В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 43
Текст из файла (страница 43)
На !ии диакинеза хромосомы конденсируются пугем спирализации, а хиазмы вследстпггалкивания гомологов начинаютсдвигаться к краям хромосом. В этот момент все яре хроматиды становятся видимыми. Это — прямые наблюдения, и они позволяют ацгь некоторые предположения о процессе рекомбинации. 1 1рофаза первого деления мейоза — единственный момент, когда гомологичные хроомы образуют комплекс друг с другом, что, является условием, необходимым для осу:гиления рекомбинации. Можно полагать, что именно в обеспечении рекомбинации хч оит суть с инапса — образование синаптоне много комплекса, временной структуры, ор;ш формируется на стадии зипзгены и разрушается в диплогене.
Согласно мнению ,~ров ~ ~ риведе иной выше гипотетической схемы, с инаптонемный комплекс «...необхо< юю ор~анизации хром ати на в виде серии л атерал ьн ых петель, основания которых со- ~ ~ы и линейную последовательносп, на поверхности его латеральных элементов и дою ~ы лля узнавания гомологичных локусов и кроссинговера . Существует очень правюлабная, нодо настоящего времени не всеми исследователями разделяемая гипотеза, хи,о мы представляют собой места прохождения рекомби наций — ведь количество тех руги х примерно совпадает. Это позволяет локализовать время происхождения процесюкомбинаций, и считать, что даже на стадии диакинеза в местах рекомбинации хро;омы все еще остаются связанными посредством нитей ДНК 11 1.1.
МОДЕЛЬ ХОЛЛИДЕЯ блюдая в микроскоп хиазмы, анализируя их строение, можно предположить, что :и !есс рекомбинации начинается с образования двух одноцепочечных разрывов в и оях молекулах ДН К. Именно такую гипотезу высказал Робин Холлидей, предлова ий в 1964 г. стройную и изящную модель рекомбинационных процессов у эукацг, основанную на принципе «разрыв-воссоединение пар гомологичных молекул 1Кь, Согласно этой модели необходимым этапом рекомбинации является конъю~ия, т.е.
попарное сближение сестринских хроматид гомологичных хромосом с оба>ванием взаимостабильных структур — бивалеитов, при котором может происхогь обмен генетическим материалом. Процесс обмена одноцепочечными участками между родительскими нитями ! К состоит из нескольких этапов (рис. 11.2). Формирование структуры Холлвлея. 1. После репликации ДНК и, следовательно, удвоения хромосом, в ранней проне мейоза наблюдается попарное сближение сестринских хроматид гомологичнык омосом с образованием бивалентов (т.е. конъюгация). Влили ! А Милекуллдяии меиит ~ми и яппи к < кия 1 Шииииии 185 а Ь А В ° Юф» ~ г > а Ь ,Ф ° ВВф и 3 А В а Ь а Ь В а Ь А Ь а В а Рис.
11.2. Формирование иразрешение структуры Холлидея. (Из: Айала и Кайгер, 1988) а Ь а В 2. В каждой молекуле ДН К на двух сближенных гомологичных участках несестринских хроматид фермент никаза делает симметричные одноцепочечные разрезы. 3. Свободные концы цепей около разрывов отделяются от комплементарнык партнеров и перебрасываются на бреши, образовавшиеся в гомологичных молекулах ДН К. 186 '!остал 1. Ооо1ил, ло галка 4. Кош 1ы переброшенных испей лигирукпся с ко~ щами цепей рсцин ис~ ггных молекул ДНК, нри этом образуется крестообразная структура Холлвлея с гибридным райс~ юм, геверодуллексом. Таким образом, две претерпевшие рекомбинацию хроматилы состоят в области концевых отделов из родительских цепей Д Н К, а в середине — из участков, полученных от противоположных родительских молекул.
5. Центр структуры Холлидея, состоящей из двух полухиазм, может перемещаться влоль спаренных цепей ДНК подобно замку застежки «молния», размыкая водородные связи между комплементарными основаниями внугри одной родительской молекулы ДНК и замыкая соответствующие связи между основаниями цепей из двух разных молекул ДНК. В результате такой миграции полухиазм в обеих родительских молекулах ДНК могут образовываться протяженные гетеродуплексные участки (у лрожжей зона гибридной ДН К достигает 1 000 п.н), Разрешение структуры Холлвдея. 6.
Структура Холлидея, состоящая из двух пар цепей (одна пара пересекающихся, друпш — ~ непересекающихся), спонтанно и под контролем может подвергаться изомеризапи и. '1тобы восстановить би спиральную структуру обеих молекул Д НК и таким образом яко~ вппь процесс их конъюгации, пересекающиеся цепи должны быть разрезаны. Еще ол~ ю и юмеризация с поворотом одной из полухиазм вокруг точки перекреста на ! 80' ~ ~р и полит к образованию второй изомерной формы структуры Холлидея. 7. При разрезании полученного изомера по горизонтальной оси (в цепях, претер~ ~сш ~ ~нх обмен) две образовавшиеся молекулы ДНК не являются рекомбинантными ~ ~о родительским маркерам (АВ и аЬ), фланкирующим область перекреста, но обе соЛержаг ~ ~о гстсродуплексному участку, Х.
