Eine D-Loop (synonym Verdrängungsschleife von engl. displacement loop) ist eine Form der Sekundärstrukturen von DNA. Sie kommt vorübergehend bei der DNA-Reparatur, bei Telomeren und bei der DNA-Replikation von mtDNA vor.

Eigenschaften

Die D-Loop besteht aus einer doppelsträngigen DNA und einer einzelsträngigen DNA mit komplementärer Sequenz zu einem der beiden DNA-Stränge. Durch die Einlagerung des dritten Stranges wird einer der beiden DNA-Stränge abschnittsweise verdrängt.

DNA-Reparatur

In einer Form der DNA-Reparatur, der Reparatur durch homologe Rekombination bildet die D-Loop einen Übergangszustand. In Bakterien wird eine D-Loop durch RecA erzeugt, die anschließend durch eine Resolvase einzelsträngig gespalten wird. In Säugetieren sind die Proteine RPA (ein Einzelstrang-bindendes Protein) sowie Rad52, das wiederum Rad51 bindet, an der Bildung der D-Loop beteiligt.

Telomere

Bei der Replikation der Telomere wird an ihrem Ende eine lassoartige Struktur ausgebildet, die als T-loop bezeichnet wird und eine D-Loop beinhaltet. Die T-Loop schützt die Enden der Telomere vor einem Abbau durch Exonukleasen. Bei der T-Loop stammt der dritte Strang von einem 3'-Überhang am Ende der doppelsträngigen DNA (dsDNA), die sich stromaufwärts zwischen den Doppelstrang drängt und somit die Lassoform ausbildet. An die Telomere bindet Shelterin.

mtDNA

In mitochondrialer DNA (mtDNA) liegt die D-Loop von etwa 660 bp (Basenpaaren) stromabwärts direkt nach dem L-Strang-Promotor (mit circa 440 bp). Die D-Loop liegt in der mtDNA-Kontrollregion. L-Strang-Promotor und D-Loop bilden einem Bereich des Replikationsursprungs der mtDNA, der als Hauptkontrollregion bezeichnet wird und etwa 1100 Basenpaare lang ist. Die D-Loop wird hier dauerhaft aus dsDNA mit einem DNA-verlängerten RNA-Primer (7S-DNA) gebildet.

Anwendungen

Innerhalb der Hauptkontrollregion der mtDNA liegen zwei hypervariable Regionen, die im Zuge einer Erstellung eines phylogenetischen Baums durch DNA-Sequenzierung der D-Loop ermittelt werden können. In den hypervariablen Regionen ist die Mutationsrate etwa 200- bis 400-fach höher als bei DNA aus dem Zellkern. Neben der Sequenzierung von Y-Chromosomen ist die Sequenzierung der D-Loop eine der häufigst verwendeten Methoden zur Bestimmung von Verwandtschaftsgraden beim Menschen.

Manche Mutationen in der hypervariablen Region sind mit verschiedenen Tumoren assoziiert, darunter Gebärmutterhalskrebs, Brustkrebs, Magenkrebs, Darmkrebs, Leberkrebs, Lungenkrebs und Nierenkrebs. Die Mutationen T16126C, T16224C und T16311C in der ersten hypervariablen Region sind negative Prognosefaktoren für akute lymphatische Leukämie bei Kindern. Die Mutation T16189C ist mit Koronarerkrankung bei manchen Mitteleuropäern assoziiert.

Geschichte

Die D-Loop wurde erstmals im Jahr 1971 von H. Kasamatsu und Kollegen beschrieben.

