Dalintis:
Homologinės rekombinacijos funkcijos, mechanizmas ir taikymas
The homologinis rekombinavimas tai procesas, kuris apima DNR molekulių mainus tarp panašių ar identiškų genomo dalių. Ląstelės naudoja homologinę rekombinaciją, daugiausia siekiant atkurti genetinės medžiagos pertraukas, sukeldamos genetinę įvairovę..
Apskritai, homologinis rekombinavimas reiškia fizinį poravimą tarp homologinių genetinės medžiagos zonų, o po to - grandinių, kurios ketina keistis, ir galiausiai naujų DNR molekulių sujungimo..
DNR pertraukos turi būti pataisytos kuo greičiau ir efektyviau. Kai žalos nėra taisomos, pasekmės gali būti rimtos ir net mirtinos. Bakterijose pagrindinė homologinės rekombinacijos funkcija yra ištaisyti šias genetinės medžiagos pertraukas.
Homologinis rekombinavimas laikomas vienu iš pagrindinių mechanizmų, leidžiančių užtikrinti genomo stabilumą. Jis yra visose gyvenimo srityse ir netgi virusuose, todėl, matyt, tai yra gyvybiškai svarbus mechanizmas, kuris pasirodė labai anksti evoliucijoje.
Indeksas
- 1 Istorinė perspektyva
- 2 Kas yra homologinė rekombinacija?
- 3 Homologinės rekombinacijos funkcijos ir pasekmės
- 3.1 Bakterijose
- 4 Mechanizmas
- 4.1 Sinapsijos
- 4.2 D kilpos mokymas
- 4.3 Holliday sąjungų formavimas
- 4.4 Susiję baltymai
- 5 Su rekombinacijos procesais susiję sutrikimai
- 6 Rekombinacijos taikymas
- 7 Kiti rekombinacijos tipai
- 8 Nuorodos
Istorinė perspektyva
Vienas iš svarbiausių Gregoro Mendelio pasiūlytų principų yra savybių atskyrimo nepriklausomumas. Pagal šį įstatymą, skirtingi genai pereina iš tėvų į vaikus savarankiškai.
Tačiau 1900 m. Buvo akivaizdžiai išimtys dėl šio principo. Anglų genetikai Batesonas ir Punnett parodė, kad daug kartų tam tikri simboliai yra paveldimi kartu, o šioms funkcijoms Mendelio nurodytas principas neturi galiojimo.
Vėlesniais tyrimais pavyko išsiaiškinti rekombinacijos proceso buvimą, kai ląstelės galėjo keistis genetine medžiaga. Tais atvejais, kai genai paveldėjo kartu, DNR nebuvo pakeista dėl fizinio artumo tarp genų.
Kas yra homologinė rekombinacija?
Homologinis rekombinavimas yra ląstelių reiškinys, kuris apima fizinę DNR sekų keitimą tarp dviejų chromosomų. Rekombinacija apima genų rinkinį, vadinamą genais rec. Šie kodai skirti skirtingiems procese dalyvaujantiems fermentams.
DNR molekulės laikomos "homologinėmis", kai jos turi panašias arba identiškas daugiau nei 100 bazinių porų sekas. DNR turi mažus regionus, kurie gali skirtis vienas nuo kito, ir šie variantai yra žinomi kaip aleliai.
Gyvose būtybėse visa DNR laikoma rekombinantine DNR. Geografinės medžiagos mainai tarp chromosomų vyksta nuolat, maišant ir pertvarkant chromosomų genus.
Šis procesas akivaizdžiai vyksta meozėje. Konkrečiai fazėje, kurioje chromosomos yra suporuotos pirmajame ląstelių dalijime. Šiame etape vyksta genetinės medžiagos mainai tarp chromosomų.
Istoriškai šis procesas literatūroje nurodomas naudojant anglosaksinį žodį perėjimas. Šis įvykis yra vienas iš homologinės rekombinacijos rezultatų.
Dažnumas perėjimas tarp dviejų tos pačios chromosomos genų daugiausia priklauso nuo atstumo tarp dviejų; kuo mažesnis fizinis atstumas tarp jų, tuo mažesnis keitimo dažnumas.
Homologinės rekombinacijos funkcijos ir pasekmės
Genetinė medžiaga yra nuolat veikiama žalos, kurią sukelia endogeniniai ir eksogeniniai šaltiniai, pavyzdžiui, spinduliuotė.
