Genetikai rekombinációs típusok és mechanizmusok

az genetikai rekombináció az a folyamat, amelynek során a nukleinsavmolekulák új molekulát generáló fragmenseket cserélnek. Nagyon gyakori a DNS-ben, de az RNS a rekombináció szubsztrátja. A rekombináció a mutáció után a genetikai variabilitás legfontosabb forrása.

A DNS különböző biokémiai folyamatokban vesz részt. A replikáció során sablonként szolgál két új DNS-molekula előállításához. A transzkripcióban lehetővé teszi RNS-molekulák létrehozását egy specifikus régióból, amelyet egy promoter szabályoz.

De ezen túlmenően a DNS is képes fragmensek cseréjére. Ezzel az eljárással új kombinációk keletkeznek, amelyek nem a két korábbi eljárás eredménye, sem a termékenyítés.

Bármely rekombinációs folyamat magában foglalja a folyamatban részt vevő DNS-molekulák törését és kötését. Ez a mechanizmus változik attól függően, hogy melyik a rekombinációs szubsztrát, a folyamatban részt vevő enzimek és a végrehajtás mechanizmusa.

A rekombináció általában függ a komplementer régiók létezésétől, hasonló (ha nem azonos), vagy homológ a rekombináló molekulák között. Abban az esetben, ha a molekulákat a homológia által nem vezérelt folyamatokban rekombinálják, azt mondják, hogy a rekombináció nem homológ.

Ha a homológia magában foglalja a mindkét molekulában jelenlévő nagyon rövid régiót, azt mondják, hogy a rekombináció helyspecifikus.

index

• 1 Meghatározás
  • 1.1 Chiasm és keresztkötés
• 2 A genetikai rekombináció típusai
  • 2.1. Helyszínspecifikus rekombináció
  • 2.2-Homológ rekombináció
  • 2.3 - Nem homológ rekombináció
• 3 A rekombináció fontossága
  • 3.1 Fontosság, mint ok: DNS replikáció és javítás
  • 3.2 Következmény: genetikai variabilitás
  • 3.3 Rekombináció és egészség
• 4 Referenciák

meghatározás

Ami a rekombinációban homológiát nevezünk, nem feltétlenül utal a résztvevő molekulák evolúciós eredetére. Többet beszélünk a nukleotidszekvencia hasonlóságának mértékéről.

A nem reparatív rekombináció például a meiózis során az eukariótákban fordul elő. Kétségtelen, hogy nem lehet nagyobb homológia, mint az azonos cellában lévő kromoszómák között.

Ezért nevezik őket homológ kromoszómáknak. Vannak azonban olyan esetek, amikor egy sejt DNS-je idegen DNS-sel cserél anyagot. Ezeknek a DNS-eknek nagyon hasonlónak kell lenniük a rekombinációhoz, de nem feltétlenül kell ugyanazzal az őseivel (homológiával) rendelkezniük ahhoz, hogy elérjék.

Chiasm és keresztkötés

A két DNS-molekula közötti egyesülés és csere helyét chiasmnak, a folyamatot pedig keresztkötésnek nevezik. A keresztezés során ellenőrzik a résztvevő DNS-ek közötti sávcserét.

Ez egy kointegrátumot generál, amely két fizikailag egyesített DNS-molekula. Amikor a kointegrátum "oldódik", két molekula keletkezik, általában megváltozik (rekombináns).

A "Solve" a rekombináció összefüggésében a kointegrációs DNS-molekulák komponenseinek elkülönítése.

A genetikai rekombináció típusai

-Helyspecifikus rekombináció

A helyspecifikus rekombinációban két, általában nem homológ DNS-molekula egy rövid szekvenciájú, mindkettőre jellemző. Ezt a szekvenciát egy specifikus splicing enzim célozza meg.

Az enzim, amely képes felismerni ezt a szekvenciát, és nem egy másik, mindkét molekula egy adott helyén vágja le. Néhány más tényező segítségével a két résztvevő molekula DNS-sávjait kicseréli és egy kointegrátumot képez.

Escherichia coli és lambda

Ez a baktérium genomja közötti kointegráció kialakulásának alapja Escherichia coli és a lambda bakteriofágé. A bakteriofág egy vírus, amely megfertőzi a baktériumokat.

Ennek a kointegrátumnak a kialakulását egy, a vírus genomjában kódolt enzim: a lambda integráz végzi. Ez felismeri a hívott közös sorozatot attP- a vírus körkörös genomjában, és attB a baktériumban.

