7.10
Conversione genica
Oltre a mantenere la stabilità del genoma attraverso la riparazione del DNA, la ricombinazione omologa gioca un ruolo importante nella diversificazion…
A differenza della mitosi dove le rotture a doppio filamento sono accidentali, nella miosi, sono create da un enzima chiamato Spo11 che scinde la struttura del fosfodiestere. Le estremità elicoidali rotte sono tagliate da un complesso proteico chiamato MRX, e il danno è riparato da un processo chiamato conversione genica;il filamento di DNA accettore danneggiato invade un omologo DNA donatore duplex, per formare un anello di spostamento. Questo processo crea regioni di DNA eteroduplex dove un filamento del DNA donatore si accoppia con un filamento complementare di DNA accettore.
La DNA polimerasi estende il filamento invasore, e il D-loop esteso che si accoppia quindi con le tre 46.890:00:45.360 00:00:00 prime code libere. La sintesi del DNA del nuovo filamento risulta nella formazione di un intermedio con due strutture a quattro filamenti chiamate giunzioni Holliday. Questo intermedio a doppia giunzione di Holliday è risolto dagli enzimi di riparazione del DNA chiamati resolvasi;ci sono due orientazioni in cui le giunzioni possono essere segmentate:nella prima, la resolvasi intacca ogni giunzione orizzontalmente in modo che i filamenti parentali siano ancora intatti;questo risulta in un prodotto non-crossover chiamato così perché i filamenti dopo la rottura rimangono con il loro partner originale, e non c'è uno scambio maggiore tra i filamenti del donatore e dell'accettore.
In alternativa, se la scissione avviene verticalmente, le regioni che fiancheggiano il danno vengono commutate portando ad un prodotto di crossover, dove il filamento donatore che segue la rottura si ricombinerà con il filamento accettore. La conversione genica ha un impatto significativo sulla diversità genomica. Negli organismi che si riproducono sessualmente, la prole eredita, un insieme di geni dal padre e un insieme dalla madre.
Gli insiemi del DNA parentale si ricombinano ed i cromatidi fratelli subiscono la conversione del gene;questo risulta in una prole che ha nuovi cromosomi rispetto a quelli dei genitori.
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.