Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Изображение хромосомы 1 после гомологичной рекомбинации в мейозе
Рисунок 1. Во время мейоза гомологичная рекомбинация может производить новые комбинации генов, как показано здесь, между похожими, но не идентичными копиями хромосомы 1 человека .

Гомологичная рекомбинация - это тип генетической рекомбинации, при которой происходит обмен генетической информацией между двумя похожими или идентичными молекулами двухцепочечных или одноцепочечных нуклеиновых кислот (обычно ДНК, как в клеточных организмах, но также может быть РНК в вирусах ). Он широко используется клетками для точного восстановления вредных разрывов, возникающих на обеих цепях ДНК, известных как двухцепочечные разрывы (DSB), в процессе, называемом гомологичной рекомбинационной репарацией (HRR). [1] Гомологичная рекомбинация также производит новые комбинации последовательностей ДНК во время мейоза , процесс, посредством которогоэукариоты производят клетки гаметы , такие как сперматозоиды и яйцеклетки у животных. Эти новые комбинации ДНК представляют собой генетические вариации потомства, что, в свою очередь, позволяет популяциям адаптироваться в ходе эволюции . [2] Гомологичная рекомбинация также используется при горизонтальном переносе генов для обмена генетическим материалом между различными штаммами и видами бактерий и вирусов.

Хотя гомологичная рекомбинация широко варьируется среди разных организмов и типов клеток, для двухцепочечной ДНК ( дцДНК ) большинство форм включает одни и те же основные этапы. После того, как происходит двухцепочечный разрыв, участки ДНК вокруг 5'-концов разрыва вырезаются в процессе, называемом резекцией . На следующем этапе инвазии цепи выступающий 3'-конец разорванной молекулы ДНК «вторгается» в подобную или идентичную молекулу ДНК, которая не разорвана. После инвазии цепи дальнейшая последовательность событий может происходить по одному из двух основных путей, обсуждаемых ниже (см. Модели); путь DSBR (репарация двухцепочечных разрывов) или путь SDSA (зависимый от синтеза отжиг цепи). Гомологичная рекомбинация, которая происходит во время репарации ДНК, имеет тенденцию приводить к неперекрестным продуктам, фактически восстанавливая поврежденную молекулу ДНК в том виде, в котором она существовала до двухцепочечного разрыва.

Гомологичная рекомбинация сохраняется во всех трех доменах жизни, а также в ДНК и РНК- вирусах , что позволяет предположить, что это почти универсальный биологический механизм. Открытие генов гомологичной рекомбинации у протистов - разнообразной группы эукариотических микроорганизмов - было интерпретировано как свидетельство того, что мейоз возник на ранней стадии эволюции эукариот. Поскольку их дисфункция тесно связана с повышенной восприимчивостью к нескольким типам рака , белки, которые способствуют гомологичной рекомбинации, являются предметом активных исследований. Гомологичная рекомбинация также используется для нацеливания на гены., метод внесения генетических изменений в организмы-мишени. За разработку этой техники Марио Капеччи , Мартин Эванс и Оливер Смитис были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2007 года ; Капеччи [3] и Смитис [4] независимо друг от друга открыли приложения к эмбриональным стволовым клеткам мыши, однако высококонсервативные механизмы, лежащие в основе модели репарации DSB, включая однородную гомологичную интеграцию трансформированной ДНК (генная терапия), были впервые показаны в экспериментах с плазмидами Орр- Уивер, Шостак и Ротштейн. [5] [6] [7] Исследование плазмид-индуцированного DSB с использованием γ-облучения [8]в 1970-1980-х годах это привело к более поздним экспериментам с использованием эндонуклеаз (например, I-SceI) для разрезания хромосом для генной инженерии клеток млекопитающих, где негомологичная рекомбинация встречается чаще, чем у дрожжей. [9]

История и открытия [ править ]

Рисунок 2. Ранняя иллюстрация перехода от Томаса Ханта Моргана.

В начале 1900-х годов Уильям Бейтсон и Реджинальд Пеннетт обнаружили исключение из одного из принципов наследования, первоначально описанных Грегором Менделем в 1860-х годах. В отличие от представления Менделя о том, что признаки при передаче от родителя к ребенку сортируются независимо - например, цвет шерсти кошки и длина ее хвоста наследуются независимо друг от друга - Бейтсон и Паннетт показали, что определенные гены, связанные с физическими признаками, могут быть унаследованы вместе. , или генетически связанные . [10] [11] В 1911 году Томас Хант Морган, обнаружив, что связанные черты могут быть унаследованы отдельно.предположили, что « кроссоверы » могут происходить между сцепленными генами [12], когда один из связанных генов физически перекрещивается с другой хромосомой . Два десятилетия спустя, Барбара МакКлинток и Гарриет Крейтон показали , что кроссинговер происходит во время мейоза , [13] [14] процесс клеточного деления , по которым сперма и яйцеклетки сделаны. В том же году, что и открытие Макклинтока, Курт Стерн показал, что кроссинговер - позже названный «рекомбинацией» - может также происходить в соматических клетках, таких как белые кровяные тельца и т.клетки кожи, которые делятся путем митоза . [13] [15]

В 1947 году микробиолог Джошуа Ледерберг показал, что бактерии, которые, как предполагалось, могут воспроизводиться только бесполым путем путем бинарного деления, способны к генетической рекомбинации, которая больше похожа на половое размножение. Эта работа основана E.coli , в качестве модельного организма в генетике, [16] и помогла Ледербергу выиграть 1958 Нобелевскую премию по физиологии и медицине . [17] Основываясь на исследованиях грибов , в 1964 году Робин Холлидей предложил модель рекомбинации в мейозе, которая представила ключевые детали того, как этот процесс может работать, включая обмен материалом между хромосомами черезПраздничные развязки . [18] В 1983 году Джек Шостак и его коллеги представили модель, теперь известную как путь DSBR , которая учитывала наблюдения, не объясняемые моделью Холлидея. [18] [7] В течение следующего десятилетия эксперименты на Drosophila , почкующихся дрожжевых клетках и клетках млекопитающих привели к появлению других моделей гомологичной рекомбинации, называемых путями SDSA , которые не всегда полагаются на соединения Холлидея. [18]

Большая часть более поздних работ по идентификации белков, участвующих в этом процессе, и определению их механизмов была выполнена рядом людей, включая Джеймса Хабера, Патрика Сунга , Стивена Ковальчиковски и других.

У эукариот [ править ]

Гомологичная рекомбинация (HR) необходима для деления клеток у эукариот, таких как растения, животные, грибы и простейшие. В клетках, которые делятся посредством митоза , гомологичная рекомбинация восстанавливает двухцепочечные разрывы в ДНК, вызванные ионизирующим излучением или химическими веществами, повреждающими ДНК. [19] Левый неотремонтированный, эти двунитевых разрывов может вызвать крупномасштабную перестройку хромосом в соматических клетках , [20] , который в свою очередь может привести к раку. [21]

Помимо восстановления ДНК, гомологичная рекомбинация также помогает производить генетическое разнообразие, когда клетки делятся в мейозе, чтобы стать специализированными клетками гамет - сперматозоидами или яйцеклетками у животных, пыльцой или яйцеклетками у растений и спорами у грибов . Это достигается за счет облегчения кроссовера хромосом , при котором участки похожей, но не идентичной ДНК обмениваются между гомологичными хромосомами . [22] [23] Это создает новые, возможно, полезные комбинации генов, которые могут дать потомству эволюционное преимущество. [24]Хромосомный кроссовер часто начинается, когда белок Spo11 делает целевой двухцепочечный разрыв в ДНК. [25] Эти сайты расположены на хромосомах неслучайно; обычно в межгенных промоторных областях и предпочтительно в GC-богатых доменах [26]. Эти сайты двухцепочечных разрывов часто встречаются в горячих точках рекомбинации , в областях хромосом, которые имеют длину около 1000–2000 пар оснований и имеют высокие скорости рекомбинации. Отсутствие горячей точки рекомбинации между двумя генами на одной хромосоме часто означает, что эти гены будут унаследованы будущими поколениями в равной степени. Это представляет собой связьмежду двумя генами больше, чем можно было бы ожидать от генов, которые независимо друг от друга сортируются во время мейоза. [27]

Время внутри митотического клеточного цикла [ править ]

Рисунок 3. Гомологичная рекомбинация восстанавливает ДНК до того, как клетка войдет в митоз (М-фаза). Это происходит только во время и вскоре после репликации ДНК , в течение S и О 2 фаз клеточного цикла .

Двухцепочечные разрывы можно исправить посредством гомологичной рекомбинации, полимеразного тета-опосредованного соединения концов (TMEJ) или посредством негомологичного соединения концов (NHEJ). [28] NHEJ - это механизм репарации ДНК, который, в отличие от гомологичной рекомбинации, не требует длинной гомологичной последовательности для проведения репарации. Используется ли гомологичная рекомбинация или NHEJ для восстановления двухцепочечных разрывов, в значительной степени определяется фазой клеточного цикла . Гомологичная рекомбинация восстанавливает ДНК до того, как клетка входит в митоз (М-фаза). Это происходит во время и вскоре после репликации ДНК , в фазах S и G 2 клеточного цикла, когда сестринские хроматидыдоступны более легко. [29] По сравнению с гомологичными хромосомами, которые похожи на другую хромосому, но часто имеют разные аллели , сестринские хроматиды являются идеальным шаблоном для гомологичной рекомбинации, поскольку они являются идентичной копией данной хромосомы. При отсутствии гомологичен шаблон не доступен или когда шаблон не может быть доступен из - за дефект в гомологичной рекомбинации, перерыв ремонт с помощью TMEJ в S и G 2 фаз клеточного цикла. В отличие от гомологичной рекомбинации и TMEJ, NHEJ преобладает в фазе G 1 клеточного цикла, когда клетка растет, но еще не готова к делению. Реже возникает после G1 фаза, но поддерживает хотя бы некоторую активность на протяжении клеточного цикла. Механизмы, которые регулируют гомологичную рекомбинацию и NHEJ на протяжении клеточного цикла, широко варьируются между видами. [30]

Циклинзависимые киназы (CDK), которые изменяют активность других белков, добавляя к ним фосфатные группы (то есть фосфорилируя ), являются важными регуляторами гомологичной рекомбинации у эукариот. [30] Когда репликация ДНК начинается у почкующихся дрожжей, циклин-зависимая киназа Cdc28 начинает гомологичную рекомбинацию путем фосфорилирования белка Sae2 . [31] Будучи таким образом активированным добавлением фосфата, Sae2 вызывает чистый разрез около двухцепочечного разрыва ДНК. Неясно, является ли эндонуклеаза, ответственная за этот разрез, самой Sae2 или другим белком, Mre11 . [32] Это позволяет белковому комплексу, включающему Mre11, известному как комплекс MRX , связываться с ДНК и запускать серию управляемых белком реакций, которые обмениваются материалом между двумя молекулами ДНК. [33]

Роль хроматина [ править ]

Упаковка эукариотической ДНК в хроматин представляет собой барьер для всех основанных на ДНК процессов, которые требуют привлечения ферментов к участкам их действия. Чтобы позволить гомологичную рекомбинацию (HR) репарации ДНК, хроматин должен быть ремоделирован. У эукариот АТФ-зависимые комплексы ремоделирования хроматина и модифицирующие гистоны ферменты являются двумя преобладающими факторами, используемыми для осуществления этого процесса ремоделирования. [34]

Релаксация хроматина происходит быстро в месте повреждения ДНК. [35] На одном из самых ранних этапов стресс-активируемая протеинкиназа, c-Jun N-терминальная киназа (JNK) , фосфорилирует SIRT6 по серину 10 в ответ на двухцепочечные разрывы или другие повреждения ДНК. [36] Эта посттрансляционная модификация облегчает мобилизацию SIRT6 на участки повреждения ДНК и необходима для эффективного рекрутирования поли (АДФ-рибоза) полимеразы 1 (PARP1) на участки разрыва ДНК и для эффективной репарации DSB. [36] Белок PARP1 начинает появляться в местах повреждения ДНК менее чем за секунду, с половиной максимального накопления в течение 1,6 секунды после повреждения. [37] Затем ремоделирующий хроматин Alc1 быстро присоединяется к продукту действия PARP1, цепи поли-АДФ-рибозы, и Alc1 завершает прибытие к повреждению ДНК в течение 10 секунд после возникновения повреждения. [35] Примерно половина максимальной релаксации хроматина, предположительно из-за действия Alc1, происходит через 10 секунд. [35] Это затем позволяет задействовать фермент репарации ДНК MRE11 , чтобы инициировать репарацию ДНК в течение 13 секунд. [37]

γH2AX, фосфорилированная форма H2AX , также участвует в ранних стадиях, ведущих к деконденсации хроматина после двухцепочечных разрывов ДНК. Вариант гистона H2AX составляет около 10% гистонов H2A в хроматине человека. [38] γH2AX (H2AX, фосфорилированный по серину 139) может быть обнаружен уже через 20 секунд после облучения клеток (с образованием двухцепочечного разрыва ДНК), а половина максимального накопления γH2AX происходит за одну минуту. [38] Размер хроматина с фосфорилированным γH2AX составляет около двух миллионов пар оснований в месте двухцепочечного разрыва ДНК. [38] γH2AX сам по себе не вызывает деконденсацию хроматина, но в течение 30 секунд после облучения RNF8белок может быть обнаружен в ассоциации с γH2AX. [39] RNF8 обеспечивает обширную деконденсацию хроматина посредством его последующего взаимодействия с CHD4 , [40] компонентом ремоделирования нуклеосом и деацетилазного комплекса NuRD .

