Функције, механизми и апликације хомологне рекомбинације

Тхе хомологна рекомбинација то је процес који укључује размену молекула ДНК између сличних или идентичних делова генома. Ћелије користе хомологну рекомбинацију углавном за поправку прекида у генетском материјалу, генеришући генетске варијације у популацијама.

Генерално, хомологна рекомбинација подразумева физичко спаривање између хомологних зона генетског материјала, праћено разбијањем ланаца који ће бити подвргнути размени, и коначно уједињење нових молекула ДНК у комбинацији.

Прекиди у ДНК морају се поправити што је брже и ефикасније могуће. Када се штета не поправи, посљедице могу бити озбиљне и чак смртоносне. Код бактерија, главна функција хомологне рекомбинације је поправка ових прекида у генетском материјалу.

Хомологна рекомбинација се сматра једним од главних механизама који омогућавају стабилност генома. Присутна је у свим доменима живота, па чак иу вирусима, тако да је вероватно да је то витални механизам који се појавио веома рано у еволуцији живота..

Индек

• 1 Историјска перспектива
• 2 Шта је хомологна рекомбинација?
• 3 Функције и последице хомологне рекомбинације
  • 3.1 Код бактерија
• 4 Механизам
  • 4.1 Синапсес
  • 4.2 Обука Д петље
  • 4.3 Формирање холидаи синдиката
  • 4.4 Укључени протеини
• 5 Абнормалности повезане са процесима рекомбинације
• 6 Примена рекомбинације
• 7 Други типови рекомбинације
• 8 Референце

Хисторицал перспецтиве

Један од најрелевантнијих принципа које је предложио Грегор Мендел је независност у сегрегацији карактера. Према овом закону, различити гени прелазе самостално од родитеља на децу.

Међутим, 1900. године било је евидентно постојање веома изражених изузетака од овог принципа. Енглески генетичари Батесон и Пуннетт су показали да се одређени ликови много пута наслеђују заједно, а за ове карактеристике принцип који је објавио Мендел нема валидност.

Каснија истраживања су успела да разјасне постојање процеса рекомбинације, где су ћелије биле у стању да размене генетски материјал. У случајевима када су гени наслеђени заједно, ДНК није размењена због физичке блискости између гена.

Шта је хомологна рекомбинација?

Хомологна рекомбинација је ћелијски феномен који укључује физичку размену ДНК секвенци између два хромозома. Рекомбинација укључује скуп гена познатих као гени рец. Ови кодови за различите ензиме који су укључени у процес.

Молекули ДНК се сматрају "хомологним" када деле сличне или идентичне секвенце од више од 100 парова база. ДНК има мале регије које се могу разликовати једна од друге, а ове варијанте су познате као алели.

У живим бићима, сва ДНК се сматра рекомбинантном ДНК. Размена генетског материјала између хромозома се дешава непрекидно, мешањем и реорганизовањем гена у хромозомима.

Овај процес се очигледно дешава у мејози. Посебно у фази у којој су хромозоми упарени у првој деобе ћелија. У овој фази долази до размене генетског материјала између хромозома.

Историјски, овај процес је у литератури означен употребом англосаксонске речи прелазимо преко. Овај догађај је један од резултата хомологне рекомбинације.

Учесталост прелазимо преко између два гена истог хромозома зависи углавном од удаљености између ова два; што је мања физичка дистанца између њих, то је мања учесталост размене.

Функције и последице хомологне рекомбинације

Генетски материјал је стално изложен оштећењима, узрокованим, на примјер, ендогеним и егзогеним изворима, као што је зрачење.

Процењује се да људске ћелије представљају значајан број лезија у ДНК, реда десетина до стотина дневно. Ове лезије треба поправити како би се избегле потенцијалне штетне мутације, блокаде у репликацији и транскрипцији и оштећења на хромозомском нивоу..

Са медицинске тачке гледишта, оштећење ДНК које није исправно исправљено доводи до развоја тумора и других патологија.

Хомологна рекомбинација је догађај који омогућава опоравак у ДНК, дозвољавајући опоравак изгубљених секвенци, користећи као узорак други ланац ДНК (хомологан).

Овај метаболички процес је присутан у свим облицима живота, пружајући механизам високе вјерности који омогућава поправку "празнина" у ДНК, двоструких прекида и унакрсних веза између ДНК ланаца.

Једна од најрелевантнијих посљедица рекомбинације је стварање нових генетских варијација. Заједно са мутацијама, то су два процеса који генеришу варијације у живим бићима - запамтите да су варијације сировина за еволуцију.

Поред тога, обезбеђује механизам за поновно покретање оштећених вилица за репликацију.

У бактеријама

Код бактерија постоје чести догађаји хоризонталног трансфера гена. Они се класификују као коњугација, трансформација и трансдукција. Овде прокариоти узимају ДНК из другог организма, па чак и из различитих врста.

Током ових процеса, хомологна рекомбинација се дешава између ћелије примаоца и ћелије донора.

Механизам

Хомологна рекомбинација почиње са прекидом у једном од ланаца кромосомске молекуле ДНК. Након тога долази до низа корака који су катализовани вишеструким ензимима.

Крај 3'-а, где се дешава рез је захваћен са двоструком хомологном ДНК ланцу. Процес инвазије је пресудан. Са "хомологним ланцем" желимо да се односимо на делове хромозома који имају исте гене у линеарном поретку, иако нуклеотидне секвенце не морају бити идентичне..

