Back to chapter

7.8:

Гомологичная рекомбинация

JoVE Core
Molecular Biology
This content is Free Access.
JoVE Core Molecular Biology
Homologous Recombination

Languages

Share

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.

7.8:

Гомологичная рекомбинация

В основной реакции гомологичной рекомбинации (ГР) участвуют две хроматиды, которые содержат последовательности ДНК, которые имеют значительные области идентичности. Одна из этих последовательностей использует цепь другой в качестве матрицы для синтеза ДНК в реакции, катализируемой ферментами. Конечный продукт представляет собой новое слияние двух субстратов. Для обеспечения точной рекомбинации последовательностей ГР ограничивается фазами S и G2 клеточного цикла. На этих этапах ДНК уже реплицирована, и вероятность идентичной или сходной последовательность ДНК в сестринской хроматиде высока. Таким образом, выбор времени репарации предотвращает рекомбинацию между неидентичными последовательностями. Это критическая особенность ГР, особенно во время рекомбинации родительских последовательностей ДНК у потомства, где неправильная ГР может привести к потере всего гена и окружающей хромосомной области.

Точная репарация, обеспечиваемая ГР, была применена в методах редактирования генов. ГР – это самый ранний метод, который использовался для редактирования геномов в живых клетках. Система CRISPR-Cas9 используется для создания целенаправленных двухцепочечных разрывов для исправления болезнетворных мутаций в геноме. Выделенные фрагменты поглощаются клетками, где они могут рекомбинировать с клеточной ДНК и заменять целевую область генома. Механизмы ГР регулируют восстановление разрывов и их точную рекомбинацию с клеточным геномом. Чтобы помочь белкам ГР точно локализоваться на двухцепочечных разрывах, белки Cas9 сливаются с эффекторными белками ГР, которые могут привлекать белки репарации на поврежденные участки. Исследования показали, что слияние Cas9 с белками, такими как CtIP, Rad52 и Mre11, может увеличивать события ГР в клетке в два раза, препятствуя при этом негомологичному соединению концов. Такое применение ГР в редактировании генома может произвести революцию в генной терапии и обеспечить лечение генетических заболеваний, которые в настоящее время считаются неизлечимыми.

Suggested Reading

  1. Tran, Ngoc Tung, Sanum Bashir, Xun Li, Jana Rossius, Van Trung Chu, Klaus Rajewsky, and Ralf Kühn. "Enhancement of precise gene editing by the association of Cas9 with homologous recombination factors." Frontiers in genetics 10 (2019): 365.
  2. Barrangou, Rodolphe, and Jennifer A. Doudna. "Applications of CRISPR technologies in research and beyond." Nature biotechnology 34, no. 9 (2016): 933.
  3. Li, Xuan, and Wolf-Dietrich Heyer. "Homologous recombination in DNA repair and DNA damage tolerance." Cell research 18, no. 1 (2008): 99.