Незаконная рекомбинация или негомологичная рекомбинация - это процесс, с помощью которого соединяются два неродственных двухцепочечных сегмента ДНК . Эта вставка генетического материала, который не должен быть смежным, имеет тенденцию приводить к нарушению генов, в результате чего белок, который они кодируют, не экспрессируется должным образом. Один из основных путей, с помощью которого это будет происходить, - это механизм репарации, известный как негомологичное соединение концов (NHEJ). [1]
Открытие [ править ]
Незаконная рекомбинация - это естественный процесс, впервые обнаруженный внутри E. coli . Было обнаружено, что сегмент ДНК из 700-1400 пар оснований встроился в опероны gal и lac, что привело к сильной полярной мутации . [2] Затем было обнаружено, что этот механизм обладает способностью вставлять другие короткие генетические последовательности в другие участки бактериального генома.часто приводит к изменению экспрессии соседних генов. Часто это приводит к тому, что соседние гены просто отключаются. Однако некоторые из этих сегментов также имели сильные сигналы запуска и остановки, которые изменяли регуляцию соседних генов, что приводило к изменениям количества транскрипции. Что отличает эту форму генетической рекомбинации от зависимой от генетической гомологии, так это то, что процесс, рассматриваемый как незаконный, не требует использования гомологичных сегментов ДНК. Хотя в то время это не было полностью изучено, было признано, что он обладает потенциалом в создании изменений в хромосомной эволюции. [3]
Механизм [ править ]
У прокариот [ править ]
У прокариот незаконная рекомбинация приводит к мутации генетической последовательности прокариота . У эукариот этот процесс принимает разные формы, одна из которых - делеции. При делеционной мутации прокариотический организм подвергается незаконной рекомбинации, что приводит к удалению непрерывного сегмента генетического кода. Однако эта форма мутации нечасто встречается среди мутантов естественного происхождения, а не среди тех, которые были индуцированы. Незаконная рекомбинация также может происходить из-за трансдукции генетического материала от бактериофага.. В этом случае бактериофаг вставит свой генетический материал в бактерии, чтобы он был вставлен в бактериальный геном в какой-то момент, независимо от генетической гомологии. Другая форма незаконной рекомбинации у прокариот - это дупликационные мутации генома. В этом случае часть родительского генома многократно вставляется в геном. Эта дупликация либо вставляет генетический материал в той же ориентации, либо в противоположность исходным родительским сегментам, поскольку он не связан с гомологией. [3]
У эукариот [ править ]
Механизм незаконной рекомбинации - это негомологичное соединение концов, при котором две нити ДНК, не обладающие гомологией, будут соединены вместе механизмом репарации генов. При распознавании двухцепочечного разрыва белковый комплекс будет удерживать две цепи в достаточно близком расстоянии, чтобы обеспечить восстановление цепей. Затем концы ДНК восстанавливаются, так что все неправильные или поврежденные нуклеотиды удаляются. Как только это произойдет, нити можно перевязать.вместе, так что они представляют собой одну цепь ДНК, которая раньше не была смежной. Этот процесс является общим для эукариотических клеток и имеет тенденцию действовать как механизм восстановления, но может привести к этим мутациям, если происходит незаконная рекомбинация. Незаконная рекомбинация часто принимает форму больших хромосомных аберраций внутри эукариотического организма, поскольку он имеет гораздо большие сегменты ДНК, чем прокариотические клетки. Такое негомологичное соединение концов может вызвать незаконную рекомбинацию, которая создает инсерционные и делеционные мутации в хромосомах, а также транслокацию одного хромосомного сегмента в сегмент другой хромосомы. Эти крупномасштабные изменения в хромосоме у эукариотических организмов, как правило, оказывают пагубное воздействие на организм, а не дают какое-то генетическое преимущество. [4]
Вредное воздействие на организмы [ править ]
Незаконная рекомбинация часто оказывает пагубное воздействие на организм, поскольку приводит к крупномасштабным изменениям генетической последовательности организма. Эти изменения приведут к мутациям, поскольку соединение ДНК, не основанное на гомологии, чаще всего приводит к размещению генетических элементов в местах, в которых они ранее не были размещены. Это может нарушить функцию генов, которые могут иметь важное значение для функционирования организма. В случае рака было обнаружено, что опухоли могут быть результатом незаконной рекомбинации, приводящей к образованию шпильки, которая изменяет функцию гена в геноме опухолевых клеток. [5]
Приложения [ править ]
Незаконная рекомбинация - это инструмент, который можно использовать в лаборатории, а также полезный инструмент исследования. Незаконная рекомбинация может вызвать случайный мутагенез , чтобы вызвать случайное изменение генетической последовательности организма. [6] Индукция этого мутагенеза позволяет изучить генетическую последовательность путем создания мутации в генетическом сегменте, изменяющей функцию этого генетического сегмента. Это позволяет изучать функцию генов посредством анализа различий между мутантами и естественными организмами, чтобы понять, с каким процессом связан ген.
Ссылки [ править ]
- ^ Wilson TE (2006). «Негомологичное соединение концов: механизмы, сохранение и связь с незаконной рекомбинацией». В Aguilera A, Rothstein R (ред.). Молекулярная генетика рекомбинации . Темы современной генетики. Берлин, Гейдельберг: Springer. стр. 487 -513. DOI : 10.1007 / 978-3-540-71021-9_17 . ISBN 978-3-540-71020-2.
- ^ Sherratt D (июль 1978). «Незаконная рекомбинация узаконена». Природа . 274 (5668): 213–4. DOI : 10.1038 / 274213a0 . PMID 355886 .
- ^ Б Вайсберг RA, Adhya S (декабрь 1977). «Незаконная рекомбинация у бактерий и бактериофагов». Ежегодный обзор генетики . 11 (1): 451–73. DOI : 10.1146 / annurev.ge.11.120177.002315 . PMID 339822 .
- ^ Эрлиха С.Д., Bierne Н, д Аленсон Е, Vilette Д, Petranovic М, Noirot Р, Мишель Б (декабрь 1993). «Механизмы незаконной рекомбинации». Джин . 135 (1–2): 161–6. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (93) 90061-7 . PMID 8276254 .
- ^ Zucman-Rossi J, Legoix P, Виктор JM, Lopez B, Thomas G (сентябрь 1998). «Хромосомная транслокация на основе незаконной рекомбинации в опухолях человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (20): 11786–91. DOI : 10.1073 / pnas.95.20.11786 . PMC 21718 . PMID 9751743 .
- ^ Хаттака FA, Kumar A, E Камаль, Kunisch R, Lewin A (сентябрь 2012). «Незаконная рекомбинация: эффективный метод случайного мутагенеза в Mycobacterium avium subsp. Hominissuis» . BMC Microbiology . 12 : 204. DOI : 10,1186 / 1471-2180-12-204 . PMC 3511198 . PMID 22966811 .
