Homolog rekombinasyon fonksiyonları, mekanizmaları ve uygulamaları

homolog rekombinasyon Genomun benzer veya özdeş bölümleri arasında DNA moleküllerinin değişimini içeren bir işlemdir. Hücreler, temel olarak genetik materyalde kırılmaların onarımı için homolog rekombinasyon kullanır, bu da popülasyonlarda genetik varyasyon üretir.

Genel olarak, homolog rekombinasyon, genetik materyalin homolog bölgeleri arasındaki fiziksel eşleşmeyi, ardından değişime uğrayacak olan zincirlerin kırılmasını ve son olarak kombine edilmiş yeni DNA moleküllerinin birleşmesini ifade eder..

DNA'daki kırılmalar, mümkün olduğu kadar çabuk ve verimli bir şekilde onarılmalıdır. Hasarlar tamir edilmediğinde, sonuçlar ciddi ve hatta ölümcül olabilir. Bakterilerde, homolog rekombinasyonun ana işlevi, genetik materyaldeki bu kırılmaları onarmaktır..

Homolog rekombinasyon, genomun stabilitesini sağlayan ana mekanizmalardan biri olarak kabul edilir. Yaşamın tüm alanlarında ve hatta virüslerde bulunur, bu yüzden muhtemelen yaşamın evriminde çok erken görünen hayati bir mekanizmadır..

indeks

• 1 Tarihsel bakış açısı
• 2 Homolog rekombinasyon nedir?
• 3 Homolog rekombinasyonun işlevleri ve sonuçları
  • 3.1 Bakterilerde
• 4 Mekanizma
  • 4.1 Sinapslar
  • 4.2 D döngüsünün eğitimi
  • 4.3 Holliday sendikalarının oluşumu
  • 4.4 İlgili Proteinler
• 5 Rekombinasyon süreçleriyle ilgili anormallikler
• 6 Rekombinasyon uygulamaları
• 7 Diğer rekombinasyon türleri
• 8 Kaynakça

Tarihsel bakış açısı

Gregor Mendel'in önerdiği en ilgili ilkelerden biri karakterlerin ayrılmasında bağımsızlıktır. Bu kanuna göre, farklı genler ebeveynlerden çocuklara bağımsız olarak geçer.

Bununla birlikte, 1900'de bu ilkeye ilişkin çok belirgin istisnaların varlığı açıktı. İngiliz genetik uzmanları Bateson ve Punnett, çoğu zaman belirli karakterlerin bir araya getirildiğini ve bu özellikler için Mendel'in belirttiği ilkenin geçerliliğinin olmadığını gösterdi..

Daha sonra araştırmalar, hücrelerin genetik materyali değiştirebildiği rekombinasyon işleminin varlığını açıklamayı başardı. Genlerin birlikte kaldığı durumlarda, genler arasındaki fiziksel yakınlık nedeniyle DNA değiş tokuş edilmedi..

Homolog rekombinasyon nedir?

Homolog rekombinasyon, iki kromozom arasındaki DNA sekanslarının fiziksel değişimini içeren hücresel bir fenomendir. Rekombinasyon, gen olarak bilinen bir dizi gen içerir rec. Bu sürece dahil olan farklı enzimler için kod.

DNA molekülleri, 100'den fazla baz çiftinden benzer veya aynı sekansları paylaştığında "homolog" kabul edilir. DNA, birbirinden farklı olabilecek küçük bölgelere sahiptir ve bu varyantlar alel olarak bilinir..

Canlılarda, tüm DNA'ların rekombinant DNA olduğu kabul edilir. Kromozomlar arasında genetik materyal değişimi, kromozomlardaki genleri karıştırıp yeniden düzenleyerek sürekli olarak gerçekleşir..

Bu süreç açıkça mayozda ortaya çıkar. Özellikle, ilk hücre bölünmesinde kromozomların eşleştirildiği fazda. Bu aşamada, kromozomlar arasında genetik materyal değişimi gerçekleşir..

Tarihsel olarak, bu süreç, Anglo-Saxon kelimesi kullanılarak literatürde tanımlanmıştır. üzerinden geçmek. Bu olay, homolog rekombinasyonun sonuçlarından biridir..

Frekansı üzerinden geçmek aynı kromozomun iki geninin arasında esas olarak ikisi arasındaki mesafeye bağlıdır; aralarındaki fiziksel mesafe ne kadar küçük olursa, değişimin sıklığı o kadar düşük olur..

