات القاعدية المفردة على قدرة البروتين على منح المقاومة [21،22]. بالإضافة إلى ذلك ، تُظهر شجرة النشوء والتطور أن الطفرات في المواقع الرئيسية في جينات الدجاج والديك الرومي Mx قد تعطل بروتين Mx ، مما يؤثر على النشاط المضاد للفيروسات ويؤدي إلى تناقص المقاومة الفيروسية (ملف إضافي 2: الشكلان S10 و S11).

حساسية الأوز للكبد الدهني

يعد الكبد عضوًا حيويًا يلعب دورًا مهمًا في التمثيل الغذائي للدهون ، والهضم ، والامتصاص ، والتركيب ، والتحلل ، والنقل. في ظل الظروف الطبيعية ، من المرجح أن تظهر الطيور ، وخاصة بعض الطيور المائية البرية ، تنكس دهني غير مرضي نتيجة لتخزين الطاقة قبل الهجرة [23]. لتحديد الآلية الجينية الكامنة وراء حدوث الكبد الدهني ، ركزت العديد من الدراسات السابقة على تكوين كبد الأوز الدهني [5-7،24،25]. ومع ذلك ، حتى الآن ، لا تزال الآليات الجزيئية التكيفية التي تحفز تخليق أعلى للدهون الكبدية ، وخاصة الأحماض الدهنية غير المشبعة ، استجابة للأنظمة الغذائية الغنية بالكربوهيدرات ، مفهومة في أنواع الطيور المائية. لإنشاء الآلية الجزيئية المسؤولة عن ترسب الدهون في كبد الأوز ، قمنا بتحليل أنسجة كبد الأوز من حيث مورفولوجيا الخلايا ومعلمات البلازما ، وكذلك إجراء نسخ الأنسجة وتسلسل الحمض النووي الريبي الدقيق وتحليلنا. بعد 20 يومًا من الإفراط في التغذية ، كانت أوزان الأوز المفرطة التغذية أعلى بكثير من أوزان التحكم. كانت أوزان الكبد أعلى بكثير في الأوز المفرط (ص & lt0.01) وتمثل 8.44٪ من إجمالي وزن الجسم ، مقارنة بـ 3.26٪ في أوز التحكم (ملف إضافي 1: الجدول S20). خلال فترة التغذية القسرية ، أدى الإفراط في التغذية إلى زيادة كبيرة في نسبة الجلوكوز والكوليسترول الكلي (TC) والدهون الثلاثية (TG) وتركيزات مصل الأحماض الدهنية الحرة (ملف إضافي 1: الجدول S21). يوضح الشكل 2 أن الإفراط في تغذية الأوز مع نظام غذائي عالي الطاقة أدى إلى تضخم الكبد ، مع ترسب العديد من قطرات الدهون في خلايا الكبد. أظهر تحليل الترنسكريبتوم أن مستويات التعبير الجيني للإنزيمات الرئيسية المشاركة في تخليق الأحماض الدهنية في خلايا الكبد (هونج كونج, gpi, بفكم, pdh, CS, acly, mdh1, أنا 1, acc, فاسن, elovl6, scd, البدع 1, البدع 2، و dgat2) مرتفعة بشكل ملحوظ (الحروف المائلة الحمراء الموضحة في الشكل 3 والجدول 2) ، في حين أن أنشطة ليباز البروتين الدهني خارج الخلية (lpl) وأول إنزيم رئيسي (pksG) المشاركة في تخليق الكوليسترول الكبدي بشكل كبير (حروف مائلة خضراء في الشكل 3 والجدول 2). التعبير عن جينات بروتين نقل الأحماض الدهنية (الدهون) ، المسؤولة عن نقل الدهون الخارجية إلى الخلايا [26] ، زادت بشكل ملحوظ (الشكل 3 والجدول 2). في المقابل ، فإن التعبير عن صميم البروتين B (apoB) ، المسؤولة عن الارتباط بالدهون الداخلية وتعزيز انتشارها من أغشية خلايا الكبد كبروتينات شحمية منخفضة الكثافة (VLDLs) [27،28] ، تم تخفيفها بشكل كبير (الشكل 3 والجدول 2). أظهرت الدراسات السابقة ذلك lpl يلعب دورًا رئيسيًا في تحلل الدهون من الأحماض الدهنية من الكيلومكرونات خارج الخلية أو VLDL ، والتي يمكن استخدامها أو ترسبها في الأنسجة الدهنية أو العضلية [7،23]. الانخفاض في lpl يزيد النشاط من ميل كمية كبيرة من الدهون خارج الخلية إلى الانتشار في خلايا الكبد. تشير هذه النتائج إلى أن آلية تكوين كبد الأوز الدهني تُعزى بشكل أساسي إلى عدم التوازن بين التخزين والإفراز (مثل البروتينات الدهنية للبلازما) للدهون الداخلية المنشأ حديثًا والدهون الخارجية في السيتوبلازم. لا يمكن أن تعوض قدرة إفراز الدهون في الكبد تخزين الدهون السيتوبلازمية المُصنَّعة حديثًا ، مما يؤدي إلى ترسب الدهون في الكبد.