После релаксации после повреждения ДНК с последующей репарацией ДНК хроматин восстанавливается до состояния уплотнения, близкого к своему уровню до повреждения, примерно через 20 мин. [35]

Гомологичная рекомбинация во время мейоза [ править ]

У позвоночных места, в которых происходит рекомбинация, определяются местами связывания PRDM9 , белка, который распознает конкретный мотив последовательности своим массивом цинковых пальцев. [41] В этих сайтах другой белок, SPO11, катализирует инициирующие рекомбинацию двухцепочечные разрывы (DSB), часть которых восстанавливается путем рекомбинации с гомологичной хромосомой. PRDM9 откладывает метки метилирования гистонов H3K4me3 и H3K36me3 на сайтах, которые он связывает, и эта метилтрансферазаактивность важна для его роли в позиционировании DSB. После их образования сайты DSB обрабатываются резекцией, в результате чего получается одноцепочечная ДНК (оцДНК), которая украшается DMC1. От средней зиготены до ранней пахитены, как часть процесса рекомбинационной репарации, DMC1 диссоциирует от оцДНК, и количество разрывов уменьшается до тех пор, пока все разрывы (кроме тех, которые находятся на хромосомах XY) не будут репарированы в поздней пахитене. В этот процесс вовлечены несколько других белков, включая ZCWPW1, [42] первый белок, непосредственно позиционируемый двойными гистоновыми метками PRDM9. ZCWPW1 важен для гомологичного восстановления DSB, а не позиционирования.

Модели [ править ]

Рисунок 4. Модели репарации двухцепочечных разрывов, которые действуют через гомологичную рекомбинацию.

Двумя основными моделями того, как гомологичная рекомбинация восстанавливает двухцепочечные разрывы в ДНК, являются путь репарации двухцепочечных разрывов (DSBR) (иногда называемый моделью двойного соединения Холлидея ) и путь зависимого от синтеза цепи отжига (SDSA). [43] Эти два пути похожи в их первых нескольких шагах. После двухцепочечного разрыва комплекс MRX ( комплекс MRNу человека) связывается с ДНК по обе стороны от разрыва. Затем выполняется резекция, при которой ДНК вокруг 5 'концов разрыва обрезается. Это происходит в два разных этапа: сначала комплекс MRX рекрутирует белок Sae2, и эти два белка подрезают 5'-концы по обе стороны от разрыва, чтобы создать короткие 3'-выступы однонитевой ДНК; на втором этапе резекция 5 '→ 3' продолжается с помощью геликазы Sgs1 и нуклеаз Exo1 и Dna2 . Как геликаза , Sgs1 «расстегивает» двухцепочечную ДНК, в то время как нуклеазная активность Exo1 и Dna2 позволяет им разрезать одноцепочечную ДНК, продуцируемую Sgs1. [31]

Затем белок RPA , который имеет высокое сродство к одноцепочечной ДНК, связывает 3'-выступы. [44] С помощью нескольких других белков, которые опосредуют этот процесс, белок Rad51 (и Dmc1 в мейозе) затем формирует нить из нуклеиновой кислоты и белка на единственной цепи ДНК, покрытой RPA. Затем этот нуклеопротеиновый филамент начинает поиск последовательностей ДНК, подобных таковой в 3'-выступе. После обнаружения такой последовательности одноцепочечный нуклеопротеиновый филамент перемещается (вторгается) в аналогичный или идентичный дуплекс ДНК реципиента в процессе, называемом инвазией цепи.. В клетках, которые делятся посредством митоза, дуплекс ДНК реципиента обычно представляет собой сестринскую хроматиду, которая идентична поврежденной молекуле ДНК и обеспечивает матрицу для репарации. Однако в мейозе ДНК реципиента, как правило, происходит из похожей, но не обязательно идентичной гомологичной хромосомы. [43] Петля смещения (D-петля) образуется во время инвазии цепи между вторгающейся 3'-выступающей цепью и гомологичной хромосомой. После инвазии цепи ДНК-полимераза удлиняет конец вторгающейся 3'-цепи, синтезируя новую ДНК. Это изменяет D-образную петлю на крестообразную структуру, известную как перекресток Холлидея.. После этого происходит больший синтез ДНК во вторгающейся цепи (то есть на одном из исходных 3'-выступов), эффективно восстанавливая цепь на гомологичной хромосоме, которая была смещена во время инвазии цепи. [43]

Путь DSBR [ править ]

Рис. 5. Пути DSBR и SDSA следуют одним и тем же начальным этапам, но затем расходятся. Путь DSBR чаще всего приводит к хромосомному кроссоверу (внизу слева), тогда как SDSA всегда заканчивается продуктами, не являющимися перекрестными (внизу справа).

После стадий резекции, инвазии цепи и синтеза ДНК пути DSBR и SDSA становятся различными. [43] Путь DSBR уникален тем, что второй 3 'выступ (который не участвовал в инвазии цепи) также образует соединение Холлидея с гомологичной хромосомой. Затем двойные соединения Холлидея преобразуются в продукты рекомбинации путем отщепления эндонуклеаз , типа эндонуклеазы рестрикции, которая разрезает только одну цепь ДНК. Путь DSBR обычно приводит к кроссоверу, хотя иногда он может приводить к непересекающимся продуктам; Способность разорванной молекулы ДНК собирать последовательности из разделенных донорных локусов была показана на митотических почкующихся дрожжах с использованием плазмид или эндонуклеазной индукции хромосомных событий. [45][46] Из-за этой тенденции к кроссоверу хромосом, путь DSBR является вероятной моделью того, как происходит перекрестная гомологичная рекомбинация во время мейоза. [22]

Приводит ли рекомбинация в пути DSBR к хромосомному кроссоверу, определяется тем, как двойное соединение Холлидея разрезано или «разрешено». Хромосомный кроссовер произойдет, если одно соединение Холлидея разрезать на пересекающейся нити, а другое соединение Холлидея разрезать на непересекающейся нити (на рисунке 5, вдоль горизонтальных фиолетовых стрелок на одном стыке Холлидея и вдоль вертикальных оранжевых стрелок на другом. ). В качестве альтернативы, если два соединения Холлидея разрезать на пересекающихся нитях (вдоль горизонтальных пурпурных стрелок на обоих соединениях Холлидея на рисунке 5), то будут получены хромосомы без кроссовера. [47]

Путь SDSA [ править ]

Гомологичная рекомбинация через путь SDSA происходит в клетках, которые делятся посредством митоза и мейоза, и приводит к продуктам, не являющимся перекрестными. В этой модели вторгающаяся 3'-цепь вытягивается вдоль дуплекса ДНК реципиента с помощью ДНК-полимеразы и высвобождается, когда соединение Холлидея между молекулами ДНК донора и реципиента скользит в процессе, называемом миграцией ветвей . Вновь синтезированный 3'-конец вторгающейся цепи затем может отжигаться с другим 3'-выступом в поврежденной хромосоме посредством комплементарного спаривания оснований. После отжига нитей иногда может оставаться небольшой лоскут ДНК. Любые такие лоскуты удаляются, и путь SDSA заканчивается повторным запечатыванием, также известным как лигирование , любых оставшихся одноцепочечных разрывов. [48]

Во время митоза основным путем гомологичной рекомбинации для восстановления двухцепочечных разрывов ДНК, по-видимому, является путь SDSA (а не путь DSBR). [49] Путь SDSA дает некроссинговые рекомбинанты (рис. 5). Во время мейоза также часто встречаются неперекрестные рекомбинанты, которые, по-видимому, также возникают в основном за счет пути SDSA. [49] [50] События некроссоверной рекомбинации, происходящие во время мейоза, вероятно, отражают случаи репарации двухцепочечных повреждений ДНК или других типов повреждений ДНК.

Путь SSA [ править ]

Рис. 6. Рекомбинация через путь SSA происходит между двумя повторяющимися элементами (фиолетовый) на одном и том же дуплексе ДНК и приводит к делециям генетического материала. (Щелкните, чтобы просмотреть анимированную диаграмму в браузерах Firefox , Chrome , Safari или Opera .)

Путь одноцепочечного отжига (SSA) гомологичной рекомбинации восстанавливает двухцепочечные разрывы между двумя повторяющимися последовательностями . Путь SSA уникален тем, что не требует отдельной подобной или идентичной молекулы ДНК, как пути гомологичной рекомбинации DSBR или SDSA. Вместо этого для пути SSA требуется только один дуплекс ДНК, а повторяющиеся последовательности используются как идентичные последовательности, которые необходимы для репарации гомологичной рекомбинации. Концепция пути относительно проста: после того, как две цепи одного и того же дуплекса ДНК обрезаются вокруг места двухцепочечного разрыва, два результирующих 3 'выступа затем выравниваются и отжигаются друг с другом, восстанавливая ДНК в виде непрерывного дуплекса. . [48] [51]

Поскольку ДНК вокруг двухцепочечного разрыва обрезается, образующиеся однонитевые 3'-выступы покрываются белком RPA , который предотвращает прилипание 3'-выступов к самим себе. [52] Белок Rad52 затем связывает каждую из повторяющихся последовательностей по обе стороны от разрыва и выравнивает их, чтобы дать возможность двум комплементарным повторяющимся последовательностям отжигаться. [52] После завершения отжига оставшиеся негомологичные створки 3'-выступов отрезаются с помощью набора нуклеаз, известных как Rad1 / Rad10 , которые переносятся на створки белками Saw1 и Slx4 . [52] [53] Новый синтез ДНК заполняет любые пробелы, а лигирование восстанавливает дуплекс ДНК в виде двух непрерывных цепей. [54] Последовательность ДНК между повторами всегда теряется, как и один из двух повторов. Путь SSA считается мутагенным, поскольку он приводит к таким делециям генетического материала. [48]

Путь BIR [ править ]

Во время репликации ДНК иногда могут встречаться двухцепочечные разрывы в ответвлениях репликации, когда ДНК-геликаза расстегивает цепочку-матрицу. Эти дефекты устраняются путем репликации, индуцированной разрывом (BIR), при гомологичной рекомбинации. Точные молекулярные механизмы пути BIR остаются неясными. Три предложенных механизма включают инвазию цепи в качестве начальной стадии, но они различаются тем, как они моделируют миграцию D-петли и более поздние фазы рекомбинации. [55]

Путь BIR также может помочь поддерживать длину теломер (участков ДНК на конце эукариотических хромосом) в отсутствие теломеразы (или во взаимодействии с ней) . Без рабочих копий фермента теломеразы теломеры обычно укорачиваются с каждым циклом митоза, что в конечном итоге блокирует деление клеток и приводит к старению . В почкующихся дрожжевых клетках, где теломераза была инактивирована посредством мутаций, наблюдались два типа «выживших» клеток, которые избегали старения дольше, чем ожидалось, за счет удлинения своих теломер через пути BIR. [55]

Сохранение длины теломер имеет решающее значение для иммортализации клеток , ключевой особенности рака. Большинство видов рака поддерживают теломеры за счет активации теломеразы. Однако при некоторых типах рака человека BIR-подобный путь помогает поддерживать некоторые опухоли, действуя как альтернативный механизм поддержания теломер. [56] Этот факт побудил ученых исследовать, могут ли такие основанные на рекомбинации механизмы поддержания теломер препятствовать действию противораковых препаратов, таких как ингибиторы теломеразы . [57]

В бактериях [ править ]

Рисунок 7. Кристаллическая структура из RecA нити белка , связанного с ДНК. [58] A 3' свес виден справа от центра.

