ГЕНЕТСКА РЕКОМБИНАЦИЈА: ВРСТЕ И МЕХАНИЗМИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Генетичка рекомбинација је процес којим молекули киселих фрагмената нуклеинске разменили генерише ново молекул. Често се користи у ДНК, али РНА је такође супстрат за рекомбинацију. Рекомбинација је, након мутације, најважнији извор стварања генетске варијабилности.

ДНК учествује у различитим биохемијским процесима. Током репликације служи као предложак за стварање два нова молекула ДНК. Транскрипцијом омогућава генерисање РНА молекула из специфичних региона које контролише промотор.

Општи кораци рекомбинације ДНК. Јуерген Боде, путем Викимедиа Цоммонс

Али поред овога, ДНК је такође способна да размењује фрагменте. Кроз овај процес се стварају нове комбинације које нису производ два претходна процеса, нити оплодња.

Сав процес рекомбинације укључује разбијање и спајање молекула ДНК који учествују у процесу. Овај механизам варира у зависности од супстрата рекомбинације, ензима који учествују у процесу и механизма његовог извршења.

Рекомбинација углавном зависи од постојања комплементарних, сличних (ако нису идентичне) или хомологних региона између рекомбинованих молекула. У случају да се молекули рекомбинирају у процесима који нису вођени хомологијом, каже се да је рекомбинација нехомолошка.

Ако хомологија укључује веома кратко подручје присутно у обе молекуле, каже се да је рекомбинација специфична за место.

Дефиниција

Оно што у рекомбинацији називамо хомологијом не односи се нужно на еволуцијско порекло молекула који учествују. Уместо тога, говоримо о степену сличности у нуклеотидној секвенци.

На пример, неповратна рекомбинација јавља се код еукариота током процеса мејозе. Несумњиво је да не може бити већа хомологија него између парова хромозома у истој ћелији.

Због тога их називају хомологни хромозоми. Међутим, постоје случајеви у којима ДНК ћелије размењује материјал са страном ДНК. Ови ДНК морају бити веома слични рекомбинантним, али не морају нужно да деле истог претка (хомологију) да би то постигли.

Цхиасм и цроссовер

Место везивања и размене између две молекуле ДНК назива се хијазам, а сам процес назива умрежавање. Током цроссовера верификована је размена опсега између учесника ДНА.

Ово ствара коинтеграт, који је два молекула ДНК физички уједињена у један. Када се коинтеграт "распусти", настају два молекула, која су генерално промењена (рекомбинантна).

"Решавање", у контексту рекомбинације, је одвајање компонентних молекула ДНК коинтеграта.

Врсте генетске рекомбинације

-Сцифична рекомбинација

У сите-специфичној рекомбинацији, два молекула ДНК, која углавном нису хомолошка, имају кратку секвенцу заједничку за обе. Ова секвенца је мета одређеног ензима за спајање.

Ензим, који може да препозна ову секвенцу, а не другу, реже је на одређеном месту у обе молекуле. Уз помоћ неких других фактора, он замењује ДНК траке двају молекула који учествују и формира коинтеграт.

Есцхерицхиа цоли

Ово је основа за стварање коинтеграта између генома бактерије Есцхерицхиа цоли и бактерије бактериофага. Бактериофаг је вирус који инфицира бактерије.

Формирање овог коинтеграта врши се ензимом кодираним у геном вируса: ламбда интеграза. Препознаје заједничку секвенцу која се назива аттП у кружном геному вируса, а аттБ у бактерији.

Резањем обе секвенце у обе молекуле он ствара слободне сегменте, мења траке и спаја два генома. Тада се формира већи или сродни круг.

Код коинтеграције, геном вируса пасивно носи бактеријски геном, с којим се размножава. У овом стању се каже да је вирус у стању провируса и да је бактерија лизогена за њега.

Обрнути процес, тј. Резолуција коинтеграције, може да траје много генерација - или чак и да се не догоди. Међутим, то ензимски посредује други протеин кодиран геном вируса зван ексцизијаза. Када се то догоди, вирус се одваја од коинтеграта, реактивира се и изазива лизу ћелије.

-Хомолошка рекомбинација

Генерализована рекомбинација

Хомолошка рекомбинација догађа се између молекула ДНК који имају најмање око 40 нуклеотида од потпуне или готово потпуне сличности. Да би се провео процес рекомбинације, мора бити укључена барем једна ендонуклеаза.

Ендонуклеазе су ензими који чине унутрашње резове у ДНК. Неки то раде да би разградили ДНК. Други, као у случају рекомбинације, то чине како би створили удубљење у ДНК.

Овај јединствени надимак омогућава обраду једнопојасног ДНК са слободним крајем. Овај слободни крај, оријентисан рекомбинатом, омогућава да један опсег упадне у двоструку ДНК, премештајући резиденцијални опсег идентичан њему.

Ово је тачка преласка између молекула ДНК даваоца („нападача“) и другог рецептора.

Ензим (рекомбиназа) који врши процес инвазије и промене опсега у Есцхерицхиа цоли назива се РецА. Постоје и други хомологни протеини у прокариотима, попут РадА у археама. У еукариотама еквивалентни ензим назива се РАД51.

Једном када инвазивни појас измешта резидента, он ступа у интеракцију са опсегом који је остао једноставан у молекули донора. Оба места су запечаћена дејством лигазе.

Сада имамо ДНК хибридног појаса (донорски бенд и реципијентни бенд, различитог порекла) са бојом ДНК донора и ДНК примаоца. Крижне тачке (цхиасмата) крећу се у оба смера најмање 200 бп.

Свака тачка укрштања формира оно што је познато као Холлидаи структура (крстасти ДНК производ рекомбинације).

Ову крижну ДНК морају разрешити друге ендонуклеазе. Химерна или хибридна ДНК ове структуре може се разрешити на два начина. Ако се други рез ендонуклеотида деси у истом појасу као и први, не долази до рекомбинације. Ако се други рез појави у другом опсегу, резултирајући производи су рекомбинантни.

Рекомбинантна ДНК у Холлидаи структури. ес.м.википедиа.орг/вики/Филе:Мао-4армјунцтион-сцхематиц.пнг.

Рекомбинација В (Д) Ј

Ово је врста соматске рекомбинације (не мејотичке) која доприноси стварању у огромној варијабилности антитела имуног система.

Ова рекомбинација се одвија нарочито у фрагментима гена који кодирају за полипептидне ланце који их дефинишу. Изводе га Б ћелије и укључују различите генетске регије.

Интересантно је да постоје паразити попут Трипаносома бруцеи који користе сличан механизам рекомбинације да би створили променљивост површинског антигена. На тај начин могу избећи одговор домаћина ако домаћин не успе да генерише антитело способно да препозна "нови" антиген.

Разноликост антитела створених рекомбинацијом. ес.м.википедиа.орг/вики/Филе:Цамбио_цласе_рецомбинацион.ПНГ

-Нема хомологна рекомбинација

Коначно, постоје процеси рекомбинације који не зависе од сличности у редоследу молекула који учествују. На пример, у еукариотама је веома важна рекомбинација нехомолошких крајева.

То се дешава са фрагментима ДНК који показују двоструке провале у ДНК. Ове ћелије „поправљају“ ћелија придружујући их другим фрагментима са двоструким прекидима редова.

Међутим, ти молекули не морају нужно да буду слични да би учествовали у овом процесу рекомбинације. То јест, поправљањем оштећења ћелија се може придружити неповезаним ДНК-има, стварајући заиста нови (рекомбинантни) молекул.

Важност рекомбинације

Важност као узрок: умножавање и поправљање ДНК

Рекомбинација осигурава верност ДНК информација током и након процеса репликације. Рекомбинацијом се откривају оштећења ДНК током новог процеса везивања у овој изузетно дугој макромолекули.

