7.8: Гомологичная рекомбинация

Основная реакция гомологичной рекомбинации (HR) включает две хроматиды, которые содержат последовательности ДНК, имеющие значительную степень идентичности. Одна из этих последовательностей использует цепь другой в качестве матрицы для синтеза ДНК в реакции, катализируемой ферментом. Конечный продукт представляет собой новое объединение двух субстратов. Чтобы гарантировать точную рекомбинацию последовательностей, HR ограничивается фазами S и G2 клеточного цикла. На этих стадиях ДНК уже реплицирована, и вероятность наличия идентичной или сходной последовательности ДНК на сестринском хроматиде высока. Таким образом, время репарации предотвращает рекомбинацию между неидентичными последовательностями. Это критическая особенность HR, особенно во время рекомбинации последовательностей родительской ДНК у потомства, когда дефектный HR может привести к потере всего гена и окружающей хромосомной области.

Точное восстановление, обеспечиваемое HR, применяется в методах редактирования генов. HR — самый ранний метод, который использовался для редактирования геномов в живых клетках. Система CRISPR-Cas9 используется для создания целенаправленных двухцепочечных разрывов для коррекции мутаций в геноме, вызывающих заболевания. Выделенные фрагменты поглощаются клетками, где они могут рекомбинировать с клеточной ДНК и заменять целевой участок генома. Механизмы HR управляют восстановлением разрывов и их точной рекомбинацией с клеточным геномом. Чтобы помочь белкам HR локализоваться точно в местах двухцепочечных разрывов, белки Cas9 сливаются с эффекторными белками HR, которые могут рекрутировать белки восстановления в поврежденных участках. Исследования показали, что слияние Cas9 с такими белками, как CtIP, Rad52 и Mre11, может увеличить события HR в клетке в два раза, препятствуя при этом негомологическому соединению концов. Такое применение HR в редактировании генома может произвести революцию в генной терапии и обеспечить лечение генетических заболеваний, которые в настоящее время считаются неизлечимыми.

Важное требование репликации ДНК поддержание целостности генетического материала. По этой причине двухцепочечные разрывы ремонтируются в первую очередь по гомологичной рекомбинации. И это обычно происходит после синтеза ДНК, Когда две дочерние ДНК-молекулы находятся в непосредственной близости и могут служить шаблоном для ремонта друг-друга.

В эукариотах, белковый комплекс MRN, состоящий из специализированной нуклеазы, деградирует поврежденые концы ДНК, пока концы привязаны друг к другу. ДНК оставлена с одной провисающей цепью длиной от трех до четырех нуклеотидов с тремя прайм-ОН концами. Одноцепочечный участок стабилизируется белками RPA пока RAD51, гомолог прокариотического белка RecA активируется ATФ и связывается с ДНК формируя филамент.

В филаменте ДНК существует как триплеты нуклеотидов Где позвоночник"ДНК разматывается между смежными тройками. Эта белковая нить ДНК связывается с дуплексной ДНК от сестринского хроматида растягивание неповрежденного шаблона ДНК и дестабилизируя его, чтобы обе цепи можно было легко растянуть и повреждённая цепь может попытаться привязаться к шаблон в процессе, известном как вторжение цепи. Вторгающаяся цепочка ищет неповрежденные последовательности в геномной ДНК, пытаясь сформировать пару оснований в блоке из трех нуклеотидов.

Если основание попарно не соответствуют, вторгающаяся ДНК диссоциирует и ищет другие гомологичные регионы. Если один триплет из вторгающейся цепи соответствует шаблону, затем выбираются следующие три нуклеотидов. Если последовательность совпадает на протяжении не менее пяти триплетов, структура контура перемещения образуется с ДНК-полимеразой используя захваченном цепь в качестве шаблона.

После этого, геликаза вытесняет продлённую вторгающуюся цепь, чьи основания собираются в пары с незащищённой повреждена цепью. Затем, вторая поврежденная цепь рекомбинируется для подходящей цепи ДНК-шаблона еще одного раунда синтеза ДНК. Наконец, сестринская цепь диссоциирует.

И ДНК-лигаза запечатывает порезы, восстановливая отремонтированные спирали и обеспечивая точный ремонт неповрежденной хромосомы.