Homológ rekombinációs funkciók, mechanizmus és alkalmazások

az homológ rekombináció Ez egy olyan folyamat, amely magában foglalja a DNS-molekulák cseréjét a genom hasonló vagy azonos részei között. A sejtek homológ rekombinációt alkalmaznak főleg a genetikai anyag töréseinek javítására, genetikai variációkat generálva a populációkban.

Általában véve a homológ rekombináció magában foglalja a genetikai anyag homológ zónáinak fizikai párosítását, majd azt a láncok törését, amelyeken a csere folyik, és végül az új DNS-molekulák egyesülése..

A DNS-ben lévő szüneteket a lehető leggyorsabban és hatékonyabban kell javítani. Ha a károkat nem javítják, a következmények súlyosak és halálosak lehetnek. A baktériumokban a homológ rekombináció fő funkciója a genetikai anyagban levő törések helyreállítása.

A homológ rekombináció az egyik fő mechanizmus, amely lehetővé teszi a genom stabilitását. Ez az élet minden területén és még a vírusokban is jelen van, így feltehetően ez egy létfontosságú mechanizmus, amely nagyon korán megjelent az élet evolúciójában..

index

• 1 Történelmi szempont
• 2 Mi a homológ rekombináció?
• 3 A homológ rekombináció funkciói és következményei
  • 3.1 Baktériumokban
• 4 Mechanizmus
  • 4.1 Szinapszisok
  • 4.2 A D-hurok képzése
  • 4.3 Holliday szakszervezetek kialakítása
  • 4.4 Az érintett fehérjék
• 5 Rekombinációs folyamatokkal kapcsolatos rendellenességek
• 6 Rekombinációs alkalmazások
• 7 Más típusú rekombináció
• 8 Hivatkozások

Történelmi szempont

A Gregor Mendel által javasolt egyik legfontosabb alapelv a karakterek szegregációjának függetlensége. E törvény szerint a különböző gének a szülőktől függetlenül áthaladnak a gyermekekre.

Ugyanakkor 1900-ban nyilvánvaló volt az ezen elvtől való nagyon jelentős kivételek megléte. Az angol genetikusok, Bateson és Punnett kimutatták, hogy bizonyos karakterek sokszor örökölnek egymással, és ezekre a jellemzőkre a Mendel által felhozott elv nem érvényes..

A későbbi vizsgálatok sikerült kideríteni a rekombinációs folyamat létezését, ahol a sejtek képesek voltak cserélni a genetikai anyagot. Azokban az esetekben, amikor a gének örököltek együtt, a DNS-t nem cserélték a gének fizikai közelsége miatt.

Mi a homológ rekombináció?

A homológ rekombináció olyan sejtes jelenség, amely magában foglalja a DNS-szekvenciák fizikai cseréjét két kromoszóma között. A rekombináció géneknek nevezett génekből áll rec. Ezek a kódok a folyamatban részt vevő különböző enzimekre vonatkoznak.

A DNS-molekulák akkor tekinthetők „homológnak”, ha hasonló vagy azonos szekvenciákkal rendelkeznek, amelyek több mint 100 bázispárot tartalmaznak. A DNS-nek kicsi, egymástól eltérő területei vannak, és ezek a variánsok allélként ismertek.

Az élő lényekben minden DNS-t rekombináns DNS-nek tekintünk. A genetikai anyag cseréje a kromoszómák között folyamatosan történik, a kromoszómákban lévő gének összekeverése és átrendezése.

Ez a folyamat nyilvánvalóan a meiózisban történik. Konkrétan abban a fázisban, ahol a kromoszómák párosítva vannak az első sejtosztódásban. Ebben a szakaszban a genetikai anyag cseréje a kromoszómák között történik.

Történelmileg ezt az eljárást az irodalomban az angolszász szó használatával jelölik átkelés. Ez az esemény a homológ rekombináció egyik eredménye.

A gyakorisága átkelés ugyanazon kromoszóma két génje között főként a kettő közötti távolság függ; Minél kisebb a fizikai távolság a közöttük, annál kisebb a cseréje.