Homolog rekombinasyonun işlevleri ve sonuçları

Genetik materyal, örneğin radyasyon gibi endojen ve eksojen kaynaklardan kaynaklanan hasarlara sürekli olarak maruz kalır..

İnsan hücrelerinin DNA'da günde onlarca ila yüzlerce önemli miktarda lezyon gösterdiği tahmin edilmektedir. Potansiyel zararlı mutasyonlar, replikasyon ve transkripsiyondaki tıkanmalar ve kromozomal düzeydeki hasarı önlemek için bu lezyonların onarılması gerekir.

Tıbbi açıdan bakıldığında, doğru şekilde onarılamayan DNA hasarı, tümörlerin ve diğer patolojilerin gelişmesine neden olur..

Homolog rekombinasyon, DNA'da onarım sağlayan, kayıp dizilerin geri kazanılmasını sağlayan, diğer DNA zincirini (homolog) bir şablon olarak kullanan bir olaydır.

Bu metabolik süreç, yaşamdaki tüm formlarda mevcuttur ve DNA, çift sarmallı kopmalar ve DNA zincirleri arasındaki çapraz bağların onarılmasını sağlayan yüksek doğrulukta bir mekanizma sağlar..

Rekombinasyonun en alakalı sonuçlarından biri, yeni genetik çeşitliliğin üretilmesidir. Mutasyonlarla birlikte, canlılarda çeşitlilik üreten iki süreçtir - varyasyonun evrimin hammaddesi olduğunu unutmayın..

Ayrıca, hasar görmüş çoğaltma çatallarını yeniden başlatmak için bir mekanizma sağlar.

Bakterilerde

Bakterilerde sık sık yatay gen aktarımı olayları vardır. Bunlar konjugasyon, transformasyon ve transdüksiyon olarak sınıflandırılır. Burada prokaryotlar, DNA'yı başka bir organizmadan ve hatta farklı türlerden alır..

Bu işlemler sırasında, alıcı hücre ve donör hücre arasında homolog rekombinasyon meydana gelir..

mekanizma

Homolog rekombinasyon, kromozomal DNA molekülünün ipliklerinden birinde kopma ile başlar. Bundan sonra, çoklu enzimler tarafından katalize edilen bir dizi adım meydana gelir..

Kesimin gerçekleştiği 3'ucu, çift homolog DNA zinciri tarafından istila edilir. İstila süreci çok önemli. "Homolog zinciri" ile, nükleotit sekansları aynı olmak zorunda olmasa da, aynı genlere sahip olan kromozomların kısımlarını doğrusal bir sırayla belirtmek istiyoruz..

sinaps

Telin bu istilası, birbirine benzeyen homolog kromozomları yerleştirir. Tel örgü karşılaşmasına bu fenomene sinaps denir (nöronlardaki sinapslarla karıştırılmamalıdır, burada terim başka bir anlamla kullanılır).

Sinaps, her iki homolog sekans arasında doğrudan bir temas anlamına gelmez, DNA, homolog kısmı bulana kadar bir süre hareket etmeye devam edebilir. Bu arama işlemine homolog uyum denir.

D döngüsünün oluşumu

Ardından, "iş parçacığının istilası" adlı bir olay meydana gelir. Bir kromozom, bir çift DNA sarmalıdır. Homolog rekombinasyonda iki kromozom, homolog sekanslarını arar. Sarmallardan birinde, teller ayrılır ve bu tel, çift sarmal yapıyı "istila eder" ve döngü D olarak adlandırılan yapıyı oluşturur..

D halkasının zinciri, kopma ve ipliği orjinal çift sarmalın tamamlayıcı ipliği ile eşleştiren telin işgali ile yerinden edilmiştir..

Holliday sendikalarının oluşumu

Bir sonraki adım, Holliday kavşaklarının oluşumu. Burada, değiş tokuş edilen ipliklerin uçları birbirine bağlanır. Bu birliktelik herhangi bir yöne hareket etme yeteneğine sahiptir. Sendika birçok kez kırılabilir ve oluşturulabilir.

Rekombinasyonun son işlemi bu kavşakların çözünürlüğüdür ve hücrenin bunu başarmasının iki yolu veya yolu vardır. Bunlardan biri, birliğin bölünmesi veya ökaryotik organizmaların tipik olarak çözünme adı verilen bir süreçtir..

İlk mekanizmada, Holliday birliğinin yıkılması iki zinciri yeniden üretiyor. Diğer “fesih” durumunda, sendikada bir tür çöküş meydana gelir.

