7.10
Conversão genética
Além de manter a estabilidade do genoma através do reparo do DNA, a recombinação homóloga desempenha um papel importante na diversificação do genoma.…
Ao contrário da mitose onde as ruturas da fita-dupla são acidentais, na meiose, são criadas por uma enzima chamada Spo11 que cliva a espinha dorsal do fosfodiéster. As extremidades helicoidais quebradas são aparadas por um complexo de proteína chamado MRX, e o dano é reparado por um processo chamado conversão do gene. Aqui a fita adutora danificada do DNA invade um duplex de DNA homólogo doador para formar um loop de deslocamento.
Isto cria regiões de DNA heteroduplex onde uma vertente do DNA doador emparelha com uma vertente complementar do DNA recetor. A DNA polimerase estende a fita invasora, e o D-loop estendido então se emparelha com a cauda de 3 primes livres. A síntese de DNA na vertente recém-capturada resulta na formação de um intermediário com duas estruturas de quatro fios chamadas junções de Holliday.
Esta junção de Holliday dupla intermediária é resolvida por enzimas de reparo do DNA chamadas resolvases, e há duas orientações em que as junções podem ser clivadas. Na primeira, a resolvase entalha cada junção horizontalmente de modo que os fios parentais ainda estão intactos. Isso resulta em um produto não-crossover nomeado porque os fios após a rutura remanescem com seu sócio original, e lá não é nenhum cruzamento principal sobre dos doadores e recetores.
Alternativamente, se a clivagem ocorre verticalmente as regiões flanqueando os danos são comutados levando a um produto cruzado, onde a vertente doadora após a rutura combina 00:01:39.720 00:01 42.340 com a vertente recetora. A conversão gênica tem um impacto significativo na diversidade genómica. Em organismos sexualmente reprodutores, a prole herda um conjunto dos genes do pai e um conjunto da mãe.
Os conjuntos DNA parental recombinam-se, e as cromatinas irmãs submetem-se à conversão gênica. Isto resulta na prole que tem cromossomas novos comparados àqueles dos pais.
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.