Tandemtoistot DNA:ssa — määritelmä, rakenne ja esimerkit

Tandemtoistot esiintyvät DNA:ssa, kun nukleotidikuvio toistuu peräkkäin. Toistot ovat vierekkäin, tandemina: useampia kopioita samasta emäsparisekvenssistä, jotka sijaitsevat peräkkäin samassa kromosomin kohdassa.

Esimerkki voisi olla: ATTCG ATTCG ATTCG ATTCG, jossa ATTCG-sekvenssi toistuu neljä kertaa.

Määritelmä ja jaottelu

Tandemtoisto tarkoittaa DNA:ssa toistuvien jaksojen järjestystä, jossa samankaltainen tai identtinen sekvenssi esiintyy toistuvina kopioina peräkkäin. Tandemtoistot jaotellaan usein niiden toistoyksikön pituuden mukaan:

• Mononukleotiditoistot (esim. AAAAA...)
• Oligonukleotiditoistot / mikrosatelliitit tai STR (short tandem repeats): 1–6 emäsparin pituiset yksiköt
• Minisatelliitit: yleensä ~10–60 emäsparin yksiköt
• Satelliitit: suuremmat toistoyksiköt, joita voi esiintyä tuhansia kertoja (esim. pericentromerinen alue)

Rakenne ja ominaisuudet

Toistoyksikön pituus ja kopioiden määrä vaihtelevat suuresti. Tandemtoistot muodostavat usein polymorfisia alueita eli yksilöiden välillä voi olla eroja kopioluvussa. Ne esiintyvät yleisimmin ei-koodaavissa alueissa, mutta voivat myös sijaita geenien sisällä tai niiden läheisyydessä ja vaikuttaa geenin toimintaan.

Mechanismit ja vaihtelu

• DNA-polymeraasin liukuminen (slippage) replikaation aikana voi johtaa kopioluvun lisääntymiseen tai vähenemiseen.
• Epätasainen risteytyminen (unequal crossing over) meioosissa voi muuttaa toistojen määrää.
• Nämä mekanismit tekevät tandemtoistoista geneettisesti epävakaita ja altistaa kopioluvun laajenemiselle tai supistumiselle.

Biologinen merkitys ja sairaudet

Tandemtoistot voivat olla neutraaleja, mutta joissain tilanteissa niiden laajeneminen aiheuttaa sairauksia. Tunnettuja esimerkkejä:

• Huntingtonin tauti: CAG-trinukleotiditoiston laajeneminen HTT-geenissä (yleensä kun repeatit ylittävät noin 36 kopiota) aiheuttaa tautin.
• Fragile X -oireyhtymä: CGG-toiston laajeneminen FMR1-geenissä (täysmutaatio yleensä >200 kopioita) johtaa kehitysvammaisuuteen.
• Muita trinukleotidi-laajennuksiin liittyviä sairauksia ovat mm. myotoninen dystrofia ja erilaiset ataksiat.

Sovellukset ja käyttö

• Oikeusgenetiikka ja isyystestit: STR-alueet ovat erittäin polymorfisia ja sopivat yksilöiden erotteluun.
• Populaatiogenetiikka: tandemtoistot auttavat sukulaisuussuhteiden ja populaatiorakenteen tutkimisessa.
• Geenomitutkimus: toistojen kartoitus ja kopioluvun vaihtelu kertovat genomeihin liittyvästä evoluutiosta ja rakennevarianttien synnystä.

Tunnistus ja analyysimenetelmät

Tandemtoistojen havaitsemiseen käytetään useita tekniikoita:

• PCR ja kapillaarielektroforeesi — erityisesti STR-analyyseissä.
• Pitkän luennan sekvensointi (long-read) auttaa kartoituksessa monimutkaisissa ja pitkissä toistoissa.
• Southern blot — käytetään esimerkiksi suurten toistojen ja laajentumisten havaitsemiseen, joiden koko on vaikea määrätä PCR:llä.

Ero intersperseihin toistoihin

Tandemtoistot eroavat intersperseistä (hajautetuista) toistoista kuten transposoneista siten, että tandemtoistot ovat peräkkäin paikallisesti, kun taas intersperse-toistot leviävät genomissa eri paikkoihin.

Tandemtoistot ovat keskeinen osa genomin rakennetta ja niiden dynaamisuus vaikuttaa sekä yksilöllisiin eroihin että moniin perinnöllisiin sairauksiin. Niiden tutkimus hyödyntää sekä perinteisiä että moderneja sekvensointimenetelmiä ja on tärkeä osa sekä perustutkimusta että soveltavaa genetikkaa.

Hae kirjaimella