مقارنة بين أقسام أنسجة الكبد وأنسجة الكبد بين الأوز المفرط في التغذية والسيطرة. (أ) قسم أنسجة كبد الأوز بعد 3 أسابيع من الإفراط في التغذية (200 ×) (أ) كبد الأوز بعد 3 أسابيع من الإفراط في التغذية. (ب) قسم أنسجة كبد الأوز الطبيعي (200 ×) (ب) كبد الأوز الطبيعي.


ما يكشفه Pangenome الجديد عن جينات الأبقار

تم دمج بيانات الجينوم من براون السويسري الأصلي في أول pangenome للماشية المحلية. الائتمان: Colourbox

عندما قارن الباحثون في ETH Zurich الجينومات المرجعية بين عدة سلالات من الماشية الداجنة والماشية البرية وثيقة الصلة ، اكتشفوا جينات ذات وظائف غير معروفة من قبل.

غالبًا ما تعمل الأبحاث الجينية الحديثة مع ما يُعرف باسم الجينوم المرجعي. يشتمل هذا الجينوم على بيانات من تسلسلات الحمض النووي التي جمعها العلماء كمثال تمثيلي للتركيب الجيني لأحد الأنواع.

لإنشاء الجينوم المرجعي ، يستخدم الباحثون بشكل عام تسلسل الحمض النووي من فرد واحد أو عدد قليل من الأفراد ، والتي يمكن أن تمثل بشكل سيء التنوع الجيني الكامل للأفراد أو المجموعات الفرعية. والنتيجة هي أن المرجع لا يتوافق دائمًا تمامًا مع مجموعة الجينات لفرد معين.

حتى سنوات قليلة ماضية ، كان إنشاء مثل هذه الجينومات المرجعية أمرًا شاقًا ومكلفًا ويستغرق وقتًا طويلاً. لهذا السبب ، ركز الباحثون على الجينوم البشري وأهم نماذج الكائنات الحية ، مثل الدودة المستديرة C. elegans.

ومع ذلك ، نظرًا لأن الباحثين يتمتعون الآن بإمكانية الوصول إلى آلات التسلسل السريع ، فإن الخوارزميات المعقدة التي تجمع قراءات تسلسل الحمض النووي في كروموسومات كاملة ، وقدرة حاسوبية أكبر بكثير ، أصبح إنشاء جينومات مرجعية لأنواع أخرى عمليًا بشكل متزايد. إذا أراد الباحثون فهم التطور والأسئلة الأساسية الأخرى في علم الأحياء بشكل أفضل ، فإنهم يحتاجون إلى جينومات مرجعية عالية الجودة لأكبر عدد ممكن من الأنواع.

وهذا يشمل الماشية. بالنسبة للماشية الداجنة (Bos taurus) ، كان هناك جينوم مرجعي واحد فقط متاحًا حتى وقت قريب: من بقرة Hereford تسمى Dominette. كان الباحثون قد قارنوا سابقًا تسلسلات الحمض النووي الأخرى للماشية مقابل هذا المرجع للكشف عن الاختلافات الجينية وتحديد الأنماط الجينية المقابلة. ومع ذلك ، نظرًا لأنه لا يحتوي على أي متغيرات جينية يختلف بها الأفراد ، فإن المرجع السابق لم يعكس تنوع الأنواع.

قام فريق بحثي بقيادة Hubert Pausch ، الأستاذ المساعد في علم الجينوم الحيواني في ETH Zurich ، بملء هذه الفجوة: مع جينومات ثلاث سلالات أخرى من الماشية المحلية ، بما في ذلك Brown Swiss (Original Schweizer Braunvieh) ، وهما مرتبطان ارتباطًا وثيقًا (sub- ) أنواع مثل zebu و yak ، والجينوم المرجعي الحالي للماشية الداجنة ، ابتكر الباحثون "pangenome". تم نشر الدراسة التي تتناول بالتفصيل هذه النتائج في المجلة العلمية PNAS.

