Homologās rekombinācijas funkcijas, mehānisms un pielietojumi



The homologa rekombinācija tas ir process, kas ietver DNS molekulu apmaiņu starp līdzīgiem vai identiskiem genoma posmiem. Šūnas izmanto homologu rekombināciju galvenokārt ģenētiskā materiāla pārtraukumu novēršanai, radot ģenētisko variāciju populācijās..

Kopumā homologa rekombinācija nozīmē fizisku pārošanos starp ģenētiskā materiāla homologajām zonām, kam seko ķēdes, kuras tiks apmainītas, un beidzot ar jauno DNS molekulu savienojumu..

DNS pārtraukumi ir jārabo pēc iespējas ātrāk un efektīvāk. Ja bojājumi netiek novērsti, sekas var būt nopietnas un pat letālas. Baktērijās galvenā homologās rekombinācijas funkcija ir labot šos ģenētiskā materiāla pārtraukumus.

Homoloģisko rekombināciju uzskata par vienu no galvenajiem mehānismiem, kas nodrošina genoma stabilitāti. Tā atrodas visās dzīves jomās un pat vīrusos, tāpēc, iespējams, tas ir būtisks mehānisms, kas parādījās ļoti agrīnā dzīves evolūcijā..

Indekss

  • 1 Vēsturiskā perspektīva
  • 2 Kas ir homologa rekombinācija?
  • 3 Homologās rekombinācijas funkcijas un sekas
    • 3.1. Baktērijās
  • 4 Mehānisms
    • 4.1
    • 4.2 D cilpa apmācība
    • 4.3. Holliday apvienību veidošana
    • 4.4 Iesaistītie proteīni
  • 5 Ar rekombinācijas procesiem saistītas novirzes
  • 6 Rekombinācijas pieteikumi
  • 7 Citi rekombinācijas veidi
  • 8 Atsauces

Vēsturiskā perspektīva

Viens no svarīgākajiem Gregora Mendela ierosinātajiem principiem ir rakstura neatkarības neatkarība. Saskaņā ar šo likumu, dažādi gēni pāriet no vecākiem uz bērniem patstāvīgi.

Tomēr 1900. gadā bija acīmredzami ļoti izteikti izņēmumi no šī principa. Angļu ģenētikas Batesons un Punnets parādīja, ka vairākas reizes dažas rakstzīmes tiek mantotas kopā, un šiem elementiem Mendela noteiktais princips nav derīgs..

Vēlāk izmeklēšanā izdevās noskaidrot rekombinācijas procesa esamību, kad šūnas varēja apmainīt ģenētisko materiālu. Gadījumos, kad gēni mantoja kopā, DNS netika nomainīta, jo gēni bija fiziski tuvi.

Kas ir homologa rekombinācija?

Homoloģiskā rekombinācija ir šūnu parādība, kas ietver DNS sekvences apmaiņu starp divām hromosomām. Rekombinācija ietver virkni gēnu, kas pazīstami kā gēni rec. Šie kodi attiecas uz dažādiem procesā iesaistītajiem fermentiem.

DNS molekulas tiek uzskatītas par "homologām", ja tām ir līdzīgas vai identiskas vairāk nekā 100 bāzes pāri. DNS ir nelieli reģioni, kas var atšķirties, un šie varianti ir pazīstami kā alēles.

Dzīvās būtnes visas DNS tiek uzskatītas par rekombinanto DNS. Ģenētiskā materiāla apmaiņa starp hromosomām notiek nepārtraukti, sajaucot un pārkārtojot hromosomas gēnus.

Šis process acīmredzami notiek meioze. Konkrēti fāzē, kur hromosomas ir savienotas pārī pirmajā šūnu dalījumā. Šajā posmā notiek ģenētiskā materiāla apmaiņa starp hromosomām.

Vēsturiski šis process ir norādīts literatūrā, izmantojot anglosakšu vārdu pārbraukt. Šis notikums ir viens no homologās rekombinācijas rezultātiem.

Biežums pārbraukt starp diviem viena hromosomas gēniem galvenokārt ir atkarīgs no attāluma starp abiem; jo mazāks ir fiziskais attālums starp tiem, jo ​​mazāks apmaiņas biežums.

Homologās rekombinācijas funkcijas un sekas

Ģenētiskais materiāls pastāvīgi tiek pakļauts endogēno un eksogēno avotu, piemēram, starojuma, bojājumiem.