Apskaičiuota, kad žmogaus ląstelėse yra nemažai DNR pažeidimų, maždaug dešimtys iki šimtų per dieną. Šie pažeidimai turi būti pataisyti, kad būtų išvengta galimų žalingų mutacijų, replikacijos blokavimų ir transkripcijos bei žalos chromosomų lygiu..
Medicininiu požiūriu DNR pažeidimai, kurie nėra tinkamai ištaisyti, lemia navikų ir kitų patologijų vystymąsi.
Homologinis rekombinavimas yra įvykis, leidžiantis suremontuoti DNR, leidžiantis atgauti prarastas sekas, naudojant šabloną kitą DNR grandinę (homologinę).
Šis medžiagų apykaitos procesas egzistuoja visose gyvenimo formose, suteikiant aukšto patikimumo mechanizmą, kuris leidžia ištaisyti „spragas“ DNR, dvigubos pertraukos ir kryžminius ryšius tarp DNR grandinių.
Viena svarbiausių rekombinacijos pasekmių yra naujos genetinės variacijos generavimas. Kartu su mutacijomis jie yra du procesai, kurie sukelia gyvų būtybių skirtumus - nepamirškite, kad evoliucija yra žaliavų evoliucija.
Be to, jame yra mechanizmas, leidžiantis pakartotinai paleisti sugadintas šakutes.
Bakterijose
Bakterijose yra dažni horizontalaus genų perdavimo atvejai. Jie klasifikuojami kaip konjugacija, transformacija ir transdukcija. Čia prokariotai paima DNR iš kito organizmo ir net iš skirtingų rūšių.
Šių procesų metu homologinė rekombinacija vyksta tarp recipiento ląstelės ir donoro ląstelės.
Mechanizmas
Homologinė rekombinacija prasideda pertrauka vienoje iš chromosomų DNR molekulės krypčių. Po to įvyksta keletas veiksnių, kuriuos katalizuoja keli fermentai.
3'-galą, kur vyksta supjaustymas, įsiveržė dviguba homologinė DNR grandinė. Invazijos procesas yra labai svarbus. Su „homologine grandine“ norime nurodyti chromosomų dalis, turinčias tuos pačius genus tiesine tvarka, nors nukleotidų sekos neturi būti identiškos.
Sinapsijos
Toks srovės invazija homologines chromosomas sukelia viena kitai. Šis krypties susidūrimo reiškinys vadinamas sinapsis (negali būti painiojamas su sinonimais neuronuose, čia terminas naudojamas su kita prasme).
Sinapse nebūtinai reiškia tiesioginį ryšį tarp abiejų homologinių sekų, DNR gali toliau judėti tam tikrą laiką, kol ji suranda homologinę dalį. Šis paieškos procesas vadinamas homologiniu suderinimu.
D kilpos formavimas
Tada įvyksta įvykis, vadinamas „pokalbio invazija“. Chromosoma yra dvigubas DNR spiralė. Homologinės rekombinacijos metu dvi chromosomos ieško jų homologinių sekų. Vienoje iš sraigtų, juostos atskiriamos ir ši kryptis „užtvindo“ dvigubą spiralės struktūrą, sudarydama struktūrą, vadinamą kilpa.
D kilpos grandinė buvo perkelta į invaziją į grandinę, kurioje plyšimas ir poros su papildoma pradinio dvigubo spiralės grandine.
Holliday sąjungų formavimas
Kitas žingsnis yra Holliday sankryžų formavimas. Čia keičiamų siūlų galai yra susieti. Ši sąjunga turi galimybę judėti bet kuria kryptimi. Sąjunga gali būti sulaužyta ir suformuota kelis kartus.
Galutinis rekombinacijos procesas yra šių sankryžų skiriamoji geba ir yra du būdai arba būdai, kuriais ląstelė ją pasiekia. Vienas iš jų yra sąjungos skilimas arba procesas, vadinamas išskyrimu, būdingas eukariotiniams organizmams.
Pirmajame mechanizme Holliday sąjungos sulaužymas atgaivina dvi grandines. Kitame „išnykimo“ atveju sąjungoje atsiranda žlugimas.
