Ģenētiskie rekombinācijas veidi un mehānismi

The ģenētiskā rekombinācija ir process, kurā nukleīnskābes molekulas apmainās ar fragmentiem, kas rada jaunu molekulu. Tas ir ļoti bieži sastopams DNS, bet RNS ir arī rekombinācijas substrāts. Rekombinācija pēc mutācijas ir vissvarīgākais ģenētiskās variabilitātes ģenerēšanas avots.

DNS piedalās dažādos bioķīmiskos procesos. Replikācijas laikā tas kalpo kā paraugs divu jaunu DNS molekulu ģenerēšanai. Transkripcijā tas ļauj radīt RNS molekulas no specifiskiem reģioniem, kurus kontrolē promotors.

Bet papildus tam DNS spēj arī mainīt fragmentus. Ar šo procesu rodas jaunas kombinācijas, kas nav divu iepriekšējo procesu rezultāts, ne arī mēslošana.

Jebkurā rekombinācijas procesā ir iesaistītas procesā iesaistītās DNS molekulas. Šis mehānisms mainās atkarībā no tā, kurš ir rekombinācijas substrāts, procesā iesaistītie fermenti un tā izpildes mehānisms.

Rekombinācija parasti ir atkarīga no komplementāriem reģioniem, kas ir līdzīgi (ja nav identiski), vai homologiem starp rekombinējošām molekulām. Gadījumā, ja tie rekombinē molekulas procesos, kas nav orientēti uz homoloģiju, tiek teikts, ka rekombinācija nav homoloģiska.

Ja homoloģija ir saistīta ar ļoti īsu reģionu abās molekulās, tiek teikts, ka rekombinācija ir specifiska vietai.

Indekss

• 1 Definīcija
  • 1.1. Chiasm un šķērssaistīšana
• 2 Ģenētiskās rekombinācijas veidi
  • 2.1. Konkrēta rekombinācija rekvizītiem
  • 2.2. Homologā rekombinācija
  • 2.3. - Nav homologa rekombinācija
• 3 Rekombinācijas nozīme
  • 3.1 Nozīme kā cēlonis: DNS replikācija un remonts
  • 3.2. Rezultāts ir ģenētiskās variabilitātes radīšana
  • 3.3 Rekombinācija un veselība
• 4 Atsauces

Definīcija

Tas, ko mēs saucam par homoloģiju rekombinācijā, ne vienmēr norāda uz iesaistīto molekulu evolūcijas izcelsmi. Mēs runājam vairāk par nukleotīdu secības līdzības pakāpi.

Piemēram, neosaratīva rekombinācija notiek eikariotu laikā, kad notiek meiozes process. Neapšaubāmi, nevar būt lielāka homoloģija nekā starp hromosomu pāriem vienā šūnā.

Tāpēc tos sauc par homologām hromosomām. Tomēr ir gadījumi, kad šūnu DNS apmainās ar svešu DNS. Šīm DNS ir jābūt ļoti līdzīgām rekombinācijai, bet tām nav obligāti jāsaprot tas pats priekštecis (homoloģija), lai to sasniegtu.

Chiasm un šķērssaistīšana

Savienību un apmaiņas vietu starp divām DNS molekulām sauc par chiasm, un procesu kā tādu, šķērssaistīšanu. Starpsavienojumu laikā tiek pārbaudīta joslu apmaiņa starp iesaistītajām DNS.

Tas rada kointegrāciju, kas ir divas fizikāli apvienotas DNS molekulas. Kad kointegrācija ir "atrisināta", tiek ģenerētas divas molekulas, kas parasti mainās (rekombinants)..

"Atrisināt" rekombinācijas kontekstā ir atdalīt kointegrācijas DNS molekulas.

Ģenētiskās rekombinācijas veidi

-Konkrēta rekombinācija uz vietas

Vietas specifiskai rekombinācijai divām DNS molekulām, kas parasti nav homologas, ir īss secinājums, kas ir kopīgs abiem. Šo secību nosaka specifisks savienošanas enzīms.

Enzīmu, kas spēj atpazīt šo secību un nevis citu, sagriež to noteiktā vietā abās molekulās. Ar dažu citu faktoru palīdzību tā apmaina abu iesaistīto molekulu DNS joslas un veido kointegrāciju.

Escherichia coli un lambda

Tas ir pamats kointegrācijas veidošanai starp baktērijas genomu Escherichia coli un bakteriofāga lambda. Bakteriofāgs ir vīruss, kas inficē baktērijas.

Šīs kointegrācijas veidošanos veic enzīms, ko kodē vīrusa genomā: lambda integrāze. Tas atpazīst kopēju secību, ko sauc attP vīrusa cirkulārajā genomā, un attB baktērijā.

