Recombinación conservadora específica del sitio y variación de fase

La recombinación de sitios específicos es un tipo de intercambio genético en el que enzimas especializadas llamadas recombinasas específicas de sitios catalizan el movimiento de secciones de ADN entre sitios definidos que comparten alguna homología de secuencia.

Cuando se producen movimientos como estos, las regiones a intercambiar suelen estar flanqueadas por un par de secuencias simétricas compuestas por ADN bicatenario de alrededor de 20 a 30 pares de bases de largo.

Las enzimas especializadas llamadas recombinasas que se unen a estas secuencias pueden pertenecer a las familias de recombinasas de serina o tirosina. Las familias tienen un residuo de serina o tirosina en el sitio activo de la enzima y emplean mecanismos distintos.

En el caso de la serina recombinasa, las subunidades primero se unen específicamente a sus nuevas secuencias de reconocimiento, formando un complejo sináptico. Luego, el sitio activo serina ataca la columna vertebral del ADN fosfodiéster en el centro de estas secuencias creando puntos de ruptura conocidos como sitios cruzados.

A continuación, las recombinasas de serina cortarán todas las hélices de ADN involucradas antes de que se produzca el intercambio de hebras.

Por el contrario, las recombinasas de tirosina se unen de la misma manera, pero cortan y unen una hebra del dúplex de ADN a la vez. Luego, el residuo de tirosina se une covalentemente con el extremo 3' de la hebra escindida, mientras que los grupos hidroxilo 5' libres atacan el enlace proteína-ADN, formando un intermediario de unión de Holliday.

Este patrón complejo es el primer evento cruzado. Luego, cuando las hebras de ADN restantes se escinden e intercambian por las subunidades recombinasas en el segundo evento, la unión de Holliday se resuelve en los productos recombinantes.

Hay tres posibles resultados de eventos de recombinación como estos.

La primera es la integración, en la que una molécula de ADN circular se inserta en una segunda molécula de ADN lineal.

Cuando ambos sitios están en la misma molécula de ADN, el segundo resultado podría ser la escisión, donde la parte del ADN cortado simplemente se elimina, libre de integrarse en otras partes del genoma.

En el tercer escenario, si los sitios de incisión están en orientaciones opuestas, puede ocurrir una inversión, donde la sección de ADN se extrae y luego se vuelve a integrar en la orientación opuesta.

Un ejemplo bien estudiado de este fenómeno es la inversión específica de un segmento cromosómico de la bacteria Salmonella, que le permite producir dos tipos diferentes de la proteína flagelina dependiendo del entorno, y este proceso se denomina variación de fase.