D -sløyfe - D-loop
I molekylærbiologi er en fortrengningssløyfe eller D-sløyfe en DNA- struktur der de to trådene i et dobbeltstrenget DNA-molekyl skilles for en strekning og holdes fra hverandre av en tredje DNA-streng. En R-sløyfe ligner en D-sløyfe, men i dette tilfellet er den tredje strengen RNA i stedet for DNA. Den tredje tråd har en basissekvens som er komplementær til en av hovedtrådene og parene med denne og således forskyve den andre komplementære hoved tråd i regionen. Innenfor denne regionen er strukturen dermed en form for trippelstrenget DNA. Et diagram i papiret som introduserte begrepet illustrerte D-sløyfen med en form som ligner en stor "D", hvor den forskjøvne tråden dannet løkken til "D".
D-sløyfer forekommer i en rekke spesielle situasjoner, inkludert i DNA-reparasjon , i telomerer og som en semi-stabil struktur i mitokondrielle sirkulære DNA- molekyler.
I mitokondrier
Forskere ved Caltech oppdaget i 1971 at det sirkulære mitokondrielle DNA fra voksende celler inkluderte et kort segment på tre tråder som de kalte en fortrengningssløyfe. De fant den tredje strengen var et replikert segment av den tunge tråden (eller H-tråden) i molekylet, som den fortrengte, og var hydrogenbundet til den lette strengen (eller L-tråden). Siden den gang har det blitt vist at den tredje strengen er det første segmentet som genereres av en replikasjon av den tunge strengen som har blitt arrestert kort tid etter initiering og ofte opprettholdes i en periode i den tilstanden. D-sløyfen forekommer i det viktigste ikke-kodende området i det mitokondriale DNA-molekylet, et segment som kalles kontrollregionen eller D-sløyfe-regionen.
Replikasjon av mitokondrielt DNA kan skje på to forskjellige måter, begge starter i D-loop-regionen. En måte fortsetter replikasjonen av den tunge strengen gjennom en vesentlig del (f.eks. To tredjedeler) av det sirkulære molekylet, og deretter begynner replikasjonen av den lette strengen. Den mer nylig rapporterte modusen starter med en annen opprinnelse i D-loop-regionen og bruker koplet trådreplikasjon med samtidig syntese av begge tråder.
Enkelte baser i D-loop-regionen er bevart, men store deler er svært varierende, og regionen har vist seg å være nyttig for studier av evolusjonshistorien til virveldyr. Regionen inneholder promotorer for transkripsjon av RNA fra de to strengene av mitokondrielt DNA umiddelbart ved siden av D-loop-strukturen som er assosiert med initiering av DNA-replikasjon. D-loop-sekvenser er også av interesse for studier av kreft.
D-sløyfens funksjon er ennå ikke klar, men nyere forskning tyder på at den deltar i organiseringen av mitokondriell nukleoid .
I telomerer
I 1999 ble det rapportert at telomerer , som dekker enden av kromosomer , ender i en lariatlignende struktur kalt en T-sløyfe (Telomere-loop). Dette er en sløyfe av begge strengene i kromosomet som er forbundet med et tidligere punkt i dobbeltstrenget DNA ved at 3'-strengenden invaderer strengparet for å danne en D-sløyfe. Skjøten er stabilisert ved shelterin protein POT1 . T-sløyfen, som er fullført av D-loop-spleisen, beskytter enden av kromosomet mot skade.
I DNA -reparasjon
Når et dobbeltstrenget DNA-molekyl har fått et brudd i begge trådene, er en reparasjonsmekanisme tilgjengelig i diploide eukaryote celler homolog rekombinasjonsreparasjon . Dette bruker det intakte kromosomet som er homologt med det ødelagte som en mal for å bringe de to dobbeltstrengede brikkene i riktig innretning for å bli sammen igjen. Tidlig i denne prosessen blir en streng i ett stykke matchet med en streng på det intakte kromosomet, og den tråden brukes til å danne en D-sløyfe på det tidspunktet, og forskyver det intakte kromosomets andre streng. Ulike ligerings- og syntesetrinn følger for å utføre gjenforbindelsen.
Hos mennesker er proteinet RAD51 sentralt i det homologe søket og dannelsen av D-sløyfen. I bakterien Escherichia coli utføres en lignende funksjon av proteinet RecA .
Meiotisk rekombinasjon
Under meiose skjer reparasjon av dobbeltstrengede skader, spesielt dobbeltstrengede brudd, ved rekombinasjonsprosessen som er skissert i det medfølgende diagrammet. Som vist i diagrammet, spiller en D-loop en sentral rolle i meiotisk rekombinasjonell reparasjon av slike skader. Under denne prosessen binder Rad51 og Dmc1 rekombinaser 3 'enkeltstrengede DNA (ssDNA) haler for å danne spiralformede nukleoproteinfilamenter som utfører et søk etter intakt homologt dobbeltstrenget DNA (dsDNA). Når den homologe sekvensen er funnet, letter rekombinasene invasjon av ssDNA-enden i det homologe dsDNA for å danne en D-loop. Etter strengutveksling blir homologe rekombinasjonsmellomprodukter behandlet med en av to forskjellige veier (se diagram) for å danne de endelige rekombinante kromosomene.