Einzelnachweise

  1. ↑ Katharina Munk: Taschenlehrbuch Biologie: Genetik. Georg Thieme Verlag, 2010, ISBN 978-3-131-68621-3 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. ↑ D. Kidane, S. Ayora, J. B. Sweasy, P. L. Graumann, J. C. Alonso: The cell pole: the site of cross talk between the DNA uptake and genetic recombination machinery. In: Critical reviews in biochemistry and molecular biology. Band 47, Nummer 6, 2012 Nov-Dec, S. 531–555, doi:10.3109/10409238.2012.729562, PMID 23046409, PMC 3490228 (freier Volltext).
  3. ↑ T. Shibata, T. Nishinaka, T. Mikawa, H. Aihara, H. Kurumizaka, S. Yokoyama, Y. Ito: Homologous genetic recombination as an intrinsic dynamic property of a DNA structure induced by RecA/Rad51-family proteins: a possible advantage of DNA over RNA as genomic material. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 98, Nummer 15, Juli 2001, S. 8425–8432, doi:10.1073/pnas.111005198, PMID 11459985, PMC 37453 (freier Volltext).
  4. ↑ K. A. Bernstein, S. Gangloff, R. Rothstein: The RecQ DNA helicases in DNA repair. In: Annual review of genetics. Band 44, 2010, S. 393–417, doi:10.1146/annurev-genet-102209-163602, PMID 21047263, PMC 4038414 (freier Volltext).
  5. ↑ J. D. Griffith, L. Comeau, S. Rosenfield, R. M. Stansel, A. Bianchi, H. Moss, T. de Lange: Mammalian telomeres end in a large duplex loop. In: Cell. Band 97, Nummer 4, Mai 1999, S. 503–514, PMID 10338214.
  6. ↑ C. W. Greider: Telomeres do D-loop-T-loop. In: Cell. Band 97, Nummer 4, Mai 1999, S. 419–422, PMID 10338204.
  7. ↑ Lalit M. Srivastava: Plant Growth and Development. Academic Press, 2002, ISBN 978-0-080-51403-1, S. 87.
  8. ↑ Thomas D. Pollard: Cell Biology E-Book. Elsevier Health Sciences, 2016, ISBN 978-0-323-40002-2, S. 120.
  9. 1 2 3 Rolf Knippers: Molekulare Genetik. Georg Thieme Verlag, 2006, ISBN 978-3-134-77009-4, S. 460 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  10. ↑ D. D. Chang, D. A. Clayton: Priming of human mitochondrial DNA replication occurs at the light-strand promoter. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 82, Nummer 2, Januar 1985, S. 351–355, PMID 2982153, PMC 397036 (freier Volltext).
  11. ↑ Roberto Scatena: Advances in Mitochondrial Medicine. Springer Science & Business Media, 2012, ISBN 978-9-400-72869-1, S. 42 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  12. ↑ T. J. Nicholls, M. Minczuk: In D-loop: 40 years of mitochondrial 7S DNA. In: Experimental Gerontology. Band 56, August 2014, S. 175–181, doi:10.1016/j.exger.2014.03.027, PMID 24709344.
  13. ↑ A. Larizza, G. Pesole, A. Reyes, E. Sbisà, C. Saccone: Lineage specificity of the evolutionary dynamics of the mtDNA D-loop region in rodents. In: Journal of molecular evolution. Band 54, Nummer 2, Februar 2002, S. 145–155, doi:10.1007/s00239-001-0063-4, PMID 11821908.
  14. 1 2 3 4 H. Li, D. Liu, J. Lu, Y. Bai: Physiology and pathophysiology of mitochondrial DNA. In: Advances in Experimental Medicine and Biology. Band 942, 2012, S. 39–51, doi:10.1007/978-94-007-2869-1_2, PMID 22399417, PMC 4706180 (freier Volltext).
  15. ↑ S. Kundu, S. K. Ghosh: Trend of different molecular markers in the last decades for studying human migrations. In: Gene. Band 556, Nummer 2, Februar 2015, S. 81–90, doi:10.1016/j.gene.2014.12.023, PMID 25510397.
  16. ↑ H. Kasamatsu, D. L. Robberson, J. Vinograd: A novel closed-circular mitochondrial DNA with properties of a replicating intermediate. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 68, Nummer 9, September 1971, S. 2252–2257, PMID 5289384, PMC 389395 (freier Volltext).
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