Genetiniai rekombinacijos tipai ir mechanizmai

The genetinis rekombinavimas yra procesas, kurio metu nukleino rūgšties molekulės keičiasi fragmentais, generuojančiais naują molekulę. Jis yra labai dažnas DNR, tačiau RNR taip pat yra rekombinacijos substratas. Rekombinacija po mutacijos yra svarbiausias genetinio kintamumo generavimo šaltinis.

DNR dalyvauja įvairiuose biocheminiuose procesuose. Replikacijos metu ji tarnauja kaip dviejų naujų DNR molekulių generavimo šablonas. Transkripcijoje jis leidžia generuoti RNR molekules iš specifinių regionų, valdomų promotoriaus.

Be to, DNR taip pat gali keistis fragmentais. Per šį procesą atsiranda naujų derinių, kurie nėra dviejų ankstesnių procesų rezultatas, ir tręšimas.

Bet koks rekombinacijos procesas apima procesuose dalyvaujančių DNR molekulių lūžimą ir surišimą. Šis mechanizmas skiriasi priklausomai nuo to, kuris yra rekombinacinis substratas, procese dalyvaujantys fermentai ir jo vykdymo mechanizmas.

Rekombinacija paprastai priklauso nuo papildomų regionų, panašių (jei ne identiškų), arba homologinių tarp rekombinacinių molekulių. Tuo atveju, kai jie rekombinuoja molekules procesuose, kurie nėra orientuoti į homologiją, sakoma, kad rekombinacija nėra homologinė.

Jei homologija apima labai trumpą regioną, esantį abiejose molekulėse, sakoma, kad rekombinacija yra specifinė vietai.

Indeksas

• 1 Apibrėžimas
  • 1.1 Chiasmas ir kryžminis ryšys
• 2 genetinės rekombinacijos rūšys
  • 2.1. Konkrečios vietos rekombinacija
  • 2.2. Homologinė rekombinacija
  • 2.3 - Nehomologinis rekombinavimas
• 3 Rekombinacijos svarba
  • 3.1 Svarba kaip priežastis: DNR replikacija ir remontas
  • 3.2 Svarba - genetinio kintamumo generavimas
  • 3.3 Rekombinacija ir sveikata
• 4 Nuorodos

Apibrėžimas

Tai, ką vadiname homologija rekombinacijoje, nebūtinai reiškia dalyvaujančių molekulių evoliucinę kilmę. Kalbame daugiau apie nukleotidų sekos panašumo laipsnį.

Pavyzdžiui, nehararatyvinė rekombinacija vyksta eukariotuose per miozės procesą. Be abejo, nėra didesnės homologijos nei tarp tos pačios ląstelės esančių chromosomų porų.

Štai kodėl jie vadinami homologinėmis chromosomomis. Tačiau yra atvejų, kai ląstelės DNR keičia medžiagą su užsienio DNR. Šios DNR turi būti labai panašios į rekombinaciją, tačiau jos nebūtinai turi turėti tą patį protėvį (homologiją), kad ją pasiektų.

Chiasmas ir kryžminis susiejimas

Jungties vieta ir keitimasis tarp dviejų DNR molekulių vadinamas chiasmu, o procesas kaip toks, susiejimas. Kryžminimo metu tikrinama, ar tarp dalyvaujančių DNR juostų keičiasi juostos.

Tai sukuria kointegratą, kuris yra dvi fiziškai vieningos DNR molekulės. Kai kointegracija yra „išspręsta“, sukuriamos dvi molekulės, paprastai pakeistos (rekombinantinis).

"Išspręsti" rekombinacijos kontekste yra atskirti kointegracijos DNR molekulių komponentus.

Genetinės rekombinacijos rūšys

-Konkrečios vietos rekombinacija

Konkrečiai vietai būdingoje rekombinacijoje dvi DNR molekulės, kurios paprastai nėra homologinės, turi trumpą seką, kuri yra bendra abiem. Šią seką nukreipia konkretus šliuzo fermentas.

Fermentas, galintis atpažinti šią seką, o ne kitą, supjauna jį konkrečioje abiejų molekulių vietoje. Kai kurių kitų veiksnių pagalba ji keičia dviejų dalyvaujančių molekulių DNR juostas ir sudaro kointegraciją.

Escherichia coli ir lambda

Tai yra bakterijos genomo susidarymo pagrindas Escherichia coli ir bakteriofago lambda. Bakteriofagas yra virusas, kuris užkrečia bakterijas.

Šio kointegrato susidarymą vykdo fermentas, koduojamas viruso genome: lambda integrase. Tai atpažįsta bendrąją seką, vadinamą attP viruso apykaitiniame genome ir attB bakterijoje.

