Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 198

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 198)

Такая подвижность говорит о том, что хиазмы являются скорее следствием рекомбинационного события, чем его промежуточным продуктом. 35. Восстановление и рекомбинация ДНК ровать в любом направлении, когда одна цепь замещается другой. Эта реакция важна с теоретической н практической точек зрения. Она придает динамичность рекомбинантным структурам. Однако в практическом отношении возможность миграции в любом направлении означаст, что точку ответвления нельзя обнаружить 1п тйго (поскольку ветвь может мигрировать уже после того, как молекула была выделена). Такой тип движения позволяет точке обмена в рекомбинационной промежуточной структуре перемещаться в любом направлении. Чтобы в естественных условиях поддерживалось образование протяженных областей гетеродуплексной ДНК (более 1000 пар оснований), скорость миграции ветви должна быть, по-видимому, достаточно высокой, При вовлечении в реакцию двухцепочечных молекул могут оказаться необходимыми топологические перестройки; либо спираль ДНК должна иметь возможность свободно вращаться, либо с помощью топоизомеразы должны сниматься топологические ограничения.

Сцепленная молекула, образуемая при обмене цепями, должна разделиться на две отдельные двухцепочечные молекулы. Для этого необходимы два дополнительных разреза. Альтернативные способы такой реакции рассмотрены в нтсжней части рис. 35.2 на примере плоскостной молекулы, образуемой при вращении одной из двойных цепей рекомбинационного интермедиата. Конечный результат зависит от того, какая именно пара цепей разрезае гся. В тех случаях, ко~да разрезы вносятся в ту пару цепей, которая исходно не разрезапась (т.е. в пару, не принимавшую участия в инициации обмена), каждая из четырех исходных цепей окажется разрезанной.

Это приведет к разделению рекомбинационных молекул ДНК. Одна двухцепочечная родительская ДНК ковалентно связывается с другой родительской молекулой через отрезок гетеро- дуплексной ДНК. Между маркерами, расположенными с той или другой стороны от гетеродуплексной области, осуществляется рекомбинационное событие. Если разрезанию подвергаются цепн, уже разрезанные в начале реакции, две другие цепи остаются интактными.

Разрезы ведут к освобождению исходных интактных ро- 'т ! Разрезы свела»ь не целил, котор бы и вовлеьены нсловный обмен лань в влекав ШШШ) ХНШТШ лШШ( 4 Бреши заполнены; ШШШ) РШ ШШ')ШШь залол е ы; образовались реципрокные рекомбинан- тные молекул ~ не пвлнютсл рекомбннвнтнымн, но солар мат тетеропуплексную область Разрыв и воссое шненне осуществляются через ~стеродуплексные ДИК До сих пор не ясно, каким образом узнают друг друга гомологнчные двухцепочечные последовательности ДНК, однако механизм узнавания комплементарности отдельных цепей хорошо известен-зто спаривание оснований. Он используется для образования рекомбинационных промежуточных структур.

Одна из нескольких существующих моделей этой реакции представлена на рис. 35.2. Процесс начинается с разрыва в соответствующих точках гомологичных цепей двух спаренных молекул ДНК. Разрыв обусловливает подвижность образовавшихся свободных концов. Каждая цепь оставляет своего партнера; происходит перекрешивание. При этом каждая цепь спаривается с комплементарной ей цепью другой молекулы. Такой реципрокный обмен связывает две двухцепочечные ДНК.

Вначале зто только водородные связи; затем благодаря сшивки разрезов в сайтах обмена в какой-то точке устанавливается ковалентная связь (сшивка может произойти и позднее, чем показано на рисунке). Пара соединенных двухцепочечных молекул получила назнание сцепленной молекулы. Каждая двухцепочечная ДНК в сцепленной молекуле имеет область, в которой из разделенных родительских молекул ДНК присутствует по одной цепи.

Такая область получила название гибридной ДНК нли гетеродуплексной ДНК. Модель показывает, что существуе~ небольшая стерическая помеха для образования реципрокных гетеродуплексных областей между спаренными молекулами ДНК; так практически все основания могут сохраняться спаренными (либо в родительской молекуле, либо в гетеродуплексных областях). Существование протяженных одноцепочечных областей не обязательно. ' Если в клетке произошла инициация генетического обмена, он продолжается, перемещаясь вдоль цепей ДНК. Такое явление получило название тсиграции ветви.

Ветви в структуре ДНК могут включать либо отдельные, либо двойные цепи. На рис. 35.3 показан пример миграции одноцепочечной ветви. Точка ответвления может мигрн- Рнс. 55.2 Рекомбянацяя между двумя спаренными двухцепочечными молекулами ДНК может быть инициирована рецнпрокным одноцепочсчныы обменом, расширяющимся в результате мигранян ветви я разрешающимся путем разрезания. Часть (Х. Сохранение ДНК в ряду поколений 446 дительских молекул, каждая из которых, однако, имеет отрезок гетеродуплексной ДНК.