Гомологичная рекомбинация - это основной процесс восстановления ДНК у бактерий. Это также важно для создания генетического разнообразия в бактериальных популяциях, хотя этот процесс существенно отличается от мейотической рекомбинации, которая восстанавливает повреждения ДНК и вызывает разнообразие в геномах эукариот . Гомологичная рекомбинация наиболее изучена и лучше всего изучена для Escherichia coli . [59] Двухцепочечные разрывы ДНК в бактериях репарируются с помощью пути гомологичной рекомбинации RecBCD . Считается, что разрывы, которые происходят только на одной из двух цепей ДНК, известные как одноцепочечные разрывы, восстанавливаются путем RecF . [60]Оба пути RecBCD и RecF включают серию реакций, известных как миграция ветвей , в которой отдельные нити ДНК обмениваются между двумя пересекающимися молекулами дуплексной ДНК, и разрешение , в котором эти две пересекающиеся молекулы ДНК разделяются и восстанавливаются до их нормального состояния. двухцепочечное состояние.

Путь RecBCD [ править ]

Рисунок 8A.Молекулярная модель пути рекомбинации RecBCD. Эта модель основана на реакциях ДНК и RecBCD с избытком АТФ над ионами Mg2 +. Шаг 1: RecBCD связывается с концом двухцепочечной ДНК. Шаг 2: RecBCD раскручивает ДНК. RecD - это быстрая геликаза на 5'-конце цепи, а RecB - более медленная геликаза на 3'-конце цепи (со стрелкой) [ссылка 46 в текущей версии Wiki]. Это дает два одноцепочечных (ss) хвоста ДНК и одну ss-петлю. Петля и хвосты увеличиваются по мере продвижения RecBCD по ДНК. Шаг 3: два хвоста отжигаются, образуя вторую петлю ss ДНК, и обе петли перемещаются и растут. Шаг 4: При достижении последовательности горячих точек Чи (5 'GCTGGTGG 3'; красная точка) RecBCD надрезает 3'-концевую цепь. Дальнейшее раскручивание дает длинный 3'-концевой хвост с Чи на конце. Шаг 5: RecBCD загружает белок RecA в хвост Хи.В какой-то неопределенный момент подблоки RecBCD разбираются. Шаг 6: Комплекс RecA-ssDNA вторгается в интактную гомологичную дуплексную ДНК с образованием D-петли, которая может быть преобразована в интактную рекомбинантную ДНК двумя способами. Шаг 7: D-петля разрезается и отжигается с разрывом в первой ДНК, образуя соединение Холлидея. Разрешение соединения Холлидея (разрезание, перестановка цепей и лигирование) на открытых концах стрелок с помощью некоторой комбинации RuvABC и RecG дает два рекомбинанта реципрокного типа. Шаг 8: 3'-конец хи-хвоста запускает синтез ДНК, из которого может быть образована репликационная вилка. Разрешение вилки у открытых стрелок дает одну рекомбинантную (невзаимную) ДНК, одну ДНК родительского типа и один фрагмент ДНК.Комплекс RecA-ssDNA вторгается в интактную гомологичную дуплексную ДНК с образованием D-петли, которая может быть преобразована в интактную рекомбинантную ДНК двумя способами. Шаг 7: D-петля разрезается и отжигается с разрывом в первой ДНК, образуя соединение Холлидея. Разрешение соединения Холлидея (разрезание, перестановка цепей и лигирование) на открытых концах стрелок с помощью некоторой комбинации RuvABC и RecG дает два рекомбинанта реципрокного типа. Шаг 8: 3'-конец хи-хвоста запускает синтез ДНК, из которого может быть образована репликационная вилка. Разрешение вилки у открытых стрелок дает одну рекомбинантную (невзаимную) ДНК, одну ДНК родительского типа и один фрагмент ДНК.Комплекс RecA-ssDNA вторгается в интактную гомологичную дуплексную ДНК с образованием D-петли, которая может быть преобразована в интактную рекомбинантную ДНК двумя способами. Шаг 7: D-петля разрезается и отжигается с разрывом в первой ДНК, образуя соединение Холлидея. Разрешение соединения Холлидея (разрезание, перестановка цепей и лигирование) на открытых концах стрелок с помощью некоторой комбинации RuvABC и RecG дает два рекомбинанта реципрокного типа. Шаг 8: 3'-конец хи-хвоста запускает синтез ДНК, из которого может быть образована репликационная вилка. Разрешение вилки у открытых стрелок дает одну рекомбинантную (невзаимную) ДНК, одну ДНК родительского типа и один фрагмент ДНК.D-петля разрезается и отжигается с разрывом в первой ДНК, образуя соединение Холлидея. Разрешение соединения Холлидея (разрезание, перестановка цепей и лигирование) на открытых концах стрелок с помощью некоторой комбинации RuvABC и RecG дает два рекомбинанта реципрокного типа. Шаг 8: 3'-конец хи-хвоста запускает синтез ДНК, из которого может быть образована репликационная вилка. Разрешение вилки у открытых стрелок дает одну рекомбинантную (невзаимную) ДНК, одну ДНК родительского типа и один фрагмент ДНК.D-петля разрезается и отжигается с разрывом в первой ДНК, образуя соединение Холлидея. Разрешение соединения Холлидея (разрезание, перестановка цепей и лигирование) на открытых концах стрелок с помощью некоторой комбинации RuvABC и RecG дает два рекомбинанта реципрокного типа. Шаг 8: 3'-конец хи-хвоста запускает синтез ДНК, из которого может быть образована репликационная вилка. Разрешение вилки у открытых стрелок дает одну рекомбинантную (невзаимную) ДНК, одну ДНК родительского типа и один фрагмент ДНК.из которого может быть сгенерирована репликационная вилка. Разрешение вилки у открытых стрелок дает одну рекомбинантную (невзаимную) ДНК, одну ДНК родительского типа и один фрагмент ДНК.из которого может быть сгенерирована репликационная вилка. Разрешение вилки у открытых стрелок дает одну рекомбинантную (невзаимную) ДНК, одну ДНК родительского типа и один фрагмент ДНК.[61]
Рисунок 8B. Начало пути RecBCD. Эта модель основана на реакциях ДНК и RecBCD с ионами Mg 2+, превышающими АТФ. Шаг 1: RecBCD связывается с двухцепочечным разрывом ДНК. Шаг 2: RecBCD инициирует раскручивание дуплекса ДНК через АТФ-зависимую геликазную активность. Шаг 3: RecBCD продолжает раскручиваться и движется вниз по дуплексу ДНК, расщепляя 3'-цепь гораздо чаще, чем 5'-цепь. Шаг 4: RecBCD встречает последовательность Chi и перестает переваривать 3'-цепь; расщепление 5'-цепи значительно увеличивается. Шаг 5: RecBCD загружает RecA на 3 'нить. Шаг 6: RecBCD отсоединяется от дуплекса ДНК, оставляя нить нуклеопротеина RecA на 3'-хвосте. [62]

Путь RecBCD - это основной путь рекомбинации, используемый многими бактериями для восстановления двухцепочечных разрывов ДНК, а белки обнаруживаются у широкого круга бактерий. [63] [64] [65] Эти двухцепочечные разрывы могут быть вызваны УФ-светом и другим излучением , а также химическими мутагенами . Двухцепочечные разрывы также могут возникать при репликации ДНК через одноцепочечный разрыв или разрыв. Такая ситуация вызывает так называемую свернутую репликационную вилку и фиксируется несколькими путями гомологичной рекомбинации, включая путь RecBCD. [66]

На этом пути ферментный комплекс из трех субъединиц, называемый RecBCD, инициирует рекомбинацию путем связывания с тупым или почти тупым концом разрыва в двухцепочечной ДНК. После того, как RecBCD связывает конец ДНК, субъединицы RecB и RecD начинают распаковывать дуплекс ДНК за счет активности геликазы . Субъединица RecB также имеет нуклеазный домен, который разрезает одну нить ДНК, возникающую в процессе распаковки. Это разархивирование продолжается до тех пор, пока RecBCD не встретит специфическую нуклеотидную последовательность (5'-GCTGGTGG-3 '), известную как сайт Chi . [65]

При встрече с сайтом Chi активность фермента RecBCD резко меняется. [64] [61] [67] Раскрутка ДНК приостанавливается на несколько секунд, а затем возобновляется примерно на половине начальной скорости. Это вероятно потому, что более медленная геликаза RecB раскручивает ДНК после Chi, а не более быстрая геликаза RecD, которая раскручивает ДНК перед Chi. [68] [69] Распознавание сайта Chi также изменяет фермент RecBCD, так что он разрезает цепь ДНК с помощью Chi и начинает загружать несколько белков RecA на одноцепочечную ДНК с вновь образованным 3'-концом. Полученный нуклеопротеин, покрытый RecAЗатем filament ищет похожие последовательности ДНК на гомологичной хромосоме. Процесс поиска вызывает растяжение дуплекса ДНК, что усиливает распознавание гомологии (механизм, называемый конформационной проверкой [70] [71] [72] ). Обнаружив такую ​​последовательность, одноцепочечный нуклеопротеиновый филамент перемещается в гомологичный дуплекс ДНК реципиента в процессе, называемом инвазией цепи . [73] Захватывающий 3'-выступ заставляет одну из нитей дуплекса ДНК-реципиента смещаться, образуя D-петлю. Если D-образная петля разрезана, другая перестановка нитей образует крестообразную структуру, называемую соединением Холлидея . [65] Разрешение соединения Холлидея некоторой комбинацией RuvABC или RecG может привести к образованию двух рекомбинантных молекул ДНК с реципрокными генетическими типами, если две взаимодействующие молекулы ДНК отличаются генетически. С другой стороны, вторгающийся 3'-конец рядом с Chi может инициировать синтез ДНК и формировать репликационную вилку. Этот тип разрешения дает только один тип рекомбинантных (невзаимных).

Путь RecF [ править ]

Дополнительная информация: путь RecF

Бактерии, по-видимому, используют путь гомологичной рекомбинации RecF для восстановления одноцепочечных разрывов в ДНК. Когда путь RecBCD инактивирован мутациями, а дополнительные мутации инактивируют нуклеазы SbcCD и ExoI, путь RecF также может восстанавливать двухцепочечные разрывы ДНК. [74] В пути RecF геликаза RecQ раскручивает ДНК, а нуклеаза RecJ разрушает цепь с 5'-концом, оставляя цепь с 3'-концом нетронутой. Белок RecA связывается с этой цепью и либо поддерживается белками RecF, RecO и RecR, либо ими стабилизируется. Затем нуклеопротеиновая нить RecA ищет гомологичную ДНК и меняет места с идентичной или почти идентичной цепью в гомологичной ДНК.

Хотя белки и специфические механизмы, участвующие в их начальных фазах, различаются, эти два пути схожи в том, что оба требуют одноцепочечной ДНК с 3'-концом и белка RecA для инвазии цепи. Пути также похожи в своих фазах миграции ветвей , в которых соединение Холлидея скользит в одном направлении, и разрешении , при котором соединения Холлидея расщепляются ферментами. [75] [76] Альтернативный, невзаимный тип разрешения может также происходить любым путем.

