Горячая точка рекомбинации

Горячие точки рекомбинации — это области генома , которые демонстрируют повышенную скорость рекомбинации по сравнению с нейтральным ожиданием. Скорость рекомбинации внутри горячих точек может в сотни раз превышать скорость рекомбинации в окружающем регионе. ^[1] Горячие точки рекомбинации возникают в результате образования более высоких разрывов ДНК в этих областях и применимы как к митотическим , так и к мейотическим клеткам. Это название может относиться к событиям рекомбинации, возникающим в результате неравномерного распределения запрограммированных мейотических двухцепочечных разрывов. ^[2]

Мейотическая рекомбинация

Считается, что мейотическая рекомбинация посредством кроссинговера является механизмом, с помощью которого клетка способствует правильному сегрегации гомологичных хромосом и восстановлению повреждений ДНК. Кроссинговер требует двухцепочечного разрыва ДНК с последующей инвазией цепи гомолога и последующей репарацией. ^[3] Сайты инициации рекомбинации обычно идентифицируются путем картирования событий кроссинговера посредством анализа родословной или посредством анализа неравновесия по сцеплению . Неравновесие по сцеплению выявило более 30 000 горячих точек в геноме человека. ^[3] У людей среднее количество событий кроссоверной рекомбинации на одну горячую точку составляет один кроссовер на 1300 мейозов, а самая крайняя горячая точка имеет частоту кроссовера 1 на 110 мейозов. ^[4]

Геномные перестройки

Рекомбинация также может происходить из-за ошибок репликации ДНК, которые приводят к геномным перестройкам. Эти явления часто связаны с патологией. Однако геномная перестройка также считается движущей силой эволюционного развития, поскольку она приводит к появлению новых комбинаций генов. ^[5] Горячие точки рекомбинации могут возникать в результате взаимодействия следующих сил отбора: выгоды от стимулирования генетического разнообразия посредством геномной перестройки в сочетании с отбором, действующим для поддержания благоприятных комбинаций генов. ^[6]

Места посвящения

ДНК содержит «хрупкие участки» внутри последовательности, которые более склонны к рекомбинации. Эти хрупкие сайты связаны со следующими тринуклеотидными повторами: CGG-CCG, GAG-CTG, GAA-TTC и GCN-NGC. ^[5] Эти хрупкие сайты законсервированы у млекопитающих и дрожжей, что позволяет предположить, что нестабильность вызвана чем-то, присущим молекулярной структуре ДНК, и связана с нестабильностью повторов ДНК. ^[5] Считается, что эти хрупкие участки образуют шпильковые структуры на отстающей цепи во время репликации из-за спаривания одноцепочечных оснований ДНК с самим собой в области тринуклеотидного повтора. ^[5] Эти шпильковые структуры вызывают разрывы ДНК, которые приводят к более высокой частоте рекомбинации в этих сайтах. ^[5]

Также считается, что горячие точки рекомбинации возникают из-за структуры хромосом более высокого порядка, которая делает некоторые области хромосомы более доступными для рекомбинации, чем другие. ^[6] У мышей и дрожжей был идентифицирован сайт инициации двухцепочечного разрыва, расположенный на общем участке хроматина: триметилировании лизина 4 гистона H3 ( H3K4me3 ). ^[3]

Горячие точки рекомбинации, по-видимому, вызваны не только расположением последовательностей ДНК или структурой хромосом. Альтернативно, сайты инициации горячих точек рекомбинации могут быть закодированы в геноме. Путем сравнения рекомбинации между различными линиями мышей локус Dsbc1 был идентифицирован как локус, который способствует спецификации сайтов инициации в геноме по крайней мере в двух местах «горячих точек» рекомбинации. ^[3] Дополнительное кроссинговерное картирование позволило обнаружить локус Dsbc1 в области от 12,2 до 16,7 Мб мышиной хромосомы 17, которая содержит ген PRDM9. Ген PRDM9 кодирует метилтрансферазу гистонов в регионе Dsbc1, что свидетельствует о неслучайной генетической основе сайтов инициации рекомбинации у мышей. ^[3] Быстрая эволюция гена PRDM9 объясняет тот факт, что у человека и шимпанзе мало общих точек рекомбинации, несмотря на высокий уровень идентичности последовательностей. ^[7]

Рекомбинация, связанная с транскрипцией

Гомологичная рекомбинация в функциональных областях ДНК сильно стимулируется транскрипцией , что наблюдается у ряда различных организмов. ^[8]^[9]^[10]^[11] Рекомбинация, связанная с транскрипцией, по-видимому, обусловлена, по крайней мере частично, способностью транскрипции открывать структуру ДНК и повышать доступность ДНК для экзогенных химических веществ и внутренних метаболитов, которые вызывают рекомбиногенные повреждения ДНК . ^[10] Эти данные позволяют предположить, что рекомбинация, связанная с транскрипцией, может вносить значительный вклад в образование горячих точек рекомбинации.