İlgili proteinler

Rekombinasyon işleminin hayati bir proteini ökaryotik hücrelerde Rad51 ve Escherichia coli. Rekombinasyonun farklı aşamalarında çalışır: sinaps öncesi, sırası ve sonrasında.

Rad51 proteini istilacı DNA ve temperli DNA arasındaki fiziksel bağlantının oluşumunu kolaylaştırır. Bu işlemde heterodupleks DNA üretilir.

Rad51 ve bunun homologu RecA, homolog DNA arayışını ve DNA ipliklerinin değişimini katalize eder. Bu proteinler tek bantlı bir DNA'ya kooperatif olarak katılma yeteneğine sahiptir..

Rad55 ve Rad57 olarak adlandırılan Rad51'in (bir organizma soyunda gen çoğalması olaylarından kaynaklanan) paralojik genler de vardır. İnsanlarda, Rad51B, Rad51C, Rad51D, Xrcc2 ve Xrcc3 olarak adlandırılan beş Rad51 paralog geni tanımlanmıştır..

Rekombinasyon süreçleriyle ilgili anormallikler

Rekombinasyon kromozomlarda fiziksel bağlanma gerektirdiğinden, mayozda doğru ayrılmanın önemli bir adımıdır. Yeterli rekombinasyon gerçekleşmezse, sonuç önemli bir patoloji olabilir.

Kromozomların ayrılmaması veya ayrılmadaki hatalar, Down sendromuna neden olan kromozom 21 trizomisi gibi kromozom kökenli kökenli anormal ve anormal nedenlerin en sık nedenlerinden biridir..

Rekombinasyon genellikle oldukça kesin bir işlem olmasına rağmen, genomun tekrarlanan bölgeleri ve genom boyunca çoklu kopyaları olan genler, eğilimli elementlerdir. eşitsiz geçiş.

Bu melezleme, talasemi ve otizm gibi sık görülen hastalıklar dahil olmak üzere farklı klinik özellikler üretir..

Rekombinasyon uygulamaları

Moleküler biyologlar, farklı teknolojilerin yaratılması için homolog rekombinasyon mekanizmasının bilgisinden yararlanmıştır. Bunlardan biri organizma yaratılmasına izin veriyor "nakavt".

Bu genetiği değiştirilmiş organizmalar, ilgilenilen bir genin fonksiyonunu açıklamaya izin verir.

Oluşturulması için kullanılan metodolojilerden biri nakavt orijinal geni değiştirilmiş veya "hasar görmüş" bir versiyonla değiştiren spesifik genin ekspresyonunun bastırılmasından oluşur. Gen, homolog rekombinasyon yoluyla mutasyona uğramış versiyon için değiştirilir.

Diğer rekombinasyon türleri

Homolog veya meşru rekombinasyona ek olarak, başka türlerde genetik materyal değişimi vardır.

Malzemeyi değiştiren DNA bölgeleri alelik olmadığında (homolog kromozomlar) sonuç, genlerin çoğaltılması veya azalmasıdır. Bu işlem, homolog olmayan rekombinasyon veya eşit olmayan rekombinasyon olarak bilinir..

Birlikte, genetik materyal aynı kromozomun kardeş kromatitleri arasında da değiştirilebilir. Bu işlem hem mayotik hem mitotik bölünme içinde gerçekleşir ve eşit olmayan değişim olarak adlandırılır.

referanslar

1. Baker, T.A., Watson, J.D., & Bell, S.P. (2003). Genin moleküler biyolojisi. Benjamin-Cummings Yayın Şirketi.
2. Devlin, T.M. (2004). Biyokimya: Klinik uygulamaları olan ders kitabı. Geri döndüm.
3. Jasin, M., ve Rothstein, R. (2013). Homolog rekombinasyonla iplik kopması onarımı. Cold Spring Harbor biyolojide perspektifler, 5(11), a012740.
4. Li, X, ve Heyer, W.D. (2008). DNA onarımında homolog rekombinasyon ve DNA hasarı toleransı. Hücre araştırması, 18(1), 99-113.
5. Murray, P.R., Rosenthal, K.S., & Pfaller, M.A. (2017). Tıbbi mikrobiyoloji. Elsevier Sağlık Bilimleri.
6. Nussbaum, R.L., McInnes, R.R., & Willard, H.F. (2015). Thompson ve Thompson genetiği tıpta e-kitap. Elsevier Sağlık Bilimleri.
7. Virgili, R. O. ve Taboada, J.M. V. (2006). İnsan genomu: araştırma, tanı ve tedavide yeni gelişmeler. Editörler Barcelona Universitat.