Перенос ветвей [ править ]

Сразу после инвазии цепи соединение Холлидея перемещается вдоль связанной ДНК во время процесса миграции ветвей. Именно в этом движении соединения Холлидея происходит обмен парами оснований между двумя гомологичными дуплексами ДНК. Катализировать ветви миграции, Рува белок первым распознает и связывается с перекрестка Holliday и новобранцев RuvB белка с образованием сложнее RuvAB. Два набора белка RuvB, каждый из которых образует кольцевую АТФазу., загружаются на противоположные стороны узла Холлидея, где они действуют как сдвоенные насосы, которые обеспечивают силу для миграции ветвей. Между этими двумя кольцами RuvB два набора белка RuvA собираются в центре соединения Холлидея, так что ДНК в месте соединения зажата между каждым набором RuvA. Нити обоих дуплексов ДНК - «донорский» и «реципиентный» дуплексы - разматываются на поверхности RuvA, поскольку они направляются белком от одного дуплекса к другому. [77] [78]

Разрешение [ править ]

На этапе разделения рекомбинации любые соединения Холлидея, образованные в процессе инвазии цепи, разрезаются, тем самым восстанавливая две отдельные молекулы ДНК. Это расщепление осуществляется комплексом RuvAB, взаимодействующим с RuvC, которые вместе образуют комплекс RuvABC . RuvC - это эндонуклеаза, которая разрезает вырожденную последовательность 5 '- (A / T) TT (G / C) -3'. Последовательность часто встречается в ДНК, примерно один раз на каждые 64 нуклеотида. [78] Перед разрезанием RuvC, вероятно, получает доступ к соединению Холлидея, перемещая один из двух тетрамеров RuvA, покрывающих там ДНК. [77] В результате рекомбинации образуются продукты «сплайсинга» или «заплаты», в зависимости от того, как RuvC расщепляет соединение Холлидея. [78] Продукты сплайсинга - это продукты кроссовера, в которых происходит перестройка генетического материала вокруг сайта рекомбинации. С другой стороны, патч-продукты представляют собой непересекающиеся продукты, в которых нет такой перегруппировки, а в продукте рекомбинации присутствует только «патч» гибридной ДНК. [79]

Содействие генетической передаче [ править ]

Гомологичная рекомбинация - важный метод интеграции донорской ДНК в геном организма-реципиента при горизонтальном переносе генов , процессе, с помощью которого организм включает чужеродную ДНК из другого организма, не являясь потомком этого организма. Гомологичная рекомбинация требует, чтобы входящая ДНК была очень похожа на геном реципиента, поэтому горизонтальный перенос генов обычно ограничивается подобными бактериями. [80] Исследования на нескольких видах бактерий установили, что существует лог-линейное уменьшение частоты рекомбинации с увеличением разницы в последовательности между ДНК хозяина и реципиента. [81] [82] [83]

При бактериальной конъюгации , когда ДНК передается между бактериями посредством прямого межклеточного контакта, гомологичная рекомбинация помогает интегрировать чужеродную ДНК в геном хозяина через путь RecBCD. Фермент RecBCD способствует рекомбинации после преобразования ДНК из одноцепочечной ДНК - в той форме, в которой она изначально попадает в бактерию - в двухцепочечную ДНК во время репликации. Путь RecBCD также важен для заключительной фазы трансдукции , типа горизонтального переноса генов, при котором ДНК переносится вирусом от одной бактерии к другой . Внешняя, бактериальная ДНК иногда неправильно включенный в капсиде голове бактериофагавирусные частицы в виде ДНК упаковываются в новые бактериофаги во время репликации вируса. Когда эти новые бактериофаги заражают другие бактерии, ДНК предыдущей бактерии-хозяина вводится в нового бактериального хозяина в виде двухцепочечной ДНК. Затем фермент RecBCD включает эту двухцепочечную ДНК в геном нового бактериального хозяина. [65]

Бактериальная трансформация [ править ]

Естественная бактериальная трансформация включает перенос ДНК от бактерии-донора к бактерии-реципиенту, где и донор, и реципиент обычно принадлежат к одному виду . Трансформация, в отличие от бактериальной конъюгации и трансдукции, зависит от множества продуктов бактериальных генов, которые специфически взаимодействуют для выполнения этого процесса. [84] Таким образом, трансформация явно является бактериальной адаптацией к переносу ДНК. Чтобы бактерия могла связываться, захватывать и интегрировать донорскую ДНК в свою резидентную хромосому посредством гомологичной рекомбинации, она должна сначала войти в особое физиологическое состояние, называемое компетенцией . RecA / Rad51 /Семейство генов DMC1 играет центральную роль в гомологичной рекомбинации во время бактериальной трансформации, как и во время эукариотического мейоза и митоза. Такнапример, белок RecA имеет важное значение для превращения в Bacillus зиЫШзе и Пневмококке , [85] и экспрессия гена RecA индуцируетсяходе развития компетентности для трансформации в этих организмах.

В рамках процесса трансформации белок RecA взаимодействует с входящей одноцепочечной ДНК (оцДНК) с образованием нуклеофиламентов RecA / оцДНК, которые сканируют резидентную хромосому на предмет областей гомологии и переносят входящую оцДНК в соответствующую область, где происходит обмен цепей и гомологичные рекомбинация происходит. [86] Таким образом, процесс гомологичной рекомбинации во время бактериальной трансформации имеет фундаментальное сходство с гомологичной рекомбинацией во время мейоза .

В вирусах [ править ]

Гомологичная рекомбинация происходит у нескольких групп вирусов. В ДНК-вирусах, таких как герпесвирус , рекомбинация происходит по механизму разрыва и повторного соединения, как у бактерий и эукариот. [87] Есть также свидетельства рекомбинации в некоторых РНК-вирусах , особенно в вирусах с положительным смыслом оцРНК, таких как ретровирусы , пикорнавирусы и коронавирусы . Существуют разногласия по поводу того, происходит ли гомологичная рекомбинация в вирусах с отрицательной ssRNA, таких как грипп . [88]

В РНК-вирусах гомологичная рекомбинация может быть точной или неточной. В точном типе рекомбинации РНК-РНК нет никакой разницы между двумя родительскими последовательностями РНК и результирующей областью перекрестной РНК. Из-за этого часто бывает трудно определить место кроссовера между двумя рекомбинирующими последовательностями РНК. При неточной гомологичной рекомбинации РНК область кроссовера имеет некоторые отличия от родительских последовательностей РНК - вызванные либо добавлением, либо делецией, либо другой модификацией нуклеотидов. Уровень точности кроссовера контролируется контекстом последовательностей двух рекомбинирующих цепей РНК: последовательности, богатые аденином и урацилом, снижают точность кроссовера. [89] [90]

Гомологичная рекомбинация важна для облегчения вирусной эволюции . [89] [91] Например, если геномы двух вирусов с разными невыгодными мутациями подвергаются рекомбинации, они могут регенерировать полностью функциональный геном. В качестве альтернативы, если два похожих вируса заразили одну и ту же клетку-хозяин, гомологичная рекомбинация может позволить этим двум вирусам обмениваться генами и, таким образом, развить более сильные вариации самих себя. [91]

Гомологичная рекомбинация - это предложенный механизм, посредством которого ДНК-вирус герпеса-6 человека интегрируется в теломеры человека. [92]

Когда два или более вируса, каждый из которых содержит летальные геномные повреждения, заражают одну и ту же клетку-хозяин, вирусные геномы часто могут спариваться друг с другом и подвергаться гомологичной рекомбинационной репарации с образованием жизнеспособного потомства. Этот процесс, известный как реактивация множественности, был изучен на нескольких бактериофагах , включая фаг T4 . [93] Ферменты, используемые в рекомбинационной репарации в фаге Т4, функционально гомологичны ферментам, используемым в бактериальной и эукариотической рекомбинационной репарации. [94] В частности, что касается гена, необходимого для реакции обмена цепей, ключевого этапа гомологичной рекомбинационной репарации, существует функциональная гомология вирусов с людьми (т.е. uvsX в фаге T4; recAу E. coli и других бактерий, а также rad51 и dmc1 у дрожжей и других эукариот, включая человека). [95] Реактивация множественности также была продемонстрирована на множестве патогенных вирусов. [96]

Коронавирус [ править ]

Коронавирусы способны к генетической рекомбинации, когда в одной и той же инфицированной клетке присутствуют по крайней мере два вирусных генома . Рекомбинация РНК, по-видимому, является основной движущей силой в определении (1) генетической изменчивости внутри вида CoV, (2) способности вида CoV переходить от одного хозяина к другому и (3) нечасто появления новых CoV. [97] Механизм рекомбинации в CoVs, вероятно, включает переключение матрицы во время репликации генома. [97] Рекомбинация в РНК-вирусах, по-видимому, является адаптацией для борьбы с повреждением генома. [98]

С пандемией SARS-COV-2 весь мотив связывания рецептора , как представляется , были введены через рекомбинации от коронавирусов из ящеров . [99] Такое событие рекомбинации могло стать решающим шагом в развитии способности SARS-CoV-2 инфицировать людей. [99] События рекомбинации, вероятно, являются ключевыми шагами в эволюционном процессе, который приводит к появлению новых коронавирусов человека. [100]

Последствия дисфункции [ править ]

Рисунок 9. Соединение односторонних двухцепочечных разрывов может привести к перегруппировке.

Без надлежащей гомологичной рекомбинации хромосомы часто неправильно выравниваются для первой фазы деления клеток в мейозе . Это приводит к тому, что хромосомы не могут правильно разделиться в процессе, называемом нерасхождением . В свою очередь, нерасхождение может привести к тому, что в сперматозоидах и яйцеклетках будет слишком мало или слишком много хромосом. Синдром Дауна , который вызывается дополнительной копией хромосомы 21 , является одной из многих аномалий, возникающих в результате такой неудачи гомологичной рекомбинации в мейозе. [78] [101]

Недостатки гомологичной рекомбинации тесно связаны с образованием рака у людей. Например, каждый из раковых заболеваний , связанные с синдромом Блума , синдром Вернера и синдром Rothmund-Томсон вызваны неточностями копии RecQ хеликазных генов , участвующие в регуляции гомологичной рекомбинации: BLM , WRN и RECQL4 , соответственно. [102] В клетках пациентов с синдромом Блума, у которых отсутствует рабочая копия белка BLM, наблюдается повышенная скорость гомологичной рекомбинации. [103]Эксперименты на мышах с дефицитом BLM показали, что мутация вызывает рак из-за потери гетерозиготности, вызванной усилением гомологичной рекомбинации. [104] Утрата гетерозиготности означает потерю одной из двух версий или аллелей гена. Если один из утраченных аллелей помогает подавить опухоль, как, например, ген белка ретинобластомы , то потеря гетерозиготности может привести к раку. [105] : 1236

Снижение скорости гомологичной рекомбинации вызывает неэффективную репарацию ДНК [105] : 310, что также может привести к раку. [106] Так обстоит дело с BRCA1 и BRCA2 , двумя похожими генами-супрессорами опухолей , неправильное функционирование которых было связано со значительно повышенным риском рака груди и яичников . Клетки, в которых отсутствуют BRCA1 и BRCA2, имеют пониженную скорость гомологичной рекомбинации и повышенную чувствительность к ионизирующему излучению , что позволяет предположить, что пониженная гомологичная рекомбинация приводит к повышенной восприимчивости к раку. [106] Поскольку единственная известная функция BRCA2 - помочь инициировать гомологичную рекомбинацию, исследователи предположили, что более подробное знание роли BRCA2 в гомологичной рекомбинации может быть ключом к пониманию причин рака груди и яичников. [106]

Опухоли с дефицитом гомологичной рекомбинации (включая дефекты BRCA) описываются как HRD-положительные. [107]

Эволюционное сохранение [ править ]

Рисунок 10. Белковые домены в гомологичных белках, связанных с рекомбинацией, консервативны для трех основных групп жизни: архей, бактерий и эукариот.

