ประเภทและกลไกการรวมตัวกันทางพันธุกรรม

รวมตัวกันทางพันธุกรรม เป็นกระบวนการที่โมเลกุลของกรดนิวคลีอิกแลกเปลี่ยนเศษสร้างโมเลกุลใหม่ มันเป็นเรื่องธรรมดามากใน DNA แต่ RNA ก็เป็นสารตั้งต้นสำหรับการรวมตัวกันอีกครั้ง การรวมตัวใหม่คือการกลายพันธุ์ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดความแปรปรวนทางพันธุกรรมที่สำคัญที่สุด.

DNA มีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีวเคมีที่แตกต่างกัน ในระหว่างการจำลองจะทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสร้างโมเลกุล DNA ใหม่สองตัว ในการถอดความมันอนุญาตให้สร้างโมเลกุล RNA จากพื้นที่เฉพาะที่ควบคุมโดยผู้ก่อการ.

แต่นอกเหนือจากนี้ DNA ยังสามารถแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนได้ ผ่านกระบวนการนี้จะสร้างชุดค่าผสมใหม่ที่ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ของกระบวนการก่อนหน้านี้สองกระบวนการหรือการปฏิสนธิ.

กระบวนการรวมตัวกันใหม่ใด ๆ เกี่ยวข้องกับการทำลายและการรวมของโมเลกุลดีเอ็นเอที่เกี่ยวข้องในกระบวนการ กลไกนี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสารตั้งต้นการรวมตัวกันใหม่เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องในกระบวนการและกลไกของการดำเนินการ.

การรวมตัวกันอีกครั้งนั้นขึ้นอยู่กับการดำรงอยู่ของภูมิภาคเสริมที่คล้ายกัน (ถ้าไม่เหมือนกัน) หรือคล้ายคลึงกันระหว่างโมเลกุล recombining ในกรณีที่พวกเขารวมโมเลกุลในกระบวนการที่ไม่ได้นำโดย homology มันก็บอกว่าการรวมตัวกันใหม่ไม่เหมือนกัน.

ถ้า homology เกี่ยวข้องกับขอบเขตที่สั้นมากที่มีอยู่ในโมเลกุลทั้งสองก็กล่าวกันว่าการรวมตัวกันใหม่เป็นเฉพาะเว็บไซต์.

ดัชนี

• 1 คำจำกัดความ
  • 1.1 Chiasm และ cross-links
• การรวมตัวกันของพันธุกรรม 2 ชนิด
  • การรวมตัวกันอีกครั้งเฉพาะไซต์ 2.1
  • 2.2-Homologous recombination
  • 2.3 - การรวมตัวอีกครั้งที่ไม่เหมือนกัน
• 3 ความสำคัญของการรวมตัวกันอีกครั้ง
  • 3.1 ความสำคัญของสาเหตุ: การจำลองและซ่อมแซม DNA
  • 3.2 ความสำคัญเป็นผลมาจาก: การสร้างความแปรปรวนทางพันธุกรรม
  • 3.3 การคืนสภาพและสุขภาพ
• 4 อ้างอิง

คำนิยาม

สิ่งที่เราเรียกว่า homology ในการรวมตัวกันไม่จำเป็นต้องหมายถึงต้นกำเนิดวิวัฒนาการของโมเลกุลที่เข้าร่วม เรากำลังพูดถึงระดับความคล้ายคลึงกันในลำดับนิวคลีโอไทด์.

ยกตัวอย่างเช่นการรวมตัวกันที่ไม่ใช่การชดเชยเกิดขึ้นในยูคาริโอตในระหว่างกระบวนการไมโอซิส ไม่ต้องสงสัยเลยว่าจะไม่มีความคล้ายคลึงกันมากไปกว่าระหว่างโครโมโซมคู่อื่นในเซลล์เดียวกัน.

นั่นคือเหตุผลที่พวกเขาถูกเรียกว่าโครโมโซมที่เหมือนกัน อย่างไรก็ตามมีบางกรณีที่ DNA ของวัสดุแลกเปลี่ยนเซลล์กับ DNA ต่างประเทศ DNAs เหล่านี้จะต้องคล้ายกันมากกับ recombine แต่ไม่จำเป็นต้องแบ่งปันบรรพบุรุษเดียวกัน (homology) เพื่อให้บรรลุ.