Tiek lēsts, ka cilvēka šūnās ir ievērojams bojājumu skaits DNS, apmēram desmitiem līdz simtiem dienā. Šie bojājumi ir jālabo, lai izvairītos no iespējamām kaitīgām mutācijām, replikācijas bloķēšanas un transkripcijas un bojājumiem hromosomu līmenī.

No medicīniskā viedokļa DNS bojājums, kas nav labots pareizi, izraisa audzēju un citu patoloģiju attīstību.

Homoloģiskā rekombinācija ir notikums, kas ļauj labot DNS, ļaujot atgūt pazudušās sekvences, izmantojot veidni kā citu DNS ķēdi (homologu).

Šis vielmaiņas process ir visās dzīves formās, nodrošinot augstu precizitātes mehānismu, kas ļauj labot "nepilnības" DNS, divkāršus pārtraukumus un krusteniskās saites starp DNS ķēdēm.

Viena no būtiskākajām rekombinācijas sekām ir jaunas ģenētiskās variācijas radīšana. Kopā ar mutācijām tie ir divi procesi, kas rada dzīvo būtņu atšķirības - atcerieties, ka izmaiņas ir izejvielas izejvielām.

Turklāt tas nodrošina mehānismu, lai atjaunotu bojātās dakšas.

Baktērijās

Baktērijās bieži notiek horizontāla gēnu pārnešana. Tie ir klasificēti kā konjugācija, transformācija un transdukcija. Šeit prokarioti ņem DNS no cita organisma un pat no dažādām sugām.

Šo procesu laikā starp saņēmēju šūnu un donora šūnu notiek homologa rekombinācija.

Mehānisms

Homologā rekombinācija sākas ar pārtraukumu vienā no hromosomu DNS molekulas virzieniem. Pēc tam notiek virkne darbību, ko katalizē vairāki fermenti.

3'-galu, kur notiek sagriešana, iebruka dubultā homoloģiskā DNS virkne. Iebrukuma process ir izšķirošs. Ar "homologo ķēdi" mēs vēlamies atsaukties uz hromosomu daļām, kurām ir tādi paši gēni lineārā secībā, lai gan nukleotīdu sekvencēm nav jābūt identiskām.

Sinapses

Šī ķēdes invāzija liek homologajām hromosomām saskarties viens pret otru. Šī sastāva sastopamības parādība tiek saukta par sinapsiju (to nedrīkst jaukt ar neironu sinapsēm, šeit termins tiek lietots ar citu nozīmi).

Sinapse nenozīmē tiešu kontaktu starp abām homologajām sekvencēm, DNS var turpināt kustēties uz laiku, līdz tā atrod homologo daļu. Šo meklēšanas procesu sauc par homologu saskaņošanu.

D cilpas veidošanās

Tad notiek notikums ar nosaukumu "vītnes iebrukums". Hromosoma ir DNS dubultā spirāle. Homologā rekombinācijā divas hromosomas meklē homologās sekvences. Vienā no spirāļiem pavedieni atdalās un šī daļa "iebrūk" dubultā spirāles struktūru, veidojot struktūru, ko sauc par cilpu D.

D cilpas ķēde ir pārvietota, ja iebruka tāda daļa, kas uzrāda plīsumu un pārus ar sākotnējās dubultā spirāles papildu daļu..

Holliday apvienību veidošanās

Nākamais solis ir Holliday krustojumu veidošanās. Šeit apmainītie pavedieni ir saistīti. Šī savienība spēj pārvietoties jebkurā virzienā. Savienība var tikt salauzta un veidota vairākkārt.

Galīgais rekombinācijas process ir šo krustojumu izšķiršana, un šūnai ir divi veidi vai veidi, kā to sasniegt. Viens no tiem ir savienības šķelšanās vai process, ko sauc par izšķīdināšanu, tipisks eukariotiskiem organismiem.

Pirmajā mehānismā Holliday savienības laušana atjauno divas ķēdes. Otrajā "likvidācijas" notikumā notiek savienības sabrukums.

Iesaistītie proteīni

Eukariotisko šūnu rekombinācijas procesa būtiskāko proteīnu sauc par Rad51 un RecA in Escherichia coli. Tas darbojas dažādās rekombinācijas fāzēs: pirms, sinapses laikā un pēc tās.