Хотя эти пути могут механически различаться, способность организмов выполнять гомологичную рекомбинацию универсально сохраняется во всех сферах жизни. [108] Основываясь на сходстве их аминокислотных последовательностей, гомологи ряда белков могут быть обнаружены во многих областях жизни, что указывает на то, что они эволюционировали давным-давно и с тех пор расходились с общими предковыми белками. [108]

Члены семейства рекомбиназ RecA обнаружены почти у всех организмов с RecA в бактериях, Rad51 и DMC1 в эукариотах, RadA в архее и UvsX в фаге T4 . [109]

Родственные одноцепочечные связывающие белки, которые важны для гомологичной рекомбинации и многих других процессов, также обнаруживаются во всех сферах жизни. [110]

Rad54, Mre11 , Rad50 и ряд других белков также обнаруживаются как у архей, так и у эукариот. [108] [109] [111]

Семейство рекомбиназ RecA [ править ]

Считается, что белки семейства белков рекомбиназы RecA происходят от общей предковой рекомбиназы. [108] Семейство рекомбиназ RecA содержит белок RecA из бактерий , белки Rad51 и Dmc1 из эукариот и RadA из архей , а также белки паралогов рекомбиназы. Исследования, моделирующие эволюционные отношения между белками Rad51, Dmc1 и RadA, показывают, что они монофилетичны или имеют общего молекулярного предка. [108] В этом семействе белков Rad51 и Dmc1 сгруппированы в отдельную кладу.от RadA. Одна из причин объединения этих трех белков в группу заключается в том, что все они обладают модифицированным мотивом спираль-поворот-спираль , который помогает белкам связываться с ДНК по направлению к их N-концевым концам . [108] Событие дупликации древнего гена эукариотического гена RecA и последующая мутация были предложены как вероятное происхождение современных генов RAD51 и DMC1. [108]

Белки обычно имеют длинную консервативную область, известную как домен RecA / Rad51. В пределах этого домена белка два мотива последовательности , Уокер Мотив и Уокер B мотив . Мотивы Walker A и B позволяют членам семейства белков RecA / Rad51 участвовать в связывании АТФ и гидролизе АТФ . [108] [112]

Белки, специфичные для мейоза [ править ]

Открытие Dmc1 у нескольких видов Giardia , одного из первых протистов, которые расходились как эукариоты, предполагает, что мейотическая гомологичная рекомбинация - и, таким образом, сам мейоз - возникла очень рано в эволюции эукариот. [113] В дополнение к исследованиям Dmc1, исследования белка Spo11 предоставили информацию о происхождении мейотической рекомбинации. [114] Spo11, топоизомераза типа II , может инициировать гомологичную рекомбинацию в мейозе, создавая целевые двухцепочечные разрывы в ДНК. [25] Филогенетические деревьяоснованный на последовательности генов, сходных с SPO11 у животных, грибов, растений, протистов и архей, привели ученых к выводу, что версия Spo11, существующая в настоящее время у эукариот, возникла у последнего общего предка эукариот и архей. [114]

Технологические приложения [ править ]

Нацеливание на гены [ править ]

Рисунок 11. Как развивающийся эмбрион, эта химерная мышь имела ген окраски шерсти агути, введенный в ее ДНК посредством нацеливания на ген. Его потомство гомозиготно по гену агути.
Основная статья: Нацеливание на гены

Многие методы введения последовательностей ДНК в организмы для создания рекомбинантной ДНК и генетически модифицированных организмов используют процесс гомологичной рекомбинации. [115] Этот метод, также называемый нацеливанием на гены , особенно распространен в генетике дрожжей и мышей . Метод нацеливания на гены у мышей с нокаутомиспользует эмбриональные стволовые клетки мыши для доставки искусственного генетического материала (в основном представляющего терапевтический интерес), который репрессирует целевой ген мыши по принципу гомологичной рекомбинации. Таким образом, мышь действует как рабочая модель для понимания эффектов конкретного гена млекопитающего. В знак признания своего открытия того, как гомологичная рекомбинация может использоваться для введения генетических модификаций у мышей с помощью эмбриональных стволовых клеток, Марио Капеччи , Мартин Эванс и Оливер Смитис были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2007 года . [116]

Достижения в технологиях нацеливания на гены, которые захватывают механизм гомологичной рекомбинации клеток, в настоящее время приводят к разработке новой волны более точных, изогенных моделей болезней человека . Считается, что эти сконструированные модели клеток человека более точно отражают генетику заболеваний человека, чем их предшественники на мышиных моделях. Во многом это связано с тем, что представляющие интерес мутации вводятся в эндогенные гены, как они происходят у реальных пациентов, и потому, что они основаны на геномах человека, а не на геномах крысы. Более того, определенные технологии позволяют «выбивать» конкретную мутацию, а не просто «выбивать», связанные со старыми технологиями нацеливания на гены.

Белковая инженерия [ править ]

Белковая инженерия с гомологичной рекомбинацией развивает химерные белки путем обмена фрагментами между двумя родительскими белками. Эти методы используют тот факт, что рекомбинация может вносить высокую степень разнообразия последовательностей , сохраняя при этом способность белка складываться в свою третичную структуру или трехмерную форму. [117] Это контрастирует с другими методами белковой инженерии, такими как случайный точечный мутагенез , при котором вероятность поддержания функции белка экспоненциально снижается с увеличением замен аминокислот . [118] Химеры, полученные с помощью методов рекомбинации, способны сохранять свою способность сворачиваться, потому что их замененные родительские фрагменты структурно и эволюционно консервативны. Эти рекомбинируемые «строительные блоки» сохраняют структурно важные взаимодействия, такие как точки физического контакта между различными аминокислотами в структуре белка. Вычислительные методы, такие как SCHEMA и анализ статистического связывания, могут использоваться для идентификации структурных субъединиц, подходящих для рекомбинации. [119] [120] [121]

Для создания новых белков использовались методы, основанные на гомологичной рекомбинации. [119] В исследовании, опубликованном в 2007 году, исследователи смогли создать химеры двух ферментов, участвующих в биосинтезе изопреноидов , разнообразного класса соединений, включая гормоны , зрительные пигменты и определенные феромоны . Химерные белки приобрели способность катализировать важную реакцию в биосинтезе изопреноидов - одном из самых разнообразных путей биосинтеза, встречающихся в природе, - которая отсутствовала в исходных белках. [122] Белковая инженерия посредством рекомбинации также произвела химерные ферменты с новой функцией в членах группы белков, известной как семейство цитохрома P450 , [123] которое у человека участвует в детоксикации чужеродных соединений, таких как лекарства, пищевые добавки и консерванты. [22]

Лечение рака [ править ]

Раковые клетки с мутациями BRCA имеют недостатки в гомологичной рекомбинации, и лекарства для использования этих недостатков были разработаны и успешно используются в клинических испытаниях. [124] [125] Олапариб , ингибитор PARP1, сократил или остановил рост опухолей от рака груди , яичников и простаты, вызванных мутациями в генах BRCA1 или BRCA2 , которые необходимы для HR. Когда BRCA1 или BRCA2 отсутствуют, другие типы механизмов репарации ДНК должны компенсировать дефицит HR, такие как эксцизионная репарация оснований (BER) для застопорившихся репликационных вилок или негомологичного соединения концов.(NHEJ) для двунитевых разрывов. [124] Ингибируя BER в HR-дефицитных клетках, олапариб применяет концепцию синтетической летальности для специфического воздействия на раковые клетки. Хотя ингибиторы PARP1 представляют собой новый подход к терапии рака, исследователи предупреждают, что они могут оказаться недостаточными для лечения метастатического рака на поздних стадиях . [124] Раковые клетки могут стать устойчивыми к ингибитору PARP1, если они претерпевают делеции мутаций в BRCA2, что подрывает синтетическую летальность препарата за счет восстановления способности раковых клеток восстанавливать ДНК с помощью HR. [126]

См. Также [ править ]

  • Хромосомный кроссовер
  • Гомологически направленный ремонт

Ссылки [ править ]