Chiasm และการเชื่อมโยงข้าม

ที่ตั้งของสหภาพและการแลกเปลี่ยนระหว่างโมเลกุลดีเอ็นเอสองอันนั้นเรียกว่า chiasm และกระบวนการดังกล่าวคือการเชื่อมขวาง ระหว่างการแลกเปลี่ยนจะมีการตรวจสอบการแลกเปลี่ยนแบนด์ระหว่าง DNAs ที่เข้าร่วม.

สิ่งนี้สร้าง cointegrate ซึ่งเป็นโมเลกุลดีเอ็นเอสองอันรวมกันเป็นหนึ่งเดียว เมื่อ cointegrate เป็น "แก้ปัญหา" จะมีการสร้างโมเลกุลสองโมเลกุลซึ่งเปลี่ยนไปโดยทั่วไป (recombinant).

"แก้ปัญหา" ในบริบทของการรวมตัวกันใหม่คือการแยกส่วนประกอบโมเลกุลของดีเอ็นเอของเซเว่นเรต.

ประเภทของการรวมตัวกันทางพันธุกรรม

-การรวบรวมใหม่เฉพาะไซต์

ในการรวมตัวกันอีกครั้งของไซต์โมเลกุลของ DNA สองโมเลกุลโดยทั่วไปจะไม่เหมือนกันมีลำดับสั้น ๆ ที่เหมือนกันทั้งคู่ ลำดับนี้มีการกำหนดเป้าหมายโดยเอนไซม์ประกบที่เฉพาะเจาะจง.

เอนไซม์ที่สามารถจดจำลำดับนี้ได้และไม่สามารถตัดลำดับที่ไซต์ใด ๆ ในโมเลกุลทั้งสองออกจากกัน ด้วยความช่วยเหลือของปัจจัยอื่น ๆ มันจะแลกเปลี่ยนแถบดีเอ็นเอของโมเลกุลที่มีส่วนร่วมทั้งสอง.

Escherichia coli และแลมบ์ดา

นี่คือพื้นฐานของการสะสมของ cointegrate ระหว่างจีโนมของแบคทีเรีย Escherichia coli และแลมบ์ดาแบคทีเรียของแลมบ์ดา bacteriophage เป็นไวรัสที่ทำให้เกิดการติดเชื้อแบคทีเรีย.

การก่อตัวของ cointegrate นี้จะดำเนินการโดยเอนไซม์ที่ถูกเข้ารหัสในจีโนมของไวรัส: แลมบ์ดา integrase สิ่งนี้จะจดจำลำดับทั่วไปที่เรียกว่า attP ในจีโนมวงกลมของไวรัสและ attB ในแบคทีเรีย.

โดยการตัดทั้งสองลำดับในโมเลกุลทั้งสองมันสร้างเซ็กเมนต์อิสระแลกเปลี่ยนวงและรวมสองจีโนม วงกลมขนาดใหญ่จะเกิดขึ้นหรือ cointegrated.

ใน cointegrated, จีโนมของไวรัสจะดำเนินการอย่างอดทนโดยจีโนมของแบคทีเรียที่มันทำซ้ำ ในสถานะนี้มีการกล่าวว่าไวรัสอยู่ในสถานะของ provirus และแบคทีเรียนั้นมี lysogenic เหมือนกัน.

กระบวนการผกผันนั่นคือความละเอียด cointegrated สามารถใช้เวลาหลายชั่วอายุ - หรือแม้กระทั่งไม่เกิดขึ้น อย่างไรก็ตามถ้าทำเสร็จก็จะมีการใช้เอนไซม์โดยโปรตีนอื่นที่เข้ารหัสโดยจีโนมของไวรัสที่เรียกว่า excisionasa เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นไวรัสจะแยกตัวออกจาก cointegrate นั้นจะทำปฏิกิริยาและทำให้เซลล์สลาย.