Mindkét szekvencia mindkét molekulában levágva szabad szegmenseket generál, kicseréli a sávokat és egyesíti a két genomot. Nagyobb kör alakul ki, vagy kointegrálódik.

A kointegrált, a vírus genomját a bakteriális genom passzívan hordozza, amellyel replikálódik. Ebben az állapotban azt mondják, hogy a vírus provirus állapotban van, és a baktérium ugyanolyan lizogén..

Az inverz folyamat, azaz a kointegrált felbontás több generációt is igénybe vehet - vagy akár nem is fordulhat elő. Ha azonban ez megtörténik, akkor a vírus genom által kódolt másik fehérje enzimesen közvetíti a nevét. Ha ez megtörténik, a vírus elválik a kointegrátumtól, újra aktiválódik és sejt lízist okoz.

-Homológ rekombináció

Általános rekombináció

A homológ rekombinációt a teljes vagy majdnem teljes hasonlóságú legalább 40 nukleotidot tartalmazó DNS-molekulák között ellenőrizzük. A rekombinációs folyamat végrehajtásához legalább egy endonukleáznak részt kell vennie.

Az endonukleázok olyan enzimek, amelyek belső DNS-vágásokat hoznak létre. Vannak, akik ezt a DNS-t lebontják. Mások, mint a rekombináció esetében, úgy csinálnak, hogy a DNS-ben egy fogat generálnak.

Ez az egyedülálló nick lehetővé teszi, hogy egyetlen DNS-sávot dolgozzon szabadon. Ez a szabad vég, amelyet egy rekombináz irányít, lehetővé teszi egy sávnak, hogy behatoljon egy kettős DNS-t azáltal, hogy a rezidens sávot azonos módon eltolja..

Ez az a pont, ahol áthalad a donor DNS-molekula („betolakodó”) és egy másik fogadó között.

Az enzim (rekombináz), amely végrehajtja az invázió és a sávok cseréjét Escherichia coli RecA-nak hívják. Vannak más homológ fehérjék a prokariótákban, mint például a RadA az archaea-ban. Az eukariótákban az ekvivalens enzimet RAD51-nek nevezik.

Amint a betörő banda elmozdítja a rezidenset, kölcsönhatásba lép a zenekarral, amely egyszerű marad a donor molekulában. Mindkét pontot egy ligáz hatásával zárjuk le.

Most DNS-t kapunk a hibrid sávokból (egy donor sávból és egy különböző eredetű receptor sávból), amelyet a donor DNS és a fogadó DNS határol. Az átkelőhelyek (chiasmas) mindkét irányban legalább 200 bp-ot mozognak.

Mindegyik térhálósítási pont a Holliday-struktúra nevét képezi (rekombinációs eseményből eredő kereszt alakú DNS).

Ezt a keresztmetszetű DNS-t más endonukleázokkal kell oldani. Ennek a szerkezetnek a hibrid vagy kiméra DNS-je kétféleképpen megoldható. Ha a második endonukleotid-vágás ugyanabban a sávban történik, amelyben az első történt, a rekombináció nem keletkezik. Ha a második vágás a másik sávban történik, a kapott termékek rekombinánsak.

Rekombináció V (D) J

Ez egyfajta szomatikus rekombináció (nem meiotikus), amely hozzájárul az immunrendszer antitestek hatalmas variabilitásának kialakulásához..

Ezt a rekombinációt a gének azon fragmenseiben ellenőrizzük, amelyek kódolják az azokat meghatározó polipeptidláncokat. Ezt B-sejtek végzik, és különböző genetikai régiókat foglal magában.

Érdekes, hogy vannak paraziták Trypanosoma brucei amely hasonló rekombinációs mechanizmust alkalmaz a felületi antigén variabilitásának megteremtésére. Ily módon kiküszöbölhetik a gazdaszervezet válaszát, ha nem képes létrehozni az "új" antigén felismerésére képes antitestet..

-Nem homológ rekombináció

Végül vannak olyan rekombinációs eljárások, amelyek nem függnek a résztvevő molekulák szekvencia-hasonlóságától. Az eukariótákban nagyon fontos például a nem homológ végek rekombinációja.

Ez olyan DNS-fragmensekkel fordul elő, amelyek DNS-ben kettős sávban vannak. Ezeket a cellákat "javítják" a többi töredékhez hasonlóan, a kettős sávos törésekkel.