Синапсес

Ова инвазија ланца поставља хомологне хромозоме један према другом. Овај феномен сусрета са праменовима назива се синапса (не треба мешати са синапсама у неуронима, овде се термин користи са другим значењем).

Синапса не мора нужно да подразумева директан контакт између обе хомологне секвенце, ДНК се може наставити да се креће неко време док не пронађе хомологни део. Овај процес претраживања се назива хомологно поравнање.

Формирање Д петље

Затим се дешава догађај зван "инвазија нити". Хромозом је двострука спирала ДНК. У хомологној рекомбинацији два хромозома траже своје хомологне секвенце. У једној од хеликса, праменови се раздвајају и ова линија "напада" структуру двоструке спирале, формирајући структуру која се назива петља Д.

Ланац Д петље је замењен инвазијом ланца који представља руптуру и парове са комплементарним ланцем оригиналне двоструке спирале..

Формирање холидаи синдиката

Следећи корак је формирање Холлидаи раскрсница. Овде су крајеви размењених нити повезани. Овај синдикат има способност кретања у било ком правцу. Синдикат се може сломити и формирати у више наврата.

Коначни процес рекомбинације је резолуција ових спојева и постоје два начина или начина на који ћелија то постиже. Један од њих је цепање синдрома или процес који се назива растварање, типичан за еукариотске организме.

У првом механизму, разбијање синдиката Холлидаи обнавља два ланца. У другом случају "распад" јавља се нека врста колапса у синдикату.

Укључени протеини

Кључни протеин у процесу рекомбинације се назива Рад51 у еукариотским ћелијама, а РецА у Есцхерицхиа цоли. Ради у различитим фазама рекомбинације: прије, за вријеме и након синапсе.

Протеин Рад51 олакшава формирање физичке везе између ДНК напада и ДНК. У овом процесу настаје хетеродуплекс ДНК.

Рад51 и његов хомолог РецА катализирају потрагу за хомологном ДНК и размјеном ДНА ланаца. Ови протеини имају способност да се кооперативно повежу са једном ДНК.

Постоје и паралогични гени (настали из догађаја дуплицирања гена у линији организама) Рад51, названи Рад55 и Рад57. Код људи је идентификовано пет Рад51 паралог гена названих Рад51Б, Рад51Ц, Рад51Д, Ксрцц2 и Ксрцц3..

Абнормалности повезане са процесима рекомбинације

Како рекомбинација захтева физичко везивање у хромозомима, то је кључни корак у исправној сегрегацији током мејозе. Ако се не деси адекватна рекомбинација, резултат може бити значајна патологија.

Не-дисјункција хромозома или грешке у сегрегацији је један од најчешћих узрока абортуса и аномалија хромозомског порекла, као што је трисомија хромозома 21, која узрокује Довнов синдром.

Иако је рекомбинација обично прилично прецизан процес, региони генома који се понављају и гени који имају вишеструке копије дуж генома су елементи склони неједнак прелаз.

Ово укрштање производи различите клиничке карактеристике, укључујући честе болести као што су таласемија и аутизам..

Примене рекомбинације

Молекуларни биолози су искористили знање о механизму хомологне рекомбинације за стварање различитих технологија. Један од њих омогућава стварање организама "кноцкоут".

Ови генетски модификовани организми омогућавају расветљавање функције гена од интереса.

Једна од методологија коришћених за стварање кноцкоутс састоји се од супресије експресије специфичног гена који замењује оригинални ген модификованом или "оштећеном" верзијом. Ген је замењен за мутирану верзију помоћу хомологне рекомбинације.

Други типови рекомбинације

Поред хомологне или легитимне рекомбинације, постоје и други типови размене генетског материјала.

Када су региони ДНК који размењују материјал неалелни (од хомологних хромозома) резултат је дупликација или редукција гена. Овај процес је познат као нехомологна рекомбинација или неуједначена рекомбинација.

Заједно, генетски материјал се такође може разменити између сестринских кроматида истог хромозома. Овај процес се одвија иу меиотичкој и митотичкој подјели, и назива се неједнака размјена.

Референце

1. Бакер, Т.А., Ватсон, Ј.Д., & Белл, С.П. (2003). Молекуларна биологија гена. Бењамин-Цуммингс Публисхинг Цомпани.
2. Девлин, Т. М. (2004). Биохемија: уџбеник са клиничком применом. Преокренуо сам.
3. Јасин, М., & Ротхстеин, Р. (2013). Поправка прекида праменова хомологном рекомбинацијом. Цолд Спринг Харбор перспективе у биологији, 5(11), а012740.
4. Ли, Кс., & Хеиер, В. Д. (2008). Хомологна рекомбинација у поправци ДНК и толеранцији оштећења ДНК. Целл ресеарцх, 18(1), 99-113.
5. Мурраи, П.Р., Росентхал, К., & Пфаллер, М.А. (2017). Медицал мицробиологи. Елсевиер Хеалтх Сциенцес.
6. Нуссбаум, Р. Л., МцИннес, Р. Р., & Виллард, Х. Ф. (2015). Тхомпсон & Тхомпсон генетика у медицини е-књига. Елсевиер Хеалтх Сциенцес.
7. Виргили, Р. О., & Табоада, Ј. М. В. (2006). Људски геном: нови напредак у истраживању, дијагностици и лијечењу. Едиционс Университат Барцелона.