-รวมตัวกันเหมือนกัน

การรวมตัวใหม่โดยทั่วไป

การรวมตัวกันที่เหมือนกันถูกตรวจสอบระหว่างโมเลกุลดีเอ็นเอที่มีนิวคลีโอไทด์อย่างน้อย 40 แห่งที่มีความคล้ายคลึงกันเกือบทั้งหมดหรือเกือบสมบูรณ์ ในการดำเนินการรวมตัวอีกครั้งหนึ่ง endonuclease อย่างน้อยหนึ่งรายการจะต้องเข้าร่วม.

Endonucleases เป็นเอ็นไซม์ที่สร้างการตัดภายในของ DNA บางคนทำเพื่อดำเนินการลด DNA อื่น ๆ เช่นในกรณีของการรวมตัวกันทำเพื่อสร้างบุ๋มใน DNA.

นิคที่ไม่เหมือนใครนี้ช่วยให้คุณสามารถประมวลผลวงดีเอ็นเอเดี่ยวได้ด้วยการสิ้นสุดฟรี ปลายฟรีนี้ได้รับคำแนะนำจาก recombinase ทำให้วงเดี่ยวบุก DNA คู่โดยแทนที่วงที่อาศัยอยู่เหมือนกัน.

นี่คือจุดผ่านแดนระหว่างโมเลกุล DNA ผู้บริจาค ("ผู้บุกรุก") และผู้รับอื่น.

เอ็นไซม์ (recombinase) ที่ทำหน้าที่เป็นกระบวนการบุกรุกและแลกเปลี่ยนแถบ Escherichia coli มันเรียกว่า RecA มีโปรตีนที่คล้ายคลึงกันอื่น ๆ ในโปรคาริโอตเช่น RadA ในอาร์เคีย ในยูคาริโอตเอนไซม์ที่เทียบเท่าเรียกว่า RAD51.

เมื่อกลุ่มที่บุกรุกเข้ามาแทนที่ผู้อยู่อาศัยมันมีปฏิสัมพันธ์กับวงดนตรีที่ยังคงความเรียบง่ายในโมเลกุลของผู้บริจาค จุดทั้งสองถูกผนึกโดยการกระทำของ ligase.

ตอนนี้เรามี DNA จากแถบไฮบริด (วงผู้บริจาคและวงรับของต้นกำเนิดที่แตกต่างกัน) ขนาบข้างด้วย DNA ผู้บริจาคและ DNA ผู้รับ จุดข้าม (chiasmas) เคลื่อนที่ทั้งสองทิศทางอย่างน้อย 200 bp.

จุดเชื่อมโยงข้ามแต่ละรูปแบบเป็นสิ่งที่เรียกว่าโครงสร้างวันหยุด (DNA ตรึงที่เกิดจากการรวมตัวกันอีกเหตุการณ์).

DNA ตรึงนี้จะต้องได้รับการแก้ไขโดย endonucleases อื่น ๆ DNA ลูกผสมหรือ chimeric ของโครงสร้างนี้สามารถแก้ไขได้สองวิธี หากการตัดเอนโดนิวคลีโอไทด์ที่สองเกิดขึ้นในแถบเดียวกันกับที่เกิดขึ้นครั้งแรกจะไม่รวมตัวกันอีกครั้ง หากการตัดครั้งที่สองเกิดขึ้นในย่านความถี่อื่นผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็น recombinant.

Recombination V (D) J

นี่คือประเภทของการรวมตัวใหม่ของร่างกาย (ไม่ใช่ meiotic) ที่ก่อให้เกิดการสร้างความแปรปรวนมหาศาลของแอนติบอดี้ของระบบภูมิคุ้มกัน.

การรวมตัวกันอีกครั้งนี้ได้รับการตรวจสอบโดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นส่วนของยีนที่รหัสสำหรับโซ่โพลีเปปไทด์ที่กำหนดไว้ มันดำเนินการโดยเซลล์ B และเกี่ยวข้องกับพื้นที่ทางพันธุกรรมที่แตกต่างกัน.

