Орындаған: Әбдіхалықов Д Группа: 125 Қабылдаған:Алтаева Н АСТАНА 2018

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ – перераспределение материала между молекулами или внутри молекулы ДНК, приводящее к появлению новых комбинаций генов или других нуклеотидных последовательностей. Отдельное место занимает рекомбинация на уровне РНК у некоторых РНК-содержащих вирусов (пикорнавирусы, коронавирусы). Р между молекулами ДНК представляет широкий набор различных по генетическому контролю и молекулярным механизмам. В отличие от других генетических процессов (репликация, репарация и др.), для рекомбинации необходим физический контакт между рекомбинирующими участками ДНК – СИНАПСИС. Исходя из молекулярных механизмов, генетического контроля и природы синапсиса, все известные рекомбинационные процессы можно подразделить на следующие типы:

ГОМОЛОГИЧНАЯ или ОБЩАЯ Р, или КРОССИНГОВЕР Здесь синапсис основан на спаривании цепей ДНК с комплементарными основаниями, для чего необходимо наличие протяженной гомологии между рекомбинирующими последовательностями. Чтобы обнажить комплементарные одноцепочечные (однонитевые) участки для синапсиса, необходимы разрывы и определенная деградация цепей ДНК. Процессы гомологичной Р осуществляют большие группы специальных белков. Из общей Р следует выделить ЭКТОПИЧЕСКУЮ Р. По существу, она является неаллельной. Эктопическая Р заключается кроссинговерах между отдельными повторяющимися гомологичными последовательностями ДНК, тандемными или диспергированными по геному, что приводит к различным хромосомным перестройкам. По генетическому контролю, молекулярному механизму и природе синапсиса эктопическая Р относится к гомологичной.

Остальные типы рекомбинации не нуждаются в гомологии. Природа синапсиса у них принципиально иная: специальные белки узнают определенные последовательности ДНК и связываются с ними; образовавшийся ДНК-белковый комплекс входит в контакт (синопсис) с негомологичным дуплексом ДНК и осуществляет между ними обмены цепями. Типы негомологичной рекомбинации: САЙТ-СПЕЦИФИЧЕСКАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ происходит между определенными нуклеотидами, находящимися в специальных рекомбинационных сайтах. Широко распространена у вирусов и бактерий, единственный известный случай у эукариот – 2µ- плазмида у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Ключевыми ферментами сайт-специфической рекомбинации всегда являются сайт-специфические тороизомеразы типа I. Поэтому рекомбинация является консервативной, то есть осуществляется без каких-либо фиксированных повреждений или деградации ДНК и не нуждается в источниках энергии типа АТР.

ТРАНСПОЗИЦИИ – обширная группа рекомбинационных процессов, осуществляющих перемещения особых МОБИЛЬНЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ из одного участка генома в другой. НЕЗАКОННАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ. К ней относят рекомбинационные процессы между негомологичными ДНК, осуществляющиеся помимо сайт-специфической рекомбинации и транспозиций. У бактерий известен механизм обмена между негомологичными ДНК с использованием ДНК-гиразы, у эукариот основным является процесс соединения концов негомологичных дуплексов ДНК – non-homologous DNA end-joining (NHEJ).

ГОМОЛОГИЧНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ

Гомологичная рекомбинация начинается с возникновения в одном или обоих дуплексах участков из одиночных цепей ДНК. Гомологичная рекомбинация начинается с возникновения в одном или обоих дуплексах участков из одиночных цепей ДНК. Затем эти участки с помощью специальных белков находят комплементарные последовательности в гомологичном дуплексе и образуют с ними гетеродуплекс – ключевой промежуточный продукт рекомбинации. Затем эти участки с помощью специальных белков находят комплементарные последовательности в гомологичном дуплексе и образуют с ними гетеродуплекс – ключевой промежуточный продукт рекомбинации. Конечным результатом рекомбинации является обмен равными частями гомологичных молекул. Конечным результатом рекомбинации является обмен равными частями гомологичных молекул.

