Dループ

分子生物学において、置換ループまたはDループとは、二本鎖DNA分子の2本の鎖が一定期間分離され、3本目のDNA鎖によって保持されているDNA構造である。RループはDループに似ているが、Dループの場合、3本目の鎖はDNAではなくRNAである。3本目の鎖は、主鎖の1本と相補的な塩基配列を持ち、それと対合することで、その領域内のもう1本の相補的な主鎖を置換する。したがって、この領域内では、この構造は三本鎖DNAの一種となる。この用語を紹介する論文に掲載された図では、Dループは大文字の「D」に似た形で示されており、置換された鎖が「D」のループを形成している。[ 1 ]

D ループは、 DNA 修復、テロメア、ミトコンドリアの環状 DNA分子 内の半安定構造など、さまざまな特定の状況で発生します。

ミトコンドリアでは

カリフォルニア工科大学の研究者たちは1971年、増殖中の細胞由来の環状ミトコンドリアDNAに、置換ループと呼ばれる3本の鎖からなる短い部分が含まれていることを発見した。[ 1 ]彼らは、3本目の鎖が分子の重鎖（H鎖） の複製された部分であり、H鎖を置換して軽鎖（L鎖）と水素結合していることを発見した。それ以来、3本目の鎖は重鎖の複製によって生成された最初の部分であり、複製開始直後に停止し、その状態でしばらく維持されることが多いことが示されている。[ 2 ] Dループは、ミトコンドリアDNA分子の主要な非コード領域、制御領域またはDループ領域と呼ばれる部分に発生する。

ミトコンドリアDNAの複製は2つの異なる方法で起こり、どちらもDループ領域から始まる。[ 3 ] 1つの方法では、重鎖の複製が環状分子の大部分（例えば3分の2）まで継続され、その後軽鎖の複製が開始される。最近報告されたもう1つの方法は、Dループ領域内の別の起点から開始し、両鎖の同時合成を伴う結合鎖複製を利用する。[ 3 ] [ 4 ]

Dループ領域内の特定の塩基は保存されていますが、大部分は非常に可変性があり、この領域は脊椎動物の進化史の研究に有用であることが証明されています。[ 5 ] この領域には、DNA複製の開始に関連するDループ構造に隣接するミトコンドリアDNAの2本鎖からのRNA転写のためのプロモーターが含まれています。 [ 6 ] Dループ配列は癌の研究でも興味深いものです。[ 7 ]

Dループの機能はまだ明らかになっていませんが、最近の研究ではミトコンドリア核様体の組織化に関与していることが示唆されています。[ 8 ] [ 9 ]

3本目の一本鎖は7S DNAとも呼ばれます。7S DNA合成に用いられるプライマーは7S RNAと呼ばれます。[ 10 ]

テロメアでは

1999年、染色体の末端を覆うテロメアが、投げ縄のような構造を持つTループ（テロメアループ）で終結することが報告されました。 [ 11 ] これは染色体の両鎖がループ状に繋がったもので、3'末端が鎖対に侵入してDループを形成することで、二本鎖DNAのより初期の部位と結合します。この結合部はシェルタリンタンパク質POT1によって安定化されます。[ 12 ] Dループスプライスによって完成するTループは、染色体の末端を損傷から保護します。[ 13 ]

DNA修復において

二本鎖DNA分子の両鎖が切断された場合、二倍体真核細胞で利用可能な修復機構の一つは相同組換え修復である。これは、切断された染色体と相同な健全な染色体を鋳型として利用し、2つの二本鎖DNA断片を正しい位置に整列させて再結合させる。この過程の初期段階では、片方の断片の一方の鎖が健全な染色体の一方の鎖と適合し、その鎖を用いてDループを形成し、健全な染色体のもう一方の鎖を置換する。その後、様々なライゲーションおよび合成工程を経て再結合が行われる。[ 14 ]

ヒトでは、タンパク質RAD51がDループの相同性検索と形成において中心的な役割を果たしている。大腸菌では、タンパク質RecAが同様の機能を果たしている。[ 15 ]

