Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Одноцепочечные разрывы возникают под действием многих факторов, в частности у-лучей и рентгеновских лучей. Указанные воздействия могут также инициировать генетическую рекомбинацию. Например, в клетках позвоночных в S- и G-фазах митотического цикла эти факторы индуцируют обмены между двумя сестринскими хроматидами каждой хромосомы, которые можно наблюдать с помощью особой методики окрашивания хромосом.
RecA и recDCD белки действуют кооперативно с SSB белком, который предохраняет одноцепочечную ДНК от действия нуклеаз и облегчает реакции спаривания. Мутации по гену ssb заметно ослабляют рекомбинацию.
Рекомбинация завершается разрезанием полухиазмы. Какие ферменты отвечают за эту реакцию у Е. coli, не ясно. Однако специализированные ферменты, специфически разрезающие структуру Холидея, удалось выделить из клеток, зараженных фагом Т4 или Т7.
В гомологичной рекомбинации могут принимать участие и топоизомеразы. Например, образование D-петель существенно облегчается, если ДНК имеет отрицательную сверхспирализа-цию, которую создает ДНК-гираза. С участием топоизомеразы I две рекомбинирующие молекулы могут комплементарно спариваться в отсутствии свободных одноцепочечных концов.
Участие рекомбинации в репарационных процессах. Наличие повреждений в ДНК активирует системы репарации и рекомбинации. По крайней мере, у бактерий эти два процесса связаны между собой. Репарация некоторых типов повреждений вообще невозможна без образования гомологичного дуплекса ДНК и может происходить только рекомбинационным путем (рис. 2.7, В).
При репликации в ДНК возникают одноцепочечные разрывы и бреши. Это происходит, когда репликативная вилка продвигается через поврежденный участок ДНК до того, как репа-ративные системы успели устранить повреждение. Одна из цепей в таком случае окажется дефектной, и комплементарная цепь напротив поврежденного участка не будет синтезирована. Чтобы репарировать образовавшуюся брешь, нужно использо-
вать i. качестве эталона второй полученный при репликации дуплекс ДНК. Это возможно при гомологичной рекомбинации. Как видно из рис. 2.7, в, и поврежденная, и недореплицирован-ная ДНК при рекомбинации окажутся в дуплексе с неповрежденной ДНК и могут быть репарированы обе. Аналогично, за счет гомологичной рекомбинации, и только за счет нее, происходит репарация двуцепочечных разрывов.
Рекомбинация может происходить между гомологичными генами соматических клеток или при вегетативном росте одноклеточных эукариот. Большинство случаев такой митотической рекомбинации связаны с репарацией. С точки зрения репарации можно объяснить возникновение сестринских хроматидных обменов, которые так же, как и митотическая рекомбинация, стимулируются воздействиями, повреждающими ДНК- Обмен сестринскими хроматидами есть не что иное, как обмен между идентичными копиями одной и той же хромосомы. Однако с репарационной точки зрения, такой обмен может исправлять одно- и двуцепочечные разрывы.
Ферментативный аппарат, осуществляющий рекомбинацию у эукариот, пока не известен. Есть данные, указывающие, что центральную роль в рекомбинации должен играть белок, подобный гесА белку. Такой белок выделен у низших эукариот. Выделен также белок дрожжей, способный разрезать полухи-азмы и по свойствам напоминающий аналогичные белки фагов Т7 и Т4.
Мейотическая рекомбинация. В мейозе у эукариот гомологичные хромосомы, полученные от родителей, расходятся по разным клеткам. Перед расхождением гомологичные хромосомы спариваются на всем своем протяжении и образуют в профазе первого деления мейоза особую структуру — синаптоне-мальный комплекс. Считается, что эта структура способствует рекомбинации между гомологами. Такой рекомбинационный обмен, кроссинговер, играет в мейозе важную роль. Места связывания хромосом называются хиазмами. В первом делении мейоза хиазмы, возникшие в результате гомологичной рекомбинации, выполняют роль центромер в митозе. Результатом мейо-тической рекомбинации может быть как генная конверсия, так и постмейотическая сегрегация. Значит, этот вид рекомбинации проходит через образование полухиазм и гетеродуплексных участков. Кроме обеспечения нормального расхождения гомологов, мейотическая рекомбинация играет очень важную эволюционную роль, которая будет рассмотрена ниже.
Специализированные системы гомологичной рекомбинации. Выше были описаны системы рекомбинации, выполняю-120
щие общие функции. Однако существуют и специализированные системы гомологичной рекомбинации, обеспечивающие вполне определенные частные процессы. На одной из таких систем мы остановимся подробнее.
Многие паразиты для борьбы с иммунной системой организ-мов-хозяев используют систему общей рекомбинации. Так, у гонококков— бактерий, вызывающих гонорею, на поверхности клеток есть ворсинки — пили. Пили являются одним из основных факторов вирулентности: они обеспечивают прикрепление гонококков к клеткам эпителия мочеполовой системы. Пили состоят из белка — пилина. В геноме бактерий много генов, кодирующих иммунологически различные варианты пилина. Однако экспрессируется только тот ген, который находится в области pilE. Он и определяет, какой пилин представлен на поверхности клетки.