Горячие точки вирусной рекомбинации

Гомологичная рекомбинация очень часто встречается у РНК-вирусов. ^[12] Рекомбинация часто происходит среди очень похожих вирусов, где сайты кроссинговера могут встречаться где угодно по геному, но под давлением отбора эти сайты имеют тенденцию локализоваться в определенных регионах/горячих точках. ^[13] Например, у энтеровирусов горячие точки рекомбинации были идентифицированы в месте соединения 5'UTR-капсидной области и в начале области P2. ^[14] Эти две горячие точки обрамляют область P1, которая кодирует капсид. ^[14] У коронавирусов геномная область Спайка является горячей точкой рекомбинации. ^[15]^[16]

См. также

Ссылки

^ Джеффрис А.Дж., Кауппи Л., Нойманн Р. (октябрь 2001 г.). «Интенсивно пунктированная мейотическая рекомбинация в области II класса главного комплекса гистосовместимости». Нат. Жене . 29 (2): 217–22. дои : 10.1038/ng1001-217 . ПМИД 11586303 . S2CID 23026001 .
^ Секвёлдьи, Лорант; Охта, Кунихиро; Николя, Ален (01 мая 2015 г.). «Инициация мейотической гомологичной рекомбинации: гибкость, влияние модификаций гистонов и ремоделирование хроматина» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 7 (5): а016527. doi : 10.1101/cshperspect.a016527 . ISSN 1943-0264 . ПМЦ 4448624 . ПМИД 25934010 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Бода, Ф.; и др. (2010). «Prdm9 является основным детерминантом горячих точек мейотической рекомбинации у людей и мышей» . Наука . 327 (5967): 836–40. дои : 10.1126/science.1183439 . ПМК 4295902 . ПМИД 20044539 .
^ Майерс С., Спенсер К.С., Аутон А. и др. (август 2006 г.). «Распространение и причины мейотической рекомбинации в геноме человека». Биохим. Соц. Транс . 34 (Часть 4): 526–30. дои : 10.1042/BST0340526 . ПМИД 16856851 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Агилера, А.; Гомес-Гонсалес, Б. (2008). «Нестабильность генома: механистический взгляд на ее причины и последствия». Обзоры природы Генетика . 9 (3): 204–17. дои : 10.1038/nrg2268 . ПМИД 18227811 . S2CID 14024154 .
^ Jump up to: ^а ^б Лихтен, М.; Голдман, ASH (1995). «Горячие точки мейотической рекомбинации». Ежегодный обзор генетики . 29 : 423–44. дои : 10.1146/annurev.genet.29.1.423 . ПМИД 8825482 .
^ Аутон, Адам; Фледель-Алон, Ади; Пфайфер, Сюзанна; Венн, Оливер; Сегюрель, Лор (2012). «Мелкомасштабная генетическая карта шимпанзе, полученная на основе секвенирования популяции» . Наука . 336 (6078): 193–198. дои : 10.1126/science.1216872 . ПМЦ 3532813 . ПМИД 22422862 .
^ Гримм С., Шаер П., Мунц П., Кохли Дж. (1991). «Сильный промотор ADH1 стимулирует митотическую и мейотическую рекомбинацию гена ADE6 Schizosaccharomyces pombe» . Мол. Клетка. Биол . 11 (1): 289–98. дои : 10.1128/mcb.11.1.289 . ПМК 359619 . ПМИД 1986226 .
^ Николов Ю.А. (1992). «Транскрипция усиливает внутрихромосомную гомологичную рекомбинацию в клетках млекопитающих» . Мол. Клетка. Биол . 12 (12): 5311–8. дои : 10.1128/mcb.12.12.5311 . ПМК 360468 . ПМИД 1333040 .
^ Jump up to: ^а ^б Гарсиа-Рубио М., Уэртас П., Гонсалес-Баррера С., Агилера А. (2003). «Рекомбиногенные эффекты агентов, повреждающих ДНК, синергически усиливаются за счет транскрипции у Saccharomyces cerevisiae. Новый взгляд на рекомбинацию, связанную с транскрипцией» . Генетика . 165 (2): 457–66. дои : 10.1093/генетика/165.2.457 . ПМЦ 1462770 . ПМИД 14573461 .
^ Гайяр Х., Агилера А. (2016). «Транскрипция как угроза целостности генома». Анну. Преподобный Биохим . 85 : 291–317. doi : 10.1146/annurev-biochem-060815-014908 . hdl : 11441/78271 . ПМИД 27023844 .
^ Симон-Лорьер, Этьен; Холмс, Эдвард К. (август 2011 г.). «Почему РНК-вирусы рекомбинируются?» . Обзоры природы Микробиология . 9 (8): 617–626. дои : 10.1038/nrmicro2614 . ISSN 1740-1526 . ПМЦ 3324781 . ПМИД 21725337 .
^ Баннер, ЛР; Лай, ММ (ноябрь 1991 г.). «Случайный характер рекомбинации РНК коронавируса при отсутствии давления отбора» . Вирусология . 185 (1): 441–445. дои : 10.1016/0042-6822(91)90795-д . ISSN 0042-6822 . ПМК 7131166 . ПМИД 1656597 .
^ Jump up to: ^а ^б Николаидис, Мариос; Мимули, Каллиопи; Кириакопулу, Захарула; Цимпидис, Михаил; Цакояннис, Димитрис; Маркулатос, Панайотис; Амуциас, Григорис Д. (январь 2019 г.). «Крупномасштабный геномный анализ выявляет повторяющиеся закономерности межтипической рекомбинации в энтеровирусах человека». Вирусология . 526 : 72–80. дои : 10.1016/j.virol.2018.10.006 . ПМИД 30366300 . S2CID 53115712 .
^ Николаидис, Мариос; Маркулатос, Панайотис; Ван де Пер, Ив; Оливер, Стивен Дж; Амуциас, Григориос Д (12 октября 2021 г.). Хепп, Кристал (ред.). «Район гена Spike является горячей точкой для модульной межтипической гомологичной и негомологической рекомбинации в геномах коронавируса» . Молекулярная биология и эволюция . 39 : мсаб292. дои : 10.1093/molbev/msab292 . ISSN 0737-4038 . ПМЦ 8549283 . ПМИД 34638137 .
^ Ян, Иян; Ян, Вэй; Холл, А. Брантли; Цзян, Сяофан (13 апреля 2021 г.). Расмус, Нильсен (ред.). «Характеристика транскрипционных регуляторных последовательностей коронавирусов и их роль в рекомбинации» . Молекулярная биология и эволюция . 38 (4): 1241–1248. дои : 10.1093/molbev/msa281 . ISSN 1537-1719 . ПМЦ 7665640 . ПМИД 33146390 .