A homológ rekombináció funkciói és következményei

A genetikai anyag állandóan ki van téve az endogén és exogén források, például sugárzás okozta károsodásoknak.

Becslések szerint a humán sejtek jelentős számú károsodást mutatnak a DNS-ben, tíztől százáig. Ezeket a sérüléseket meg kell javítani, hogy elkerüljük a lehetséges káros mutációkat, a replikáció blokkolását és a transzkripciót és a kromoszómális szint károsodását.

Orvosi szempontból a nem javított DNS-károsodás tumorok és más patológiák kialakulásához vezet.

A homológ rekombináció olyan esemény, amely lehetővé teszi a DNS javítását, lehetővé téve az elveszett szekvenciák helyreállítását, sablonként felhasználva a másik DNS-szálat (homológ).

Ez az anyagcsere-folyamat az élet minden formájában jelen van, magas színvonalú mechanizmust biztosítva, amely lehetővé teszi a DNS-ben lévő "rések", a kettős szálú törések és a DNS-láncok közötti keresztkötések javítását..

A rekombináció egyik legfontosabb következménye az új genetikai variáció kialakulása. A mutációkkal együtt azok a két folyamat, amelyek az élőlényekben variációkat hoznak létre - ne feledje, hogy a változás az evolúció alapanyaga..

Ezenkívül egy olyan mechanizmust biztosít a replikációs villák újraindításához, amelyek sérültek.

Baktériumokban

A baktériumokban gyakori a vízszintes génátvitel. Ezek konjugációnak, transzformációnak és transzdukciónak minősülnek. Itt prokarióták vesznek DNS-t egy másik szervezetből, sőt különböző fajokból.

Ezekben a folyamatokban homológ rekombináció lép fel a befogadó sejt és a donor sejt között.

mechanizmus

A homológ rekombináció a kromoszómális DNS-molekula egyik szálának törésével kezdődik. Ezt követően több enzim által katalizált lépések sorozata lép fel.

A 3'-véget, ahol a vágás következik be, a kettős homológ DNS-szál behatol. Az inváziós folyamat döntő fontosságú. A "homológ lánc" esetében a kromoszómák azon részeit szeretnénk utalni, amelyek lineáris sorrendben ugyanazokkal a génekkel rendelkeznek, bár a nukleotidszekvenciáknak nem kell azonosnak lenniük.

szinapszis

A szál inváziója a homológ kromoszómákat egymás felé fordítja. Ezt a jelenséget a szinapszisnak nevezik (nem szabad összekeverni a neuronok szinapszisával, itt a kifejezést más jelentéssel használják).

A szinapszis nem feltétlenül jelent közvetlen kapcsolatot a két homológ szekvencia között, a DNS továbbra is mozoghat egy ideig, amíg meg nem találja a homológ részt. Ezt a keresési folyamatot homológ összehangolásnak nevezik.

A D hurok kialakulása

Ezután előfordul, hogy a "szál inváziója" nevű esemény megtörténik. A kromoszóma a DNS kettős spirálja. Homológ rekombinációban két kromoszóma keres homológ szekvenciájukat. Az egyik hélixben a szálak elkülönülnek, és ez a szál "megtámadja" a kettős spirálszerkezetet, ami a hurok D nevű struktúrát képezi..

A D-hurok láncát elmozdította a szakadás és a párok az eredeti kettős spirál komplementer szálával való megtámadása..

Holliday szakszervezetek megalakulása

A következő lépés a Holliday csomópontok kialakítása. Itt a kicserélt szálak végei összekapcsolódnak. Ez az unió képes bármilyen irányba mozogni. Az egyesület többször is megszakítható és kialakítható.

A rekombináció végső folyamata ezeknek a csomópontoknak a felbontása, és a sejt elérése kétféleképpen lehetséges. Ezek közül az egyik az eukarióta szervezetekre jellemző szakadék vagy az oldódás nevű folyamat hasítása.

Az első mechanizmusban a Holliday egyesülésének törése két láncot regenerál. A másik "felbomlás" eseményben egyfajta összeomlás történik az unióban.

