Rekombinacja genetyczna

Ten artykuł od 2014-01 zawiera treści, przy których brakuje odnośników do źródeł.

Należy dodać przypisy do treści niemających odnośników do źródeł. Dodanie listy źródeł bibliograficznych jest problematyczne, ponieważ nie wiadomo, które treści one uźródławiają.
Sprawdź w źródłach: Encyklopedia PWN • Google Books • Google Scholar • Federacja Bibliotek Cyfrowych • BazHum • BazTech • RCIN • Internet Archive (texts / inlibrary)
Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu.

Rekombinacja genetyczna – proces wymiany materiału genetycznego, w wyniku którego powstają nowe genotypy. Rekombinacja nie zwiększa puli genowej gatunku.

Osobnik (lub pojedyncza komórka) powstały w wyniku rekombinacji to rekombinant^[1].

U organizmów wyższych rekombinacja zachodzi w wyniku niezależnej segregacji genów i crossing-over zachodzącego podczas profazy mejozy I, a także losowego łączenia się gamet, dzięki czemu potomstwo otrzymuje nową kombinację genów. Umożliwia również rozmnażającym się bezpłciowo organizmom uniknięcie zapadki Mullera, czyli zbytniego gromadzenia się szkodliwych mutacji. U bakterii rekombinacja towarzyszy procesom transdukcji i transformacji.

Rekombinacja jest też metodą usuwania uszkodzeń nici DNA.

• Rekombinacja homologiczna (uprawniona, uogólniona, crossing-over) – wymaga homologii rekombinujących sekwencji,
• Konwersja genów – podczas rekombinacji jeden z alleli jest przekształcany w drugi na skutek naprawy uszkodzeń DNA,
• Rekombinacja umiejscowiona (specyficzna dla miejsca) – wymaga krótkich obszarów homologii,
• Rekombinacja niehomologiczna (nieuprawniona, transpozycja) – zachodzi między niespokrewnionymi sekwencjami.

Wyróżnia się 3 modele rekombinacji homologicznej:

• model Hollidaya (1964),
• model Meselsona-Raddinga (lub model Aviemore),
• model przerywania obu nici (model Szostaka).

Model ten przedstawił w roku 1964 Robin Holliday^[2].

Podczas usuwania uszkodzenia jednoniciowe DNA łączy się z białkiem RecA. Białko RecA atakuje homologiczną cząsteczkę, powodując lokalne rozplecenie helisy i wytworzenie heterodupleksu. Odpowiednie pojedyncze nici dwu homologicznych cząsteczek DNA są nacinane przez endonukleazy, powstają wolne końce i następuje rekombinacja typu crossing-over. Powstaje figura krzyżowa Hollidaya, w której naprzeciw uszkodzenia jest nieuszkodzony odcinek, a luka w drugiej nici będzie połączona z nicią nieuszkodzoną. Jedna z nici krzyżuje się, tworząc parę z komplementarną nicią homologicznego dupleksu. Następuje migracja rozgałęzienia w obu kierunkach (5' i 3'). Następuje rozdzielenie struktury Hollidaya i połączenie końców na dwa możliwe sposoby:

• cięcie nici krzyżujących się prowadzi do wymiany pary homologicznych jednoniciowych segmentów i powstania dwóch heterodupleksów, które muszą zostać naprawione,
• cięcie nici niekrzyżujących się prowadzi do wymiany końców oryginalnych cząsteczek i powstania wzajemnych rekombinantów.

Model ten został opracowany w roku 1973 w szkockiej miejscowości Aviemore przez Matthew Meselsona i Charlesa Raddinga^[3].

Rekombinacja rozpoczyna się od nacięcia jednej nici jednego z homologów. Następnie synteza DNA z końca 3’ powoduje odsunięcie końca 5’ przerwanej nici, a odsunięty koniec 5’ wchodzi do nici homologicznej i odsuwa swój odpowiednik (utworzenie pętli D), który jest degradowany nukleolitycznie. Ligacja (połączenie) prowadzi do wytworzenia genetycznie niesymetrycznego połączenia Hollidaya (tylko jedna z podwójnych nici zawiera region heterodupleksowy). Jeśli dochodzi do migracji połączenia, to heterodupleksy powstaną na obu niciach. Rozdzielenie połączenia zachodzi jak w modelu Hollidaya (cięcie nici krzyżujących się lub nie).

Rekombinację rozpoczyna dwuniciowe pęknięcie (DSB, z ang. double strand break) jednego z homologów. Następnie egzonukleaza 5’→3’ pozostawia na końcu 3’ wystające końce. Jeden z nich dokonuje inwazji do homologicznego dupleksu i odsuwa swój odpowiednik – powstaje pętla D. Do końców 3’ dołącza się polimeraza DNA i prowadzi syntezę DNA. Ligaza odtwarza dwuniciowe struktury i tworzą się połączenia Hollidaya. Rozdzielają się podobnie jak w modelu Hollidaya.

• RecA – promuje wymianę nici między cząsteczkami. Jest wymagane do zajścia wszystkich szlaków rekombinacji (rekombinacja chromosomów, plazmidów, naprawa rekombinacyjna),
• RecBCD – rozwija DNA, przerw w DNA i degraduje obie nici do napotkania sekwencji Chi,
• RuvA – odpowiada za związanie połączenia,
• RuvB – odpowiada za migrację połączenia,
• RuvC – odpowiada za migrację połączenia,
• SSB,
• polimeraza I DNA,
• ligaza.

Ma miejsce:

• integracja faga λ,
• przełączanie typu koniugacyjnego u drożdży,
• przełączanie faz (typu flageliny) u Salmonella typhimurium,
• tworzenie spor u Bacillus subtilis,
• różnicowanie heterocystu (sinic Klebsiella i Anabaena),
• somatyczna rekombinacja pomiędzy fragmentami V(D)J genów immunoglobin w ssaczych komórkach odpornościowych.

Mechanizm:

• rekombinacja pomiędzy odwróconymi powtórzeniami powoduje inwersję,
• rekombinacja pomiędzy prostymi powtórzeniami prowadzi do delecji.

• DavidD. Marcey DavidD., The RuvA Recombination Protein of Escherichia coli [online], 2003 [dostęp 2024-05-03]  (ang.).