Типови и механизми генетичке рекомбинације

Тхе генетичка рекомбинација је процес којим молекуле нуклеинске киселине размјењују фрагменте који стварају нови молекул. Врло је честа појава у ДНК, али РНА је такође супстрат за рекомбинацију. Рекомбинација је, након мутације, најважнији извор генерације генетске варијабилности.

ДНК учествује у различитим биохемијским процесима. Током репликације, служи као шаблон за генерисање две нове ДНК молекуле. У транскрипцији омогућава генерисање РНК молекула из специфичних региона које контролише промотор.

Али поред тога, ДНК је такође у стању да размењује фрагменте. Овим процесом настају нове комбинације које нису производ претходних двају процеса, нити оплодње.

Било који процес рекомбинације укључује ломљење и везивање молекула ДНК укључених у процес. Овај механизам варира у зависности од тога који је рекомбинациони супстрат, ензими који су укључени у процес и механизам његовог извршења..

Рекомбинација генерално зависи од постојања комплементарних региона, сличних (ако не идентичних) или хомологних између рекомбинујућих молекула. У случају да рекомбинују молекуле у процесима који нису вођени хомологијом, каже се да рекомбинација није хомологна.

Ако хомологија укључује веома кратко подручје присутно у оба молекула, речено је да је рекомбинација специфична за локацију.

Индек

• 1 Дефиниција
  • 1.1 Цхиасм и цросс-линкинг
• 2 Врсте генетске рекомбинације
  • 2.1 - Рекомбинација специфична за локацију
  • 2.2-Хомологна рекомбинација
  • 2.3 - Нехомологна рекомбинација
• 3 Важност рекомбинације
  • 3.1 Значај као узрок: репликација и поправка ДНК
  • 3.2 Значај као последица: генерисање генетске варијабилности
  • 3.3 Рекомбинација и здравље
• 4 Референце

Дефиниција

Оно што називамо хомологијом у рекомбинацији не мора нужно значити еволуционо поријекло молекула судионика. Говоримо више о степену сличности у нуклеотидној секвенци.

Не-репаративна рекомбинација, на пример, јавља се код еукариота током процеса мејозе. Несумњиво, не може бити веће хомологије него између парова хромозома у истој ћелији.

Због тога се називају хомологним хромозомима. Међутим, постоје случајеви у којима ДНК ћелије размењује материјал са страном ДНК. Ове ДНК морају бити врло сличне рекомбинацији, али не морају нужно дијелити истог претка (хомологију) да би га постигле..

Цхиасм и цросс-линкинг

Место повезивања и размене између два молекула ДНК се назива цхиасм, а процес као такав, умрежавање. Током интерцросинга, верификована је размена опсега између ДНК учесника.

Ово ствара коинтеграцију, која су два молекула ДНК физички уједињена у једну. Када је коинтеграција "решена", генеришу се два молекула, генерално промењена (рекомбинантна).

"Решити", у контексту рекомбинације, је да се одвоје компоненте молекула ДНК коинтеграта.

Врсте генетске рекомбинације

-Сите-специфиц рекомбинација

У месту специфичној рекомбинацији, два молекула ДНК, генерално нехомологна, имају кратку секвенцу која је заједничка за оба. Ова секвенца је циљана специфичним ензимом за спајање.

Ензим, способан да препозна ову секвенцу, а не другу, реже је на одређеном месту у оба молекула. Уз помоћ неких других фактора, он размењује ДНК траке двају молекула и формира коинтеграцију.

Есцхерицхиа цоли анд ламбда

Ово је основа за формирање коинтеграта између геном бактерије Есцхерицхиа цоли и бактериофагне ламбда. Бактериофаг је вирус који зарази бактерије.

Формирање овог коинтеграта се врши ензимом кодираним у геному вируса: ламбда интеграза. Ово препознаје заједнички позив који се зове аттП у кружном геному вируса, и аттБ у бактерији.

Резањем обе секвенце у оба молекула, он генерише слободне сегменте, размењује траке и уједињује два генома. Формира се већи круг или коинтегрира.