Susiję baltymai
Eukariotinėse ląstelėse esminis rekombinacijos proceso baltymas yra Rad51, o RecA - Escherichia coli. Jis veikia skirtingose rekombinacijos fazėse: prieš, per ir po sinapso.
Rad51 baltymas palengvina fizinio ryšio tarp invazinės DNR ir grūdintos DNR formavimąsi. Šiame procese sukuriama heteroduplex DNR.
Rad51 ir jo homologas RecA katalizuoja homologinės DNR paiešką ir DNR grandinių mainus. Šie baltymai turi galimybę jungtis prie vienos juostos DNR.
Taip pat yra paraloginių genų (kilusių iš genų dubliavimo organizmuose), vadinamo Rad55 ir Rad57. Žmonėms nustatyti penki Rad51 paraloginiai genai, vadinami Rad51B, Rad51C, Rad51D, Xrcc2 ir Xrcc3..
Su rekombinacijos procesais susiję sutrikimai
Kadangi rekombinacijai reikia fizinio prisijungimo prie chromosomų, tai yra esminis žingsnis teisingo segregacijos metu. Jei nėra pakankamo rekombinacijos, rezultatas gali būti reikšminga patologija.
Chromosomų nesiskirstymas ar klaidos segregacijoje yra viena iš dažniausių chromosomų kilmės abortų ir anomalijų, pvz., 21 chromosomos trisomijos, sukeliančių Dauno sindromą, priežastys..
Nors rekombinacija paprastai yra gana tikslus procesas, kartojami genomo regionai ir genai, turintys daug kopijų genome, yra elementai, linkę nevienodas kirtimas.
Ši sąveika sukuria skirtingas klinikines savybes, įskaitant dažnas ligas, pvz., Talasemiją ir autizmą..
Rekombinacijos taikymas
Molekuliniai biologai pasinaudojo žiniomis apie homologinio rekombinacijos mechanizmą skirtingų technologijų kūrimui. Vienas iš jų leidžia sukurti organizmus.išardymas".
Šie genetiškai modifikuoti organizmai leidžia išsiaiškinti dominančio geno funkciją.
Vienas iš metodų, naudojamų kuriant išmuštų jis susideda iš specifinio geno ekspresijos slopinimo, pakeičiančio pradinį geną su modifikuota arba „pažeista“ versija. Genologinis rekombinacijos būdu genas keičiamas į mutaciją.
Kitos rekombinacijos rūšys
Be homologinio ar teisėto rekombinacijos yra ir kitų rūšių genetinės medžiagos mainai.
Kai DNR, keičiančios medžiagą, regionai yra ne aleliniai (homologinių chromosomų), rezultatas yra genų dubliavimasis arba sumažėjimas. Šis procesas yra žinomas kaip ne homologinis rekombinavimas arba nevienodas rekombinavimas.
Kartu genetinė medžiaga taip pat gali būti keičiama tarp tos pačios chromosomos seserų chromatidų. Šis procesas vyksta tiek meiotiniame, tiek mitotiniame padalinyje ir vadinamas nevienodu mainais.
Nuorodos
- Baker, T. A., Watson, J. D., & Bell, S. P. (2003). Geno molekulinė biologija. Benjamin-Cummings leidykla.
- Devlin, T. M. (2004). Biochemija: vadovėlis su klinikiniais pritaikymais. Aš atvirkščiai.
- Jasin, M., ir Rothstein, R. (2013). Pluoštų pertraukų taisymas homologiniu rekombinacijos būdu. Cold Spring Harbor perspektyvos biologijoje, 5(11), a012740.
- Li, X. & Heyer, W. D. (2008). Homologinė rekombinacija DNR taisymo ir DNR pažeidimo tolerancijos atžvilgiu. Ląstelių tyrimai, 18(1), 99-113.
- Murray, P.R., Rosenthal, K.S., & Pfaller, M.A. (2017). Medicininė mikrobiologija. Elsevier sveikatos mokslai.
- Nussbaum, R. L., McInnes, R. R. ir Willard, H. F. (2015). Thompson & Thompson genetika medicinos e-knygoje. Elsevier sveikatos mokslai.
- Virgili, R. O. & Taboada, J. M. V. (2006). Žmogaus genomas: nauja pažanga mokslinių tyrimų, diagnostikos ir gydymo srityse. „Edicions Universitat Barcelona“.