В.М. Глазер - Гомологичная генетическая рекомбинация (статья) (1117837), страница 4
Текст из файла (страница 4)
7, г, д ), который связывается с белком RecA.После этого происходит уже известная цепь событий. На 3'-конце сначала формируется филамент,затем образуется D-петля (закрытая, так как возникает в кольцевой хромосоме) (рис. 7, е). ЗатемD-петля разрезается с помощью одной из эндонуклеаз E. coli, что приводит к полухиазме Холлидея(рис.
7, ж). 5'-Концевая часть разорванной цепиДНК, вероятно, удаляется несколько раньше(рис. 7, г) с помощью экзонуклеазной активностиRecBCD. На этом участие белков RecA и RecBCD врекомбинации, скорее всего, завершается. Далее19а5'3'в5'3'ChiгChiChiб5'3'5'3'Ch3' 5'де5'3'Chi3'3'5'Chi3'5'3'3'5'3'iзж3'ChiРис. 7. Сокращенная схема рекомбинации с участием RecBCD-нуклеазы E. coli (из: Smith G.R. // Ann.
Rev. Genet.1987. Vol. 21. P. 179–201, с изменениями). Дуплексы ДНК представлены параллельными линиями. Синие линии –фрагмент донорной ДНК, красные линии – часть кольцевой хромосомы реципиентной клетки. Желтый прямоугольник изображает молекулу RecBCD-нуклеазы, пунктир – репаративный синтез бреши с помощью ДНК-полимеразы. Остальные пояснения даны в текстеДНК-полимераза и ДНК-лигаза должны залечитьбрешь и разрывы в цепях (рис. 7, з).Последующие этапы, не представленные нарис. 7, – миграцию ветвления и разрешение полухиазмы осуществляют другие белки.
Из них наиболее изучены RuvA, RuvB и RuvC – продукты геновruvA, ruvB и ruvC. RuvA узнает крестообразную полухиазму и нацеливает на нее RuvB. Последнийузнает комплекс RuvA–полухиазма и, используяэнергию АТФ и работая как ДНК-хеликаза, осуществляет миграцию полухиазмы в том же направлении, что и RecA-белок in vitro, но гораздо эффективнее. Где-то здесь в игру вступает резолваза RuvC:она узнает комплекс RuvB–полухиазма, связывается с ним и в определенный момент разрешает полухиазму способом, описанным выше (рис.
3, г). Наэтом миграция полухиазмы прекращается.На рис. 7 инициация рекомбинации для простоты изображена только на одном конце фрагментадонорной ДНК. В действительности же вся описанная последовательность реакций происходит одновременно с обоих концов донорного фрагмента, чтообеспечивает парность обменов при рекомбинациис хромосомой реципиента и исключает ситуацию,изображенную на рис.
1, в'. Перечисленные вышебелки далеко не исчерпывают список участниковкроссинговера у E. coli. Сюда входят также различные белки, помогающие RecA, белки, участвующиев альтернативных путях рекомбинации, и белки общего метаболизма ДНК: ДНК-гираза, ДНК-полимераза, ДНК-лигаза и группа белков, осуществляющихкоррекцию неспаренных оснований в рекомбинационном гетеродуплексе.åéÑÖãú êÖäéåÅàçÄñàà çÄ éëçéÇÖêÖèÄêÄñàà ÑÇìñÖèéóÖóçõï êÄáêõÇéÇ ÑçäВ последние годы получила развитие модель,предложенная еще в 1983 году Дж.
Жостаком и др.для репарации двуцепочечных повреждений ДНК удрожжей. Интерес к ней резко возрос после обнаружения специфических двуцепочечных разрывов вгенах ARG4 и HIS4, возникающих только в мейозе исовпадающих с сайтами инициации рекомбинации(вспомните о постулированных Холлидеем специ-20фических сайтах инициации кроссинговера). Разрывы сопровождались деградацией 5'-концевых цепей с каждой стороны разрыва, что приводило кобразованию одноцепочечных 3'-хвостов длинойоколо 600 п.н.
Модель представлена на рис. 8. В1994 году две группы исследователей из США выделили из мейотических клеток дрожжей структуры,состоящие из двух гомологичных дуплексов, удерживаемых вместе двумя полухиазмами Холлидея.Структуры точно соответствуют интермедиату модели, изображенному на рис. 8, г. В реакции in vitroони разрешаются с помощью резолвазы из E. coli надва дуплекса, либо кроссоверных, либо некроссоверных по внешним маркерам. Детали этого механизмаприменительно к условиям in vitro еще уточняются,однако он обнаружен пока только у дрожжей.áÄäãûóÖçàÖМы рассмотрели механизмы гомологичной рекомбинации на примере двух хорошо изученныхорганизмов: дрожжей и E.
coli. В основных чертахописанные процессы, прежде всего те, что основаны на схеме Холлидея, характерны и для других организмов, в том числе высших эукариот. В пользуэтого свидетельствуют участие структуры Холлидеяи сходного набора белков в рекомбинации у представителей всех систематических групп организмови эволюционный консерватизм белка RecA.