У коинтегрисаном, геном вируса пасивно носи бактеријски геном, са којим се реплицира. У том стању се каже да је вирус у провирусу и да је бактерија лизогена за исти.

Инверзни процес, тј. Коинтегрисана резолуција, може потрајати много генерација - или чак не. Међутим, ако се то уради, то је ензимски посредовано другим протеином који кодира вирус генома назван екцисионаса. Када се то догоди, вирус се одваја од коинтеграта, реактивира и изазива лизу ћелија.

-Хомологна рекомбинација

Генерализована рекомбинација

Хомологна рекомбинација је верификована између молекула ДНК које деле најмање 40 нуклеотида потпуне или скоро потпуне сличности. Да би се спровео процес рекомбинације, мора да учествује најмање једна ендонуклеаза.

Ендонуклеазе су ензими који генеришу унутрашње резове у ДНК. Неки то раде да би наставили да деградирају ДНК. Други, као у случају рекомбинације, то чине да би створили траг у ДНК.

Овај јединствени ницк вам омогућава да обрадите један ДНК бенд са слободним крајем. Овај слободни крај, вођен рекомбиназом, дозвољава да једна трака нападне двоструку ДНК тако што помера резидентни бенд идентичан.

Ово је тачка преласка, између донорског молекула ДНК ("инвадер") и другог примаоца.

Ензим (рекомбиназа) који спроводи процес инвазије и размене трака Есцхерицхиа цоли зове се РецА. Постоје и други хомологни протеини у прокариотима, као што је РадА у архејама. Код еукариота, еквивалентни ензим се назива РАД51.

Једном када банда напусти станицу, она ступа у интеракцију са траком која је остала једноставна у донорском молекулу. Обе тачке су запечаћене дјеловањем лигазе.

Сада имамо ДНК из хибридних трака (донаторски појас и рецепторски трак, различитог порекла), које су окружене донорском ДНК и ДНК примаоца. Точке прелаза (цхиасмас) се крећу у оба смјера најмање 200 бп.

Свака точка умрежавања формира оно што је познато као Холлидаи структура (цруциформ ДНА која је резултат рекомбинације).

Ова крижна ДНК мора бити разрешена другим ендонуклеазама. Хибридна или химерна ДНК ове структуре може се решити на два начина. Ако се други исечак ендонуклеотида појављује у истом опсегу у коме се појавио први, рекомбинација се не генерише. Ако се други рез деси у другом појасу, добијени производи су рекомбинантни.

Рекомбинација В (Д) Ј

Ово је тип соматске рекомбинације (не меиотичке) која доприноси стварању огромне варијабилности антитела имуног система.

Ова рекомбинација је верификована у одређеним фрагментима гена који кодирају полипептидне ланце који их дефинирају. Изводи се из Б ћелија и укључује различите генетске регионе.

Занимљиво је да постоје паразити Трипаносома бруцеи који користе сличан рекомбинациони механизам за стварање варијабилности у површинском антигену. На овај начин, они могу избећи одговор домаћина ако не генерише антитело способно да препозна "нови" антиген..

-Нехомологна рекомбинација

Коначно, постоје процеси рекомбинације који не зависе од сличности секвенци молекула учесника. Код еукариота је веома важно, на пример, рекомбинација нехомологних крајева.

Ово се дешава са фрагментима ДНК који имају дво-појасне ломове у ДНК. Они се "поправљају" од стране ћелије која их спаја са другим фрагментима подједнако са двоструким пукотинама.

Међутим, ови молекули не морају нужно да буду слични да учествују у овом процесу рекомбинације. То јест, поправљањем оштећења, ћелија може везати неповезане ДНК, стварајући заиста нови (рекомбинантни) молекул. 

Важност рекомбинације

Важност као узрок: репликација и поправка ДНК

Рекомбинација гарантује вјерност ДНК информација током и након процеса репликације. Рекомбинација детектује оштећење ДНК током процеса стварања нових трака у овој екстремно дугој макромолекули.