1! ри разрезании по вертикальной оси (в интактных цепях) образовавшиеся ли~ ~сги ~ ыс молекулы рекомбинантны по родительским генетическим маркерам, расположс~ оням ~ю обеим сторонам от гетеродуплексного участкаДНК. Эпп ~ ы 7 и 8 завершаются лигированием концов фрагментов, составляющих рекомби~ио~т~~ые и нерекомбинантные молекулы. Интенсивное изучение рекомбинации у бактерий сделало более понятной молекулярную организацию некоторых ее этапов. Установлено, что гомологичная рекомбинация у Е со!! контролируется генами гесА, В, Г и !Х Идентифицированы ферменты, являющиеся белковыми продуктами этих генов.
Долгое время полагали, что ключевую роль в обеспечении всех процессов общей рекомбинации у Е. сод играет белок КесА. Во-первых, он участвует в расплетании двой~ юй спирали, способствуя коньюгации молекул ДНК, стабилизации свободных кон! !со и взаимодействию рекомбинирующих комплементарных цепей. Во-вторых, белок КссА катализирует переориентацию цепей с образованием структуры Холлидея и лшп нейшей миграцией полухиазм. Вполне вероятно, что белок КесА в условиях его повышенной продукции непосредственноучаствуетврепарации, направляярекомби- ~ ан !ию между поврежденными и неповрежденными участками молекул ДНК. Накоплен и ные экспериментальные данные позволяют заключить, что промежуточным этапом рекомбинации у Е.
со!1 также является формирование и разрешение структур Холлидея. Таким образом, модель, изначально предложеннаядля объяснения молекулярного механизма рекомбинации у эукариот, казалась применимой и к прокариотам. Это ноз~юляет предполагать значительное сходство процессов рекомбинации у тех и у других. Действительно, у дрожжей обнаруживаются гены, сходные с гссА. 187 Глине I/. Мелекулииииемекииизмы ггиетичегкиззг и1ииияии Функции ге| юв гесВ, гесС и гесР стали нрояс1шться лишь в последние годы. В настоюцсс время известно, что продукты имсшю этих генов играют ведущую роль и формировании с1юбодных концов, т.е.
именно они опосредуют начальный этап рекомбинации. При этом каждая из трех субъединиц комплекса функционирует высоко специфично. Об этом свидетельствует тот факт, что мутанты гесВ, гесС и гееР обладают разными свойствами: у штаммов гесВ и гесС резко снижена частота рекомбинации и повышена чувствительность к ДНК-повреждающим агентам. Кроме того они характеризуются низкой выживаемостью. Все это свидетельствует аб их неспособности репарировать повреждения ДНК путем гомологичной рекомбинации. Мутантыы гесР по вьпкиваемости не отличаются от штамм ов дикого типа, следовательно, рекомбинационный путь репарации у них не нарушен. У бактерий получено много мутантов, неспособных к рекомбинации, и идентифицировано 10-20 соответствующих покусов. Очевидно, даже у прокариот рекомбинация представлена различными системами, которые контролируются специфическими генами и функционируют в определенных условиях.
Однако, во всех случаях, идет ли речь о традиционной рекомбинации, связанной с конъюгацией бактерий, или о рекомбинации, инициируемой повреждениями ДНК (как в случае посгрепликативной репарации), или о рекомбинации с фаговым геномом, необходимыми предпосылками рекомбинации являются три момента. Это — образование одноцепочечного учаспаз, образование свободного 3'-конца, а, кроме того, одноцепочный участок и свободный 3'-конец должны быль в области гомологии одноцепочечной и двухцепочечной ДН К И.1.2. МОДЕЛЬ МЕЗЕЛЬСОНА-РЭДДИНГА Один из не укладывающихся в модель Холлидея фактов — асимметричный обмен цепями ДНК, наблюдающийся у ряда грибов Азсошусегек Для устранения этого несоответствия в середине 70-х годов теперь уже прошлого ХХ века М.
Мезельсон и К. Рэддинг модифицировали модель Холлидея, предположив, что в начале рекомбинации гетеродуплексный участок образуется не на двух, а только на одной молекуле ДНК. Основные принципы функционирования этой модели представлены схематически на рис. 113. 1. После образования одноцепочечного разрыва в ДНК одной хроматиды происходит репарационный синтез и вытеснение свободного конца разорванной цепи.
2. Вытесняемый конец внедряется в структуру двойной спирали партнера, в свою очередь, вытесняя там участок одной из ее цепей, в результате чего образуется петля. 3. Петля расщепляется нуклеазами, и с концом, образовавшимся при ее деградации, ковалентно соединяется конец внедрившейся цепи. В тоже время вДНК, претерпевшей одноцепочечный разрыв, как результат репарационного синтеза формируется асимметричный гетеродуплекс.
4. Изомеризация приводит к образованию структуры Холлидея. 5. Миграция полухиазм порождает симметричные участки гетеродуплексной ДНКвобоих партнерах, 6. Разрешение структуры Холлилеи прн расщеплении в области перекреста может. завершиться рекомбинацией фланкирукзщих маркеров или сохранением типа сцепления, характерногодля родительских молекул ДНК !8 Чаев» /. Обаааминетика 1 ИИ л ~ в л ~ в л 1 ь 6 ° ° ° ° ° ~ ° ° ° ° ~~Ф ие. 11.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
