Chapter 7: DNA Repair and Recombination

Back to chapter

7.8:

اعادة التركيب المتماثل

JoVE Core
Molecular Biology

This content is Free Access.

JoVE Core Molecular Biology

Homologous Recombination

Previous Video
7.7: DNA Damage can Stall the Cell Cycle

Next Video
7.9: Restarting Stalled Replication Forks

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

شرط أساسى فى تضاعف الحمض النووي هو الحفاظ على سلامة المادة الجينية. لهذا السبب،يتم إصلاحها بشكل تفضيلي عن طريق التهجين المتماثل. وعادة ما يتم حدوثها بعد تخليق الحمض النووي دى إن إيه عندما تكون جزيئات دى إن أيه الوليدة متقاربة ويمكن أن يكون واحد بمثابة قالب لإصلاح الآخر.في حقيقيات النوى مركب بروتينى يسمى 00:00:26.640 00:00:30.000 إم أر إن تتألف من نيوكليواز متخصص, تحلل نهايات دى إن إيه التالفة 00:00:32.369 00:00:34.830 بينما النهايات مربوطة ببعضها البعض. يبقى دى إن أيه وبه أشرطة منفردة متدلية بها ثلاثة إلى أربعة نيوكليوتيدات وهيدروكسيل النهاية 3’جزء الشريط الأحادىى هذا يتم تثبيته بواسطة بروتينات آر بى أيه. حتى آر أيه دى 51 مماثل لبروتين بدائيات النوى آر إيه سي أيه-يتم تنشيطه بواسطة أيه تى بى و يرتبط بالدى إن أيه مكونا خيط فى الخيط يوجد ال دى إن إيه فى ثلاثية من النيوكليوتيدات حيث البنية الأساسية لل دى إن أيه غير معروفة بين الثلاثية المتجاورة.خيط بروتين دى إن إيه يرتبط ب دى إن إيه المزدوج من الكروماتيد الأخت بواسطة شد قالب الدى إن إيه السليم وزعزعتة بحيث يمكن تفكيك الخيطين بسهولة والشريط المكسور يمكن ان يحاول الارتباط بالقالب في عملية معروفة بغزو الشريط. الشريط الغازي يبحث عن متسلسلات متجانسة غير تالفة في الدى إن إيه الجينوم عن طريق المحاولة لتشكيل أزواج قواعد في كتلة من ثلاثة نيوكليوتيدات. إذا لم تتطابق أزواج القاعدة الدى إن أيه الغازي ينفصل ويبحث عن مناطق متجانسة أخرى.إذا كان ثلاثية واحدة من الشريط الغازي تتطابق مع القالب بعد ذلك يتم اختبار النوكليوتيدات الثلاثة التالية. إذا تطابق تسلسل لإمتداد لا يقل عن خمسة ثلاثيات يتكون حلقة إزاحة 00:01:54.930 00:01:58.770 بواسطة دى إن إيه بوليميراز باستخدام الشريط الغازي كقالب. بعد ذلك الهليكاز يزيح الشريط الممتد الغازى الحالى والذى يقترن بالقواعد مع الشريط التالف الغير مغلف.بعد ذلك الشريط الثانى التالف يٌهجّن مع الشريط التكميلى للدى إن إيه القالب 00:02:14.200 00:02:17.320 لجولة أخرى من تخليق الدى إن إيه. أخيرًا الشريط الأخت تتفكك. وال دى إن إيه لايجاز يقفل الثغرات 00:02:22.900 00:02:27.010 استعادة للحلزونات التي تم إصلاحها وضمان الإصلاح الدقيق للكروموسوم السليم.

7.8:

اعادة التركيب المتماثل

يتضمن التفاعل الأساسي لإعادة التركيب المتماثل (HR) اثنين من الكروماتيدات التي تحتوي على تسلسلات DNA تشترك في امتداد كبير للهوية. يستخدم أحد هذه التسلسلات خيطاً من الآخر كقالب لتخليق الحمض النووي في تفاعل محفز بالإنزيم. المنتج النهائي هو اندماج جديد للركيزتين. لضمان إعادة التركيب الدقيق للتسلسلات، يقتصر معدل الموارد البشرية على المرحلتين S و G2 من دورة الخلية. في هذه المراحل، تم نسخ الحمض النووي بالفعل واحتمال وجود متطابقة أو تسلسل الحمض النووي المماثل على الكروماتيد الشقيق مرتفع. وبالتالي، فإن توقيت الإصلاح يمنع إعادة التركيب بين التسلسلات غير المتطابقة. هذه ميزة مهمة في إعادة التركيب المتماثل، خاصة أثناء إعادة تركيب تسلسل الحمض النووي الأبوي في النسل، حيث يمكن أن يؤدي خلل إعادة التركيب المتماثل إلى فقدان الجين بأكمله والمنطقة الصبغية المحيطة به.

تم تطبيق الإصلاح الدقيق بضمان الموارد البشرية في تقنيات تعديل الجينات. الموارد البشرية هي أقدم طريقة تم استخدامها لتحرير الجينوم في الخلايا الحية. يتم استخدام نظام CRISPR-Cas9 لإنشاء فواصل مستهدفة مزدوجة الخيوط لتصحيح الطفرات المسببة للأمراض في الجينوم. تلتقط الخلايا الأجزاء المعزولة، حيث يمكنها إعادة الاتحاد مع الحمض النووي الخلوي واستبدال المنطقة المستهدفة من الجينوم. تتحكم آليات الموارد البشرية في إصلاح الفواصل وإعادة تركيبها بدقة مع الجينوم الخلوي. لمساعدة بروتينات الموارد البشرية على التوطين بدقة عند فواصل الشرائط المزدوجة ، يتم دمج بروتينات Cas9 مع بروتينات مستجيب HR التي يمكنها تجنيد بروتينات الإصلاح في المواقع التالفة. أظهرت الدراسات أن دمج Cas9 مع بروتينات مثل CtIP و Rad52 و Mre11 يمكن أن يزيد من أحداث إعادة التركيب المتماثل في الخلية بمقدار شقين مع تثبيط الانضمام غير المتماثل. مثل هذه التطبيقات لإعادة التركيب المتماثل في تعديل الجينوم يمكن أن تحدث ثورة في العلاج الجيني وتوفر علاجاً للأمراض الوراثية التي تعتبر حالياً غير قابلة للشفاء.

Suggested Reading

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.
Barrangou, Rodolphe, and Jennifer A. Doudna. "Applications of CRISPR technologies in research and beyond." Nature biotechnology 34, no. 9 (2016): 933.
Li, Xuan, and Wolf-Dietrich Heyer. "Homologous recombination in DNA repair and DNA damage tolerance." Cell research 18, no. 1 (2008): 99.