يدمج pangenome الماشية التسلسلات الواردة في الجينومات المرجعية الفردية الستة. يقول باوش: "هذا يعني أنه يمكننا الكشف بدقة شديدة عن التسلسلات المفقودة ، على سبيل المثال ، في الجينوم المرجعي المستند إلى هيريفورد ، ولكنها موجودة في جينوم براون السويسري أو جينومات سلالات وأنواع الماشية الأخرى".

شجرة عائلة الماشية الداجنة: هذه هي الطريقة التي ترتبط بها سلالات وأنواع الماشية المختلفة ببعضها البعض. تدفقت جينومات السلالات المعنية والأنواع (الفرعية) (الياك والبراهمان) إلى عموم الجينوم. الائتمان: الجرافيك: ETH Zurich / Colourbox

اكتشاف جينات ووظائف جديدة

بهذه الطريقة ، اكتشف باحثو ETH العديد من تسلسلات الحمض النووي وحتى الجينات الكاملة التي كانت مفقودة في الجينوم المرجعي السابق لبقرة Hereford. في خطوة أخرى ، قام الباحثون بالتحقيق في نسخ هذه الجينات (جزيئات الحمض النووي الريبي الرسول) ، مما سمح لهم بتصنيف بعض التسلسلات المكتشفة حديثًا على أنها ذات صلة وظيفية وبيولوجية. ترتبط العديد من الجينات التي اكتشفوها بوظائف المناعة: في الحيوانات التي كانت على اتصال بالبكتيريا المسببة للأمراض ، كانت هذه الجينات أقوى أو أقل نشاطًا من الحيوانات التي ليس لها اتصال بمسببات الأمراض.

أصبح هذا المشروع ممكنًا بفضل تقنية التسلسل الجديدة التي كانت متاحة في مركز الجينوم الوظيفي في زيورخ لمدة عام الآن. باستخدام هذه التقنية الجديدة ، يستطيع الباحثون قراءة أقسام الحمض النووي الطويلة بدقة ، مما يقلل من تعقيد عملية الحوسبة اللازمة لتجميع الأقسام التي تم تحليلها بشكل صحيح. يقول باوش: "تعمل التكنولوجيا الجديدة على تبسيط عملية تجميع الجينوم. والآن يمكننا إنشاء جينومات مرجعية بسرعة وبدقة من الصفر". بالإضافة إلى ذلك ، فإن تكلفة مثل هذه التحليلات أيضًا أقل ، مما يعني أنه يمكن للباحثين الآن إنشاء جينومات بجودة مرجعية من العديد من الأفراد من النوع.

يتعاون باحثو ETH بشكل وثيق مع Bovine Pangenome Consortium ، الذي يريد إنشاء جينوم مرجعي لحيوان واحد على الأقل من كل سلالة من الماشية في جميع أنحاء العالم. كما تخطط لتحليل التركيب الجيني للأقارب البرية للماشية الداجنة بهذه الطريقة.

المزيد من التكاثر المستهدف ممكن

يأمل الكونسورتيوم وأستاذ ETH Pausch في أن تساعدهم مجموعة الجينوم المرجعي في تحقيق اكتشافات مفيدة مثل المتغيرات الجينية التي لم تعد موجودة في الحيوانات الأليفة ، ولكن لا يزال أقاربها البرية يمتلكونها. هذا من شأنه أن يوفر أدلة على الخصائص الجينية التي فقدت نتيجة للتدجين.

يوضح باوش: "تصبح الأمور مثيرة حقًا عندما نقارن ماشيتنا الأصلية مع الزيبو أو بالسلالات التي تتكيف مع الظروف المناخية الأخرى". يتيح ذلك للباحثين معرفة المتغيرات الجينية التي تجعل الحيوانات في البيئات الاستوائية أكثر تحملاً للحرارة. يمكن أن تكون الخطوة التالية هي استخدام التهجين المتعمد لإدخال هذه المتغيرات في سلالات الماشية الأخرى أو إدخالها بدقة من خلال تحرير الجينوم. ومع ذلك ، لا يزال هذا الطريق طويلاً. في الوقت الحاضر ، يمكن للباحثين الاستفادة من السرعة والدقة الأكبر اللذين يجلبهما pangenome الماشية الجديد في عملية اكتشاف الجينات ومتغيرات الحمض النووي التي تختلف بين سلالات الماشية.


