Neoprávněná rekombinace - Illegitimate recombination - Wikipedia

Nehomologní konec spojení s procesem nelegitimní rekombinace versus událost rekombinace řízená homologií.

Neoprávněná rekombinacenebo nehomologní rekombinace, je proces, při kterém dva nesouvisející dvouvláknové segmenty DNA jsou spojeni. Toto vložení genetického materiálu, který nemá být sousedící, má tendenci vést k rozbití genů, což způsobí, že protein, který kódují, nebude správně exprimován. Jednou z hlavních cest, kterými k tomu dojde, je opravný mechanismus známý jako nehomologní spojování konců (NHEJ).^[1]

Objev

Nelegitimní rekombinace je přirozený proces, o kterém bylo poprvé zjištěno, že je uvnitř E-coli. Bylo zjištěno, že se do DNA vložil segment DNA o velikosti 700-1400 párů bází gal a lac operony vedoucí k silnému poláru mutace.^[2] Bylo zjištěno, že tento mechanismus má schopnost vložit další krátké genetické sekvence do jiných míst v bakterii genom což často vede ke změně v expresi sousedních genů. Často to vede k tomu, že se sousední geny jednoduše vypnou. Některé z těchto segmentů však také měly silné počáteční a koncové signály, které změnily regulaci sousedních genů, což vedlo ke změnám v množství transkripce. To, co odlišovalo tuto formu genetické rekombinace od těch závislých na genetické homologii, bylo to, že proces pozorovaný jako nelegitimní nevyžadoval použití homologní segmenty DNA. I když to v té době nebylo zcela pochopeno, bylo zjištěno, že má potenciál generovat změny v chromozomální evoluci.^[3]

Mechanismus

U prokaryot

U prokaryot vede nelegitimní rekombinace k mutaci genetické sekvence prokaryot. Tento proces má různé podoby eukaryoty jedním z nich jsou vypuštění. V deleční mutaci prokaryotický organismus prochází nelegitimní rekombinací, což má za následek odstranění spojitého segmentu genetického kódu. Tato forma mutace se však vyskytuje spíše u mutantů přírodního původu než u indukovaných. Neoprávněná rekombinace může také nastat kvůli transdukce genetického materiálu z a bakteriofág. V tomto případě bakteriofág vloží svůj genetický materiál do bakterie, aby ji mohl vložit do bakteriálního genomu v bodě bez ohledu na genetickou homologii. Další formou nelegitimní rekombinace u prokaryot je duplikační mutace genomu. V tomto případě je část rodičovského genomu vložena několikrát do genomu. Tato duplikace buď vloží genetický materiál ve stejné orientaci nebo v protikladu k původním rodičovským segmentům, protože není řízena nehomologicky.^[3]

U eukaryot

Mechanismus nelegitimní rekombinace spočívá v nehomologním spojování konců, při kterém budou dva řetězce DNA nesdílející homologii spojeny dohromady pomocí mechanismu opravy genů. Po rozpoznání dvouřetězcového zlomu udrží proteinový komplex dva řetězce v dostatečně těsné blízkosti, aby umožnil opravu řetězců. Dále jsou konce DNA opraveny tak, že jsou odstraněny všechny nesprávné nebo poškozené nukleotidy. Jakmile k tomu dojde, prameny mohou být ligován společně tak, že jsou jediným řetězcem DNA, který předtím nesousedil. Tento proces je běžný pro eukaryotické buňky a má tendenci fungovat jako opravný mechanismus, ale může dojít k těmto mutacím, pokud dojde k nelegitimní rekombinaci. Neoprávněná rekombinace bude mít často podobu velkých chromozomálních aberací v eukaryotickém organismu, protože má mnohem větší segmenty DNA než prokaryotické buňky. Z tohoto důvodu může nehomologní spojení konců způsobit nelegitimní rekombinaci, která vytváří inzerční a deleční mutace v chromozomech a také translokaci jednoho chromozomálního segmentu do jiného chromozomu. Tyto rozsáhlé změny chromozomu v eukaryotických organismech mají tendenci mít škodlivé účinky na organismus, spíše než by poskytovaly určitý druh genetické výhody.^[4]

Škodlivé účinky na organismy

Nelegitimní rekombinace má často škodlivé účinky na organismus, protože vede k rozsáhlé změně genetické sekvence organismu. Tyto změny budou mít za následek mutace, protože spojení DNA, které není založeno na homologii, bude nejčastěji umisťovat genetické prvky na místa, kde dříve nebyla umístěna. To může narušit funkci genů, které mohou být nezbytné pro fungování organismu. V případě rakoviny bylo zjištěno, že nádory mohou být výsledkem nelegitimní rekombinace vedoucí k tvorbě vlásenky, která mění genovou funkci v genomu nádorových buněk.^[5]

Aplikace

Nelegitimní rekombinace je nástroj, který lze použít v laboratoři, a je také užitečným výzkumným nástrojem. Může dojít k nelegitimní rekombinaci náhodná mutageneze za účelem generování náhodné změny genetické sekvence organismu.^[6] Indukce této mutageneze umožňuje studium genetické sekvence vytvořením mutace v genetickém segmentu, která mění funkci tohoto genetického segmentu. To umožňuje studium funkce genu prostřednictvím analýzy rozdílů mezi mutanty a přirozenými organismy, aby se interpretovalo, s jakým procesem je gen spojen.

Reference