Клетка-реципиент имеет кольцевую хромосому и получает от донора линейный фрагмент двухцепочечной ДНК. Большая часть донорного фрагмента замещает гомологичный участок в хромосоме. Кроссинговер происходит дважды. При конъюгации у E.coli

Эктопическая рекомбинация Эктопическая рекомбинация – частный случай гомологичной рекомбинации. Эктопическая рекомбинация – частный случай гомологичной рекомбинации. Она осуществляется между повторяющимися гомологичными последовательностями ДНК, тандемными или диспергированными по геному, что может приводить к разнообразным хромосомным перестройкам. Она осуществляется между повторяющимися гомологичными последовательностями ДНК, тандемными или диспергированными по геному, что может приводить к разнообразным хромосомным перестройкам.

Тип возникающей перестройки зависит от ориентации повторяющихся последовательностей ДНК (прямая или обратная) и от их локализации (в одной хромосоме, в сестринских хроматидах, в гомологичных или в разных хромосомах). Рассмотрим два примера эктопической рекомбинации в случае прямых повторов ДНК.

Схема образования делеций в результате внутримолекулярной рекомбинации Образование делеций и дупликаций в результате эктопической рекомбинации Молекула ДНК содержит повторяющиеся последовательности в прямой ориентации (два прямых повтора), обозначенные как bcd и bcd abcde b c d f abcd e b c d f ab c d e b c d f +

Образование делеций и дупликаций в результате эктопической рекомбинации abcde b c d f abcd e b c d f ab c d e b c d f + Для вхождения прямых повторов в синапсис дуплекс должен образовать петлю. Кроссинговер произошел на участке между b и с. Схема образования делеций в результате внутримолекулярной рекомбинации Точки разрыва

Образование делеций и дупликаций в результате эктопической рекомбинации abcde b c d f abcd e b c d f ab c d e b c d f + Схема образования делеций в результате внутримолекулярной рекомбинации Продукты рекомбинации: 1 линейный дуплекс с делецией участка, содержащего одну копию повтора b'cd, а также расположенную между повторами последовательность

Молекулярные механизмы гомологичной рекомбинации Модель Холлидея, 1964 г.

Модель Холлидея была разработана автором для объяснения явления генной конверсии а также некоторых закономерностей, связывающие ее с кроссинговером. Холлидей развивал свою модель в то время, когда изучение молекулярных механизмов кроссинговера только начиналось. Конверсия представляет собой нереципрокную гомологичную рекомбинацию, приводящую к нарушению менделевского расщепления аллелей 2:2 среди продуктов мейоза. Для выявления конверсии обычно используют метод тетрадного анализа у грибов-аскомицетов или базидиомицетов. В тетрадном анализе конверсия проявляется в виде тетрад с необычным соотношением аллелей в аскоспорах 3А:1 а или 1 а:3А, реже 3А:5 а или 3 а:5А, еще реже 4А:0 а или 0А:4 а. Слово конверсия означает превращение одного аллеля в другой.

Электронно-микроскопическая фотография структур Холлидея

RecA-филамент (вид сбоку). По (по P.R. Bianco and S.C. Kowalczykowski, Encyclopedia of life sciences, 2001, с изменениями). ДНК невидна. Показаны мономеры RecA в филаменте. Одна сторона мономера относительно гладкая, на другой отчетливо выступают 3 доли. В филаменте хорошо различим большой спиральный желоб. Соответственно конформации мономера RecA, одна сторона жалоба гладкая, другая, с выступающими долями, шероховатая. Желоб является сайтом связывания с LexA и другими эффекторными белками и с ДН ДНК.

Сайт разрыва Димер RuvC Рекомбинантная цепь Интактная цепь Реакция разрешения полухиазмы, катализируемая эндонуклеазой RuvC E.coli

Рекомендуемая литература Дополнительная 1. Глазер В.М. Гомологичная генетическая рекомбинация. Современное естествознание. Энциклопедия. Т.8, Глазер В.М. Генетическая рекомбинация без гомологии: процессы, ведущие к перестройкам в геноме. Современное естествознание. Энциклопедия. Т.8,