  1. ^ Thompson LH, Шильд D (июнь 2001). «Гомологичная рекомбинационная репарация ДНК обеспечивает стабильность хромосом млекопитающих». Мутационные исследования . 477 (1–2): 131–53. DOI : 10.1016 / S0027-5107 (01) 00115-4 . PMID  11376695 .
  2. ^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж, Рафф М., Робертс К., Уолтер П. и др. (2002). «Глава 5: Репликация, ремонт и рекомбинация ДНК» . Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Наука о гирляндах. п. 845. ISBN 978-0-8153-3218-3. OCLC  145080076 .
  3. ^ Capecchi MR (июнь 1989). «Изменение генома путем гомологичной рекомбинации». Наука . 244 (4910): 1288–92. Bibcode : 1989Sci ... 244.1288C . DOI : 10.1126 / science.2660260 . PMID 2660260 . 
  4. ^ Смитис O, Gregg RG, Боггс SS, Koralewski MA, Kucherlapati RS (1985-09-19). «Вставка последовательностей ДНК в хромосомный бета-глобиновый локус человека путем гомологичной рекомбинации». Природа . 317 (6034): 230–4. DOI : 10.1038 / 317230a0 . PMID 2995814 . S2CID 30212766 .  
  5. ^ Орра-Weaver TL, Шостак JW, Ротштейн RJ (октябрь 1981). «Трансформация дрожжей: модельная система для изучения рекомбинации» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 78 (10): 6354–8. Bibcode : 1981PNAS ... 78.6354O . DOI : 10.1073 / pnas.78.10.6354 . PMC 349037 . PMID 6273866 .  
  6. ^ Орра-Weaver TL, Шостак JW (июль 1983). «Рекомбинация дрожжей: связь между репарацией двухцепочечных разрывов и кроссинговером» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 80 (14): 4417–21. Полномочный код : 1983PNAS ... 80.4417O . DOI : 10.1073 / pnas.80.14.4417 . PMC 384049 . PMID 6308623 .  
  7. ^ a b Szostak JW, Orr-Weaver TL, Rothstein RJ, Stahl FW (май 1983 г.). «Модель репарации двухцепочечного разрыва для рекомбинации». Cell . 33 (1): 25–35. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (83) 90331-8 . PMID 6380756 . S2CID 39590123 .  
  8. ^ Резник М.А. (июнь 1976). «Ремонт двунитевых разрывов в ДНК; модель, включающая рекомбинацию». Журнал теоретической биологии . 59 (1): 97–106. DOI : 10.1016 / s0022-5193 (76) 80025-2 . PMID 940351 . 
  9. ^ Jasin M, Ротштейн R (ноябрь 2013). «Ремонт разрывов цепей путем гомологичной рекомбинации» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 5 (11): a012740. DOI : 10.1101 / cshperspect.a012740 . PMC 3809576 . PMID 24097900 .  
  10. Перейти ↑ Bateson P (август 2002 г.). «Уильям Бейтсон: биолог, опередивший свое время» (PDF) . Журнал генетики . 81 (2): 49–58. DOI : 10.1007 / BF02715900 . PMID 12532036 . S2CID 26806110 .   
  11. ^ "Реджинальд Крундалл Пеннетт" . НАХСТЕ, Эдинбургский университет . Проверено 3 июля 2010 года .
  12. Перейти ↑ Lobo I, Shaw K (2008). «Томас Хант Морган, генетическая рекомбинация и картирование генов» . Природное образование . 1 (1).
  13. ^ a b Coe E, Kass LB (май 2005 г.). «Доказательство физического обмена генами на хромосомах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (19): 6641–6. Bibcode : 2005PNAS..102.6641C . DOI : 10.1073 / pnas.0407340102 . PMC 1100733 . PMID 15867161 .  
  14. ^ Крейтон HB, МакКлинток B (август 1931). «Корреляция цитологического и генетического кроссинговера в Zea Mays» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 17 (8): 492–7. Полномочный код : 1931PNAS ... 17..492C . DOI : 10.1073 / pnas.17.8.492 . PMC 1076098 . PMID 16587654 .  
  15. ^ Стерн, C (1931). "Zytologisch-genetische untersuchungen alsbeweise fur die Morgansche theorie des faktoraustauschs". Biologisches Zentralblatt . 51 : 547–587.
  16. ^ «Развитие бактериальной генетики» . Национальная медицинская библиотека США . Проверено 3 июля 2010 года .
  17. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1958" . Nobelprize.org . Проверено 3 июля 2010 года .
  18. ^ a b c Хабер Дж. Э., Ира Г., Малкова А., Сугавара Н. (январь 2004 г.). «Восстановление двухцепочечного разрыва хромосомы путем гомологичной рекомбинации: пересмотр модели Робина Холлидея» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . 359 (1441): 79–86. DOI : 10.1098 / rstb.2003.1367 . PMC 1693306 . PMID 15065659 .  
  19. ^ Лодиш Н, Берк А, Zipursky SL, Мацудаира Р, Балтимор D, Дарнелл J (2000). «12.5: Рекомбинация между гомологичными участками ДНК: двухцепочечные разрывы в ДНК инициируют рекомбинацию». Молекулярная клеточная биология (4-е изд.). WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-3136-8.
  20. ^ Griffiths A, et al. (1999). «8: Хромосомные мутации: хромосомные перестройки» . Современный генетический анализ . WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-3118-4.
  21. Перейти ↑ Khanna KK, Jackson SP (март 2001 г.). «Двухцепочечные разрывы ДНК: сигнализация, репарация и связь с раком». Генетика природы . 27 (3): 247–54. DOI : 10.1038 / 85798 . PMID 11242102 . S2CID 3012823 .  
  22. ^ a b c Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (2005). Принципы биохимии (4-е изд.). Фримен. С.  980–981 . ISBN 978-0-7167-4339-2.
  23. ^ Маркон E, Moens PB (август 2005). «Эволюция мейоза: набор и модификация соматических белков репарации ДНК». BioEssays . 27 (8): 795–808. DOI : 10.1002 / bies.20264 . PMID 16015600 . S2CID 27658497 .  
  24. Перейти ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2008). Молекулярная биология клетки (5-е изд.). Наука о гирляндах. п. 305 . ISBN 978-0-8153-4105-5.
  25. ^ a b Кини S, Giroux CN, Kleckner N (февраль 1997 г.). «Мейоз-специфичные двухцепочечные разрывы ДНК катализируются Spo11, членом широко консервативного семейства белков». Cell . 88 (3): 375–84. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81876-0 . PMID 9039264 . S2CID 8294596 .  
  26. ^ Longhese MP, Bonetti D, Guerini I, Manfrini N, Clerici M (сентябрь 2009). «Двухцепочечные разрывы ДНК в мейозе: проверка их образования, обработки и ремонта». Ремонт ДНК . 8 (9): 1127–38. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2009.04.005 . PMID 19464965 . 
  27. ↑ Cahill LP, Mariana JC, Mauléon P (январь 1979 г.). «Общая популяция фолликулов у овец с высокой и низкой скоростью овуляции» . Журнал репродукции и фертильности . 55 (1): 27–36. DOI : 10,1530 / jrf.0.0550027 . PMID 423159 . 
  28. ^ Шиммеля Дж, ван Schendel R, ден Dunnen JT, Tijsterman М (сентябрь 2019). "Шаблонные вставки: дымящийся пистолет для полимеразного тета-опосредованного соединения концов" . Тенденции в генетике . 35 (9): 632–644. DOI : 10.1016 / j.tig.2019.06.001 . PMID 31296341 . 
  29. Перейти ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2008). Молекулярная биология клетки (5-е изд.). Наука о гирляндах. п. 303 . ISBN 978-0-8153-4105-5.
  30. ^ a b Шривастав М., Де Харо LP, Николофф Дж. А. (январь 2008 г.). «Регулирование выбора пути репарации двухцепочечных разрывов ДНК» . Клеточные исследования . 18 (1): 134–47. DOI : 10.1038 / cr.2007.111 . PMID 18157161 . 
  31. ^ a b Mimitou EP, Symington LS (май 2009 г.). «Нуклеазы и геликазы занимают центральное место в гомологичной рекомбинации». Направления биохимических наук . 34 (5): 264–72. DOI : 10.1016 / j.tibs.2009.01.010 . PMID 19375328 . 
  32. ^ Андрес, Сара N .; Уильямс, Р. Скотт (август 2017 г.). «CtIP / Ctp1 / Sae2, молекулярная форма, пригодная для работы» . Ремонт ДНК . 56 : 109–117. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2017.06.013 . PMC 5543718 . 
  33. ^ Хуэртас P, Кортес-Ледесм F, Сарторьте AA, Агилер A, Джексон SP (октябрь 2008). «CDK нацелен на Sae2, чтобы контролировать резекцию конца ДНК и гомологичную рекомбинацию» . Природа . 455 (7213): 689–92. Bibcode : 2008Natur.455..689H . DOI : 10,1038 / природа07215 . PMC 2635538 . PMID 18716619 .  
  34. Перейти ↑ Liu B, Yip RK, Zhou Z (2012). «Ремоделирование хроматина, восстановление повреждений ДНК и старение» . Curr. Геномика . 13 (7): 533–47. DOI : 10.2174 / 138920212803251373 . PMC 3468886 . PMID 23633913 .  
  35. ^ a b c d Sellou H, Lebeaupin T, Chapuis C, Smith R, Hegele A, Singh HR, Kozlowski M, Bultmann S, Ladurner AG, Timinszky G, Huet S (2016). «Поли (АДФ-рибоза) -зависимый ремоделер хроматина Alc1 индуцирует локальную релаксацию хроматина при повреждении ДНК» . Мол. Биол. Cell . 27 (24): 3791–3799. DOI : 10,1091 / mbc.E16-05-0269 . PMC 5170603 . PMID 27733626 .  
  36. ^ a b Ван Метер М., Саймон М., Tombline G, Май А, Морелло Т.Д., Хаббард Б.П., Бредбеннер К., Парк Р., Синклер Д.А., Бор В.А., Горбунова В., Селуанов А. (2016). «JNK фосфорилирует SIRT6, чтобы стимулировать репарацию двухцепочечных разрывов ДНК в ответ на окислительный стресс, привлекая PARP1 к разрывам ДНК» . Cell Rep . 16 (10): 2641–50. DOI : 10.1016 / j.celrep.2016.08.006 . PMC 5089070 . PMID 27568560 .  
  37. ^ а б Хейнс Дж. Ф., Макдональд Д., Родриг А., Дери У, Массон Дж. Ю., Хендзель М. Дж., Пуарье Г. Г. (2008). «PARP1-зависимая кинетика рекрутирования белков MRE11 и NBS1 на множественные участки повреждения ДНК» . J. Biol. Chem . 283 (2): 1197–208. DOI : 10.1074 / jbc.M706734200 . PMID 18025084 . 
  38. ^ a b c Rogakou EP, Pilch DR, Orr AH, Иванова VS, Боннер WM (1998). «Двухцепочечные разрывы ДНК индуцируют фосфорилирование гистона H2AX по серину 139» . J. Biol. Chem . 273 (10): 5858–68. DOI : 10.1074 / jbc.273.10.5858 . PMID 9488723 . 
  39. ^ Mailand N, Беккер-Йенсен S, Faustrup Н, Меландер Ж, Bartek J, Лукас С, Лукас J (2007). «RNF8 убиквитилирует гистоны на двухцепочечных разрывах ДНК и способствует сборке белков репарации». Cell . 131 (5): 887–900. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.09.040 . PMID 18001824 . S2CID 14232192 .  
  40. ^ Luijsterburg МС, Acs К, Аккерман л, Wiegant WW, Беккер-Йенсен S, Ларсен DH, Кханна К.К., ван Attikum Н, Н Mailand, Dantuma Н.П. (2012). «Новая некаталитическая роль убиквитинлигазы RNF8 в раскрытии структуры хроматина более высокого порядка» . EMBO J . 31 (11): 2511–27. DOI : 10.1038 / emboj.2012.104 . PMC 3365417 . PMID 22531782 .  
  41. ^ Baudat F, Buard J, Gray C, Fledel-Alon A, Ober C, Przeworski M и др. (Февраль 2010 г.). «PRDM9 является основным детерминантом горячих точек мейотической рекомбинации у людей и мышей» . Наука . 327 (5967): 836–40. Bibcode : 2010Sci ... 327..836B . DOI : 10.1126 / science.1183439 . PMC 4295902 . PMID 20044539 .  
  42. ^ Уэллс Д., Битоун Э, Моралли Д., Чжан Г., Хинч А., Янковска Дж. И др. (Август 2020 г.). «ZCWPW1 рекрутируется в горячие точки рекомбинации с помощью PRDM9 и необходим для репарации мейотических двухцепочечных разрывов» . eLife . 9 : e53392. DOI : 10.7554 / eLife.53392 . PMC 7494361 . PMID 32744506 .  
  43. ^ a b c d Sung P, Klein H (октябрь 2006 г.). «Механизм гомологичной рекомбинации: регуляторные функции берут на себя медиаторы и геликазы». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 7 (10): 739–50. DOI : 10.1038 / nrm2008 . PMID 16926856 . S2CID 30324005 .  
  44. ^ Вольд МС (1997). «Репликационный белок А: гетеротримерный одноцепочечный ДНК-связывающий белок, необходимый для метаболизма эукариотической ДНК». Ежегодный обзор биохимии . 66 : 61–92. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.66.1.61 . PMID 9242902 . 