Griežot abas sekvences abās molekulās, tas rada brīvus segmentus, apmainās joslas un apvieno abus genomus. Izveidojas lielāks aplis vai kointegrēts.

Kointegrētajā gadījumā vīrusa genomu pasīvi pārvadā baktēriju genoms, ar kuru tas atkārtojas. Šajā stāvoklī ir teikts, ka vīruss ir provirusā stāvoklī un ka baktērija ir lizogēna tajā pašā laikā.

Apgrieztais process, tas ir, kointegrētā izšķirtspēja, var aizņemt daudzas paaudzes - vai pat nenotikt. Tomēr, ja tas tiek darīts, to fermenti mediē cits proteīns, ko kodē vīrusa genoms, ko sauc par excisionasa. Ja tas notiek, vīruss atdalās no kointegrācijas, atkal aktivizējas un izraisa šūnu līzi.

-Homologa rekombinācija

Vispārēja rekombinācija

Homoloģiskā rekombinācija tiek pārbaudīta starp DNS molekulām, kurām ir vismaz 40 nukleotīdi ar pilnīgu vai gandrīz pilnīgu līdzību. Lai veiktu rekombinācijas procesu, ir jāpiedalās vismaz vienam endonukleazam.

Endonuklāzes ir fermenti, kas ģenerē iekšējos DNS fragmentus. Daži to dara, lai degradētu DNS. Citi, tāpat kā rekombinācijas gadījumā, to dara, lai radītu dentu DNS.

Šis unikālais niks ļauj apstrādāt vienu DNS joslu ar brīvu galu. Šis brīvais gals, ko vada rekombināze, ļauj vienai joslai iebrukt dubultā DNS, pārvietojot rezidentu joslu identiski tai.

Tas ir punkts, kur šķērso starp donora DNS molekulu ("iebrucējs") un citu saņēmēju.

Enzīmu (rekombināzi), kas veic invāzijas un joslu apmaiņas procesu Escherichia coli to sauc par RecA. Prokariotos ir arī citi homologi proteīni, piemēram, RadA. Eukariotu gadījumā ekvivalentu fermentu sauc par RAD51.

Kad iebruktā banda pārvieto rezidentu, tā mijiedarbojas ar joslu, kas palika vienkārša donora molekulā. Abus punktus aizzīmogo ar ligāzes darbību.

Tagad mums ir DNS no hibrīdajām joslām (donoru grupa un receptoru grupa, kam ir atšķirīga izcelsme), ko papildina donora DNS un saņēmēja DNS. Šķērsošanas punkti (chiasmas) pārvietojas abos virzienos vismaz 200 bp.

Katrs šķērssaistīšanas punkts veido to, kas pazīstams kā Holliday struktūra (krustveida DNS, kas iegūta rekombinācijas notikumā).

Šo krustveida DNS jāatdala ar citām endonukleazēm. Šīs struktūras hibrīdu vai himērisko DNS var atrisināt divos veidos. Ja otrais endonukleotīda griezums notiek tajā pašā joslā, kurā notika pirmā, rekombinācija netiek ģenerēta. Ja otrais griezums notiek otrajā joslā, tad iegūtie produkti ir rekombinanti.

Rekombinācija V (D) J

Šis ir somatiskās rekombinācijas veids (nevis meiotisks), kas veicina imūnsistēmas antivielu milzīgo mainīgumu..

Šī rekombinācija tiek pārbaudīta konkrētos gēnu fragmentos, kas kodē polipeptīdu ķēdes, kas tos nosaka. To veic B šūnas un ietver dažādus ģenētiskos reģionus.

Interesanti, ka ir parazīti Trypanosoma brucei kas izmanto līdzīgu rekombinācijas mehānismu, lai radītu virsmas antigēna mainīgumu. Tādā veidā viņi var izvairīties no saimnieka reakcijas, ja tas nespēj ģenerēt antivielu, kas spēj atpazīt "jauno" antigēnu..

-Ne-homologa rekombinācija

Visbeidzot, ir rekombinācijas procesi, kas nav atkarīgi no iesaistīto molekulu secības līdzības. Eukariotu gadījumā ir ļoti svarīgi, piemēram, homologu galu rekombinācija.

Tas notiek ar DNS fragmentiem, kuriem ir divkāršās joslas pārtraukumi DNS. Tās ir "salabotas" ar šūnu, kas savieno tās ar citiem fragmentiem vienādi ar dubultās joslas plīsumiem.