น่าสนใจมีปรสิตอยู่เหมือนกัน Trypanosoma brucei ที่ใช้กลไกการรวมตัวกันที่คล้ายกันเพื่อสร้างความแปรปรวนในแอนติเจนพื้นผิว ด้วยวิธีนี้พวกเขาสามารถหลบเลี่ยงการตอบสนองของโฮสต์ถ้ามันไม่สามารถสร้างแอนติบอดีที่มีความสามารถในการรับรู้แอนติเจน "ใหม่".

-การรวมตัวอีกครั้งที่ไม่คล้ายคลึงกัน

ในที่สุดก็มีกระบวนการรวมตัวกันอีกครั้งซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับลำดับความคล้ายคลึงกันของโมเลกุลที่เข้าร่วม ในยูคาริโอตมันมีความสำคัญมากตัวอย่างเช่นการรวมตัวกันอีกครั้งของการสิ้นสุดที่ไม่คล้ายคลึงกัน.

สิ่งนี้เกิดขึ้นกับชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่มีการแบ่งเป็นสองส่วนใน DNA สิ่งเหล่านี้คือ "ซ่อมแซม" โดยเซลล์ที่เชื่อมต่อกับชิ้นส่วนอื่น ๆ อย่างเท่าเทียมกันด้วยการแตกเป็นสองเท่า.

อย่างไรก็ตามโมเลกุลเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องคล้ายกันเพื่อมีส่วนร่วมในกระบวนการรวมตัวกันใหม่นี้ นั่นคือโดยการซ่อมแซมความเสียหายเซลล์สามารถผูก DNAs ที่ไม่เกี่ยวข้องกันสร้างโมเลกุลใหม่ (recombinant) โมเลกุล. 

ความสำคัญของการรวมตัวกันอีกครั้ง

ความสำคัญเป็นสาเหตุ: การจำลองและซ่อมแซมดีเอ็นเอ

การรวมใหม่ช่วยรับประกันความถูกต้องของข้อมูล DNA ในระหว่างและหลังกระบวนการทำซ้ำ การรวบรวมใหม่จะตรวจจับความเสียหายของดีเอ็นเอในระหว่างกระบวนการสร้างแถบใหม่ในโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ยาวมากนี้.

เนื่องจากแต่ละวงดนตรีมีข้อมูลของตัวเองและการรวมตัวใหม่ของวงดนตรีนั้นรับประกันได้ว่าจะไม่มีการสูญเสีย แต่ละคนทำหน้าที่เป็นพยานให้กัน ในทำนองเดียวกันในสิ่งมีชีวิตที่มีโครโมโซมเดียวกันโครโมโซมที่เหมือนกันคือพยานถึงพี่ชายของมันและในทางกลับกัน.

ในทางกลับกันเมื่อ DNA ถูกจำลองแบบแล้วกลไกการซ่อมแซมความเสียหายของโมเลกุลนี้จะแตกต่างกันไป บางคนโดยตรง (ทำหน้าที่โดยตรงกับการบาดเจ็บ) และอื่น ๆ เป็นทางอ้อม.

กลไกการซ่อมแซมทางอ้อมขึ้นอยู่กับการรวมตัวกันอีกครั้งที่จะดำเนินการ นั่นคือเพื่อซ่อมแซมความเสียหายในโมเลกุล DNA หนึ่งใช้โมเลกุลที่คล้ายคลึงกันอีกอันหนึ่ง สิ่งนี้จะทำหน้าที่ในการรวมตัวกันใหม่ของการซ่อมแซมในฐานะแม่พิมพ์ที่ได้รับความเสียหาย.

ความสำคัญเป็นผลลัพธ์: การสร้างความแปรปรวนทางพันธุกรรม

การรวมตัวใหม่มีความสามารถในการสร้างความแปรปรวนของโครโมโซมมหาศาลในระหว่างไมโอซิส การรวมตัวใหม่ของโซมาติกยังสร้างความแปรปรวนเช่นเดียวกับในกรณีของแอนติบอดีในสัตว์มีกระดูกสันหลัง.

ในสิ่งมีชีวิตหลายชนิดไมโอซิสคือgamética ในสิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศการรวมตัวกันอีกครั้งเป็นหนึ่งในวิธีที่ทรงพลังที่สุดในการสร้างความแปรปรวน.

