проблема секвенирования ДНК

Прежде всего, позвольте мне начать с описания проблемы:

В вашей лаборатории разработан метод исследования репликации ДНК в клеточном экстракте. К экстракту клеточного белка вы добавляете нуклеотиды, небольшое количество меченого радиоактивным изотопом 32P-dGTP, чтобы помочь визуализировать синтезированную ДНК, и линейную двухцепочечную молекулу ДНК из 4000 пар оснований, которая содержит точку начала репликации в середине. После того, как реакция протекала в течение 30 минут при 30°C, вы кипятите смесь для денатурации белков и нитей ДНК, разделяете компоненты на акриламидном геле и обнаруживаете продукты ДНК с радиоактивной меткой. Эта полная реакция показана на дорожке 2 геля на рисунке ниже.

введите описание изображения здесь

Проблема А:

Вы выполняете анализ самостоятельно в первый раз, когда в лаборатории никого нет. В пробирке с надписью «Смесь нуклеотидов» достаточно только для одной реакции, но вы найдете пробирку с этикеткой «dATP, dTTP, dGTP, dCTP» и используете ее во второй реакции. Вы обнаружите, что первая реакция выглядит как дорожка 2, а вторая реакция — как дорожка 3. Почему во второй реакции ДНК не синтезировалась?

Мой ответ:

Потому что трифосфаты дезоксирибозы не имеют группы –ОН для присоединения. По сути, вы не можете строить с ними.

Проблема Б:

Ваш партнер по лаборатории недавно выделил мутантный штамм, который может нормально реплицировать свою ДНК при 30°C, но не проявляет репликации ДНК при 40°C. Он называет мутанта tsr1, что означает «репликация, чувствительная к температуре». Штамм дикого типа эффективно размножается при обеих температурах. Вы считаете, что можете использовать биохимический анализ клеточных экстрактов, чтобы определить, какие гены дефектны у мутанта. Вы выращиваете клетки дикого типа и клетки tr1 при 40°C, делаете экстракты, инкубируете реакцию репликации ДНК при 40°C и обнаруживаете продукты на геле. Вы наблюдаете закономерность, показанную на дорожках 4 и 5. Вы настолько взволнованы результатами, что бежите к своему партнеру по лаборатории и сообщаете ему, что знаете, какой фермент дефектен. Он в восторге от ваших результатов, но говорит, что есть три разных фермента, которые могут объяснить ваши результаты. Кто они такие?

Я 100% потерял на этом.

Из рисунка я понимаю, что дикий тип при 40 градусах имеет 4000 нуклеотидов, поэтому он не обрезается. Мутант trs1 разрезается на два фрагмента по 2000, а один из этих фрагментов разрезается на фрагменты по 500? Я правильно это понимаю? Я тоже не понимаю, почему линия 500 такая толстая по сравнению с остальными?

Во всяком случае, я чувствую себя действительно смущенным по этому поводу. Я изучал секвенирование по Сэнгеру, и это имеет 100% смысл с добавлением ddXTP в смесь для просмотра длины каждой последовательности и, следовательно, для чтения последовательности, но я даже не уверен, что это то, что здесь происходит.

Название вопроса немного вводит в заблуждение, поскольку проблема / вопрос, который вы подробно описали, на самом деле не является проблемой последовательности.

Ответы (1)

Хоть вы - или проблему не прояснили, я в своем ответе исхожу из того, что вы работаете с эукариотной системой, хотя принцип репликации тот же.

dNTP имеют группу OH на своем 3-м атоме углерода (например, проверьте эту вики-страницу для dCTP), поэтому я не думаю, что здесь проблема. Я предполагаю, что в первой пробирке содержится радиоактивная метка GTP, а во второй нет, так что даже ДНК там есть, вы ее не видите - хотя конкретно задавался вопрос, почему ДНК не синтезировалась, мое мнение, что это каверзный вопрос чтобы сбить вас с толку.

Для решения второй проблемы нам нужно немного углубиться в процесс репликации:

В репликационной вилке две нити синтезируются по-разному. Так называемая ведущая нить образуется непрерывно, без перерывов, однако другая нить - так называемая отстающая нить синтезируется путем лигирования небольших фрагментов - фрагментов Окадзаки. Эти небольшие фрагменты требуют собственных праймеров РНК, которые необходимо удалить после завершения синтеза. Теперь, поскольку начало репликации находится посередине, а репликация может происходить в обоих направлениях, на линейном фрагменте, таком как ваш, вы можете получить два фрагмента по 2000 п.н. из двух ведущих цепей. Если бы это была кольцевая ДНК, тогда вы все равно могли бы получить фрагменты размером 4kbp, поскольку репликация могла проходить по кольцевому кольцу ДНК. Меньшие фрагменты размером 500 п.н., которых довольно много в дорожке tsr1, представляют собой фрагменты, которые нельзя лигировать. При этом я должен признать, что фрагменты Окадзаки размером 500 п.н. были бы нетипичными для эукариот (обычно это около 100-200 п.н.). Таким образом, ферменты, ответственные за это, могут быть:

ДНК-лигаза - та, которая отвечает за лигирование (соединение) фрагментов отстающей цепи. Дельта-полимераза (Pol δ): отвечает за синтез отстающей цепи и удаление праймеров - в этом случае функция удаления праймеров может быть нарушена, это приводит к тому, что праймеры остаются на ДНК, и полный синтез и лигирование не могут произойти. Последний белок, хотя и не совсем фермент, представляет собой зажимной комплекс ДНК (PCNA). Этот комплекс стабилизирует полимеразу на ДНК, но при достижении предыдущего фрагмента полимераза должна диссоциировать. Но если зажим не функционирует, полимераза застревает на конце фрагмента, поэтому удаление праймера и лигирование не могут произойти.

Если вам нужна дополнительная информация, прочитайте эту вики-страницу .

Вам не нужно предполагать эукариотическую систему. Тот же принцип и для прокариот (фрагменты Оказаки длиннее у прокариот, хотя и ~2000 нт).
Да, это так. Он сказал это только для того, чтобы указать на мою логику в ответе. При этом фрагменты размером 2 т.п.н. вполне могут быть фрагментами Оказаки прокариотической системы, но что тогда делать с фрагментами размером 500 п.н.? Кроме того, если для ответа требуются явные ферменты, вы должны знать, какую систему использует анализ. Я собираюсь отредактировать свой ответ, чтобы указать, что принцип одинаков как для эукариот, так и для прокариот.