Дальнейшее чтение

Исследователи обнаружили удивительную разницу между геномами человека и шимпанзе . «Несмотря на 99%-ное сходство ДНК между людьми и нашими ближайшими родственниками, шимпанзе, места обмена ДНК между хромосомами, известные как горячие точки рекомбинации, почти полностью различны. Удивительная находка Об этом сообщается в статье, опубликованной [в 2005 году] в журнале Science статистиками Оксфордского университета, а также американскими и голландскими генетиками».
Что такого интересного в горячих точках рекомбинации? Учебник по горячим точкам рекомбинации, автор Джоди Хей в PLoS Biology.

[1] Джеффрис А.Дж., Кауппи Л., Нойманн Р. (октябрь 2001 г.). «Интенсивно пунктированная мейотическая рекомбинация в области II класса главного комплекса гистосовместимости». Нат. Жене . 29 (2): 217–22. дои : 10.1038/ng1001-217 . ПМИД 11586303 . S2CID 23026001 .

[2] Секвёлдьи, Лорант; Охта, Кунихиро; Николя, Ален (01 мая 2015 г.). «Инициация мейотической гомологичной рекомбинации: гибкость, влияние модификаций гистонов и ремоделирование хроматина» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 7 (5): а016527. doi : 10.1101/cshperspect.a016527 . ISSN 1943-0264 . ПМЦ 4448624 . ПМИД 25934010 .

[Baudat-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Бода, Ф.; и др. (2010). «Prdm9 является основным детерминантом горячих точек мейотической рекомбинации у людей и мышей» . Наука . 327 (5967): 836–40. дои : 10.1126/science.1183439 . ПМК 4295902 . ПМИД 20044539 .

[4] Майерс С., Спенсер К.С., Аутон А. и др. (август 2006 г.). «Распространение и причины мейотической рекомбинации в геноме человека». Биохим. Соц. Транс . 34 (Часть 4): 526–30. дои : 10.1042/BST0340526 . ПМИД 16856851 .

[Aguilera-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Агилера, А.; Гомес-Гонсалес, Б. (2008). «Нестабильность генома: механистический взгляд на ее причины и последствия». Обзоры природы Генетика . 9 (3): 204–17. дои : 10.1038/nrg2268 . ПМИД 18227811 . S2CID 14024154 .