نتائج

تم تحليل الملامح الميكروبية من إجمالي عشر دراسات مرتبطة بسرطان القولون والمستقيم ، تضم 588 عينة متطابقة من الورم والعينات المجاورة للورم (ن = 294 زوجًا من تسع دراسات) و 84 عينة متطابقة من خزعة البراز والورم (ن = 42 زوجًا من أربع دراسات الجداول 1 و 2). تحليل الإحداثيات الرئيسي (PCoA) للورم المقترن: كشفت العينات المجاورة للورم أن هذه المجتمعات تتجمع في المقام الأول عن طريق الدراسة ، ثم حسب النظام الأساسي والهدف الجيني. على الرغم من أن الفصل بين هذه المجتمعات الميكروبية كان واضحًا ، إلا أنه لم يكن مميزًا تمامًا (S1 الشكل). خزعة الورم: أظهرت أزواج البراز من نفس حالة اتفاقية حقوق الطفل تغيرًا تركيبيًا في وفرة الأصناف ، خاصة في التحقيقات التي أجراها Chen et al. (Chen_V13_454) و Mira-Pascual et al. (Pascual_V13_454) (اللوحة A في الشكل S2). كان هذا الاختلاف أكثر وضوحًا عندما تم رسم محور PC3 مقابل PC4 (اللوحة B في الشكل S2). كشف دوران Procustes عن درجة متوسطة من التشابه في معظم الأورام المزدوجة: العينات المجاورة للورم ، بينما لوحظ تشابه أكبر في الدراسات التي أجراها Marchesi وآخرون. (Marchesi_V13_454) ، Dejea وآخرون. (Dejea_V35_454) ، وير وآخرون. (Weir_V4_454) ، و Kostic et al (Kostic_V35_454) (الشكل 1 أ و 1 ب). كان الارتباط الكلي 0.68 للمحور 1 مقابل 2 (مجموع الانحرافات التربيعية م 2 = 0.53) و 0.85 للمحور 2 مقابل 3 (م 2 = 0.27 [قيم م 2 تتراوح من 0 (المصفوفات متشابهة للغاية) إلى 1 (المصفوفات غير متشابهة)]) ، مع p = 0.001 ، مع رفض الفرضية الصفرية القائلة بأن درجة التطابق بين مصفوفتي Procustes ليست أكبر من عشوائية (الشكل 1 أ و 1 ب). أظهر نفس الفرض الفائق الرسومي Procustes فصلًا بين أنسجة ورم CRC المتطابقة وعينات البراز (m 2 = 0.57 للمحور 1 مقابل 2 و 0.25 للمحور 2 مقابل 3 ، قيمة p المستندة إلى التقليب = 0.001 الشكل 1C و 1D) .

في الشكل 1 ، أظهر تحليل Procustes اختلافًا معتدلاً [من حيث الحجم] ولكن مهمًا من الناحية الإحصائية بين كل من الورم المقترن وخزعة الورم المجاورة (الشكل 1 أ و 1 ب) الميكروبيوم (m 2 = 0.68 ، p & lt 0.001) بالإضافة إلى عينات أنسجة الورم البراز و CRC (الشكل 1 ج و 1 د) m 2 = 0.65، p & lt 0.001) من نفس حالة CRC. تربط الخطوط بين العينات المقترنة. تشير الأشكال إلى عينة ألوان النمط الظاهري تشير إلى مجموعة الدراسة.

كشفت الاختلافات على مستوى الأسرة أن عينات خزعة الورم CRC كانت تؤوي وفرة أكبر من البكتيريا المغزلية والبكتيريا الشعاعية ، في حين أن نظيراتها المتجاورة من الأنسجة تؤوي وفرة مرتفعة من الثبات. مقارنة بنظيراتها في خزعة الورم ، كانت عينات البراز تحتوي على وفرة أكبر من Verrucomicrobia و Euryarcheota وعدد أقل من البكتيريا المتقلبة (S3 الشكل). في مقارنة زوج تلو الآخر لأكثر الأجناس المشروحة وفرة ، أظهرت عينات الورم CRC وفرة أكبر من المغزلية و بارفيموناس بينما قدمت العينات المجاورة للورم وفرة أكبر من Ruminococcaceae ، البراز و بارابكتيرويد من بين أمور أخرى (الشكل 2 أ). في المقارنة المتطابقة ، أسفرت عينات البراز عن متوسط ​​وفرة أكبر من بيلة الورد, بلوتيا، و Bifidobacterium في حين أن عينات الخزعة تحتوي على كميات أكبر من المغزلية, العقدية, بريفوتيلا، و المكورات العنقودية (الشكل 2 ب). داخل العينات المقترنة ، كان هناك تغاير كبير داخل وبين الدراسات فيما يتعلق بحجم واتجاه التغييرات التصنيفية (مرتفعة مقابل خزعة الورم الموهنة). ومع ذلك ، فإن عددًا صغيرًا من الأصناف ، ه.ز., المغزلية, بارفيموناس، و العقدية تم اكتشافها باستمرار في وفرة أكبر في العينات المرتبطة بالورم ، مقارنة بكل من الأنسجة المجاورة والبراز.