Az érintett fehérjék

A rekombinációs folyamat döntő fehérjét az eukarióta sejtekben Rad51-nek nevezik, és a RecA-t Escherichia coli. Működik a rekombináció különböző fázisaiban: a szinapszis előtt, alatt és után.

A Rad51 fehérje elősegíti a behatoló DNS és a temperált DNS közötti fizikai kapcsolat kialakulását. Ebben a folyamatban a heteroduplex DNS jön létre.

Rad51 és RecA homológja katalizálja a homológ DNS keresését és a DNS szálak cseréjét. Ezek a fehérjék képesek együttműködni egy sávos DNS-sel.

A Rad51, a Rad55 és a Rad57 nevű parazogikus gének (amelyek a gén-duplikáció eseményeiből származnak). Emberekben öt Rad51 paralóg gént, a Rad51B, a Rad51C, a Rad51D, az Xrcc2 és az Xrcc3 azonosították..

A rekombinációs folyamatokkal kapcsolatos rendellenességek

Mivel a rekombináció fizikai kötődést igényel a kromoszómákban, ez döntő lépés a meiosis helyes szegregációjában. Ha nincs megfelelő rekombináció, az eredmény jelentős patológiát jelenthet.

A kromoszómák nem-diszjunktivitása vagy a szegregáció hibái a kromoszómális eredetű abortuszok és anomáliák egyik leggyakoribb oka, mint például a 21. kromoszóma triszómiája, amely Down-szindrómát okoz..

Bár a rekombináció általában egy meglehetősen pontos folyamat, a megismétlődő genom régiói és a genom mentén többszörös másolatokkal rendelkező gének a következők: egyenlőtlen keresztezés.

Ez a keresztezés különböző klinikai jellemzőket eredményez, beleértve a gyakori betegségeket, mint a talaszémia és az autizmus..

Rekombinációs alkalmazások

A molekuláris biológusok kihasználják a homológ rekombináció mechanizmusának ismeretét a különböző technológiák létrehozására. Ezek egyike lehetővé teszi a szervezetek létrehozását.kiütés".

Ezek a géntechnológiával módosított szervezetek lehetővé teszik egy érdekes gén funkciójának tisztázását.

A. \ T kiütések az eredeti gént módosított vagy "sérült" verzióval helyettesítő specifikus gén expressziójának elnyomása. A gént homológ rekombinációval a mutált változatra cseréljük.

Más típusú rekombináció

A homológ vagy törvényes rekombináció mellett más típusú genetikai anyagcsere is létezik.

Amikor az anyagot cserélő DNS régiói nem homológ (homológ kromoszómák), az eredmény a gének ismétlődése vagy csökkentése. Ezt az eljárást nem homológ rekombinációnak vagy egyenlőtlen rekombinációnak nevezik.

A genetikai anyag együttesen ugyanazt a kromoszómát tartalmazó testvér kromatidák között is cserélhető. Ez a folyamat mind a meiotikus, mind a mitotikus felosztásban fordul elő, és egyenlőtlen csere.

referenciák

1. Baker, T. A., Watson, J. D. és Bell, S. P. (2003). A gén molekuláris biológiája. Benjamin-Cummings Kiadó.
2. Devlin, T. M. (2004). Biokémia: klinikai alkalmazású tankönyv. Megfordultam.
3. Jasin, M. és Rothstein, R. (2013). A szálszakadások javítása homológ rekombinációval. Hideg tavaszi kikötő perspektívái a biológiában, 5(11), a012740.
4. Li, X. és Heyer, W. D. (2008). Homológ rekombináció a DNS-javításban és a DNS-károsodás toleranciájában. Sejtkutatás, 18(1), 99-113.
5. Murray, P.R., Rosenthal, K.S., & Pfaller, M.A. (2017). Orvosi mikrobiológia. Elsevier Egészségtudományok.
6. Nussbaum, R. L., McInnes, R. R. és Willard, H. F. (2015). Thompson & Thompson genetika az orvosi e-könyvben. Elsevier Egészségtudományok.
7. Virgili, R. O. és Taboada, J. M. V. (2006). Emberi genom: a kutatás, a diagnózis és a kezelés új fejlődése. Edicions Universitat Barcelona.