7.10
Conversion des gènes
Outre le maintien de la stabilité du génome via la réparation de l’ADN, la recombinaison homologue joue un rôle important dans la diversification du g…
Contrairement à la mitose où les cassures double brin sont accidentelles, en méiose, elles sont créées par une enzyme appelée Spo11, qui clive le squelette phosphodiester. Les extrémités hélicoïdales brisées sont coupées par un complexe protéique appelé MRX et les dommages sont réparés par un processus appelé conversion de gènes.
Ici, le brin d’ADN « accepteur » endommagé envahit un duplex d’ADN « donneur » homologue pour former une boucle de déplacement. Cela crée des régions d’ADN hétéroduplex où un brin de l’ADN du donneur s’apparie à un brin complémentaire de l’ADN accepteur.
L’ADN polymérase étend le brin envahisseur, et la boucle D étendue s’apparie ensuite à la queue libre de 3′. La synthèse de l’ADN au niveau du brin nouvellement capturé entraîne la formation d’un intermédiaire avec deux structures à quatre brins appelées jonctions Holliday.
Cette double jonction de Holliday intermédiaire est résolue par des enzymes de réparation de l’ADN appelées résolvases et il existe deux orientations dans lesquelles les jonctions peuvent être clivées. Dans le premier, le résolvase entaille chaque jonction horizontalement de sorte que les brins parentaux sont toujours intacts.
Il en résulte un produit non croisé, nommé parce que les brins après la rupture restent avec leur partenaire d’origine, et qu’il n’y a pas de croisement majeur des brins donneur et accepteur.
Alternativement, si le clivage se produit verticalement, les régions flanquant les dommages sont commutées, ce qui conduit à un produit de croisement, où le brin donneur après la rupture se recombine avec le brin accepteur.
La conversion génique a un impact significatif sur la diversité génomique. Chez les organismes à reproduction sexuée, la progéniture hérite d’un ensemble de gènes du père et d’un ensemble de gènes de la mère.
Les ensembles d’ADN parentaux se recombinent et les chromatides sœurs subissent une conversion génétique. Il en résulte que la progéniture a de nouveaux chromosomes par rapport à ceux des parents.
Q1: How does gene conversion repair double-strand breaks during meiosis?
Gene conversion repairs double-strand breaks created by Spo11 enzyme during meiosis. The damaged acceptor DNA strand invades a homologous donor DNA duplex, forming a displacement loop. DNA polymerase extends the invading strand, creating heteroduplex DNA regions where donor and acceptor strands pair. This process ultimately resolves into either crossover or non-crossover products through Holliday junction cleavage.
Q2: What are Holliday junctions and how are they resolved?
Holliday junctions are four-strand DNA structures formed during gene conversion when the extended D-loop pairs with the free 3' tail. Two Holliday junctions create an intermediate structure that resolvase enzymes cleave in two possible orientations. Horizontal cleavage produces non-crossover products where parental strands remain intact, while vertical cleavage generates crossover products with recombined donor and acceptor strands.
Q3: What is the difference between crossover and non-crossover products in gene conversion?
Non-crossover products result from horizontal Holliday junction cleavage, keeping parental strands with their original partners without major strand exchange. Crossover products arise from vertical cleavage, causing regions flanking the damage to switch, so donor strands recombine with acceptor strands. Both outcomes contribute to genomic diversity but through different recombination patterns.
Q4: How does gene conversion contribute to genomic diversity in offspring?
Gene conversion increases genomic diversity by recombining parental DNA sets during meiosis. Offspring inherit one gene set from each parent, and sister chromatids undergo gene conversion, creating novel chromosomes different from either parent. This recombination of sequences forms the molecular basis of genomic evolution, generating new amalgamated sequences that determine cell fitness and survival.
Q5: What role do the MRX protein complex and Spo11 enzyme play in gene conversion?
Spo11 enzyme deliberately creates double-strand breaks during meiosis by cleaving the phosphodiester backbone, unlike accidental breaks in mitosis. The MRX protein complex then trims the broken helical ends, preparing them for repair. Together, these proteins initiate the gene conversion process that repairs damage while promoting genetic recombination and diversity.
Q6: What is heteroduplex DNA and how does it form during gene conversion?
Heteroduplex DNA forms when a strand from donor DNA pairs with a complementary strand from acceptor DNA during gene conversion. This occurs after the acceptor strand invades the donor duplex and creates a displacement loop. The heteroduplex regions represent mismatched base pairing between the two DNA sources, which DNA polymerase extends to complete the repair process.
Q7: How do alleles and phenotypes change through gene conversion in offspring?
Gene conversion alters the distribution of alleles between homologous chromosomes, changing a gene's form or manifestation in offspring. Minor sequence differences between homologous chromosomes don't affect gene function but determine which allele is expressed. For example, a hair color gene's allele determines whether hair is black, blonde, or red, and gene conversion redistributes these allelic variants among offspring.