Пошто сваки бенд има своју информацију, а она о свом комплементу, рекомбинација гарантује да ниједна није изгубљена. Свака од њих дјелује као свједок друге. Слично томе, у диплоидним организмима, хомологни хромозом је сведок његовог брата, и обрнуто.

С друге стране, када се ДНК реплицира, механизми поправке оштећења овог молекула су различити. Неки су директни (дјелују директно на повреду), а други су индиректни.

Механизми индиректне обнове зависе од рекомбинације која се треба извршити. То јест, да би се поправило оштећење у једном молекулу ДНК, користи се други хомологни молекул. То би деловало у репаративној рекомбинацији као калуп који је претрпио оштећење.

Значај као последица: генерисање генетске варијабилности

Рекомбинација је способна да створи енормну хромозомску варијабилност током мејозе. Соматска рекомбинација такође генерише варијабилност, као у случају антитела код кичмењака.

У многим организмима мејоза је гаметица. У организмима са сексуалном репродукцијом, рекомбинација се показала као један од најмоћнијих начина за генерисање варијабилности.

Другим речима, за спонтану мутацију и сегрегацију хромозома потребно је додати рекомбинацију као још један генераторски елемент гаметске варијабилности.

Интеграција бактериофагних генома путем специфичне рекомбинације, са друге стране, допринела је ремоделирању генома њихових бактерија домаћина..

Ово је допринело стварању геномске варијабилности и еволуције ове важне групе живих бића.

Рекомбинација и здравље

Већ смо видјели да се ДНК може поправити, али не и оно што је штети. Заправо, скоро све може оштетити ДНК, почевши од неисправне репликације која није исправљена.

Али осим тога, ДНК може бити оштећена УВ светлошћу, јонизујућим зрачењем, слободним радикалима кисеоника производом ћелијског дисања, и оно што једемо, пушимо, дишемо, једемо или додирујемо.

Срећом, не морате одустати од живота да бисте заштитили ДНК. Мора се одрећи одређених ствари, али велики посао обавља сама ћелија. Ови механизми откривања оштећења ДНК, и њиховог поправљања, очигледно имају генетску основу, и њен недостатак, огромне последице..

Болести повезане са дефектима у хомологној рекомбинацији укључују, на пример, Блоомов и Вернеров синдром, породични рак дојке и јајника, итд..

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, А.Д., Левис, Ј., Морган, Д., Рафф, М., Робертс, К., Валтер, П. (2014) Молецулар Биологи оф тхе Целл (6тх Едитион). В. Нортон & Цомпани, Нев Иорк, НИ, УСА.
2. Белл, Ј.Ц., Ковалцзиковски, С.Ц. (2016) Механика и једно-молекуларно испитивање рекомбинације ДНК. Годишњи преглед биохемије, 85: 193-226.
3. Прадо, Ф. () Хомологна рекомбинација: Форк анд Беионд. Генес, дои: 10.3390 / генес9120603
4. Гриффитхс, А.Ј.Ф., Весслер, Р., Царролл, С.Б., Доеблеи, Ј. (2015). Увод у генетску анализу (11. издање). Нев Иорк: В. Х. Фрееман, Њујорк, Њујорк, САД.
5. Тоцк, А.Ј., Хендерсон, И.Р. (2018) Жаришне тачке за покретање меиотичке рекомбинације. Фронтиерс ин Генетицс, дои: 10.3389 / фгене.2018.00521
6. Вахл, А., Баттести, А., Ансалди, М. (2018) А Пропхагес ин Салмонелла ентерица: покретачка сила у преобликовању генома и физиологије њиховог бактеријског домаћина? Молецулар Мицробиологи, дои: 10.1111 / мми.14167.
7. Вригхт, В.Д., Схах, ​​С., Хеиер, В.Д. (2018) Хомологна рекомбинација и обнављање дво-ланчаних прекида ДНК. Јоурнал оф Биологицал Цхемистри, 293: 10524-10535