Rad51 proteīns atvieglo fiziskās saiknes veidošanos starp iebrūkošu DNS un rūdītu DNS. Šajā procesā tiek ģenerēta heteroduplex DNS.

Rad51 un tā homologs RecA katalizē homologās DNS meklēšanu un DNS virzienu apmaiņu. Šiem proteīniem ir iespēja sadarboties ar vienu joslu DNS.

Ir arī paralogiski gēni (radušies no gēnu dublēšanās organismu līnijā), ko sauc par Rad55 un Rad57. Cilvēkiem ir identificēti pieci Rad51 paraloggēni, ko sauc par Rad51B, Rad51C, Rad51D, Xrcc2 un Xrcc3..

Ar rekombinācijas procesiem saistītas novirzes

Tā kā rekombinācijai ir nepieciešama fiziska saistīšanās hromosomās, tas ir izšķirošs solis pareizā segregācijā meiozes laikā. Ja adekvāta rekombinācija nenotiek, rezultāts var būt nozīmīga patoloģija.

Kromosomu nesadalīšanās vai kļūdas segregācijā ir viens no biežākajiem kromosomu izcelsmes abortu un anomāliju cēloņiem, piemēram, 21. hromosomas trisomija, kas izraisa Dauna sindromu..

Lai gan rekombinācija parasti ir diezgan precīzs process, genoma reģioni, kas atkārtojas, un gēni, kuriem ir vairāki kopijas gar genomu, ir elementi, kas ir pakļauti nevienlīdzīga šķērsošana.

Šī krustošanās rada dažādas klīniskās pazīmes, tostarp biežas slimības, piemēram, talasēmiju un autismu..

Rekombinācijas pieteikumi

Molekulārie biologi ir izmantojuši zināšanas par homologās rekombinācijas mehānismu dažādu tehnoloģiju radīšanai. Viens no tiem ļauj radīt organismus.nokauts".

Šie ģenētiski modificētie organismi ļauj noteikt interesējošā gēna funkciju.

Viena no metodēm, ko izmanto, lai izveidotu. \ T nokauts tas sastāv no konkrēta gēna izpausmes nomākšanas, kas aizstāj sākotnējo gēnu ar modificētu vai "bojātu" versiju. Ar homologo rekombināciju gēns tiek mainīts uz mutāciju.

Citi rekombinācijas veidi

Papildus homologai vai likumīgai rekombinācijai ir arī cita veida ģenētiskā materiāla apmaiņa.

Kad DNS reģioni, kas apmainās ar materiālu, nav aleliski (homologu hromosomu), rezultāts ir gēnu dublēšanās vai samazināšana. Šis process ir pazīstams kā ne-homologs rekombinācija vai nevienlīdzīga rekombinācija.

Ģenētisko materiālu var apmainīt arī starp vienas hromosomas māsas hromatīdiem. Šis process notiek gan meotiskā, gan mitotiskajā sadalījumā, un to sauc par nevienlīdzīgu apmaiņu.

Atsauces

  1. Bakers, T.A., Vatsons, J. D., un Bells, S. P. (2003). Gēna molekulārā bioloģija. Benjamin-Cummings Publishing Company.
  2. Devlin, T. M. (2004). Bioķīmija: mācību grāmata ar klīniskiem pielietojumiem. Es mainīju.
  3. Jasin, M., un Rothstein, R. (2013). Vītņu pārtraukumu remonts ar homologu rekombināciju. Aukstā pavasara ostas perspektīvas bioloģijā, 5(11), a012740.
  4. Li, X. & Heyer, W. D. (2008). Homoloģiskā rekombinācija DNS labošanā un DNS bojājumu tolerance. Šūnu izpēte, 18(1), 99-113.
  5. Murray, P.R., Rosenthal, K.S., & Pfaller, M.A. (2017). Medicīniskā mikrobioloģija. Elsevier Health Sciences.
  6. Nussbaum, R. L., McInnes, R. R. un Willard, H. F. (2015). Thompson & Thompson ģenētika medicīnas e-grāmatā. Elsevier Health Sciences.
  7. Virgili, R. O., & Taboada, J. M. V. (2006). Cilvēka genoms: jauni sasniegumi pētniecībā, diagnostikā un ārstēšanā. Edicions Universitat Barcelona.