มารู้จัก DNA Microsatellite กันเถอะ (ตอนที่ ๑) |
กนกพร บุญศิริชัย และ วไลลักษณ์ แพทย์วิบูลย์
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)
|
เมื่อพูดถึง microsatellite หลายคนอาจจะนึกถึงดาวเทียมขนาดเล็กที่โคจรรอบโลก เช่น ดาวเทียมไทพัฒ ที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานครร่วมกับ University of Surrey ประเทศสหราชอาณาจักร ร่วมกันพัฒนาขึ้น แต่บทความนี้ เราจะมาทำความรู้จักกับ microsatellite ที่พบในดีเอ็นเอซึ่งเป็นสารพันธุกรรมของพืช สัตว์ และมนุษย์
microsatellite คืออะไร
microsatellite เป็นส่วนของดีเอ็นเอที่แสดงลำดับนิวคลีโอไทด์ซ้ำ ๆ ทีละ 1-4 นิวคลีโอไทด์ และอาจมีจำนวนซ้ำได้มากกว่า 10 20 ซ้ำ ตัวอย่าง เช่น |
|
Mononucleotide repeats |
AAAAAAAAAAAAAAA |
หรือ (A)15 |
|
Dinucleotide repeats |
CGCGCGCGCGCGCG |
หรือ (CG)7 |
|
Trinucleotide repeats |
ACGACGACGACGACG |
หรือ (ACG)5 |
|
Tetranucleotide repeats |
ATCGATCGATCGATCG |
หรือ (ATCG)4 |
|
microsatellite ยังเป็นที่รู้จักในชื่อของ Simple Sequence Repeats (SSR) Short Tandem Repeats (STR) หรือ Variable Number Tandem Repeats (VNTR) ซึ่งชื่อเหล่านี้ล้วนสื่อความหมายถึงลำดับนิวคลีโอไทด์ที่ซ้ำกันเป็นชุด
microsatellite อยู่ที่ไหน
microsatellite พบในโครโมโซมของสิ่งมีชีวิตพวก eukaryotes เช่น คน พืช และสัตว์ โดยส่วนใหญ่แล้วไม่พบในยีน แต่จะพบได้ในส่วนของโครโมโซมที่ไม่ใช่ยีน เช่น ในส่วนของ intergenic space (ดีเอ็นเอที่อยู่ระหว่างยีน) |
|
|
|
Microsatellite คือส่วนของดีเอ็นเอที่แสดงลำดับนิวคลีโอไทด์ซ้ำกันเป็นชุด พบบนโครโมโซมของ คน สัตว์ และพืช (รูปจาก www.woodrow.org) |
|
คนแต่ละคนมีจำนวนซ้ำของนิวคลีโอไทด์ใน microsatellite เท่ากันไหม
อาจจะไม่เท่ากัน เนื่องจาก microsatellite เป็นส่วนของโครโมโซมที่มีวิวัฒนาการหรือการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างเร็ว โดยเฉพาะการเพิ่มหรือลดจำนวนซ้ำของชุดนิวคลีโอไทด์ microsatellite จึงมีหลากหลายอัลลีล (allyl distribution คือ รูปแบบของยีนหรือลำดับนิวคลีโอไทด์ที่ตำแหน่งใด ๆ บนโครโมโซม) โดยแต่ละอัลลีลจะมีจำนวนซ้ำของชุดนิวคลีโอไทด์ ที่แตกต่างกัน สำหรับ microsatellite หนึ่ง ๆ อาจสามารถพบจำนวนอัลลีลได้มากถึง 70-80 อัลลีล |
|
|
|