Tomēr šīm molekulām nav obligāti jābūt līdzīgām, lai piedalītos šajā rekombinācijas procesā. Tas nozīmē, ka, labojot bojājumus, šūna var saistīt nesaistītus DNS, radot patiesi jaunu (rekombinantu) molekulu. 

Rekombinācijas nozīme

Nozīme kā cēlonis: DNS replikācija un remonts

Rekombinācija garantē DNS informācijas uzticamību replikācijas procesa laikā un pēc tās. Rekombinācija atklāj DNS bojājumus, veidojot jaunas joslas šajā ārkārtīgi garajā makromolekulā.

Tā kā katrai joslai ir sava informācija un tās papildinājums, rekombinācija garantē, ka neviens netiek zaudēts. Katrs no tiem darbojas kā liecinieks otram. Līdzīgi, diploīdos organismos homologs hromosoms ir liecinieks tās brālim un otrādi.

No otras puses, tiklīdz DNS ir atkārtota, šīs molekulas bojājumu remonta mehānismi ir dažādi. Dažas no tām ir tiešas (tieši ietekmē kaitējumu) un citas ir netiešas.

Netiešie remonta mehānismi ir atkarīgi no veicamās rekombinācijas. Tas ir, lai novērstu bojājumus vienā DNS molekulā, tiek izmantota cita homologa molekula. Tas darbotos reparatīvā rekombinācijā kā pelējums, kas ir cietis bojājumus.

Nozīme kā sekas: ģenētiskās variabilitātes radīšana

Rekombinācija spēj radīt milzīgu hromosomu mainīgumu miozes laikā. Somatiskā rekombinācija rada arī mainīgumu, piemēram, antivielu gadījumā mugurkaulniekiem.

Daudzos organismos meioze ir gamétika. Organismos ar seksuālu vairošanos rekombinācija izrādās viens no spēcīgākajiem veidiem, kā radīt mainīgumu.

Tas nozīmē, ka spontānai mutācijai un hromosomu segregācijai ir nepieciešams pievienot rekombināciju kā vēl vienu gamētiskā mainīguma ģeneratora elementu..

No otras puses, bakteriofāgu genomu integrācija, veicot specifisku rekombināciju, ir veicinājusi savu saimniekbaktēriju genomu pārveidošanu..

Tas ir veicinājis šīs svarīgās dzīvo būtņu grupas genomisko variabilitāti un evolūciju.

Rekombinācija un veselība

Mēs jau esam redzējuši, ka DNS var labot, bet ne to, kas to bojā. Patiesībā gandrīz viss var sabojāt DNS, sākot ar defektīvu replikāciju, kas nav labota.

Bet pēc tam DNS var sabojāt UV gaisma, jonizējošais starojums, brīvā skābekļa radikāļi, ko rada šūnu elpošana, un ko mēs ēdam, smēķējam, elpojam, ēdam vai pieskaramies.

Par laimi, jums nav jāatsakās no dzīves, lai aizsargātu DNS. Ir jāatsakās no dažām lietām, bet lielo darbu veic pati šūna. Šie DNS bojājumu atklāšanas un labošanas mehānismi, protams, ir ģenētiski pamatoti un tās trūkums, milzīgas sekas.

Slimības, kas saistītas ar homologās rekombinācijas defektiem, ir, piemēram, Blooma un Vernera sindromi, krūts un olnīcu ģenētiskais vēzis utt..

Atsauces

1. Alberts, B., Džonsons, A.D., Lūiss, J., Morgans, D., Raffs, M., Roberts, K., Valters, P. (2014. gads). W. Norton & Company, Ņujorka, Ņujorka, ASV.
2. Bell, J.C., Kowalczykowski, S.C. (2016) Mehānika un vienas molekulas nopratināšana par DNS rekombināciju. Biochemistry gada pārskats, 85: 193-226.
3. Prado, F. () Homoloģiskā rekombinācija: līdz dakšām un aiz tās. Gēni, doi: 10.3390 / genes9120603
4. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Ievads ģenētiskajā analīzē (11. izdevums). Ņujorka: W. H. Freeman, Ņujorka, Ņujorka, ASV.
5. Tock, A.J., Hendersons, I.R. (2018) Hotspoti Meiotiskās rekombinācijas uzsākšanai. Robežas ģenētikā, doi: 10.3389 / fgene.2018.00521
6. Wahl, A., Battesti, A., Ansaldi, M. (2018) Salmonella enterica: dzinējspēks, pārveidojot savu baktēriju saimnieka genomu un fizioloģiju? Molekulārā mikrobioloģija, doi: 10.1111 / mmi.14167.
7. Wright, W., D., Shah, S., Heyer, W., D., (2018) Journal of Biological Chemistry, 293: 10524-10535