Bookshelf

modele de recombinare omoloagă

constatarea că recombinarea are loc prin spargere și reintroducere ridică o întrebare critică: cum pot fi rupte două molecule de ADN parental exact în același punct, astfel încât să se poată reuni fără mutații rezultate din câștigul sau pierderea nucleotidelor la punctul de rupere? În timpul recombinării între molecule de ADN omoloage (recombinare omoloagă generală), această aliniere este asigurată, deloc surprinzător, prin asocierea bazelor între catenele complementare de ADN (figura 5.30). Șuvițele unice suprapuse sunt schimbate între moleculele de ADN omoloage, ducând la formarea unei regiuni heteroduplex, în care cele două șuvițe ale helixului dublu recombinant sunt derivate din părinți diferiți. Dacă Regiunea heteroduplex conține o diferență genetică, rezultatul este o singură moleculă de ADN descendent care conține doi markeri genetici. În unele cazuri, bazele greșite într-un heteroduplex pot fi recunoscute și corectate prin sisteme de reparare a nepotrivirii, așa cum s-a discutat în secțiunile precedente ale acestui capitol. Dovezile genetice pentru formarea și repararea unor astfel de regiuni heteroduplex, obținute în studiile de recombinare atât în ciuperci, cât și în bacterii, au condus la dezvoltarea unui model molecular de recombinare în 1964. Acest model, cunoscut sub numele de modelul Holliday (după Robin Holliday), a continuat să ofere baza gândirii actuale despre mecanismele de recombinare, deși a fost modificat pe măsură ce au fost obținute date noi.

figura 5.30

recombinare omoloagă prin asocierea complementară a bazelor. ADN-urile parentale sunt rupte în locuri eșalonate, iar regiunile monocatenare suprapuse sunt schimbate prin asocierea bazei cu secvențe omoloage. Rezultatul este o regiune heteroduplex, în care cele două (mai mult…)

Versiunea originală a modelului Holliday a propus că recombinarea este inițiată prin introducerea de nicks în aceeași poziție pe cele două molecule de ADN parental (figura 5.31). Catenele ADN crestate se desfac parțial și fiecare invadează cealaltă moleculă prin asocierea cu catena complementară neîntreruptă. Ligarea firelor rupte produce apoi un intermediar încrucișat, cunoscut sub numele de joncțiune Holliday, adică intermediarul central în recombinare. Demonstrarea directă a joncțiunilor Holliday prin microscopie electronică a oferit un suport clar pentru acest model de recombinare (figura 5.32).

figura 5.31

modelul Holliday pentru recombinare omoloagă. Poreclele cu un singur fir sunt introduse în aceeași poziție pe ambele molecule parentale. Firele crestate se schimbă apoi prin împerecherea bazei complementare, iar ligarea produce un intermediar încrucișat numit (mai mult…)

figura 5.32

identificarea joncțiunilor Holliday prin microscopie electronică. Micrografie electronică a unei joncțiuni Holliday care a fost detectată în timpul recombinării ADN-urilor plasmide în E. coli. Un desen interpretativ al structurii este prezentat mai jos. Molecula ilustrează (mai mult…)

odată ce se formează o joncțiune Holliday, aceasta poate fi rezolvată prin tăierea și reintroducerea firelor încrucișate pentru a produce molecule recombinante (figura 5.33). Acest lucru poate apărea în două moduri diferite, în funcție de orientarea joncțiunii Holliday, care poate forma cu ușurință doi izomeri diferiți. În izomerul rezultat din schimbul inițial de fire, firele încrucișate sunt cele care au fost tăiate la începutul procesului de recombinare. Cu toate acestea, rotația simplă a acestei structuri produce un izomer diferit în care sunt încrucișate firele parentale neîntrerupte. Rezoluția acestor izomeri diferiți are consecințe genetice distincte. În primul caz, moleculele descendente au regiuni heteroduplex, dar nu sunt recombinante pentru ADN-ul care flancează aceste regiuni. Cu toate acestea, dacă are loc izomerizarea, tăierea și reintroducerea firelor încrucișate are ca rezultat molecule descendente care sunt recombinante pentru ADN care flancează regiunile heteroduplex. Structura joncțiunii Holliday oferă astfel posibilitatea de a genera atât heteroduplexuri recombinante, cât și nonrecombinante, în concordanță cu datele genetice pe care s-a bazat modelul Holliday.

figura 5.33

Izomerizarea și rezoluția joncțiunilor Holliday. Joncțiunile Holliday sunt rezolvate prin tăierea și reintroducerea firelor încrucișate. Dacă joncțiunea Holliday formată de schimbul inițial de fire este rezolvată, descendenții rezultați sunt heteroduplexuri dar (mai mult…)

o modificare a modelului Holliday, propusă în 1975, elimină o potențială dificultate cu propunerea inițială—și anume, cum pot fi ciupite simultan ambele molecule parentale în aceeași poziție pentru a iniția recombinarea? În această versiune modificată, recombinarea este inițiată de un nick în doar una dintre moleculele parentale (figura 5.34). Catena crestată este apoi deplasată, iar Catena unică rezultată invadează cealaltă moleculă parentală prin asocierea bazei omoloage. Acest proces produce o buclă deplasată de ADN, care poate fi apoi scindată și unită cu cealaltă moleculă parentală. Rezultatul este o joncțiune Holliday cu catenă încrucișată, care poate fi rezolvată în molecule heteroduplex recombinante sau nerecombinante, așa cum s-a descris deja.

Figura 5.34

inițierea recombinării prin tăierea unei singure molecule parentale. Catena ADN crestată invadează cealaltă moleculă parentală prin împerecherea bazei omoloage, deplasând astfel o buclă monocatenară de ADN. Această buclă este apoi scindată și se împerechează cu prima (mai mult…)

încă o altă modificare a modelului Holliday sugerează că recombinarea este inițiată de o pauză cu două fire, mai degrabă decât de o nick cu un singur fir. Exonucleazele de la locul pauzei generează apoi cozi monocatenare, care pot invada o moleculă dublă catenară omologă. Din nou, rezultatul este o joncțiune Holliday, care poate fi rezolvată pentru a produce heteroduplexuri recombinante sau nerecombinante. Acest model de reparare a pauzelor cu două fire pare a fi aplicabil în special recombinării meiotice în drojdii.

alternativele Multiple pot explica astfel etapele inițiale ale recombinării între două molecule de ADN, iar detaliile mecanismelor de recombinare, în special în celulele eucariote, nu au fost complet elucidate. Dar joncțiunea Holliday încrucișată, generată de schimbul de fire care duce la formarea unei regiuni heteroduplex, rămâne intermediarul central în luarea în considerare a procesului de recombinare.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *