Ανασυνδυασμός Ομόλογος Τοπο-ειδικός (site-specific) Μετάθεση

Ο όρος ‘ανασυνδυασμός’ αρχικά χρησιμοποιήθηκε από τους γενετιστές για να περιγράψει το αποτέλεσμα του επιχιασμού ανάμεσα σε ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων κατά τη μείωση Σήμερα πιστεύουμε ότι ο πρωταρχικός ρόλος του ανασυνδυασμού είναι η επιδιόρθωση του DNA

Ομόλογος ανασυνδυασμός

Τοποειδικός ανασυνδυασμός

Μετάθεση

1. Ομόλογος ανασυνδυασμός Δύο προκλήσεις: Περιγραφή του φαινομένου και των αλληλεπιδράσεων Ρόλος: επιδιόρθωση ή επιχιασμός;

Το μοντέλο ομόλογου ανασυνδυασμού του Holliday Μετανάστευση διακλάδωσης

Η συχνότητα ανασυνδυασμού δεν είναι ίδια σε όλο το γονιδίωμα Η συχνότητα διαφέρει στα ωοκύτταρα και στο σπέρμα: Ο ανασυνδυασμός συμβαίνει δύο φορές συχνότερα στις γυναίκες απ' ό,τι στους άνδρες Η συχνότητα ανασυνδυασμού ποικίλλει σε διαφορετικές θέσεις του γονιδιώματος και εξαρτάται από τη δομή του χρωμοσώματος. Πχ, ο διασκελισμός καταστέλλεται στις περιοχές συμπυκνωμένης και ανενεργής ετεροχρωματίνης Ο ανασυνδυασμός συμβαίνει κατά το παρατεταμένο στάδιο της πρόφασης στη μείωση

Ο ομόλογος ανασυνδυασμός συμβαίνει κατά το παρατεταμένο στάδιο της πρόφασης στη μείωση.

Εικόνα 15.4 Ο ανασυνδυασμός λαμβάνει χώρα κατά την πρώτη μειωτική πρόφαση. Τα στάδια της πρόφασης ορίζονται από την εμφάνιση των χρωμοσωμάτων, καθένα από τα οποία αποτελείται από δύο αντίγραφα (αδελφές χρωματίδες), αν και η διπλασιασμένη μορφή τους γίνεται ορατή μόνο στο τέλος. Οι μοριακές αλληλεπιδράσεις σε κάθε διασκελισμό περιλαμβάνουν δύο από τα τέσσερα δίκλωνα μόρια DNA.

Μοντέλο δίκλωνων εντομών Δημιουργία δίκλωνης εντομής σε ένα από τα δύο ανασυνδυαζόμενα μόρια Μια εξωνουκλεάση δημιουργεί 3’ προεξέχοντα άκρα και στα δύο μέρη Ένα από τα δύο 3’ άκρα εισχωρεί στο ομόλογο DNA μόριο

Το μοντέλο DSB θεωρείται σήμερα ως ικανοποιητική ερμηνεία του ομόλογου ανασυνδυασμού σε όλους τους οργανισμούς. Σε αυτό συνετέλεσε: Κατά τη μείωση τα χρωμοσώματα υφίστανται δίκλωνες ρήξεις με 100-1000 φορές μεγαλύτερη συχνότητα από ότι στα βλαστικά κύτταρα Ο ομόλογος ανασυνδυασμός εμπλέκεται στην επιδιόρθωση του DNA, ιδιαίτερα των εντομών που δημιουργούνται κατά την αντιγραφή

Το βακτηριακό σύστημα RecBCD Προσδένεται στο DNA καθοδικά μιας αλληλουχίας chi, ξετυλίγει το δίκλωνο μόριο και αποικοδομεί τον ένα κλώνο με κατεύθυνση 3'-5', κινούμενο προς τη θέση chi. Η θέση chi προκαλεί την απώλεια της υπομονάδας RecD και συνεπώς την απώλεια της ενεργότητας νουκλεάσης. H RecB που παραμένει μετακινείται με εξωνουκλεοτιδική δράση στην άλλη αλυσίδα, δημιουργώντας τελικά ένα 3’ ελεύθερο άκρο. H αλληλουχία chi: 5'-GCTGGTGG-3'

Η RecA καλύπτει το ελεύθερο 3’ άκρο και το εισάγει στην άθικτη διπλή έλικα, σχηματίζοντας μια D-θηλιά.

https://www.youtube.com/watch?v=3qgBKrAZCLg

Οι πρωτεΐνες Ruv καταλύουν τη μετανάστευση της διακλάδωσης ενός κόμβου Holliday στην E. coli Η RuvA αναγνωρίζει τη δομή του κόμβου και η RuvB είναι μια ελικάση που καταλύει τη μετανάστευση διακλάδωσης. Η RuvC αποσυγκροτεί τους κόμβους, ώστε να δημιουργηθούν τα προϊόντα του ανασυνδυασμού.

Αν ο δρόμος RecBCD αδρανοποιηθεί τότε αναλαμβάνει δράση το σύστημα RecE. Αν αδρανοποιηθεί και το RecE τότε τελευταία εφεδρεία είναι το RecF.

Ομόλογος ανασυνδυασμός και επιδιόρθωση Λόγω της αρχικής συσχέτισης του ομόλογου ανασυνδυασμού με τη γενετική, οι αρχικές μελέτες αφορούσαν τη μείωση Όμως, στελέχη E. coli με ελαττώματα στο σύστημα RecBCD βρέθηκαν προβληματικά και ως προς την επιδιόρθωση του DNA Σήμερα πιστεύουμε ότι ο κύριος ρόλος του ανασυν- δυασμού είναι η μετα-αντιγραφική επιδιόρθωση

Επιδιόρθωση μονόκλωνου χάσματος μέσω RecF: όταν ένα τμήμα του γονιδιώματος φέρει πολλές βλάβες (πχ διμερή Τ), η DNA pol αναπηδά

Αν η βλάβη δεν μπορεί να παρακαμφθεί, τότε η διχάλα αντιγραφής θα σταματήσει, θα οπισθοχωρήσει δημιουργώντας δίκλωνο ανάμεσα στα θυγατρικά μόρια. Στη συνέχεια η διχάλα θα συνεχίσει μπροστά με ένα μηχανισμό ανάλογο της μετανάστευσης της διακλάδωσης Holiday.

Αν μια από τις μητρικές αλυσίδες περιέχει εντομή: δημιουργείται δίκλωνη εντομή στο σημείο αυτό και η διχάλα αντιγραφής χάνεται. Η εντομή επιδιορθώνεται με ομόλογο ανασυνδυασμό μεταξύ του σπασμένου άκρου και του δεύτερου άθικτου μορίου.

Ο βακτηριακός ανασυνδυασμός συμβαίνει ως αντίδραση επιδιόρθωσης που ενεργοποιείται από την παρουσία βλαβών στο DNA. Ο ανασυνδυασμός στους ευκαρυώτες συμβαίνει κατά τη μείωση σε επίπεδο ολόκληρου χρωμοσώματος. Παρόλα αυτά, και στις δύο περιπτώσεις πρέπει να εμπλέκονται παρόμοιες μοριακές διαδικασίες χειρισμού του DNA.

Τοπο-ειδικός ανασυνδυασμός

Ενσωμάτωση του βακτηριοφάγου λ στο γονιδίωμα της E. coli

Εικόνα 15.25 Το κυκλικό DNA του φάγου μετατρέπεται σε ενσωματωμένο προφάγο με αμοιβαίο ανασυνδυασμό ανάμεσα στις θέσεις attP και attB. Η εκτομή του προφάγου γίνεται με αμοιβαίο ανασυνδυασμό ανάμεσα στις θέσεις attL και attR. Οι θέσεις att έχουν διαφορετικό μέγεθος: Η attP είναι 240 bp ενώ η attB είναι μόλις 23 bp, έχοντας μόνο μια κοινή κεντρική αλληλουχία Ο, μεγέθους 15 bp. H διαφορά στο μέγεθος υποδηλώνει τους διαφορετικούς τους ρόλους κατά τον ανασυνδυασμό.

Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 15.27 Ασυμπτωτικές διασπάσεις στην κοινή κεντρική αλληλουχία των attP και attB επιτρέπουν τη δημιουργία αμοιβαίων ανασυνδυασμένων κόμβων με σταυρωτή επανένωση.

Ο ανασυνδυασμός καταλύεται από ένα ειδικό τύπο τοποϊσομεράσης Ι που ονομάζεται ιντεγκράση Μέσα στην attP υπάρχουν τουλάχιστον 4 θέσεις πρόσδεσης για την ιντεγκράση και… …τουλάχιστον 3 θέσεις για τον παράγοντα ενσωμάτωσης του ξενιστή (IHF, integration host factor)

Τι να μελετήσετε: Genes VIII: 15.1 έως 15.4 15.8 15.10 15.16-15.17 15.20-15.22 15.25-15.27 15.29