8: Рекомбінація ДНК
- Page ID
- 8024
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Глава про мутацію та відновлення ДНК стосувалася в основному невеликих змін послідовності ДНК, як правило, одиночних пар основ, що виникають внаслідок помилок реплікації або пошкодження ДНК. Послідовність ДНК хромосоми також може змінюватися у великих сегментах за рахунок процесів рекомбінації та транспозиції. Рекомбінація - це виробництво нової молекули (молекул) ДНК з двох батьківських молекул ДНК або різних сегментів однієї і тієї ж молекули ДНК; це і буде темою цієї глави. Транспозиція - це вузькоспеціалізована форма рекомбінації, при якій сегмент ДНК переміщається з одного місця в інше, або на тій же хромосомі, або на іншій хромосомі; про це піде мова в наступному розділі.
- 8.1: Види і приклади рекомбінації
- Щонайменше чотири типи природної рекомбінації були ідентифіковані в живих організмах: (1) Загальна або гомологічна рекомбінація, (2) Незаконна або негомологічна рекомбінація, (3) Рекомбінація, специфічна для сайту, і (4) реплікативна рекомбінація.
- 8.2: Виявлення рекомбінації
- Другий закон Менделя описував випадковий асортимент алелів пар генів. Однак певні пари генів показують відхилення від цього випадкового асортименту, що призводить до висновку, що ці гени пов'язані на хромосомі. Зв'язок не завжди є повним, а це означає, що небатьківські генотипи спостерігаються в частці потомства. Це пояснюється перетином між генними парами під час мейозу у батьків.
- 8.3: Мейотична рекомбінація
- Здатність гомологічних хромосом бути парними під час першої фази мейозу є основоположною для успіху цього процесу, який підтримує правильний гаплоїдний набір хромосом в статевій клітині. Рекомбінація є невід'ємною частиною спарювання гомологічних хромосом. Він виникає між несестринськими хроматидами під час пахітенової стадії мейозу I (перша стадія мейозу) і, можливо, до, коли гомологічні хромосоми вирівнюються в зиготені.
- 8.4: Переваги генетичної рекомбінації
- Рекомбінація не тільки необхідна для гомологічного спарювання під час мейозу, але рекомбінація має принаймні дві додаткові переваги для статевих видів. Він створює нові комбінації алелів уздовж хромосом, і обмежує ефекти мутацій значною мірою на область навколо гена, а не цілу хромосому. Оскільки кожна хромосома зазнає хоча б одну подію рекомбінації під час мейозу, генеруються нові комбінації алелів.
- 8.5: Докази гетеродуплексів від рекомбінації у грибів
- Механізм, за допомогою якого відбувається рекомбінація, вивчався насамперед у грибів, таких як бутонізуючі дріжджі Saccharomyces cerevisiae та нитчастий гриб Ascomycetes, а також у бактерій. Гриби піддаються мейозу, і, отже, деякі аспекти їх рекомбінаційних систем можуть бути більш схожими на рослини і тварини, ніж у бактерій. Однак ферментативні функції, виявлені генетичними та біохімічними дослідженнями рекомбінації бактерій, мають аналоги і в еукаріотичних організмах.
- 8.6: Холлідейська модель для загальної рекомбінації - Вторгнення одного ланцюга
- У 1964 році Робін Холлідей запропонував модель, яка враховувала гетеродуплексне утворення та перетворення генів під час рекомбінації. Хоча вона була витіснена моделлю дволанцюгового розриву (принаймні для рекомбінації в дріжджах та вищих організмах), це корисне місце для початку. Він ілюструє критичні етапи спарювання гомологічних дуплексів, формування гетеродуплексу, формування рекомбінаційного суглоба, міграції та роздільної здатності гілок.