تشير Boxplots إلى توزيع الوفرة النسبية لمختلف الأصناف والخطوط المقابلة التي تربط العينات المقترنة ، والتي تصور اتجاه التغيير في الوفرة النسبية للعائلات المختلفة إحصائيًا بشكل كبير بين عينات خزعة الورم CRC (يسار) وميكروبيوم الأنسجة المجاورة غير المتأثر (الشكل 2 أ، n = 294 زوجا، 588 عينة) أو عينة برازية (الشكل 2 ب، ن = 42 زوجًا ، ن = 84 عينة) للدراسات المختلفة (ألوان) * يشير إلى أن متوسط ​​الوفرة النسبية كان مختلفًا بشكل كبير إحصائيًا بين الأجناس عن طريق اختبار تصنيف موقع ويلكوكسون المقترن و p & lt0.05 بعد تعديل FDR. كانت جميع الأصناف المستندة إلى الخزعة المعروضة في الشكل 2 أ مختلفة إحصائيًا بشكل كبير بين عينات خزعة الورم والورم عن طريق الاختبار المذكور أعلاه.

لتحديد الارتباطات القوية الخاصة بالجنس عبر جميع الدراسات ، أجرينا اختبار الوفرة التفاضلية الذي يمثل تصميم الدراسة المزدوجة من خلال تعيين "معرف عامل الزوج" للعينات المتطابقة. نتائج هذا التقييم DESEq2 لكل دراسة لـ 294 ورم: تمت مقارنة أزواج الخزعة المجاورة للورم عبر الدراسات التسع بنموذج التأثيرات العشوائية. من بين 80 جنساً تم تحليلها ، تم تحديد 41 جنسًا على أنها وفيرة بشكل تفاضلي في 5 دراسات أو أكثر (أي ، & gt50٪ من الدراسات التي تم تحليلها) ، وظلت 5 من هذه الأجناس مهمة بعد تعديل FDR (p 0.1). لوحظ على الدوام كانت وفرة زيادة المغزلية النيابة. (8/8 دراسات ، سجل نموذج REM المعدل2تغيير الطية: 2.6 ، 95٪ CI: (0.9 ، 4.5) ، p = 0.002 ، FDR p = 0.02) ، ليبتوتريشيا (5/8 دراسات ، سجل نموذج REM المعدل2تغيير الطية: 1.4 ، 95٪ CI: (0.7 ، 3.7) ، p = 0.002 ، FDR p = 0.02) ، و بارفيموناس (8/8 دراسات ، سجل نموذج REM المعدل2تغيير الطية: 1.5 ، 95٪ CI: (0.6 ، 2.5) ، p & lt 0.001 ، FDR p = 0.001) ، جنبًا إلى جنب مع الببتوستربتوكوكس و العقدية، في أنسجة خزعة الورم بالنسبة للأنسجة المجاورة للورم. في المقابل ، يوجد جنس غير مصنف في عائلة Ruminococcaceae (دراسات 8/8 ، سجل نموذج REM المعدل2تغيير الطية: -0.7 ، 95٪ CI: (-1.1 ، -0.4) ، p = 1.9 * 10 −5 ، FDR p = 0.001) وأنواع البراز (8/8 دراسات ، سجل نموذج REM المعدل2تغيير الطية: -0.7 ، 95٪ CI: (-1.1 ، -0.3) ، p = 0.001 ، FDR p = 0.02) كانت أكثر وفرة بشكل ملحوظ في الأنسجة المجاورة منها في العينات المرتبطة بالورم (الشكل 3A والجدول S2).