Таким образом, основной принцип а:чвтернатиаиыхспособов разделения сцеплений "молекулы — заключается -. в образовании обласгттзетеродуплексной ДНК прй обмене цепями между молекулами ДНК, причем такой обмен не обязательно сопровождается пехомйшациай-флатпги- . рующих областей. Можйо рассматрсть несколько вариантов использова-ния Тетеродуплексной ДНК. Обмен цепей может быть инициирован только одной цепью вместо двух; миграция ветви может способствовать расширению реакции, в результате чего произойдет вытеснение другой цепи. Реакция может происходить путем раскручивания и крестообразного спаривания цепей без какого-либо разрезания (хотя это связано с гораздо большими топологическими перестройками). В модели, представленной на рис.

35.2, гетеродуплексные участки в каждой молекуле ДНК имеют равную длину. Генетические исследования, проведенные на грибах, показали, что области гетеродуплексной ДНК в рекомбннантных хромосомах варьируют по длине (см. ниже), Этот факт согласуется с такой модификацией модели, прн которой допускается синтез новой последовательности ДНК, замещающей часть последовательности одной из обменивающихся цепей.

Следует отметить, что цеталн механизма и порядок событий могут различаться, однако все модели основаны на одном и том же основном принципе; образовании промежуточной структуры, включающей ггетеродуплексную Дгтгь-;-ке« тарая пиоягех быть- расширена--цосредством.- миграции ветви.

Действительно ли двухцепочечные разрывы инициируют рекомбинацию? Другая модель рекомбинации основана на предположении, что двухцепочечный раэрьгв инициирует генетический обмен. Одна из образовавшихся одиночных цепей мигрирует к другому дуплексу, в результате чего две двухцепочечные молекулы оказываются связанными с помощью гетеродуплексной последовательности ДНК. Эпдонуклеаза производит двухцепочечный разрез в одной хроматиде — «рецнпиенте». Разрез увеличивается до размера бреши, по-виднмому, за счет действия экзонуклеаз.

Экзонуклеаза (экзонуклеазы) разрушает одну из цепей с одной стороны от разреза, в результате чего образуйся одноцепочечный 3'-конец. Свободный 3'-конец вторгается в гомологичпую область другого, «донорного» дуплекса. Образование гетеродуплексной ДНК сопровождается появлением Г)-петли, в которой одна цепь донорного дуплекса вытесняется. Репарирующий синтез расширяет гу-петлю; при этом в качестве затравки используется свободный 3'-конец.

В конечном счете )У-петля достигает размера, соответствующего полной длине бреши реципиентцой хроматнды. При достижении вытесняемой отдельной цепью удаленного конца пробела, компле- рнс. 35.3 Миграция ветви может происходить в любом направлении, когда неспаренная одиночная цепь вытесняется спаренной цепью.

Такая структура формируется пря ронатурации, когда одиночная цепь ДНК отжигаотся и одном конце о одной компиамонтарной цепью, а и другом конце — с независимой компдемогпарной цепью. ментарные одноцепочечные последовательности «отжигаются». В результате с обеих сторон от бреши находится гстеродуплексная ДНК, а сама брешь представлена одноцспочечной (у-петлей. Дуплексная целостность области бреши может быль восстановлена с помощью репарирующего синтеза, использующего в качестве затравки ее левый 3'-конец.

Во всех случаях брешь репарируется в результате двух отдельных циклов синтеза одноцепочечной ДНК. Миграция ветви превращает эту структуру в молекулу с двумя рекомбннантными соединениями. В тех случаях, когда оба соединения разрешаются одним н тем жс способом, например разрезанием внутренних цепей, происходит высвобождение исходных, не подвергавшихся кроссинговеру молекул. Если же два соединения разрешаются противоположным способом, т.е, в одном случае разрез вносится на внутреннюю цепь, а в другом-на внешнюю, происходит генетический кроссинговер. Модели с двухцепочечным и одноцепочечным разрывами предполагают некоторые различия в структуре молекулы, сочлененной в двух местах перед ее разрешением.

Гетсродуплексная ДНК образуется в каждом конце области, вовлекаемой в обмен. Между двумя гетеродуплексными сегментами находится область, соответствующая бреши, которая теперь содержит последовательность донорной ДНК в обеих молекулах. Таким образом, г.етеродуплексные последовательности расположены асимметрично и часть одной молекулы превращена в последовательность другой (вот почему инициирующая хроматида названа реципиентом). Модель однопепочечного разрыва предсказывает противоположный результат, при котором инициирующая хроматида выполняет роль донора генетической информации.

Характеристики

Список файлов книги