กล่าวคือการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเองและการแยกโครโมโซมจำเป็นต้องเพิ่มการรวมตัวกันใหม่เป็นองค์ประกอบกำเนิดของความแปรปรวนทางเกม.

การรวมกันของจีโนม bacteriophage โดยการรวมตัวกันเฉพาะพื้นที่ในทางกลับกันได้มีส่วนร่วมในการเปลี่ยนแปลงจีโนมของแบคทีเรียโฮสต์ของพวกเขา.

สิ่งนี้มีส่วนช่วยในการสร้างความแปรปรวนของจีโนมและวิวัฒนาการของกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่สำคัญนี้.

การรวมตัวกันและสุขภาพ

เราได้เห็นแล้วว่า DNA สามารถซ่อมแซมได้ แต่ไม่ใช่สิ่งที่เสียหาย จริงๆแล้วเกือบทุกอย่างสามารถทำลาย DNA ได้โดยเริ่มจากการจำลองแบบที่มีข้อบกพร่องซึ่งไม่ได้รับการแก้ไข.

แต่นอกเหนือจากนั้น DNA สามารถถูกทำลายได้จากแสง UV รังสีไอออไนซ์ผลิตภัณฑ์อนุมูลอิสระของการหายใจของเซลล์และสิ่งที่เรากินควันหายใจหายใจกินหรือสัมผัส.

โชคดีที่คุณไม่จำเป็นต้องยอมแพ้เพื่อปกป้อง DNA เราต้องละทิ้งบางสิ่ง แต่งานใหญ่ก็ทำโดยเซลล์เอง กลไกเหล่านี้ของการตรวจจับความเสียหายต่อ DNA และการซ่อมแซมของมันมีพื้นฐานทางพันธุกรรมและการขาดของผลที่ตามมาอย่างมาก.

โรคที่เกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องในการรวมตัวกันเหมือนกันรวมถึงกลุ่มอาการของโรคบลูมและเวอร์เนอร์มะเร็งในครอบครัวของเต้านมและรังไข่เป็นต้น.

การอ้างอิง

1. Alberts, B. , Johnson, A.D. , Lewis, J. , Morgan, D. , Raff, M. , Roberts, K. , Walter, P. (2014) ชีววิทยาโมเลกุลของเซลล์ (รุ่นที่ 6) W. W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Bell, J.C. , Kowalczykowski, S.C. (2016) กลศาสตร์และการสอบปากคำโมเลกุลเดี่ยวของการรวมตัวกันของดีเอ็นเอ การทบทวนทางชีวเคมีประจำปี, 85: 193-226.
3. ปราโด, F. () การรื้อฟื้นแบบ Homologous: To Fork and Beyond ยีน, ดอย: 10.3390 / genes9120603
4. Griffiths, A.J.F. , Wessler, R. , Carroll, S.B. , Doebley, J. (2015) การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมเบื้องต้น (ฉบับที่ 11) นิวยอร์ก: ว. วชิรเอช. ฟรีแมนนิวยอร์กนิวยอร์กสหรัฐอเมริกา.
5. Tock, A.J. , Henderson, I.R. (2018) ฮอตสปอตสำหรับการเริ่มต้นการรื้อฟื้น Meiotic พรมแดนในพันธุศาสตร์, ดอย: 10.3389 / fgene.2018.00521
6. Wahl, A. , Battesti, A. , Ansaldi, M. (2018) ผู้เผยพระวจนะ เชื้อ Salmonella enterica: แรงผลักดันในการปรับแต่งจีโนมและสรีรวิทยาของแบคทีเรียโฮสต์ของพวกเขาหรือไม่? จุลชีววิทยาระดับโมเลกุล, ดอย: 10.1111 / mmi.14167.
7. Wright, W. D. , Shah, S. , Heyer, W. D. (2018) การรวมตัวกันใหม่ของ homologous และการซ่อมแซมดีเอ็นเอแบ่งสองเส้น วารสารเคมีชีวภาพ, 293: 10524-10535