Ezeknek a molekuláknak azonban nem feltétlenül kell hasonlónak lenniük ahhoz, hogy részt vegyenek ebben a rekombinációs folyamatban. Ez azt jelenti, hogy a kár helyreállításával a sejt nem kötődő DNS-eket köthet, ami valóban új (rekombináns) molekulát hoz létre. 

A rekombináció fontossága

Fontosság: DNS replikáció és javítás

A rekombináció garantálja a DNS-információ hűségét a replikációs folyamat során és után. A rekombináció kimutatja a DNS-károsodást az új sávok létrehozása során ebben a rendkívül hosszú makromolekulában.

Mivel minden egyes zenekarnak saját információi vannak, és a komplement, a rekombináció garantálja, hogy egyik sem veszít el. Mindegyik tanúja a másiknak. Hasonlóképpen, a diploid szervezetekben egy homológ kromoszóma a testvére tanúja, és fordítva.

Másrészt, miután a DNS-t replikálták, a molekula károsodás-javító mechanizmusai változatosak. Egyesek közvetlenek (közvetlenül a sérülésre hatnak) és mások közvetettek.

A közvetett javítási mechanizmusok a végrehajtandó rekombinációtól függenek. Ez azt jelenti, hogy egy károsodást egy DNS-molekulában javítanak, egy másik homológ molekulát használnak. Ez a reparatív rekombinációban károsodott penészgé válna.

Ennek fontossága: a genetikai variabilitás generálása

A rekombináció hatalmas kromoszómális variabilitást okozhat a meiosis során. A szomatikus rekombináció változatosságot is generál, mint a gerinces állatokon található antitestek esetében.

Sok szervezetben a meiózis gamética. A szexuális szaporodással élő szervezetekben a rekombináció a variabilitás egyik leghatékonyabb módja.

Ez azt jelenti, hogy a spontán mutáció és a kromoszómák szegregációja szükségessé teszi a rekombinációnak a gametikus variabilitás egy másik generátorelemének hozzáadását..

A bakteriofág genomok helyspecifikus rekombinációval történő integrálása viszont hozzájárult a baktérium baktériumok genom-átalakításához..

Ez hozzájárult az élőlények fontos csoportjának genomiális variabilitásához és fejlődéséhez.

A rekombináció és az egészség

Már láttuk, hogy a DNS-t meg lehet javítani, de nem azt, ami kárt okozna. Valójában szinte minden károsíthatja a DNS-t, kezdve egy hibás replikációval, amely nem korrigált.

Ezen túlmenően, a DNS-t károsíthatja az UV-fény, az ionizáló sugárzás, a sejtes légzés szabad oxigén-radikális termékei, és amit eszünk, dohányzunk, lélegezünk, eszünk vagy érintünk.

Szerencsére nem kell lemondanod a DNS-t megvédeni. Bizonyos dolgokat el kell mondanunk, de a nagy munkát maga a sejt végzi. Ezek a mechanizmusok a DNS károsodásának felderítésére és javítására nyilvánvalóan genetikai alapokkal és hiányosságokkal, óriási következményekkel járnak.

A homológ rekombinációval kapcsolatos hibák közé tartoznak például a Bloom és Werner szindrómák, a mell és a petefészek családja, stb..

referenciák

1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6. kiadás). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Bell, J.C., Kowalczykowski, S.C. (2016) Mechanika és a DNS rekombináció egymolekuláris lekérdezése. Biochemistry, 85: 193-226.
3. Prado, F. () Homológ rekombináció: Fork és Beyond. Gének, doi: 10,3390 / genes9120603
4. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Bevezetés a genetikai elemzésbe (11. kiadás). New York: W. H. Freeman, New York, NY, USA.
5. Tock, A.J., Henderson, I.R. (2018) Hotspotok a meiotikus rekombináció megindítására. Határok a genetikában, doi: 10.3389 / fgene.2018.00521
6. Wahl, A., Battesti, A., Ansaldi, M. (2018) Salmonella enterica: hajtóereje a bakteriális gazdájuk genomjának és fiziológiájának átalakításában? Molekuláris mikrobiológia, doi: 10,111 / mmi.14167.
7. Wright, W. D., Shah, S., Heyer, W. D. (2018). Homológ rekombináció és DNS javítás kettős szálú törések. Journal of Biological Chemistry, 293: 10524-10535