Незаконная рекомбинация
Незаконная рекомбинация , или негомологичная рекомбинация , — это процесс двух неродственных двухцепочечных сегментов ДНК соединения . Эта вставка генетического материала, который не должен находиться рядом, имеет тенденцию приводить к разрушению генов, в результате чего белок, который они кодируют, не экспрессируется должным образом. Одним из основных путей, посредством которого это произойдет, является механизм репарации, известный как негомологическое соединение концов (NHEJ). [1]
Открытие
[ редактировать ]Незаконная рекомбинация — это естественный процесс, который впервые был обнаружен у E. coli . Было обнаружено, что сегмент ДНК длиной 700–1400 пар оснований встроился в опероны gal и lac, что привело к сильной полярной мутации . [2] Затем было обнаружено, что этот механизм способен вставлять другие короткие генетические последовательности в другие места бактериального генома , что часто приводит к изменению экспрессии соседних генов. Зачастую это приводит к тому, что соседние гены просто отключаются. Однако некоторые из этих сегментов также имели сильные сигналы запуска и остановки, которые изменяли регуляцию соседних генов, что приводило к изменениям в объеме транскрипции. Что отличало эту форму генетической рекомбинации от форм, зависящих от генетической гомологии, так это то, что процесс, наблюдаемый как незаконный, не требовал использования гомологичных сегментов ДНК. Хотя в то время это не было до конца понятно, было признано, что он потенциально может вызывать изменения в хромосомной эволюции. [3]
Механизм
[ редактировать ]У прокариот
[ редактировать ]У прокариотов незаконная рекомбинация приводит к мутации генетической последовательности прокариот . этот процесс принимает разные формы, У эукариот одной из которых является делеция. При делеционной мутации прокариотический организм подвергается незаконной рекомбинации, приводящей к удалению непрерывного сегмента генетического кода. Однако эта форма мутации встречается нечасто среди мутантов естественного происхождения, а не среди индуцированных. Другой формой незаконной рекомбинации у прокариот является мутация дупликации генома. В этом случае часть родительского генома вставляется в геном несколько раз. Эта дупликация либо вставляет генетический материал в ту же ориентацию, либо противоположную исходным родительским сегментам, поскольку она обусловлена негомологией. [3]
У эукариотов
[ редактировать ]Механизм незаконной рекомбинации заключается в соединении негомологичных концов, при котором две цепи ДНК, не имеющие гомологии, соединяются вместе с помощью механизма восстановления генов. При распознавании двухцепочечного разрыва белковый комплекс удерживает две цепи достаточно близко, чтобы обеспечить возможность восстановления цепей. Затем концы ДНК восстанавливаются таким образом, что все неправильные или поврежденные нуклеотиды удаляются. Как только это произойдет, нити смогут быть связаны друг с другом так, что они станут одной цепью ДНК, которая ранее не была смежной. Этот процесс является общим для эукариотических клеток и имеет тенденцию действовать как механизм восстановления, но может привести к этим мутациям, если произойдет незаконная рекомбинация. Незаконная рекомбинация часто принимает форму крупных хромосомных аберраций внутри эукариотического организма, поскольку он имеет гораздо большие сегменты ДНК, чем прокариотические клетки. Такое негомологичное соединение концов может вызвать незаконную рекомбинацию, которая приводит к инсерционным и делеционным мутациям в хромосомах, а также к транслокации одного хромосомного сегмента в сегмент другой хромосомы. Эти крупномасштабные изменения в хромосоме у эукариотических организмов, как правило, оказывают пагубное воздействие на организм, а не дают какое-то генетическое преимущество. [4]
Вредное воздействие на организмы
[ редактировать ]Незаконная рекомбинация часто оказывает пагубное воздействие на организм, поскольку приводит к крупномасштабным изменениям генетической последовательности организма. Эти изменения приведут к мутациям, поскольку соединение ДНК, не основанное на гомологии, чаще всего будет размещать генетические элементы в местах, в которых они ранее не находились. Это может нарушить функцию генов, которые могут иметь важное значение для функционирования организма. В случае рака было обнаружено, что опухоли могут быть результатом незаконной рекомбинации, приводящей к образованию шпильки, которая изменяет функцию гена в геноме опухолевых клеток. [5]
Приложения
[ редактировать ]Незаконная рекомбинация — это инструмент, который можно использовать в лаборатории, а также полезный исследовательский инструмент. Незаконная рекомбинация может привести к случайному мутагенезу с целью вызвать случайное изменение генетической последовательности организма. [6] Индукция этого мутагенеза позволяет изучить генетическую последовательность путем создания мутации в генетическом сегменте, изменяющей функцию этого генетического сегмента. Это позволяет изучать функцию генов посредством анализа различий между мутантами и природными организмами, чтобы интерпретировать, с каким процессом связан ген.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уилсон Т.Е. (2006). «Ногомологическое соединение концов: механизмы, сохранение и связь с незаконной рекомбинацией». В Агилера А., Ротштейн Р. (ред.). Молекулярная генетика рекомбинации . Темы современной генетики. Том. 17. Берлин, Гейдельберг: Шпрингер. стр. 487–513 . дои : 10.1007/978-3-540-71021-9_17 . ISBN 978-3-540-71020-2 .
- ^ Шерратт Д. (июль 1978 г.). «Незаконная рекомбинация узаконена» . Природа . 274 (5668): 213–4. Бибкод : 1978Natur.274..213S . дои : 10.1038/274213a0 . ПМИД 355886 .
- ^ Jump up to: а б Вайсберг Р.А., Адхья С. (декабрь 1977 г.). «Незаконная рекомбинация бактерий и бактериофагов». Ежегодный обзор генетики . 11 (1): 451–73. дои : 10.1146/annurev.ge.11.120177.002315 . ПМИД 339822 .
- ^ Эрлих С.Д., Бьерн Х., д'Алансон Э., Вилетт Д., Петранович М., Нуаро П., Мишель Б. (декабрь 1993 г.). «Механизмы незаконной рекомбинации». Джин . 135 (1–2): 161–6. дои : 10.1016/0378-1119(93)90061-7 . ПМИД 8276254 .
- ^ Зукман-Росси Дж., Легуа П., Виктор Дж.М., Лопес Б., Томас Дж. (сентябрь 1998 г.). «Хромосомная транслокация на основе незаконной рекомбинации в опухолях человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (20): 11786–91. Бибкод : 1998PNAS...9511786Z . дои : 10.1073/pnas.95.20.11786 . ПМК 21718 . ПМИД 9751743 .
- ^ Хаттак Ф.А., Кумар А., Камаль Э., Куниш Р., Левин А. (сентябрь 2012 г.). «Незаконная рекомбинация: эффективный метод случайного мутагенеза в Mycobacterium avium subsp. hominissuis» . БМК Микробиология . 12 :204. дои : 10.1186/1471-2180-12-204 . ПМК 3511198 . ПМИД 22966811 .