Его гомологи обнаружены у бактерий, грибов, растений иживотных, включая человека, хотя многие деталиих функционирования еще не выяснены. В то жевремя механизмы рекомбинации у разных организмов могут существенно различаться в деталях. Так,описанная выше RecBCD-нуклеаза, поставляющаядля рекомбинации одноцепочечную 3'-концевуюДНК, обнаружена только у бактерий. У других организмов рекомбиногенная одноцепочечная ДНК образуется другими способами.Биологическое значение гомологичной рекомбинации огромно.
Прежде всего она вносит большой вклад в лежащую в основе эволюции генетическую изменчивость, позволяющую организмампостоянно приспосабливаться к среде обитания.Преимущества перекомбинаций генов настолькоëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹7, 19985'3'аЭндонуклеаза5'3'б5'-3'-ЭкзонуклеазавСинапсиси репаративныйсинтезгРис. 8. Схема мейотической рекомбинации помеханизму репарации двуцепочечных разрывовДНК у дрожжей. Два гомологичных дуплекса ДНК(хроматиды) представлены парами параллельныхлиний (а).
Специфическая эндонуклеаза вводитразрывы в обе цепи синего дуплекса (б). 5'-Концыцепей в точках разрывов гидролизуются 5'-3'-экзонуклеазой с образованием рекомбиногенных3'-цепей (в), которые внедряются в красный дуплекс (г), где происходят репаративный синтез утраченных участков ДНК (пунктир) и лигированиеконцов. Остальные пояснения даны в текстевелики, что рекомбинационные системы появились у вирусов и бактерий, которые размножаютсявегетативно. У эукариот они достигли большегоразнообразия и сложности, особенно в соматических клетках. Эктопическая рекомбинация приводит к перестройкам хромосом, с которыми (преждевсего с дупликациями) связывают эволюцию генетического аппарата.
Считается, что дупликацииучастков хромосом обеспечили материал для дивергенции нуклеотидных последовательностей, приводящей к возникновению новых генов.Однако биологическое значение гомологичной,и в том числе эктопической, рекомбинации нельзясвести к их роли в эволюции. Большую роль онииграют и в разнообразных онтогенетических перестройках генетического материала, участвующих врегуляции работы генов. Например, конверсия гена(коррекция гетеродуплекса), которая в мейотических клетках является одним из этапов общего процесса кроссинговера, в соматических клетках эукариот и клетках бактерий может не сопровождатьсякроссинговером по внешним генам и выступать каксамостоятельное явление.
Такая конверсия выполняет важные функции в онтогенезе бактерий, дрожжей, животных. Известно много примеров, когдаопределенный ген расположен в локусе, где он име-ÉãÄáÖê Ç.å. ÉéåéãéÉàóçÄü ÉÖçÖíàóÖëäÄü êÖäéåÅàçÄñàüет собственный промотор и может функционировать, в то время как в других локусах находятся последовательности, в основном гомологичные этомугену, но заметно отличающиеся по нуклеотидномусоставу из-за накопившихся в них мутаций. Онилишены промотора и не могут выполнять функциигенов.
Эти “молчащие” последовательности могутвступать в синапсис с работающим геном и служитьматрицей для его конверсии. Таким образом, работающий ген может менять свою нуклеотидную последовательность. Подобным способом клетки гомоталличных штаммов дрожжей меняют свойполовой тип.У некоторых патогенных микроорганизмов этотже механизм, позволяющий их клеткам менять своиповерхностные антигены, участвует в процессах,описанных ниже. Так, многие патогенные бактерии(спирохета Borrelia bormsei, гонококки и др.) и простейшие (африканские трипаносомы), с одной стороны, и животные, в которых они паразитируют, –с другой, используют в борьбе друг против друга всущности сходные приемы. Животные продуцируют в огромном ассортименте антитела, обеспечивающие им иммунитет1, а патогенные микроорганизмы в ответ на это образуют на своей поверхности всеновые и новые антигены, позволяющие им уходитьот иммунного ответа хозяйского организма.
В основе данных процессов лежат рекомбинационные перестройки в локусах, кодирующих антигены (илиантитела). Рекомбинационные перестройки включают одни и выключают другие гены либо создаютновые гены. В этих сложных процессах участвуютразные типы рекомбинации, но гомологичная и эктопическая рекомбинации (и в том числе конверсиягена) играют здесь не последнюю роль. Помимоописанных процессов у бактерий и низших эукариот известны и другие рекомбинационные системы,участвующие в регуляции работы генов.
Но это темаследующей статьи.êÖäéåÖçÑìÖåÄü ãàíÖêÄíìêÄ1. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярнаябиология клетки: Пер. с англ. М.: Мир, 1994. Т. 1, ч. 2.С. 301–310.2. Инге-Вечтомов С.Г. Введение в молекулярную генетику. М.: Высш. шк., 1983. С. 120–136.3. Льюин Б. Гены.
Пер. с англ. М.: Мир, 1987. С. 443–453.* * *Вадим Моисеевич Глазер, кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики Московскогогосударственного университета им. М.В. Ломоносова. Автор более 100 публикаций в области генетики микроорганизмов и молекулярной генетики идвух учебно-методических пособий.1См. статью: Абелев Г.И. Основы приобретенного иммунитета // Соросовский Образовательный журнал. 1996.№ 5.
С. 4–10.21.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