อัลลีล A มีจำนวนซ้ำของชุดนิวคลีโอไทด์ที่ตำแหน่ง microsatellite หนึ่ง น้อยกว่าอัลลีล B (รูปซ้าย) เมื่อนำดีเอ็นเอจากตำแหน่งนั้นมาแยกขนาดด้วยวิธี agarose gel electrophoresis จะพบว่าอัลลีล A มีขนาดสั้นกว่าอัลลีล B โดยแถบดีเอ็นเอที่สั้นกว่าจะอยู่ด้านล่างของแผ่นเจล (A = อัลลีล A; B = อัลลีล B; M = ดีเอ็นเอมาตรฐานสำหรับประเมินขนาด) (รูปจาก www.sciencebuddies.org) |
|
microsatellite วิวัฒนาการได้อย่างไร
วิวัฒนาการหรือการเปลี่ยนแปลงลำดับนิวคลีโอไทด์ของ microsatellite มักพบในรูปแบบของการเพิ่มหรือลดจำนวนซ้ำของชุดนิวคลีโอไทด์ สัณนิษฐานว่าเกิดจากการเลื่อนตัว (slippage) ของสายดีเอ็นเอออกจากกันในบริเวณของ microsatellite ในขณะที่เซลล์กำลังจำลองดีเอ็นเอระหว่างการแบ่งเซลล์ ทำให้นิวคลีโอไทด์ส่วนหนึ่งไม่สามารถจับคู่กับนิวคลีโอไทด์บนสายตรงข้ามได้ หากนิวคลีโอไทด์ที่เลื่อนตัวออกอยู่บนสายดีเอ็นเอต้นแบบ สายดีเอ็นเอที่สร้างขึ้นใหม่จะมีจำนวนซ้ำของนิวคลีโอไทด์ลดลงเมื่อเทียบกับสายเดิม แต่ถ้านิวคลีโอไทด์ที่เลื่อนตัวออกอยู่บนสายดีเอ็นเอที่กำลังสร้างขึ้นใหม่ สายดีเอ็นเอใหม่นี้จะมีจำนวนซ้ำเพิ่มขึ้นกว่าสายเดิม |
|
|
|
replication คือการสร้างดีเอ็นเอสายใหม่จากสายเดิม รูปแสดงการเลื่อน (slippage) ของนิวคลีโอไทด์ชุดซ้ำ ( ) บนสายดีเอ็นเอที่กำลังสร้างขึ้นใหม่ทำให้มีจำนวนซ้ำของชุดนิวคลีโอไทด์เพิ่มขึ้นในรอบ replication ถัดไป (ซ้าย) หากการเลื่อนเกิดบนสายดีเอ็นเอต้นแบบ จะทำให้โมเลกุลดีเอ็นเอในรอบถัดไปมีจำนวนซ้ำของชุดนิวคลีโอไทด์ลดลง (ขวา) รูปจาก www.scielo.br |
|
อีกกรณีหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงลำดับนิวคลีโอไทด์ของ microsatellite อาจเกิดจากการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนของโครโมโซมแบบไม่สมดุล (unequal crossingover) ที่ตำแหน่งของ microsatellite ระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (meiosis) เพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์ ทำให้โครโมโซมชิ้นหนึ่งได้รับจำนวนชุดซ้ำของ microsatellite มากกว่า ในขณะที่อีกชิ้นหนึ่งได้รับน้อยกว่า เซลล์สืบพันธุ์ที่เกิดขึ้นส่วนหนึ่งจึงมีจำนวนซ้ำของชุดนิวคลีโอไทด์เปลี่ยนไปจากเดิม |
|
|
|
รูปแสดงการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนของโครโมโซมแบบไม่สมดุลที่ตำแหน่งของ microsatellite ทำให้โครโมโซมชิ้นหนึ่งมีขนาดยาวกว่าเดิม ในขณะที่อีกชิ้นหนึ่งมีขนาดสั้นกว่าเดิม (รูปจาก www.scielo.br) |
|
ในตอนต่อไปเราจะมาเรียนรู้กันว่าในทางการแพทย์ นิติวิทยาศาสตร์ การเกษตร และการศึกษาวิจัย เขาใช้ microsatellite ทำอะไรกันบ้าง สำหรับตอนนี้ขอจบเพียงเท่านี้ก่อน แล้วพบกันใหม่ |
|