Существенным моментом существования ДНК в живых системах является не только процессы восстановления и сохранения информации , содержащейся в последовательности нуклеотидов, но и разнообразные действия, направленные на перетасовки этой информации с целью создания новых комбинаций генов.

Важнейшей среди подобных операций является гомологичная рекомбинация обмен участками между достаточно длинными молекулами ДНК с гомологичными последовательностями пар оснований. Такой процесс происходит во всех организмов, размножающихся половым путем, между гомологичными хромосомами при мейозе (в процессе образования половых клеток). Также гомологичная рекомбинация возможна в парах гомологичных дочерних молекул ДНК при репликации в соматических клетках (митотическая рекомбинация) и в прокариот, скажем, после конъюгации двух бактериальных клеток и проникновение ДНК из одной в другую (см. раздел 5).

Необходимым условием для осуществления гомологичной рекомбинации является гомология последовательностей между двумя молекулами ДНК по всей длине. Общую модель начального этапа гомологической рекомбинациизображено на рис. 1.26. Инициирующей событием является двухцепной разрез в одной из гомологичных молекул (осуществляется специальными ферментами). Этот разрез за счет активности комплекса белков recBCD (здесь и далее указаны названия белков, обеспечивающих гомологическую рекомбинацию в E. coli, гомологичные белки также и в эукариот) "расширяется" путем 5-екзонуклеазнои деградации ДНК? в результате в месте разреза остаются два одноцепочечные 3'-хвосты.

Один из них (в комплексе с белком recA) осуществляет инвазию? образует двойную спираль с антипараллельными цепью интактной гомологической молекулы ДНК. Другой цепь этой последней выталкивается из дуплекса в виде одноцепочечной D-петли (от displacement). Вместе с 3'-хвостом D-петля способна перемещаться в поиске гомологии? максимальной комплементарности в пределах двойной спирали, которая образовалась между цепями двух гомологичных молекул ДНК. На следующем шаге происходит репарационный синтез ДНК: два 3'-конце разорванной молекулы ДНК удлиняются ДНК-полимеразы с использованием как матриц двух цепей интактной молекулы. До этого момента схема на рис. 1.26 является одновременно схеме точной репарации двухцепочечной разрыва в одной из двух сестринских молекул ДНК во время репликации. При рекомбинации восстановления целостности ДНК является только завершением начального этапа. В результате инвазии и репарационные сын-тезис две молекулы ДНК объединяются, образуя два пересечения цепей? две структуры Холидея (Robin Holliday). Каждая такая струк-тура может перемещаться (так называемая миграция ветви), результатом чего является увеличение гетеродуплекса? двойной спирали между двумя почти комплементарными цепями двух гомологичных молекул ДНК.

Рассмотрим отдельную одну структуру Холидея. Как видно из рис. 1.27, его можно подвергнуть изомеризации, повернув два дволанцюгови конце на 180 °. Именно в форме без пересечения цепей (справа на рисунке) структура Холидея фиксируется благодаря ее взаимодействия с белком ruvA: белок связывается с центром креста, удерживая четыре одноцепочечные участки в примерно планарные квадратной конфигурации.

С ruvA и двумя двутелами, выходящих из креста в противоположных направлениях, взаимодействуют два гексамерни белковые комплексы ruvВ, которые в АТР-зависимом процессе обеспечивают протягивания цепей через комплекс ruvА / ruvВ? миграции ветви с одновременным удлинением гетеродуплекса. Последним событием рекомбинации является разделение (resolution) структуры Холидея резольвазою? белком ruvС. Резольваза? это эндонуклеаза, две молекулы которой взаимодействуют с комплексом ruvА / ruvВ и двумя цепями крест, расположенными друг против друга (есть два равновероятны варианты такого связывания). Итак, резольваза делает двухцепной разрез через крест двумя возможными путями (рис. 1.28). После следующего сшивания разрывов липазой остаются две дволанцюгови молекулы ДНК.

На рис. 1.28 изображен изомеризовану чотириланцюгову структуру с рис. 1.26? две структуры Холидея с пересечения превращены в планарные (участки, которые синтезированы путем репарации, не обозначено)? и результат ее разделение. Из четырех возможных комбинаций разделение двух структур Холидея показано две. Одна из них приводит к рекомбинации (аналогично, рекомбинантной есть и пара разрезов 2 + 4): две гомологичные молекулы ДНК обменялись участками, и условная "азбука", которой обозначены фрагменты ДНК, изменяет регистр? заглавные буквы заменяются на маленькие и наоборот. В масштабе целых хромосом результатом рекомбинации есть две молекулы, показанные в центральной части рис. 1.29. Пары разрезов 1 + 4 и 2 + 3 не приводят к рекомбинации. Так, рекомбинация при разделении структур Холидея происходит с вероятностью 50%.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+