Рекомбинация ДНК
Перестройки геномов широко распределены в природе. Их результатом является перераспределение генетического материала, приводящее к возникновению новых комбинаций генов. Перестройки геномов могут осуществляться вследствие включения (инсерции) или удаления (делеций) протяженных последовательностей ДНК, инверсий фрагментов ДНК, обмена участками ДНК. Вышеназванные перестройки ДНК являются результатом ее рекомбинации. Под рекомбинацией понимают возникновение новых последовательностей ДНК за счет разрывов и воссоединений молекул. Различают несколько вариантов рекомбинационных процессов: гомологичную (общую), сайтспецифическую и незаконную рекомбинации и транспозиции. ГОМОЛОГИЧНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ Этот тип рекомбинации начинается с одноцепочечных разрывов, осуществляемых ферментом эндонуклеазой. Далее между молекулами ДНК происходит обмен цепями, приводящий к образованию крестообразной структуры, которая получила названия полухиазма Холидея от имени ученого предложившего данный механизм рекомбинации. Затем происходит перемещение точки перекреста цепей вдоль рекомбинирующих молекул ДНК с образованием гетеродуплекса.Этот процесс осуществляют специфические ферменты. Размеры гетеродуплекса могут достигать нескольких тысяч пар оснований. Далее полухиазма может быть разрезана двумя способами. При одном способе разрыва рекомбинирующие молекулы обмениваются своими частями. При другом способе разрыва рекомбинирующие молекулы обмениваются одноцепочечными участками, образовавшими гетеродуплекс Цепи ДНК в гетеродуплексе могут быть не полностью комплементарными. Неспаренные основания могут с помощью репарации заменены на комплементарные. В этом случае информация, записанная в одной из цепей ДНК, исчезнет и заменится на информацию, закодированную в другой цепи. Рассмотренная модель механизма гомологичной рекомбинации характерна как дляпрокариот, так и для соматических и половых клеток эукариот. В результате гомологичной рекомбинации может происходить: а) инверсия участка ДНК, заключенного между обращенными повторами; б) удаление сегмента ДНК при наличии прямых повторов; в) «неравный кроссинговер» между сестринскими хроматидами, его результатом является утрата фрагмента ДНК в одной хроматиде и его добавление в другой. Биологическое значение гомологичной рекомбинации велико. Ее результатом является перекомбинация генов, что позволяет организмам постоянно приспосабливаться к среде обитания. Перестройки генетического материала, обусловленные гомологичной рекомбинацией, играют важную роль в регуляции экспрессии генов. САЙТ-СПЕЦИФИЧЕСКАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ Сайт-специфическая рекомбинация не требует протяженных гомологичных участков ДНК. Для ее протекания необходимы определенные короткие гомологичные участки ДНК (15 – 30 п.н.) и специфический ферментативный аппарат. Этот тип рекомбинации характерен для вирусов, прокариот и эукариот. Благодаря сайт-специфической рекомбинации происходит интеграция ДНК умеренных фагов в хромосому бактерий, инверсия определенных участков ДНК в хромосомах бактерий. Интеграция фагав хромосому E.coli. Первая изученная сайт-специфическая рекомбинация – интеграция фагав хромосому E.coli. После проникновения фага внутрь клетки E.coli линейная двухцепочечная ДНК переходит в кольцевую форму, благодаря наличию на ее концах комплементарных одноцепочечных последовательностей. Затем ДНК фага интегрирует в хромосому бактерии в строго определенном месте. Фаг, интегрированный в хромосому бактерии, называется профагом. Возможно также и вырезание профага из хромосомы. Этот процесс протекает в обратной последовательности. Для интеграции фага необходимы белок, закодированный в геноме фага, – интеграза – и белок IHF (integratin host factor) бактериального происхождения. Для вырезания профага из хромосомы кроме указанных белков еще дополнительный продукт одного из фаговых генов. НЕЗАКОННАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ Незаконная рекомбинация осуществляется между негомологичными молекулами ДНК и без механизмов сайт-специфической рекомбинации и транспозиций. В результате незаконной рекомбинации происходит воссоединение концов негомологичных ДНК.
|
