Незаконная рекомбинация - Википедия - Illegitimate recombination

Негомологичный конец присоединяется к процессу неправомерной рекомбинации по сравнению с событием рекомбинации, управляемой гомологией.

Незаконная рекомбинация, или же негомологичная рекомбинация, представляет собой процесс, при котором два несвязанных двухцепочечных сегмента ДНК объединены. 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, которым это произойдет, - это ремонтный механизм известный как негомологичное соединение концов (NHEJ).[1]

Открытие

Незаконная рекомбинация - это естественный процесс, впервые обнаруженный внутри Кишечная палочка. Было обнаружено, что сегмент ДНК из 700-1400 пар оснований встроился в гал и лак опероны, приводящие к сильному полярному мутация.[2] Затем было обнаружено, что этот механизм обладает способностью вставлять другие короткие генетические последовательности в другие места внутри бактериальной клетки. геном 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 старта и остановки, которые изменяли регуляцию соседних генов, что приводило к изменениям количества транскрипции. Что отличает эту форму генетической рекомбинации от тех, которые зависят от генетической гомологии, так это то, что процесс, рассматриваемый как незаконный, не требует использования гомологичный сегменты ДНК. Хотя в то время это не было полностью понято, было признано, что он обладает потенциалом в создании изменений в хромосомной эволюции.[3]

Механизм

У прокариот

У прокариот незаконная рекомбинация приводит к мутации генетической последовательности прокариот. Этот процесс принимает разные формы в эукариоты один из которых - удаления. 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 трансдукция генетического материала из бактериофаг. 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, так как он не связан с гомологией.[3]

У эукариот

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 таким образом, что удаляются все неправильные или поврежденные нуклеотиды. Как только это произойдет, пряди могут стать перевязанный вместе, так что они представляют собой одну нить ДНК, которая раньше не была смежной. Этот процесс является обычным для эукариотических клеток и имеет тенденцию действовать как механизм восстановления, но может привести к этим мутациям, если происходит незаконная рекомбинация. Нелегитимная 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

Незаконная рекомбинация часто оказывает вредное 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

Незаконная рекомбинация - это инструмент, который можно использовать в лаборатории, а также полезный инструмент исследования. Незаконная рекомбинация может генерировать случайный мутагенез для того, чтобы произвести случайное изменение генетической последовательности организма.[6] Индукция этого мутагенеза позволяет изучать 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.

Рекомендации

  1. ^ Уилсон TE (2006). «Негомологичное соединение концов: механизмы, сохранение и отношение к незаконной рекомбинации.». В Aguilera A, Rothstein R (ред.). Молекулярная генетика рекомбинации. Темы современной генетики. Берлин, Гейдельберг: Springer. стр.487 –513. Дои:10.1007/978-3-540-71021-9_17. ISBN  978-3-540-71020-2.
  2. ^ Шерратт Д. (июль 1978 г.). «Незаконная рекомбинация узаконена». Природа. 274 (5668): 213–4. Дои:10.1038 / 274213a0. PMID  355886.
  3. ^ а б Вайсберг Р.А., Адхья С. (декабрь 1977 г.). «Незаконная рекомбинация у бактерий и бактериофагов». Ежегодный обзор генетики. 11 (1): 451–73. Дои:10.1146 / annurev.ge.11.120177.002315. PMID  339822.
  4. ^ Эрлих С.Д., Бирн Х., д'Алансон Э., Вилетт Д., Петранович М., Нуаро П., Мишель Б. (декабрь 1993 г.). «Механизмы нелегитимной рекомбинации». Ген. 135 (1–2): 161–6. Дои:10.1016/0378-1119(93)90061-7. PMID  8276254.
  5. ^ Цукман-Росси Дж., Легоикс П., Виктор Дж. М., Лопес Б., Томас Дж. (Сентябрь 1998 г.). «Транслокация хромосом на основе незаконной рекомбинации в опухолях человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 95 (20): 11786–91. Дои:10.1073 / pnas.95.20.11786. ЧВК  21718. PMID  9751743.
  6. ^ Хаттак Ф.А., Кумар А., Камаль Э., Куниш Р., Левин А. (сентябрь 2012 г.). «Незаконная рекомбинация: эффективный метод случайного мутагенеза у Mycobacterium avium subsp. Hominissuis». BMC Microbiology. 12: 204. Дои:10.1186/1471-2180-12-204. ЧВК  3511198. PMID  22966811.