Како сваки опсег има своје податке, као и оне њихове комплементарне, рекомбинација гарантује да ниједан није изгубљен. Свако делује као свједок другоме. Слично томе, у диплоидним организмима хомологни хромозом свједочи о свом сродству и обрнуто.

С друге стране, кад се ДНК реплицира, механизми поправљања оштећења овог молекула су разноврсни. Неки су директни (повреда се делује директно), а други су индиректни.

Неизравни механизми поправка зависе од рекомбинације која ће се обавити. Односно, за поправљање оштећења у молекули ДНК користи се други хомологни молекул. То би деловало у репаративној рекомбинацији као образац од којег је претрпела штету.

Важност као последица: стварање генетске варијабилности

Рекомбинација може створити огромну варијабилност хромозома током мејозе. Соматска рекомбинација такође ствара варијабилност, као у случају антитела код кичмењака.

У многим организмима мејоза је гетицка. У сексуално репродуктивним организмима, рекомбинација је један од најмоћнијих начина стварања варијабилности.

То значи, спонтаној мутацији и сегрегацији хромозома рекомбинација мора бити додата као још један елемент који ствара гаметску променљивост.

Интегрисање бактериофагних генома локалним рекомбинацијама, с друге стране, допринело је преуређивању генома бактерија домаћина.

Ово је допринело стварању геномске променљивости и еволуције ове важне групе живих бића.

Рекомбинација и здравље

Већ смо видели да се ДНК може поправити, али не и оно што оштећује. У стварности, готово све може оштетити ДНК, почевши од погрешне репликације која остаје неисправљена.

Али осим тога, ДНК може бити оштећен УВ светлошћу, јонизујућим зрачењем, слободним радикалима кисеоника произведеним ћелијским дисањем и оним што једемо, пушимо, дишемо, гутамо или додирујемо.

Срећом, не морате се одрећи живота да бисте заштитили ДНК. Одређених ствари се морају одрећи, али велики посао врши сама ћелија. Ови механизми за откривање оштећења ДНК и његово поправљање очигледно имају генетску основу, а њихов недостатак огромне последице.

Болести повезане са дефектима хомологне рекомбинације укључују, на пример, Блоом и Вернер синдроме, породични карцином дојке и јајника, итд.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, АД, Левис, Ј., Морган, Д., Рафф, М., Робертс, К., Валтер, П. (2014) Молекуларна биологија ћелије (6. издање). ВВ Нортон & Цомпани, Нев Иорк, НИ, САД.
2. Белл, ЈЦ, Ковалцзиковски, СЦ (2016) Механика и једно-молекуларно испитивање рекомбинације ДНК. Годишњи преглед биохемије, 85: 193-226.
3. Прадо, Ф. () Хомолошка рекомбинација: до вилице и даље. Гени, дои: 10.3390 / гени9120603
4. Гриффитхс, АЈФ, Весслер, Р., Царролл, СБ, Доеблеи, Ј. (2015). Увод у генетску анализу (11. изд.). Нев Иорк: ВХ Фрееман, Нев Иорк, НИ, УСА.
5. Тоцк, АЈ, Хендерсон, ИР (2018) Точне тачке за почетак мејотске рекомбинације. Фронтиерс ин Генетицс, дои: 10.3389 / фгене.2018.00521
6. Вахл, А., Баттести, А., Ансалди, М. (2018) Пропхагес ин Салмонелла ентерица: покретачка снага у преобликовању генома и физиологије њиховог бактеријског домаћина? Молекуларна микробиологија, дои: 10.1111 / мми.14167.
7. Вригхт, ВД, Схах, ​​СС, Хеиер, ВД (2018) Хомолошка рекомбинација и поправка ДНК двоструких ломова. Часопис за биолошку хемију, 293: 10524-10535