تصور المخططات لكل دراسة وتعديلها (نموذج REM) التغيير في طي اللوغاريتم عبر جميع الدراسات الخاصة بالتصنيفات التي كانت وفيرة بشكل تفاضلي في & gt50٪ من الدراسات المتاحة ، أي ≥ خمس من الدراسات الثماني مع عينات خزعة CRC مقترنة (يشير التحول إلى اليمين إلى الأصناف المرتفعة في الورم يشير التحول إلى اليسار إلى ارتفاع الأصناف في الخزعة المجاورة للورم) في الشكل 3 أ ≥ ثلاث دراسات من مجموع أربع دراسات لعينات براز وخزعة CRC المزدوجة (على سبيل المثال ، لكل من الشكلين 3 أ و 3 ب) (تشير إلى اليمين الأصناف المرتفعة في خزعات الورم وإلى اليسار تشير الأصناف المرتفعة في حالة CRC البرازية) في الشكل 3 ب. يتم توفير تغييرات طية السجل الفردية وقيم FDR للخزعة المقترنة ومقارنات البراز المقترنة في جداول S2 و S3 ، على التوالي. تشير أشرطة الخطأ إلى 95٪ فترات ثقة ، ويشير حجم النقطة إلى دقة تقدير النقاط للدراسات الفردية [1 / (95٪ CI Upper Bound- 95٪ CI أقل)]. حجم نقطة نموذج REM ثابت. تشير القيم الفارغة لدراسة معينة إلى أن DESeq2 لم يحدد أن الأصناف تكون وفيرة بشكل تفاضلي في تلك المجموعة الدراسية المعينة.

عند تقييم عينات البراز والخزعة من نفس حالة اتفاقية حقوق الطفل ، تم النظر في ما مجموعه 42 زوجًا (ن = 84 عينة) من أربع دراسات متميزة. من بين 73 جنسًا تم اكتشافها من بين هذه العينات ، كان 38 نوعًا وفيرًا تفاضليًا في ثلاثة على الأقل من المجموعات الأربعة (أي ، & gt50٪ من الدراسات التي تم تحليلها) ، وثلاثة أجناس كانت وفيرة بشكل تفاضلي بواسطة REM. وشملت هذه الزيادة الملحوظة في وفرة الزائفة (3 من 4 دراسات ، سجل نموذج REM المعدل2تغيير الطية: 4.0 ، 95٪ CI: (2.5 ، 5.5) ، p = 2.8 * 10 −7 ، FDR p = 1.1 * 10 −5) ، العقدية (3 من 4 دراسات ، سجل حركة العين السريعة المعدل2تغيير الطية: 1.9 ، 95٪ CI: (0.8 ، 3.0) ، p & lt 0.001 ، FDR p = 0.006) ، و البورفيرموناس (سجل حركة العين السريعة المعدل2تغيير الطية: 2.3 ، 95٪ CI: (0.7 ، 3.8) ، p = 0.004 ، FDR p = 0.05) في العينات المرتبطة بالورم بالنسبة لعينات البراز. بالرغم ان المغزلية و بارفيموناس عرضت سجل معدل حركة العين السريعة المعدل2قيم تغيير أضعاف (1.8 في 3 من 4 دراسات و 2.0 في 4 من 4 دراسات ، على التوالي) ، لم تحتفظ هذه بأهمية إحصائية بعد تصحيح FDR (الشكل 3B و S3 الجدول). وفقًا لنموذج الطاقة المتجددة ، كانت أربعة أصناف شائعة عبر الخزعة والخزعة المقترنة: المقارنات البرازية: أنواع بارفيموناس, البورفيرموناس, Phascolarctobacterium، و Lachnobacterium.

قمنا بتقييم التشابه (والاختلاف) من الأصناف في الخزعات وعينات البراز. من بين 35 جنساً الوفرة غير الصفرية الموجودة في كليهما ، 6 كانت فريدة من نوعها للخزعات ، و 21 كانت موجودة في الخزعات وكذلك عينات البراز بينما كانت عينات البراز تحتوي على 8 أصناف فريدة إضافية (جدول S4). مصنف الغابة العشوائي للتمييز بين الأصناف المرتبطة بالبراز والغشاء المخاطي يتم إجراؤه بدقة معقولة. مع وجود مساحة تحت منحنى ROC تبلغ 82.5 ٪ (الشكل 4) ، كانت الأصناف التي تساهم في التمايز بين نوعي العينات أعضاءً في فصيلة Proteobacteria (اللوحة B في الشكل S4). وتجدر الإشارة إلى أن مصنف الخزعة البرازية كان يعتمد على الوفرة النسبية للسمات الميكروبية بدلاً من وجودها أو غيابها البسيط. لقد وجدنا العديد من الأصناف المتداخلة بين هذه المنافذ البيئية ، ويوضح نموذج التردد اللاسلكي أنه على الرغم من مشاركة توزيع هذه الأصناف ، إلا أن ثرائها أو كثافتها تختلف بناءً على المكانة المتخصصة. أظهر نموذج الغابة العشوائية لتصنيف عينات خزعة الورم المقترنة والأنسجة المجاورة للورم منطقة تحت منحنى ROC بنسبة 64.3 ٪ (الشكل 4) ، مما يشير إلى أن الأنسجة المجاورة للورم تحتوي على مجتمعات ميكروبية يصعب تمييزها ، وبالتالي أكثر على غرار المجتمعات المرتبطة بالورم من الورم مقابل المجتمعات المرتبطة بالبراز. تضمنت الأصناف الأكثر تمييزًا لعينات الخزعة المزدوجة تلك الموجودة في الأجناس المغزلية و البراز (اللوحة أ في S4 الشكل).