減数分裂組換え

減数分裂組換えの現在のモデルは、二本鎖切断またはギャップによって開始され、相同染色体との対合と鎖侵入によって組換え修復プロセスが開始されます。ギャップの修復は、隣接領域の交差（CO）または非交差（NCO）につながる可能性があります。CO組換えは、上図右側に示すように、ダブル・ホリデイ・ジャンクション（DHJ）モデルによって起こると考えられています。NCO組換えは、上図左側に示すように、主に合成依存鎖アニーリング（SDSA）モデルによって起こると考えられています。ほとんどの組換えイベントはSDSA型であると考えられます。

減数分裂中、二本鎖損傷、特に二本鎖切断の修復は、添付の図で概説されている組換えプロセスによって起こる。図に示されているように、Dループはそのような損傷の減数分裂組換え修復において中心的な役割を果たす。このプロセスでは、Rad51およびDmc1リコンビナーゼが3'一本鎖DNA（ssDNA）末端に結合してらせん状の核タンパク質フィラメントを形成し、損傷のない相同二本鎖DNA（dsDNA）を検索する。[ 16 ] 相同配列が見つかると、リコンビナーゼはssDNA末端の相同dsDNAへの侵入を促進してDループを形成する。鎖交換後、相同組換え中間体は2つの異なる経路（図を参照）のいずれかによって処理され、最終的な組換え染色体が形成される。

参照

参考文献

  1. ^ a b笠松, H.; Robberson, DL; Vinograd, J. (1971). 「複製中間体の特性を持つ新規閉環状ミトコンドリアDNA」 .米国科学アカデミー紀要. 68 (9): 2252– 2257. Bibcode : 1971PNAS...68.2252K . doi : 10.1073/pnas.68.9.2252 . PMC  389395. PMID  5289384 .
  2. ^ Doda, JN; Wright, CT; Clayton, DA (1981). 「ヒトおよびマウスのミトコンドリアDNAにおける置換ループ鎖の伸長は、特定の鋳型配列近傍で停止する」 . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 78 (10): 6116– 6120. Bibcode : 1981PNAS...78.6116D . doi : 10.1073 / pnas.78.10.6116 . PMC 348988. PMID 6273850 .  
  3. ^ a b Fish, J.; Raule, N.; Attardi, G. (2004). 「主要なDループ複製起点の発見により、ヒトmtDNA合成の2つのモードが明らかになった」（PDF） . Science . 306 (5704): 2098– 2101. Bibcode : 2004Sci...306.2098F . doi : 10.1126 /science.11 ​​02077. PMID 15604407. S2CID 36033690 .  
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  5. ^ Larizza, A.; Pesole, G.; Reyes, A.; Sbisà, E.; Saccone, C. (2002). 「げっ歯類におけるmtDNA Dループ領域の進化ダイナミクスの系統特異性」. Journal of Molecular Evolution . 54 (2): 145– 155. Bibcode : 2002JMolE..54..145L . doi : 10.1007/ s00239-001-0063-4 . PMID 11821908. S2CID 40529707 .  
  6. ^ Chang, DD; Clayton, DA (1985). 「ヒトミトコンドリアDNA複製のプライミングはライト鎖プロモーターで起こる」 . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 82 (2): 351– 355. Bibcode : 1985PNAS...82..351C . doi : 10.1073 / pnas.82.2.351 . PMC 397036. PMID 2982153 .  
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  15. ^柴田 剛志; 西中 剛志; 三河 剛志; 相原 秀樹; 胡桃坂 秀樹; 横山 誠; 伊藤 雄志 (2001). 「RecA/Rad51ファミリータンパク質によって誘導されるDNA構造の固有の動的特性としての相同遺伝子組換え：ゲノム材料としてのRNAに対するDNAの優位性の可能性」 .米国科学アカデミー紀要. 98 (15): 8425– 8432. Bibcode : 2001PNAS ...98.8425S . doi : 10.1073/pnas.111005198 . PMC 37453. PMID 11459985 .  
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