Pjaustant abi sekas abiejose molekulėse, jis sukuria laisvus segmentus, keičia juostas ir sujungia du genomus. Suformuotas didesnis apskritimas arba sujungtas.

Kointegruotame viruso genome pasyviai vykdo bakterijų genomas, su kuriuo jis kartojasi. Šioje būsenoje sakoma, kad virusas yra proviruso ir kad bakterija yra lizogeninė tam pačiam.

Atvirkštinis procesas, t. Y. Sujungta rezoliucija, gali užtrukti daug kartų - arba netgi ne. Tačiau, jei tai padaryta, tai fermentiškai medijuoja kitas baltymas, koduojamas viruso genomo, vadinamo excisionasa. Tokiu atveju virusas atskiria nuo kointegracijos, vėl aktyvuoja ir sukelia ląstelių lizę.

-Homologinė rekombinacija

Bendroji rekombinacija

Homologinė rekombinacija tikrinama tarp DNR molekulių, kurios turi bent 40 nukleotidų, kurių visiškai arba beveik visiškai panašus. Norint atlikti rekombinacijos procesą, turi dalyvauti bent viena endonukleazė.

Endonukleazės yra fermentai, kurie sukuria vidinius DNR pjūvius. Kai kurie tai daro, kad degraduotų DNR. Kiti, kaip ir rekombinacijos atveju, tai daro, kad DNR sukurtų dentą.

Šis unikalus slapyvardis leidžia apdoroti vieną DNR juostą su laisvu galu. Šis laisvas galas, nukreiptas į rekombinazę, leidžia vienai juostai įsiveržti į dvigubą DNR, išstumdamas rezidentinę juostą jai identišką.

Tai yra perėjimo tarp donoro DNR molekulės („užpuolikas“) ir kito gavėjo taškas.

Fermentas (rekombinazė), kuri vykdo invazijos ir juostų keitimo procesą. \ T Escherichia coli tai vadinama RecA. Prokariotuose yra ir kitų homologinių baltymų, tokių kaip RadA archaea. Eukariotuose ekvivalentinis fermentas vadinamas RAD51.

Kai invazija gauja išstumia gyventoją, ji sąveikauja su juosta, kuri išliko paprasta donoro molekulėje. Abu taškai uždaromi ligazės veikimu.

Dabar turime DNR iš hibridinių juostų (skirtingos kilmės donorų juostos ir receptorių juostos), prie kurios pridedama donoro DNR ir recipiento DNR. Kryžminio taško (chiasmas) judėjimas abiem kryptimis yra bent 200 bp.

Kiekvienas susikirtimo taškas sudaro Holliday struktūrą (kryžminę DNR, gautą rekombinacijos atveju).

Ši kryžminė DNR turi būti pašalinta kitomis endonukleazėmis. Šios struktūros hibridinė arba chimerinė DNR gali būti išspręsta dviem būdais. Jei antrasis endonukleotidų supjaustymas vyksta toje pačioje juostoje, kurioje įvyko pirmasis, rekombinacija nėra generuojama. Jei antrasis pjūvis įvyksta kitoje juostoje, gaunami produktai yra rekombinantiniai.

Rekombinacija V (D) J

Tai yra somatinės rekombinacijos (ne meiotinės) rūšis, kuri prisideda prie milžiniško imuninės sistemos antikūnų kintamumo..

Ši rekombinacija tikrinama tam tikruose genų fragmentuose, koduojančiuose juos apibūdinančias polipeptidines grandines. Jį atlieka B ląstelės ir apima skirtingus genetinius regionus.

Įdomu tai, kad yra parazitų Trypanosoma brucei kuris naudoja panašų rekombinacijos mechanizmą paviršiaus antigeno kintamumui sukurti. Tokiu būdu jie gali išvengti šeimininko atsako, jei nepavyksta generuoti antikūno, galinčio atpažinti "naują" antigeną..

-Ne homologinė rekombinacija

Galiausiai, yra rekombinacijos procesų, kurie nepriklauso nuo dalyvaujančių molekulių sekos panašumo. Eukariotuose labai svarbu, pavyzdžiui, ne homologinių galų rekombinacija.

Tai atsitinka su DNR fragmentais, kurie turi dvigubos juostos pertraukas DNR. Šiuos elementus „taiso“ ląstelė, jungianti juos su kitais fragmentais vienodai su dvigubomis juostų plyšimais.

Tačiau šios molekulės nebūtinai turi būti panašios į dalyvavimą šiame rekombinacijos procese. Tai reiškia, kad, pašalindama žalą, ląstelė gali susieti nesusijusias DNR, sukurdama tikrai naują (rekombinantinę) molekulę. 