The tumor biopsy vs. fecal classifier [area under curve (AUC) = 82.5] was better able to distinguish CRC fecal samples from tumor tissue samples than tumor vs. tumor adjacent biopsy classifier (AUC = 64.3). Again, given the compositional overlap between these niches, these classifiers relied on differentially abundant features rather than niche-specific distribution.

The final aim of this study was to determine which functional differences may be present in tumor-associated communities and the degree to which these differences may be driven by the primary taxonomic perturbations we identified or were the result of subtle shifts among multiple taxa. The single-taxon filter in FishTaco was used to identify 14 differentially abundant KEGG pathways. Of these, six statistically significant pathways remained after being further evaluated in the multi-taxa mode (accounting for taxa co-variation) and subjected to multiple comparison adjustment. The relative abundances of pathways for tyrosine metabolism, glutathione metabolism, lipopolysaccharide (LPS) biosynthesis, polycylic aromatic hydrocarbon degradation, ethylbenzene degradation, and stillbenoid, diarylheptanoid and gingerol biosynthesis differed significantly between tumor and tumor-adjacent tissue samples. أنواع المغزلية و Leptotrichia were the primary CRC case-associated taxa associated with enrichment of tyrosine metabolism, LPS biosynthesis, and polycyclic aromatic hydrocarbon degradation (Panel A in Fig 5).

For each pathway presented, the top left bar shows the tumor biopsy-associated taxa that attenuate the functional shift, the top right bar shows the tumor biopsy-associated taxa that are associated with an increase in the functional shift magnitude, and the bottom bars are referring to Fig 5A: tumor-adjacent taxa or Fig 5B: fecal-associated taxa. OTUs mentioned in the legend are OTUs classified to genus level. Red diamond markers indicate the cumulative metagenome-based shift in Wilcoxon score. In Fig 5A, tumor (top bar): tumor-adjacent biopsy (bottom bar) samples, المغزلية و Leptotrichia are tumor biopsy associated and related with increased function. Parvimonas, is also tumor biopsy associated but related with attenuated functional shifts for most pathways. On the other hand, in Fig 5B, in tumor biopsy (top bar) and fecal samples (bottom bar) obtained from the same CRC patient, several different Proteobacteria (e.g., Xanthomonadaceae, Comamonadaceae, Enterobacteriaceae, Halomonas، و Morganella) were associated with tumor biopsy and enrichment of the functional pathways.

In a paired tumor biopsy:fecal comparison, single-taxon permutation analyses identified 13 differentially abundant KEGG pathways that, when subject to multi-taxa analysis coupled with Shapley orderings, yielded a total of six statistically significant functional pathways. These included synthesis and degradation of ketone bodies, which were largely impacted by differing abundances of Xanthomonadaceae, شوانيلا، و Acinetobacter (all belonging to Phylum Proteobacteria). الزائفة, members of the families Comamondaceae and Enterobacteriaceae, and المكورات العنقودية contributed marginally to valine, leucine, and isoleucine degradation, tyrosine metabolism, alpha-Linolenic metabolism, and the renin-angiotensin system (Fig 5B).


Identification of genes that are associated with DNA repeats in prokaryotes

Using in silico analysis we studied a novel family of repetitive DNA sequences that is present among both domains of the prokaryotes (Archaea and Bacteria), but absent from eukaryotes or viruses. This family is characterized by direct repeats, varying in size from 21 to 37 bp, interspaced by similarly sized non-repetitive sequences. To appreciate their characteri-stic structure, we will refer to this family as the clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR). In most species with two or more CRISPR loci, these loci were flanked on one side by a common leader sequence of 300-500 b. The direct repeats and the leader sequences were conserved within a species, but dissimilar between species. The presence of multiple chromosomal CRISPR loci suggests that CRISPRs are mobile elements. Four CRISPR-associated (cas) genes were identified in CRISPR-containing prokaryotes that were absent from CRISPR-negative prokaryotes. The cas genes were invariably located adjacent to a CRISPR locus, indicating that the cas genes and CRISPR loci have a functional relationship. The cas3 gene showed motifs characteristic for helicases of the superfamily 2, and the cas4 gene showed motifs of the RecB family of exonucleases, suggesting that these genes are involved in DNA metabolism or gene expression. The spatial coherence of CRISPR and cas genes may stimulate new research on the genesis and biological role of these repeats and genes.


