stringtranslate.com

Точка рекомбинации

Горячие точки рекомбинации — это области в геноме , которые демонстрируют повышенные скорости рекомбинации относительно нейтрального ожидания. Скорость рекомбинации в горячих точках может быть в сотни раз выше, чем в окружающей области. [1] Горячие точки рекомбинации возникают из-за более высокого образования разрывов ДНК в этих областях и применяются как к митотическим , так и к мейотическим клеткам. Это название может относиться к событиям рекомбинации, возникающим в результате неравномерного распределения запрограммированных мейотических двухцепочечных разрывов. [2]

Мейотическая рекомбинация

Мейотическая рекомбинация посредством кроссинговера считается механизмом, посредством которого клетка обеспечивает правильное разделение гомологичных хромосом и восстановление повреждений ДНК. Кроссинговер требует двухцепочечного разрыва ДНК, за которым следует вторжение нити гомолога и последующее восстановление. [3] Места инициации рекомбинации обычно определяются путем картирования событий кроссинговера с помощью анализа родословной или с помощью анализа неравновесия сцепления . Неравновесие сцепления выявило более 30 000 горячих точек в геноме человека. [3] У людей среднее количество событий кроссинговерной рекомбинации на горячую точку составляет один кроссовер на 1300 мейозов, а самая экстремальная горячая точка имеет частоту кроссинговера один на 110 мейозов. [4]

Геномные перестройки

Рекомбинация также может происходить из-за ошибок в репликации ДНК, которые приводят к геномным перестройкам. Эти события часто связаны с патологией. Однако геномная перестройка также считается движущей силой эволюционного развития, поскольку она приводит к появлению новых комбинаций генов. [5] Горячие точки рекомбинации могут возникать в результате взаимодействия следующих селективных сил: выгода от управления генетическим разнообразием посредством геномной перестройки в сочетании с отбором, действующим для поддержания благоприятных комбинаций генов. [6]

Места посвящения

ДНК содержит «хрупкие сайты» в последовательности, которые более склонны к рекомбинации. Эти хрупкие сайты связаны со следующими тринуклеотидными повторами: CGG-CCG, GAG-CTG, GAA-TTC и GCN-NGC. [5] Эти хрупкие сайты сохраняются у млекопитающих и дрожжей, что позволяет предположить, что нестабильность вызвана чем-то присущим молекулярной структуре ДНК и связана с нестабильностью повторов ДНК. [5] Считается, что эти хрупкие сайты образуют шпилечные структуры на отстающей нити во время репликации из одноцепочечной ДНК, спаренной с собой в области тринуклеотидного повтора. [5] Эти шпилечные структуры вызывают разрывы ДНК, которые приводят к более высокой частоте рекомбинации на этих сайтах. [5]

Также считается, что горячие точки рекомбинации возникают из-за структуры хромосом более высокого порядка, которая делает некоторые области хромосомы более доступными для рекомбинации, чем другие. [6] У мышей и дрожжей был выявлен сайт инициации двухцепочечного разрыва, расположенный в общей черте хроматина: триметилировании лизина 4 гистона H3 ( H3K4me3 ). [3]

Рекомбинационные горячие точки, по-видимому, вызваны не только последовательностью ДНК или структурой хромосомы. Альтернативно, сайты инициации рекомбинационных горячих точек могут быть закодированы в геноме. С помощью сравнения рекомбинации между различными штаммами мышей локус Dsbc1 был идентифицирован как локус, который вносит вклад в спецификацию сайтов инициации в геноме по крайней мере в двух местах рекомбинационных горячих точек. [3] Дополнительное картирование кроссинговера определило местоположение локуса Dsbc1 в области 12,2–16,7 Мб мышиной хромосомы 17, которая содержит ген PRDM9. Ген PRDM9 кодирует гистонметилтрансферазу в области Dsbc1, что свидетельствует о неслучайной генетической основе для сайтов инициации рекомбинации у мышей. [3] Быстрая эволюция гена PRDM9 объясняет наблюдение, что у человека и шимпанзе мало общих рекомбинационных горячих точек, несмотря на высокий уровень идентичности последовательностей. [7]

Рекомбинация, связанная с транскрипцией

Гомологичная рекомбинация в функциональных областях ДНК сильно стимулируется транскрипцией , что наблюдается у ряда различных организмов. [8] [9] [10] [11] Рекомбинация, связанная с транскрипцией, по-видимому, обусловлена, по крайней мере частично, способностью транскрипции открывать структуру ДНК и повышать доступность ДНК для экзогенных химических веществ и внутренних метаболитов, которые вызывают рекомбиногенные повреждения ДНК . [10] Эти результаты свидетельствуют о том, что рекомбинация, связанная с транскрипцией, может вносить значительный вклад в образование горячих точек рекомбинации.