  45. ^ McMahill MS, Sham CW, епископ DK (ноябрь 2007). «Синтез-зависимый отжиг нитей в мейозе» . PLOS Биология . 5 (11): e299. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0050299 . PMC 2062477 . PMID 17988174 .  
  46. ^ Барч S, Кан LE, Симинтон LS (февраль 2000). «RAD51 необходим для репарации разрывов плазмидной двухцепочечной ДНК из плазмидных или хромосомных матриц» . Молекулярная и клеточная биология . 20 (4): 1194–205. DOI : 10.1128 / MCB.20.4.1194-1205.2000 . PMC 85244 . PMID 10648605 .  
  47. Перейти ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2008). Молекулярная биология клетки (5-е изд.). Наука о гирляндах. С. 312–313. ISBN 978-0-8153-4105-5.
  48. ^ a b c Helleday T, Lo J, ван Гент, округ Колумбия, Engelward BP (июль 2007 г.). «Ремонт двухцепочечных разрывов ДНК: от понимания механизмов к лечению рака». Ремонт ДНК . 6 (7): 923–35. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2007.02.006 . PMID 17363343 . 
  49. ^ a b Андерсен SL, Секельский J (декабрь 2010 г.). «Сравнение мейотической и митотической рекомбинации: два разных пути репарации двухцепочечных разрывов: разные функции мейотической репарации по сравнению с митотической репарацией DSB отражаются в использовании разных путей и разных исходах» . BioEssays . 32 (12): 1058–66. DOI : 10.1002 / bies.201000087 . PMC 3090628 . PMID 20967781 .  
  50. ^ Allers Т, М Лихтен (июль 2001 г.). «Дифференциальное время и контроль рекомбинации некроссинговера и кроссовера во время мейоза». Cell . 106 (1): 47–57. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (01) 00416-0 . PMID 11461701 . S2CID 1878863 .  
  51. ^ Лаборатория Габера. «Однонитевой отжиг» . Университет Брандейса . Проверено 3 июля 2010 года .
  52. ^ a b c Lyndaker AM, Alani E (март 2009 г.). «Сказка о хвостах: понимание координации обработки 3'-концов во время гомологичной рекомбинации» . BioEssays . 31 (3): 315–21. DOI : 10.1002 / bies.200800195 . PMC 2958051 . PMID 19260026 .  
  53. ^ Mimitou EP, Симинтон LS (сентябрь 2009). «Резекция концов ДНК: многие нуклеазы облегчают работу» . Ремонт ДНК . 8 (9): 983–95. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2009.04.017 . PMC 2760233 . PMID 19473888 .  
  54. ^ Pâques F, Haber JE (июнь 1999). «Множественные пути рекомбинации, вызванные двухцепочечными разрывами в Saccharomyces cerevisiae» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 63 (2): 349–404. DOI : 10.1128 / MMBR.63.2.349-404.1999 . PMC 98970 . PMID 10357855 .  
  55. ^ Б Мак - Ичерн MJ, Haber JE (2006). «Вызванная разрывом репликация и рекомбинационное удлинение теломер в дрожжах». Ежегодный обзор биохимии . 75 : 111–35. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.74.082803.133234 . PMID 16756487 . 
  56. ^ Морриш TA, Грейдер CW (январь 2009). Haber JE (ред.). «Короткие теломеры инициируют рекомбинацию теломер в первичных и опухолевых клетках» . PLOS Genetics . 5 (1): e1000357. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1000357 . PMC 2627939 . PMID 19180191 .  
  57. ^ Muntoni A, Reddel RR (октябрь 2005). «Первые молекулярные детали АЛТ в опухолевых клетках человека» . Молекулярная генетика человека . 14 Спец. № 2 (выпуск обзора 2): Р191–6. DOI : 10,1093 / HMG / ddi266 . PMID 16244317 . 
  58. ^ PDB : 3 см ; Чен З, Ян Х, Павлетич Н. П. (май 2008 г.). «Механизм гомологичной рекомбинации из структур RecA-ssDNA / dsDNA». Природа . 453 (7194): 489–4. Bibcode : 2008Natur.453..489C . DOI : 10,1038 / природа06971 . PMID 18497818 . S2CID 4416531 .  
  59. ^ Kowalczykowski SC, Dixon Д.А., Eggleston А.К., Лаудер SD, Rehrauer WM (сентябрь 1994). «Биохимия гомологичной рекомбинации у Escherichia coli» . Микробиологические обзоры . 58 (3): 401–65. DOI : 10.1128 / MMBR.58.3.401-465.1994 . PMC 372975 . PMID 7968921 .  
  60. Перейти ↑ Rocha EP, Cornet E, Michel B (август 2005 г.). «Сравнительный и эволюционный анализ бактериальных гомологичных рекомбинационных систем» . PLOS Genetics . 1 (2): e15. DOI : 10.1371 / journal.pgen.0010015 . PMC 1193525 . PMID 16132081 .  
  61. ^ a b Амундсен С.К., Тейлор А.Ф., Редди М., Смит Г.Р. (декабрь 2007 г.). «Межсубъединичная передача сигналов в ферменте RecBCD, сложной белковой машине, регулируемой горячими точками Чи» . Гены и развитие . 21 (24): 3296–307. DOI : 10,1101 / gad.1605807 . PMC 2113030 . PMID 18079176 .  
  62. Перейти ↑ Singleton MR, Dillingham MS, Gaudier M, Kowalczykowski SC, Wigley DB (ноябрь 2004 г.). «Кристаллическая структура фермента RecBCD раскрывает машину для обработки разрывов ДНК» (PDF) . Природа . 432 (7014): 187–93. Bibcode : 2004Natur.432..187S . DOI : 10,1038 / природа02988 . PMID 15538360 . S2CID 2916995 . Архивировано из оригинального (PDF) 25 мая 2004 года.   
  63. ^ Кроми GA (август 2009). «Филогенетическая повсеместность и перетасовка бактериальных рекомбинационных комплексов RecBCD и AddAB» . Журнал бактериологии . 191 (16): 5076–84. DOI : 10.1128 / JB.00254-09 . PMC 2725590 . PMID 19542287 .  
  64. ^ а б Смит Г.Р. (июнь 2012 г.). «Как фермент RecBCD и Chi способствуют восстановлению разрывов ДНК и рекомбинации: взгляд молекулярных биологов» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 76 (2): 217–28. DOI : 10.1128 / MMBR.05026-11 . PMC 3372252 . PMID 22688812 .  
  65. ^ a b c d Dillingham MS, Kowalczykowski SC (декабрь 2008 г.). «Фермент RecBCD и восстановление двухцепочечных разрывов ДНК» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 72 (4): 642–71, Содержание. DOI : 10.1128 / MMBR.00020-08 . PMC 2593567 . PMID 19052323 .  
  66. ^ Мишель Б, Boubakri Н, Baharoglu Z, Лемассон М, Lestini R (июль 2007 г.). «Рекомбинация белков и спасение вилок арестованной репликации». Ремонт ДНК . 6 (7): 967–80. DOI : 10.1016 / j.dnarep.2007.02.016 . PMID 17395553 . 
  67. ↑ Spies M, Bianco PR, Dillingham MS, Handa N, Baskin RJ, Kowalczykowski SC (сентябрь 2003 г.). «Молекулярный дроссель: горячая точка рекомбинации Чи контролирует транслокацию ДНК с помощью геликазы RecBCD». Cell . 114 (5): 647–54. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (03) 00681-0 . PMID 13678587 . S2CID 16662983 .  
  68. Перейти ↑ Taylor AF, Smith GR (июнь 2003 г.). «Фермент RecBCD - это ДНК-геликаза с быстрым и медленным моторами противоположной полярности». Природа . 423 (6942): 889–93. Bibcode : 2003Natur.423..889T . DOI : 10,1038 / природа01674 . PMID 12815437 . S2CID 4302346 .  
  69. ^ Шпионы M, Amitani I, Баскин RJ, Kowalczykowski SC (ноябрь 2007). «Фермент RecBCD переключает двигательные субъединицы свинца в ответ на распознавание хи» . Cell . 131 (4): 694–705. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.09.023 . PMC 2151923 . PMID 18022364 .  
  70. ^ Savir Y, Тлустой T (ноябрь 2010). «RecA-опосредованный поиск гомологии как почти оптимальная система обнаружения сигналов» (PDF) . Молекулярная клетка . 40 (3): 388–96. arXiv : 1011.4382 . Bibcode : 2010arXiv1011.4382S . DOI : 10.1016 / j.molcel.2010.10.020 . PMID 21070965 . S2CID 1682936 . Архивировано из оригинального (PDF) 07.10.2012 . Проверено 31 августа 2011 .   
  71. ^ Рэмбо RP, Williams GJ, Tainer JA (ноябрь 2010). «Достижение точности гомологичной рекомбинации, несмотря на чрезвычайную сложность: обоснованные решения путем молекулярного профилирования» (PDF) . Молекулярная клетка . 40 (3): 347–8. DOI : 10.1016 / j.molcel.2010.10.032 . PMC 3003302 . PMID 21070960 . Архивировано из оригинального (PDF) 07.10.2012 . Проверено 31 августа 2011 .   
  72. ^ Де Vlaminck Я, ван Loenhout МТ, Цвайфель л, ден Бланкен Дж, Hooning К, Хейдж С, и др. (Июнь 2012 г.). «Механизм распознавания гомологии в рекомбинации ДНК из экспериментов с двумя молекулами» . Молекулярная клетка . 46 (5): 616–24. DOI : 10.1016 / j.molcel.2012.03.029 . PMID 22560720 . 
  73. Перейти ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2008). Молекулярная биология клетки (5-е изд.). Наука о гирляндах. п. 307 . ISBN 978-0-8153-4105-5.
  74. ^ Morimatsu K, Kowalczykowski SC (май 2003). «Белки RecFOR загружают белок RecA в ДНК с разрывом для ускорения обмена цепями ДНК: универсальный этап рекомбинационной репарации». Молекулярная клетка . 11 (5): 1337–47. DOI : 10.1016 / S1097-2765 (03) 00188-6 . PMID 12769856 . 
  75. ^ Hiom K (июль 2009). «Ремонт ДНК: общие подходы к исправлению двухцепочечных разрывов». Текущая биология . 19 (13): R523–5. DOI : 10.1016 / j.cub.2009.06.009 . PMID 19602417 . S2CID 2221866 .  
  76. ^ Ханда N, Morimatsu K, Ловетт ST, SC Kowalczykowski (май 2009). «Восстановление начальных этапов репарации разрывов дцДНК путем RecF пути E. coli» . Гены и развитие . 23 (10): 1234–45. DOI : 10,1101 / gad.1780709 . PMC 2685532 . PMID 19451222 .  
  77. ^ a b West SC (июнь 2003 г.). «Молекулярные взгляды на рекомбинационные белки и их контроль». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 4 (6): 435–45. DOI : 10.1038 / nrm1127 . PMID 12778123 . S2CID 28474965 .  
  78. ^ a b c d Уотсон Дж. Д., Бейкер Т. А., Белл С. П., Ганн А., Левин М., Лосик Р. (2003). Молекулярная биология гена (5-е изд.). Пирсон / Бенджамин Каммингс. стр.  259 -291. ISBN 978-0-8053-4635-0.
  79. ^ Gumbiner-Russo Л.М., Розенберг С.М. (28 ноября 2007). Сандлер С (ред.). «Физический анализ продуктов рекомбинации гетеродуплексов E. coli in vivo: о преобладании 5 'и 3' пятен» . PLOS ONE . 2 (11): e1242. Bibcode : 2007PLoSO ... 2.1242G . DOI : 10.1371 / journal.pone.0001242 . PMC 2082072 . PMID 18043749 .  
  80. Перейти ↑ Thomas CM, Nielsen KM (сентябрь 2005 г.). «Механизмы и барьеры горизонтального переноса генов между бактериями» (PDF) . Обзоры природы. Микробиология . 3 (9): 711–21. DOI : 10.1038 / nrmicro1234 . PMID 16138099 . S2CID 1231127 . Архивировано из оригинального (PDF) 01.06.2010.   
  81. ^ Vulić M, Дионисио F, Taddei F, Radman M (сентябрь 1997). «Молекулярные ключи к видообразованию: полиморфизм ДНК и контроль генетического обмена у энтеробактерий» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (18): 9763–7. Bibcode : 1997PNAS ... 94.9763V . DOI : 10.1073 / pnas.94.18.9763 . PMC 23264 . PMID 9275198 .  
  82. Перейти ↑ Majewski J, Cohan FM (январь 1998 г.). «Влияние репарации несоответствия и образования гетеродуплекса на половую изоляцию у Bacillus» . Генетика . 148 (1): 13–8. PMC 1459767 . PMID 9475717 .  
  83. ^ Маевский J, Завадский P, P Pickerill, Кохан FM, Доусон CG (февраль 2000). «Барьеры для генетического обмена между видами бактерий: трансформация Streptococcus pneumoniae» . Журнал бактериологии . 182 (4): 1016–23. DOI : 10.1128 / JB.182.4.1016-1023.2000 . PMC 94378 . PMID 10648528 .  
  84. ^ Chen I, Dubnau D (март 2004). «Поглощение ДНК при бактериальной трансформации». Обзоры природы. Микробиология . 2 (3): 241–9. DOI : 10.1038 / nrmicro844 . PMID 15083159 . S2CID 205499369 .  
  85. ^ Claverys JP, Martin B, Polard P (май 2009). «Механизм генетической трансформации: состав, локализация и механизм» . FEMS Microbiology Reviews . 33 (3): 643–56. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.2009.00164.x . PMID 19228200 . 
  86. ^ Кидан D, Грауманн PL (июль 2005). «Внутриклеточный белок и динамика ДНК в компетентных клетках Bacillus subtilis». Cell . 122 (1): 73–84. DOI : 10.1016 / j.cell.2005.04.036 . PMID 16009134 . S2CID 17272331 .  