[Lichten-6] Jump up to: ^а ^б Лихтен, М.; Голдман, ASH (1995). «Горячие точки мейотической рекомбинации». Ежегодный обзор генетики . 29 : 423–44. дои : 10.1146/annurev.genet.29.1.423 . ПМИД 8825482 .

[7] Аутон, Адам; Фледель-Алон, Ади; Пфайфер, Сюзанна; Венн, Оливер; Сегюрель, Лор (2012). «Мелкомасштабная генетическая карта шимпанзе, полученная на основе секвенирования популяции» . Наука . 336 (6078): 193–198. дои : 10.1126/science.1216872 . ПМЦ 3532813 . ПМИД 22422862 .

[pmid1986226-8] Гримм С., Шаер П., Мунц П., Кохли Дж. (1991). «Сильный промотор ADH1 стимулирует митотическую и мейотическую рекомбинацию гена ADE6 Schizosaccharomyces pombe» . Мол. Клетка. Биол . 11 (1): 289–98. дои : 10.1128/mcb.11.1.289 . ПМК 359619 . ПМИД 1986226 .

[pmid1333040-9] Николов Ю.А. (1992). «Транскрипция усиливает внутрихромосомную гомологичную рекомбинацию в клетках млекопитающих» . Мол. Клетка. Биол . 12 (12): 5311–8. дои : 10.1128/mcb.12.12.5311 . ПМК 360468 . ПМИД 1333040 .

[pmid14573461-10] Jump up to: ^а ^б Гарсиа-Рубио М., Уэртас П., Гонсалес-Баррера С., Агилера А. (2003). «Рекомбиногенные эффекты агентов, повреждающих ДНК, синергически усиливаются за счет транскрипции у Saccharomyces cerevisiae. Новый взгляд на рекомбинацию, связанную с транскрипцией» . Генетика . 165 (2): 457–66. дои : 10.1093/генетика/165.2.457 . ПМЦ 1462770 . ПМИД 14573461 .

[pmid27023844-11] Гайяр Х., Агилера А. (2016). «Транскрипция как угроза целостности генома». Анну. Преподобный Биохим . 85 : 291–317. doi : 10.1146/annurev-biochem-060815-014908 . hdl : 11441/78271 . ПМИД 27023844 .

[12] Симон-Лорьер, Этьен; Холмс, Эдвард К. (август 2011 г.). «Почему РНК-вирусы рекомбинируются?» . Обзоры природы Микробиология . 9 (8): 617–626. дои : 10.1038/nrmicro2614 . ISSN 1740-1526 . ПМЦ 3324781 . ПМИД 21725337 .

[13] Баннер, ЛР; Лай, ММ (ноябрь 1991 г.). «Случайный характер рекомбинации РНК коронавируса при отсутствии давления отбора» . Вирусология . 185 (1): 441–445. дои : 10.1016/0042-6822(91)90795-д . ISSN 0042-6822 . ПМК 7131166 . ПМИД 1656597 .

[:0-14] Jump up to: ^а ^б Николаидис, Мариос; Мимули, Каллиопи; Кириакопулу, Захарула; Цимпидис, Михаил; Цакояннис, Димитрис; Маркулатос, Панайотис; Амуциас, Григорис Д. (январь 2019 г.). «Крупномасштабный геномный анализ выявляет повторяющиеся закономерности межтипической рекомбинации в энтеровирусах человека». Вирусология . 526 : 72–80. дои : 10.1016/j.virol.2018.10.006 . ПМИД 30366300 . S2CID 53115712 .

[15] Николаидис, Мариос; Маркулатос, Панайотис; Ван де Пер, Ив; Оливер, Стивен Дж; Амуциас, Григориос Д (12 октября 2021 г.). Хепп, Кристал (ред.). «Район гена Spike является горячей точкой для модульной межтипической гомологичной и негомологической рекомбинации в геномах коронавируса» . Молекулярная биология и эволюция . 39 : мсаб292. дои : 10.1093/molbev/msab292 . ISSN 0737-4038 . ПМЦ 8549283 . ПМИД 34638137 .

[16] Ян, Иян; Ян, Вэй; Холл, А. Брантли; Цзян, Сяофан (13 апреля 2021 г.). Расмус, Нильсен (ред.). «Характеристика транскрипционных регуляторных последовательностей коронавирусов и их роль в рекомбинации» . Молекулярная биология и эволюция . 38 (4): 1241–1248. дои : 10.1093/molbev/msa281 . ISSN 1537-1719 . ПМЦ 7665640 . ПМИД 33146390 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]