Eine palindromische Sequenz ist eine Sequenz aus Nukleinsäuren innerhalb einer Doppelhelix aus DNA und/oder RNA, die von 5′ nach 3′ auf einem Strang und von 5′ nach 3′ auf dem anderen, komplementären Strang gelesen gleich ist. Sie wird auch als Palindrom oder invertiert-reverse Sequenz bezeichnet.
Die Paarung der Nukleotide innerhalb der DNA-Doppelhelix ist komplementär, d. h. Adenin (A) paart sich entweder mit Thymin (T) in der DNA oder mit Uracil (U) in der RNA, während Cytosin (C) sich mit Guanin (G) paart. Wenn also eine Sequenz palindromisch ist, ist die Nukleotidsequenz eines Strangs die gleiche wie die seines umgekehrten Komplementärstrangs. Ein Beispiel für eine palindromische Sequenz ist 5′-GGATCC-3′, die einen komplementären Strang hat, 3′-CCTAGG-5′. Dies ist die Sequenz, an die sich die Restriktionsendonuklease BamHI bindet und an einer bestimmten Schnittstelle spaltet. Wenn der komplementäre Strang rückwärts gelesen wird, ergibt sich die Sequenz 5′-GGATCC-3′, die mit der ersten identisch ist, so dass es sich um eine palindromische Sequenz handelt.
Ein anderes Restriktionsenzym namens EcoR1 erkennt und spaltet die folgende palindromische Sequenz:
PalindromBearbeiten
Beziehung zwischen Sequenz und ProteinstrukturBearbeiten
Es gibt viele Forscher, die die Beziehung zwischen palindromischen Sequenzen und Proteinstrukturen untersucht haben. Studien haben gezeigt, dass das häufige Auftreten von palindromischen Sequenzen, auch palindromische Peptide genannt, in Proteinsequenzen nicht zufällig ist. Die Wissenschaftler vermuten, dass diese Sequenzen für die Proteinstruktur und -funktion verschiedener Proteine wichtig sind. Zu diesen Proteingruppen gehören u. a. DNA-bindende Proteine, Ionenkanäle und Rhodopsin, metallbindende Proteine und Rezeptoren usw. Durch den Vergleich von Palindromen mit bestimmten Sequenzen aus der Datenbank können Wissenschaftler versuchen, die Rolle der palindromischen Sequenzen zu ermitteln.
Ein weiteres Thema im Zusammenhang mit palindromischen Sequenzen, das untersucht wird, ist die Frage, ob die Symmetrie palindromischer Sequenzen die Struktur und Faltung von Peptiden beeinflusst. Eine Hypothese besagt, dass durch die Umkehrung der Sequenz die resultierenden Falten ein Spiegelbild der ursprünglichen Faltung wären. Die Schlussfolgerung besagt, dass die Umkehrung der Sequenz zu den gleichen Falten führt, da sowohl die ursprünglichen als auch die umgekehrten Proteine die gleiche Aminosäurezusammensetzung haben, die zu ähnlichen hydrophob-hydrophilen Mustern führt. Eine weitere forschungsgeleitete Hypothese ist, dass sich durch die Umkehrung einer Sequenz die Faltung verändern oder möglicherweise zerstört werden könnte. Dies zeigt, dass die Ähnlichkeit in der umgekehrten Sequenzierung nicht die strukturelle Ähnlichkeit widerspiegelt, was bedeutet, dass sie keine symmetrischen Proteinstrukturen bilden.
Auswirkung auf die genomische Instabilität in HefeEdit
Palindromische Sequenzen wurden mit verschiedenen genomischen Umlagerungen in verschiedenen Organismen in Verbindung gebracht, abhängig von der Länge der wiederholten Sequenzen. Kürzere palindromische Sequenzen (kürzer als 30 bp) sind sehr stabil, während längere Sequenzen in vivo nicht stabil sind. Diese Sequenzen kommen sowohl bei Eukaryonten als auch bei Prokaryonten vor. Diese Sequenzen erhöhen auch die inter- und intrachromosomale Rekombination zwischen homologen Sequenzen. Aus palindromischen Sequenzen können sich aufgrund der Basenpaarung in einzelsträngiger DNA Haarnadelstrukturen bilden. Diese Strukturen können Substrate für struktur-spezifische Nukleasen und Reparaturenzyme sein, die zu einem Doppelstrangbruch in der DNA führen können. Dies führt dann zu einem Verlust von genomischem Material, der eine meiotische Rekombination verursachen kann. Studien mit einer 140 bp langen mutierten palindromischen Sequenz, die in Hefe eingefügt wurde, haben gezeigt, dass sie die postmeiotische Segregation verringert und die Rate der Genkonversionen erhöht, während kürzere Sequenzen das Gegenteil bewirken. Die Forschung hat auch ergeben, dass die lange palindromische Sequenz von 140 bp während der Meiose Doppelstrangbrüche auslöst. In der langen Haarnadelstruktur ist die gesamte Stammschleife nicht bedeckt und die prozessierende Endonuklease liegt frei, was zu Einkerbungen in der Schleife führt. Durch diese Einkerbung entsteht eine Lücke, die durch den Wildtyp-Strang repariert wird. Die Induktion von Doppelstrangbrüchen während der Meiose ist der Grund für die genomische Instabilität.
Wahrscheinlichkeit palindromischer Sequenzen in ProteinenEdit
Es gibt nicht viele Studien, die sich mit der Bedeutung palindromischer Sequenzen in Proteinen befassen, aber es gibt einige, die uns viel über die Beziehung zwischen palindromischer Sequenzierung und Proteinfunktion sagen. Indem die Forscher die tatsächliche Bildung dieser palindromischen Sequenzen und ihre Eigenschaften verstehen, können sie diese Sequenzen mit Funktionen verknüpfen. Es wurde festgestellt, dass mit abnehmender Komplexität der Aminosäurezusammensetzung die Wahrscheinlichkeit einer palindromischen Sequenz steigt. Der nächste Schritt bezieht sich auf die Wahrscheinlichkeit palindromischer Sequenzen in Proteinen, die auf die häufige Bildung von Alpha-Helices durch Palindrome zurückzuführen sein kann.