- 8.7: Модель подвійного розриву пасма для рекомбінації
- Кілька рядків доказів, насамперед з досліджень рекомбінації в дріжджах, вимагали змін у реципрокному обміні ланцюгів ДНК, ініційованих при однониткових ніках. Як вже згадувалося, один дуплекс ДНК, як правило, був донором інформації, а інший - реципієнтом, на відміну від рівного обміну, передбаченого оригінальною моделлю Холлідея. Також у дріжджів рекомбінація може бути ініційована двожильними розривами.
- 8.8: Ферменти, необхідні для рекомбінації кишкової палички
- Початковими етапами пошуку ферментів, які здійснюють рекомбінацію, були генетичні екрани мутантів кишкової палички, які дефектні в рекомбінації. Були розроблені аналізи для тестування на рекомбінацію, а мутанти, які показали зниження частоти рекомбінації, були виділені. Вони були призначені для груп доповнення під назвою ReCa, ReCB, ReCc, ReCD тощо. Приблизно 20 різних генів (різні групи комплементації rec) були ідентифіковані в E. coli.
- 8.9: Генерація окремих ниток
- Один з основних шляхів генерації 3' однониткових терміні використовує фермент RecBCD, також відомий як екзонуклеаза V. Три субодиниці цього ферменту кодуються генами ReCB, ReCc та ReCD. Кожна модель для рекомбінації вимагає одножильного з вільним кінцем для нашестя пасом, причому цей фермент робить так, але з декількома несподіваними особливостями.
- 8.10: Синапсис і вторгнення окремих ниток
- Спарювання двох рекомбінуючих молекул ДНК (синапсис) та вторгнення однієї нитки з ініціюючого дуплексу в інший дуплекс каталізуються багатофункціональним білком ReCa. Це вторгнення дуплексної ДНК єдиною багатониткової ДНК призводить до заміни однієї з ниток вихідного дуплексу на вторгається ниткою, а замінена пасмо витісняється з дуплексу. Звідси цю реакцію також можна назвати асиміляцією пасом або обміном пасом.
- 8.11: Міграція філій
- Рух холлідейського переходу для створення додаткового гетеродуплексу вимагає двох білків. Одним з них є тетрамер RuVA, який розпізнає будову Холлідейського переходу. Інший - RuVB, який є АТФАЗОЮ. Він утворює гексамеричні кільця, які забезпечують двигун для міграції гілок.
- 8.12: Роздільна здатність
- RuVC - це ендонуклеаза, яка розщеплює святкові з'єднання. Він утворює димери, які зв'язуються з Холлідейським переходом; останні дані вказують на взаємодію між RuVA, RuVB та RuVC як комплекс на перехресті Холлідей. Структура комплексу з'єднання Ruva-Holliday дозволяє припустити, що відкрита структура з'єднання, стабілізована зв'язуванням RuVA, може оголити поверхню, яка розпізнається Ruv C для розщеплення.
Пропоновані читання
- Холлідей, Р. (1964) Механізм перетворення генів у грибів. Генетика дослідження 5:282-304.
- Орр-Вівер, Т.Л., Шостак, Дж. і Ротштейн, Р.Дж. (1981) Трансформація дріжджів: модельна система для дослідження рекомбінації. Проц. Наталь. Акад. Науковий. США 78:6354-6358.
- Шостак, Дж., Орр-Вівер, Т.Л., Ротштейн, Р.Дж. і Шталь, FW (1983) Модель ремонту з подвійним струмом розриву для рекомбінації. Комірка 33:25-35.
- Шталь, Ф. (1994) Холлідей перехрестя на тридцятиріччя. Генетика 138:241-246.
- Ковальчиковський, С.К., Діксон, Д., Еглстон, А.К., Лаудер, С.Д. і Rehrauer, WM (1994) Мікробіологічні огляди 58:401-465.
- Егглстон, А.К. і Вест, С.К. (1996) Обмін партнерами: рекомбінація в кишкової палички. Тренд в генетиці 12:20-25.
- Edelmann, W. та Kucherlapati, R. (1996) Роль рекомбінаційних ферментів у виживанні клітин ссавців. Проц. Наталь. Акад. Науковий. США 93:6225-6227.