  87. ^ Флейшман Jr WR (1996). «43» . Медицинская микробиология (4-е изд.). Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне. ISBN 978-0-9631172-1-2.
  88. Перейти ↑ Boni MF, de Jong MD, van Doorn HR, Holmes EC (3 мая 2010 г.). Мартин Д.П. (ред.). «Руководство по идентификации событий гомологичной рекомбинации в вирусе гриппа А» . PLOS ONE . 5 (5): e10434. Bibcode : 2010PLoSO ... 510434B . DOI : 10.1371 / journal.pone.0010434 . PMC 2862710 . PMID 20454662 .  
  89. ^ a b Надь П.Д., Буярски JJ (январь 1996 г.). «Гомологичная рекомбинация РНК в вирусе мозаики брома: AU-богатые последовательности снижают точность кроссоверов» . Журнал вирусологии . 70 (1): 415–26. DOI : 10,1128 / JVI.70.1.415-426.1996 . PMC 189831 . PMID 8523555 .  
  90. ↑ Четверин А.Б. (октябрь 1999 г.). «Загадка рекомбинации РНК» . Письма FEBS . 460 (1): 1–5. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (99) 01282-X . PMC 7163957 . PMID 10571050 .  
  91. ^ a b Roossinck MJ (сентябрь 1997 г.). «Механизмы эволюции вирусов растений». Ежегодный обзор фитопатологии . 35 : 191–209. DOI : 10.1146 / annurev.phyto.35.1.191 . PMID 15012521 . 
  92. ^ Arbuckle JH, Medveczky PG (август 2011). «Молекулярная биология латентного периода вируса герпеса-6 человека и интеграции теломер» . Микробы и инфекции / Институт Пастера . 13 (8–9): 731–41. DOI : 10.1016 / j.micinf.2011.03.006 . PMC 3130849 . PMID 21458587 .  
  93. Перейти ↑ Bernstein C (март 1981). «Ремонт дезоксирибонуклеиновой кислоты в бактериофаге» . Микробиологические обзоры . 45 (1): 72–98. DOI : 10.1128 / MMBR.45.1.72-98.1981 . PMC 281499 . PMID 6261109 .  
  94. Перейти ↑ Bernstein C, Bernstein H (2001). Ремонт ДНК в бактериофаге. В: Nickoloff JA, Hoekstra MF (Eds.) Повреждение и восстановление ДНК, Том 3. Переход от фага к человеку. Humana Press, Тотова, Нью-Джерси, стр. 1–19. ISBN 978-0896038035 
  95. ^ История Р., Бишоп Д. К., Kleckner N, Steitz TA (март 1993). «Структурная связь бактериальных белков RecA с белками рекомбинации из бактериофага Т4 и дрожжей». Наука . 259 (5103): 1892–6. Bibcode : 1993Sci ... 259.1892S . DOI : 10.1126 / science.8456313 . PMID 8456313 . 
  96. ^ Michod RE Бернштейн H, Nedelcu AM (май 2008). «Адаптивное значение секса у микробных возбудителей». Инфекция, генетика и эволюция . 8 (3): 267–85. DOI : 10.1016 / j.meegid.2008.01.002 . PMID 18295550 . http://www.hummingbirds.arizona.edu/Faculty/Michod/Downloads/IGE%20review%20sex.pdf
  97. ^ а б Су С., Вонг Дж., Ши В., Лю Дж., Лай АКК, Чжоу Дж., Лю В., Би Й, Гао Г. Ф. Эпидемиология, генетическая рекомбинация и патогенез коронавирусов. Trends Microbiol. 2016 июн; 24 (6): 490-502. DOI: 10.1016 / j.tim.2016.03.003. Epub 2016 21 марта. Обзор. PMID: 27012512
  98. ^ Барр Дж. Н., Фернс Р. Как РНК-вирусы поддерживают целостность своего генома. J Gen Virol. 2010 июн; 91 (Pt 6): 1373-87. DOI: 10.1099 / vir.0.020818-0. Epub 2010 24 марта. Обзор. PMID: 20335491
  99. ^ a b Li X, Giorgi EE, Marichannegowda MH, Foley B, Xiao C, Kong XP, Chen Y, Gnanakaran S, Korber B, Gao F. Возникновение SARS-CoV-2 в результате рекомбинации и сильного очищающего отбора. Sci Adv. 1 июля 2020 г.; 6 (27): eabb9153. DOI: 10.1126 / sciadv.abb9153. PMID: 32937441
  100. ^ Рехман СУ, Шафик Л., Ихсан А., Лю К. Эволюционная траектория появления нового коронавируса SARS-CoV-2. Возбудители. 2020 23 марта; 9 (3): 240. DOI: 10.3390 / pathogens9030240. PMID: 32210130; PMCID: PMC7157669
  101. ↑ Lamb NE, Yu K, Shaffer J, Feingold E, Sherman SL (январь 2005 г.). «Связь между возрастом матери и мейотической рекомбинацией для трисомии 21» . Американский журнал генетики человека . 76 (1): 91–9. DOI : 10.1086 / 427266 . PMC 1196437 . PMID 15551222 .  
  102. ^ Лаборатория Колд-Спринг-Харбор (2007). «Геликазы человека RecQ, гомологичная рекомбинация и геномная нестабильность» . ScienceDaily . Проверено 3 июля 2010 года .
  103. ^ Modesti М, Kanaar R (2001). «Гомологичная рекомбинация: от модельных организмов к болезни человека» . Геномная биология . 2 (5): ОБЗОР 1014. DOI : 10.1186 / GB-2001-2-5-reviews1014 . PMC 138934 . PMID 11387040 .  
  104. Перейти ↑ Luo G, Santoro IM, McDaniel LD, Nishijima I, Mills M, Youssoufian H, Vogel H, Schultz RA, Bradley A (декабрь 2000 г.). «Предрасположенность к раку, вызванная повышенной митотической рекомбинацией у мышей Bloom». Генетика природы . 26 (4): 424–9. DOI : 10.1038 / 82548 . PMID 11101838 . S2CID 21218975 .  
  105. ^ a b Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2007). Молекулярная биология клетки (5-е изд.). Наука о гирляндах. ISBN 978-0-8153-4110-9.
  106. ^ a b c Пауэлл С.Н., Качник Л.А. (сентябрь 2003 г.). «Роли BRCA1 и BRCA2 в гомологичной рекомбинации, точности репликации ДНК и клеточном ответе на ионизирующее излучение» . Онкоген . 22 (37): 5784–91. DOI : 10.1038 / sj.onc.1206678 . PMID 12947386 . 
  107. ^ Использование шкалы дефицита гомологичной рекомбинации (HRD) для обогащения для чувствительных к нирапарибу опухолей яичников высокой степени злокачественности.
  108. ^ Б с д е е г ч Лин, Z Kong H, M, Nei Ma H (июль 2006 года). «Происхождение и эволюция семейства генов recA / RAD51: доказательства дупликации древних генов и переноса эндосимбиотических генов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (27): 10328–33. Bibcode : 2006PNAS..10310328L . DOI : 10.1073 / pnas.0604232103 . PMC 1502457 . PMID 16798872 .  
  109. ^ a b Haseltine CA, Kowalczykowski SC (май 2009 г.). «Архейный белок Rad54 ремоделирует ДНК и стимулирует обмен цепей ДНК с помощью RadA» . Исследования нуклеиновых кислот . 37 (8): 2757–70. DOI : 10.1093 / NAR / gkp068 . PMC 2677860 . PMID 19282450 .  
  110. ^ Rolfsmeier ML, Haseltine CA (март 2010). «Одноцепочечный ДНК-связывающий белок Sulfolobus solfataricus действует на пресинаптической стадии гомологичной рекомбинации». Журнал молекулярной биологии . 397 (1): 31–45. DOI : 10.1016 / j.jmb.2010.01.004 . PMID 20080104 . 
  111. ^ Хуанг Q, Лю L, Лю Дж, Ni J, She Q, Shen Y (2015). «Эффективная резекция 5'-3 'концов ДНК с помощью HerA и NurA важна для жизнеспособности клеток кренархея Sulfolobus islandicus» . BMC Molecular Biology . 16 : 2. DOI : 10,1186 / s12867-015-0030-Z . PMC 4351679 . PMID 25880130 .  
  112. Перейти ↑ Jain SK, Cox MM, Inman RB (август 1994). «О роли гидролиза АТФ в опосредованном белком RecA обмене цепей ДНК. III. Однонаправленная миграция ветвей и обширное образование гибридной ДНК». Журнал биологической химии . 269 (32): 20653–61. PMID 8051165 . 
  113. Перейти ↑ Ramesh MA, Malik SB, Logsdon JM (январь 2005 г.). «Филогеномный перечень мейотических генов; доказательства пола лямблий и раннего эукариотического происхождения мейоза». Текущая биология . 15 (2): 185–91. DOI : 10.1016 / j.cub.2005.01.003 . PMID 15668177 . S2CID 17013247 .  
  114. ^ a b Малик С.Б., Рамеш М.А., Хулстранд А.М., Логсдон Дж. М. (декабрь 2007 г.). «Протистские гомологи мейотического гена Spo11 и топоизомеразы VI демонстрируют эволюционную историю дупликации гена и клон-специфической потери» . Молекулярная биология и эволюция . 24 (12): 2827–41. DOI : 10.1093 / molbev / msm217 . PMID 17921483 . 
  115. ^ Лодиш Н, Берк А, Zipursky SL, Мацудаира Р, Балтимор D, Дарнелл J (2000). «Глава 8.5: Замена генов и трансгенные животные: ДНК переносится в эукариотические клетки различными способами». Молекулярная клеточная биология (4-е изд.). WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-3136-8.
  116. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 2007" . Нобелевский фонд . Проверено 15 декабря 2008 года .
  117. ^ Drummond DA, Silberg JJ, Мейер М., Вильке CO, Арнольд FH (апрель 2005). «О консервативном характере внутригенной рекомбинации» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (15): 5380–5. Bibcode : 2005PNAS..102.5380D . DOI : 10.1073 / pnas.0500729102 . PMC 556249 . PMID 15809422 .  
  118. ^ Блум JD, Silberg JJ, Вилька CO, Drummond Д.А., Ады C, Арнольд FH (январь 2005). «Термодинамическое предсказание белковой нейтральности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (3): 606–11. arXiv : q-bio / 0409013 . Bibcode : 2005PNAS..102..606B . DOI : 10.1073 / pnas.0406744102 . PMC 545518 . PMID 15644440 .  
  119. ^ a b Карбон М.Н., Арнольд Ф.Х. (август 2007 г.). «Конструирование путем гомологичной рекомбинации: изучение последовательности и функции внутри консервативной складки». Текущее мнение в структурной биологии . 17 (4): 454–9. DOI : 10.1016 / j.sbi.2007.08.005 . PMID 17884462 . 
  120. ^ Оти CR, Ландвер M, Endelman JB, Хираг K, Блум JD, Арнольд FH (май 2006). «Структурно-управляемая рекомбинация создает искусственное семейство цитохромов P450» . PLOS Биология . 4 (5): e112. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0040112 . PMC 1431580 . PMID 16594730 .  
  121. ^ Socolich M, беззамочные SW, Russ WP, Ли H, Гарднер KH, Ranganathan R (сентябрь 2005). «Эволюционная информация для определения складки белка». Природа . 437 (7058): 512–8. Bibcode : 2005Natur.437..512S . DOI : 10,1038 / природа03991 . PMID 16177782 . S2CID 4363255 .  
  122. ^ Тхуласиры HV, Эриксон HK, Полтер CD (апрель 2007). «Химеры двух изопреноидсинтаз катализируют все четыре реакции сочетания в биосинтезе изопреноидов». Наука . 316 (5821): 73–6. Bibcode : 2007Sci ... 316 ... 73T . DOI : 10.1126 / science.1137786 . PMID 17412950 . S2CID 43516273 .  
  123. Перейти ↑ Landwehr M, Carbone M, Otey CR, Li Y, Arnold FH (март 2007 г.). «Диверсификация каталитической функции в синтетическом семействе химерного цитохрома p450s» . Химия и биология . 14 (3): 269–78. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2007.01.009 . PMC 1991292 . PMID 17379142 .  
  124. ^ a b c Иглхарт Дж. Д., Серебряный Д. П. (июль 2009 г.). «Синтетическая летальность - новое направление в разработке лекарств от рака». Медицинский журнал Новой Англии . 361 (2): 189–91. DOI : 10.1056 / NEJMe0903044 . PMID 19553640 . 
  125. ↑ Fong PC, Boss DS, Yap TA, Tutt A, Wu P, Mergui-Roelvink M, Mortimer P, Swaisland H, Lau A, O'Connor MJ, Ashworth A, Carmichael J, Kaye SB, Schellens JH, de Bono JS (Июль 2009 г.). «Ингибирование поли (АДФ-рибозы) полимеразы в опухолях от носителей мутации BRCA». Медицинский журнал Новой Англии . 361 (2): 123–34. DOI : 10.1056 / NEJMoa0900212 . PMID 19553641 . 
  126. ^ Edwards SL, Бро R, Лорд CJ, Natrajan R, R Vatcheva, Levine Д.А., Boyd J, Reis-Filho JS, Ашуорт A (февраль 2008). «Устойчивость к терапии, вызванная внутригенной делецией в BRCA2». Природа . 451 (7182): 1111–5. Bibcode : 2008Natur.451.1111E . DOI : 10,1038 / природа06548 . PMID 18264088 . S2CID 205212044 .  

Внешние ссылки [ править ]

Ресурсы библиотеки о
гомологичной рекомбинации
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Ресурсы в других библиотеках
  • Анимации - гомологичная рекомбинация : анимации, показывающие несколько моделей гомологичной рекомбинации.
  • Гомологичная рекомбинация: Tempy & Trun : Анимация бактериального пути гомологичной рекомбинации RecBCD