Why repetitive DNA is essential to genome function?

There are clear theoretical reasons and many well-documented examples which show that repetitive, DNA is essential for genome function. Generic repeated signals in the DNA are necessary to format expression of unique coding sequence files and to organize additional functions essential for genome replication and accurate transmission to progeny cells. Repetitive DNA sequence elements are also fundamental to the cooperative molecular interactions forming nucleoprotein complexes. Here, we review the surprising abundance of repetitive DNA in many genomes, describe its structural diversity, and discuss dozens of cases where the functional importance of repetitive elements has been studied in molecular detail.

In particular, the fact that repeat elements serve either as initiators or boundaries for heterochromatin domains and provide a significant fraction of scaffolding/matrix attachment regions (S/MARs) suggests that the repetitive component of the genome plays a major architectonic role in higher order physical structuring. Employing an information science model, the ‘functionalist’ perspective on repetitive DNA leads to new ways of thinking about the systemic organization of cellular genomes and provides several novel possibilities involving repeat elements in evolutionarily significant genome reorganization. These ideas may facilitate the interpretation of comparisons between sequenced genomes, where the repetitive DNA component is often greater than the coding sequence component.


What sequences are between adjacent genes? - مادة الاحياء

I Historical questions

II.1 Light chains (kappa or lambda)

II.1.1 Kappa chain: V-J rearrangements
II.1.2 Lambda chain: V-J rearrangements
II.1.3 Allele exclusion and isotype

II.2.1 V-D-J rearrangements
II.2.2 Isotype switching

II.3 Membrane and secreted Igs

III.1. Germline diversity: multigene families
III.2. Diversity due to DNA rearrangements
III.3. Diversity as a result of somatic hypermutations

An immunoglobulin (Ig) consists of 2 identical light chains (L) and 2 identical heavy chains (H) (for example IgG-type) at the three-dimensional level, an Ig chain consists of one N-terminal variable domain, V, and one (for an L chain) or several (for an H chain) C-terminal constant domain(s), C.

The cells of the B line synthesize immunoglobulins. They are either produced at a membrane (on the surface of the B-lymphocytes) or are secreted (by the plasmocytes).

As soon as the main characteristics of the immunoglobulins were discovered, a number of questions arose:

II.1. Light chains (kappa or lambda)

II.1.1. Kappa chain: V-J rearrangements

NOTE: Only the genes for the immunoglobulins and T-receptors undergo DNA rearrangement.

Each IGKV gene is followed downstream (in the 3' position) by an RS consisting of a CACAGTG heptamer, and then by a 12-bp spacer, and then an ACAAAAACC nonamer.

Each IGKJ gene is preceded upstream (in the 5' position) by an RS consisting, between 5' and 3', of a GGTTTTTGT nonamer, a 23-bp spacer and a CACTGTG heptamer.

II.1.2. Lambda chain: V-J rearrangements

II.1.3. Allele exclusion and isotype

II.3. Membrane and secreted Igs

III.1. Germline diversity: multigene families

III.2. Diversity due to DNA rearrangements

III.3.Diversity as a result of somatic hypermutations

Finally, somatic mutations are extremely numerous (somatic hypermutations) and produce very targeted characterization of the rearranged V-J and V-D-J genes of the Ig, but their mechanism of onset is not yet known. AID (activation-induced cytidine deaminase) may be implicated both in the occurrence of the mutations and the switch mechanism. The mutations appear during the differentiation of the B lymphocyte in the lymph glands and contribute to increasing the diversity of the Igs by a further factor of 10 3 , which makes it possible to achieve a potential diversity of 10 12 different Igs (answer to question A).

These different mechanisms of diversity make it possible to obtain 10 12 different immunoglobulins, capable of responding to the several million known antigens (answer to question A).

The number of different Igs is in fact limited by the number of B cells in a given species.


شاهد الفيديو: Transcription and Translation (أغسطس 2022).