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7.8:

Recombinação Homóloga

JoVE Core
Molecular Biology
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JoVE Core Molecular Biology
Homologous Recombination

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Um requisito essencial da replicação do DNA é manter a integridade do material genético. Por esta razão, quebras da dupla-cadeia são preferencialmente reparados por recombinação homóloga. E isso é realizado tipicamente após a síntese do DNA quando as duas moléculas de DNA filha estão na proximidade e uma pode servir como um modelo de reparo da outra.em eucariotas, um complexo proteico chamado MRN, composto de nucleasses especializadas, que degradam as extremidades danificadas do DNA enquanto as extremidades são amarradas umas às outras. O DNA é deixado com superpomos de uma só fita de três a quatro nucleotídeos com três prime OH.Esta seção de uma só cadeia é estabilizada pelas proteínas RPA 00:00:46.290 00:00:51.360 até RAD51, homólogos da proteína procariótica RECA-é ativado pela ATP e se liga ao DNA formando um filamento. No filamento, o DNA existe como tripletos de nucleotídeos Onde a cadeia de DNA é desenrolada entre os ternos adjacentes.Este filamento da proteína do DNA liga-se a um DNA duplex de uma cromatina irmã esticando o modelo intacto De DNA e desestabilizando-o, de modo que os dois fios podem 00:01:17.130 00:01:20.040 ser facilmente puxados para fora e a vertente quebrada pode tentar ligar-se ao modelo em um processo conhecido como invasão da vertente. A fita invasora procura sequências homólogas não danificadas no DNA genómico tentando formar pares de base em um bloco de três nucleótidos. Se os pares de base não corresponderem, o DNA invasor dissocia e procura outras regiões homólogas.Se um terno da fita invasora coincidir com o modelo, então os três nucleotídeos seguintes são amostrados. Se uma sequência corresponde a um trecho de pelo menos cinco ternos, uma estrutura de loop de deslocamento é formada com a DNA polimerase usando a cadeia invadida como modelo. Seguindo isto, um helicase desloca a agora estendida, fita invasora, que a base de pares com a fita danificada não revestida.Em seguida, a segunda vertente danificada se anilha à vertente complementar do DNA modelo para uma outra rodada da síntese de DNA. Finalmente, as vertentes irmãs dissociam. e uma ligase do DNA sela os entalhes, restaurando as hélices reparadas e assegurando o reparo exato do cromossoma intacto.

7.8:

Recombinação Homóloga

A reação básica da recombinação homóloga (RH) envolve dois cromatídeos que contêm sequências de DNA que compartilham uma porção significativa de identidade. Uma destas sequências utiliza uma cadeia da outra como molde para sintetizar o DNA em uma reação catalisada por enzimas. O produto final é uma nova fusão dos dois substratos. Para garantir uma recombinação precisa das sequências, a RH é restringida às fases S e G2 do ciclo celular. Nestas fases, o DNA já foi replicado e a probabilidade de uma sequência de DNA idêntica ou semelhante em um cromatídeo irmão é alta. Assim, o momento da reparação impede a recombinação entre sequências não idênticas. Esta é uma característica crítica da RH, particularmente durante a recombinação de sequências de DNA parentais em um descendente, onde a RH defeituosa pode levar à perda de todo o gene e da região cromossómica circundante.

A reparação precisa assegurada pela RH foi aplicada em técnicas de edição genética. A RH é o método mais antigo que foi usado para editar genomas em células vivas. O sistema CRISPR-Cas9 é utilizado para criar quebras de cadeia dupla direcionadas para corrigir mutações causadoras de doenças no genoma. Os fragmentos isolados são incorporados pelas células, onde se podem recombinar com o DNA celular e substituir a região alvo do genoma. Os mecanismos de RH regem a reparação das quebras e a sua recombinação precisa com o genoma da célula. Para ajudar as proteínas de RH a localizar com precisão quebras de cadeia dupla, as proteínas Cas9 são fundidas com proteínas de RH efectoras que podem recrutar proteínas reparadoras nos locais danificados. Estudos têm demonstrado que a fusão da Cas9 com proteínas como CtIP, Rad52, e Mre11 pode aumentar os eventos de RH na célula para o dobro, enquanto desencoraja a junção de extremidades não homólogas. Tais aplicações da RH na edição do genoma podem revolucionar a terapia genética e fornecer tratamento para doenças genéticas que são hoje em dia consideradas incuráveis.

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.