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Die ortsspezifische Rekombination ist eine Art des genetischen Austauschs, bei dem spezialisierte Enzyme, die als ortsspezifische Rekombinasen bezeichnet werden, die Bewegung von DNA-Abschnitten zwischen definierten Stellen katalysieren, die eine gemeinsame Sequenzhomologie aufweisen.
Bei solchen Bewegungen werden die auszutauschenden Regionen typischerweise von einem Paar symmetrischer Sequenzen flankiert, die aus doppelsträngiger DNA von etwa 20 bis 30 Basenpaaren bestehen.
Die spezialisierten Enzyme, die als Rekombinasen bezeichnet werden und an diese Sequenzen binden, können zu den Rekombinasefamilien Serin oder Tyrosin gehören. Die Familien haben entweder einen Serin- oder einen Tyrosinrest am aktiven Zentrum des Enzyms und verwenden unterschiedliche Mechanismen.
Bei der Serinrekombinase binden die Untereinheiten zunächst spezifisch an ihre neuen Erkennungssequenzen und bilden so einen synaptischen Komplex. Dann greift das Serin des aktiven Zentrums das Phosphodiester-DNA-Rückgrat im Zentrum dieser Sequenzen an und erzeugt Bruchpunkte, die als Crossover-Stellen bekannt sind.
Als nächstes werden Serin-Rekombinasen alle beteiligten DNA-Helices durchtrennt, bevor der Strangaustausch fortgesetzt wird.
Im Gegensatz dazu binden Tyrosin-Rekombinasen auf die gleiche Weise, schneiden und verbinden jedoch jeweils einen Strang des DNA-Duplex. Der Tyrosinrest bindet dann kovalent an das 3'-Ende des gespaltenen Strangs, während die freien 5'-Hydroxylgruppen die Protein-DNA-Bindung angreifen und ein Zwischenprodukt des Holliday-Übergangs bilden.
Dieses komplexe Muster ist das erste Crossover-Ereignis. Wenn dann die verbleibenden DNA-Stränge gespalten und durch die Rekombinase-Untereinheiten im zweiten Ereignis ausgetauscht werden, wird die Holliday-Verbindung in die rekombinanten Produkte aufgelöst.
Es gibt drei mögliche Ergebnisse von Rekombinationsereignissen wie diesen.
Die erste ist die Integration, bei der ein zirkuläres DNA-Molekül in eine zweite, lineare DNA eingefügt wird.
Wenn sich beide Stellen auf demselben DNA-Molekül befinden, könnte das zweite Ergebnis die Exzision sein, bei der der ausgeschnittene Teil der DNA einfach entfernt wird, um sich an anderer Stelle im Genom zu integrieren.
Im dritten Szenario, wenn sich die Inzisionsstellen in entgegengesetzter Ausrichtung befinden, kann es zu einer Inversion kommen - bei der der DNA-Abschnitt entfernt und dann in der entgegengesetzten Ausrichtung wieder integriert wird.
Ein gut untersuchtes Beispiel für dieses Phänomen ist die ortsspezifische Inversion eines Chromosomenabschnitts des Bakteriums Salmonella, die es ihm ermöglicht, je nach Umgebung zwei verschiedene Arten des Proteins Flagellin zu produzieren, und dieser Prozess wird als Phasenvariation bezeichnet.
Da die DNA-Segmente auf richtungsspezifische Weise geschnitten und neu organisiert werden, hat sich die ortsspezifische Rekombination als effiziente T…
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