Rekombinacijos svarba

Svarba kaip priežastis: DNR replikacija ir remontas

Rekombinacija garantuoja DNR informacijos ištikimybę replikacijos metu ir po jos. Rekombinacija aptinka DNR pažeidimus kuriant naujas juostas šioje labai ilgoje makromolekulėje.

Kadangi kiekviena grupė turi savo informaciją ir jos papildymą, rekombinacija garantuoja, kad nė viena nėra prarasta. Kiekvienas iš jų veikia kaip liudytojas kitam. Panašiai ir diploidiniuose organizmuose homologinė chromosoma yra jo brolio liudytojas, ir atvirkščiai.

Kita vertus, po to, kai DNR buvo pakartota, šios molekulės pažeidimų taisymo mechanizmai yra įvairūs. Kai kurie yra tiesioginiai (veikia tiesiogiai dėl žalos) ir kiti netiesioginiai.

Netiesioginiai remonto mechanizmai priklauso nuo rekombinacijos. Tai reiškia, kad taisyti žalą vienoje DNR molekulėje naudojama kita homologinė molekulė. Tai veiktų reparacinėje rekombinacijoje kaip žala, kuri patyrė žalą.

Svarba - genetinio kintamumo generavimas

Rekombinacija gali sukelti milžinišką chromosomų kintamumą meozės metu. Somatinė rekombinacija taip pat sukelia įvairovę, kaip antai antikūnų stuburiniuose gyvūnuose atveju.

Daugelyje organizmų meiosis yra gametika. Lytinės reprodukcijos organizmuose rekombinacija pasireiškia vienu iš galingiausių būdų sukurti įvairovę.

Tai reiškia, kad spontaninė mutacija ir chromosomų segregacija yra būtina pridėti rekombinaciją kaip kitą gametinio kintamumo generatoriaus elementą.

Kita vertus, bakteriofago genomų integracija pagal specifinę vietovės rekombinaciją prisidėjo prie jų šeimininkų bakterijų genomo rekonstravimo..

Tai prisidėjo prie šios svarbios gyvų būtybių grupės genominio kintamumo ir evoliucijos.

Rekombinacija ir sveikata

Mes jau matėme, kad DNR gali būti pataisyta, bet ne tai, kas ją kenkia. Tiesą sakant, beveik viskas gali pakenkti DNR, pradedant nuo defektinės replikacijos, kuri nėra ištaisyta.

Be to, DNR gali būti pažeista UV spindulių, jonizuojančiosios spinduliuotės, laisvo deguonies radikalų ląstelių kvėpavimo būdu, ir ką mes valgome, rūkome, kvėpuojame, valgome ar paliečiame.

Laimei, jūs neturite atsisakyti gyvenimo, kad apsaugotumėte DNR. Reikia atsisakyti tam tikrų dalykų, bet didelį darbą atlieka pati ląstelė. Šie DNR pažeidimo aptikimo mechanizmai ir jų taisymas, žinoma, turi genetinį pagrindą ir jo trūkumą, milžiniškas pasekmes.

Ligos, susijusios su homologinio rekombinacijos defektais, yra, pavyzdžiui, „Bloom“ ir „Werner“ sindromai, šeimos krūties ir kiaušidžių vėžys ir kt..

Nuorodos

1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6-asis leidimas). W. W. Norton & Company, Niujorkas, NY, JAV.
2. Bell, J.C., Kowalczykowski, S.C. (2016) Mechanika ir vienos molekulės apklausa apie DNR rekombinaciją. Metinė Biochemijos apžvalga, 85: 193-226.
3. Prado, F. () Homologinė rekombinacija: iki šakutės ir už jos ribų. Genai, doi: 10.3390 / genes9120603
4. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Įvadas į genetinę analizę (11-asis red.). Niujorkas: W. H. Freeman, Niujorkas, NY, JAV.
5. Tockas, A.J., Hendersonas, I.R. (2018) Hotspots for Meiotic rekombinacijos inicijavimui. Genetikos sienos, doi: 10.3389 / fgene.2018.00521
6. Wahl, A., Battesti, A., Ansaldi, M. (2018) A Prophages in Salmonella enterica: varomoji jėga pertvarkant bakterijų šeimininko genomą ir fiziologiją? Molekulinė mikrobiologija, doi: 10.1111 / mmi.14167.
7. Wright, W. D., Shah, S., Heyer, W. D. (2018) Homologinės rekombinacijos ir DNR remonto dvigubos grandinės pertraukos. Journal of Biological Chemistry, 293: 10524-10535