Очаги вирусной рекомбинации

Гомологичная рекомбинация очень часто встречается в РНК-вирусах. [12] Рекомбинация часто происходит среди очень похожих вирусов, где сайты кроссинговера могут встречаться в любом месте генома, но после давления отбора эти сайты имеют тенденцию локализоваться в определенных регионах/горячих точках. [13] Например, у энтеровирусов горячие точки рекомбинации были идентифицированы на стыке 5'UTR-капсидной области и в начале области P2. [14] Эти две горячие точки фланкируют область P1, которая кодирует капсид. [14] У коронавирусов геномная область Spike является горячей точкой рекомбинации. [15] [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Джеффрис А. Дж., Кауппи Л., Нойманн Р. (октябрь 2001 г.). «Интенсивно точечная мейотическая рекомбинация в области класса II главного комплекса гистосовместимости». Nat. Genet . 29 (2): 217–22. doi :10.1038/ng1001-217. PMID  11586303. S2CID  23026001.
  2. ^ Székvölgyi, Lóránt; Ohta, Kunihiro; Nicolas, Alain (2015-05-01). "Инициация мейотической гомологичной рекомбинации: гибкость, влияние модификаций гистонов и ремоделирование хроматина". Cold Spring Harbor Perspectives in Biology . 7 (5): a016527. doi :10.1101/cshperspect.a016527. ISSN  1943-0264. PMC 4448624. PMID  25934010 . 
  3. ^ abcde Baudat, F.; et al. (2010). «Prdm9 — главный детерминант горячих точек мейотической рекомбинации у людей и мышей». Science . 327 (5967): 836–40. doi :10.1126/science.1183439. PMC 4295902 . PMID  20044539. 
  4. ^ Myers S, Spencer CC, Auton A, et al. (август 2006 г.). «Распределение и причины мейотической рекомбинации в геноме человека». Biochem. Soc. Trans . 34 (Pt 4): 526–30. doi :10.1042/BST0340526. PMID  16856851.
  5. ^ abcde Агилера, А.; Гомес-Гонсалес, Б. (2008). «Нестабильность генома: механистический взгляд на ее причины и последствия». Nature Reviews Genetics . 9 (3): 204–17. doi :10.1038/nrg2268. PMID  18227811. S2CID  14024154.
  6. ^ ab Lichten, M.; Goldman, ASH (1995). «Горячие точки мейотической рекомбинации». Annual Review of Genetics . 29 : 423–44. doi :10.1146/annurev.genet.29.1.423. PMID  8825482.
  7. ^ Оутон, Адам; Фледель-Алон, Ади; Пфайфер, Сюзанна; Венн, Оливер; Сегюрель, Лор (2012). «Тонкомасштабная генетическая карта шимпанзе, полученная с помощью секвенирования популяции». Science . 336 (6078): 193–198. doi :10.1126/science.1216872. PMC 3532813 . PMID  22422862. 
  8. ^ Grimm C, Schaer P, Munz P, Kohli J (1991). «Сильный промотор ADH1 стимулирует митотическую и мейотическую рекомбинацию в гене ADE6 Schizosaccharomyces pombe». Mol. Cell. Biol . 11 (1): 289–98. doi :10.1128/mcb.11.1.289. PMC 359619 . PMID  1986226. 
  9. ^ Nickoloff JA ( 1992 ). «Транскрипция усиливает внутрихромосомную гомологичную рекомбинацию в клетках млекопитающих». Mol. Cell. Biol . 12 (12): 5311–8. doi :10.1128/mcb.12.12.5311. PMC 360468. PMID  1333040. 
  10. ^ ab García-Rubio M, Huertas P, González-Barrera S, Aguilera A (2003). «Рекомбиногенные эффекты агентов, повреждающих ДНК, синергически усиливаются транскрипцией в Saccharomyces cerevisiae. Новые идеи рекомбинации, связанной с транскрипцией». Genetics . 165 (2): 457–66. doi :10.1093/genetics/165.2.457. PMC 1462770 . PMID  14573461. 
  11. ^ Gaillard H, Aguilera A (2016). «Транскрипция как угроза целостности генома». Annu. Rev. Biochem . 85 : 291–317. doi : 10.1146/annurev-biochem-060815-014908. hdl : 11441/78271 . PMID  27023844.
  12. ^ Simon-Loriere, Etienne; Holmes, Edward C. (август 2011). «Почему РНК-вирусы рекомбинируют?». Nature Reviews Microbiology . 9 (8): 617–626. doi :10.1038/nrmicro2614. ISSN  1740-1526. PMC 3324781. PMID 21725337  . 
  13. ^ Баннер, Л. Р.; Лай, М. М. (ноябрь 1991 г.). «Случайная природа рекомбинации РНК коронавируса при отсутствии давления отбора». Вирусология . 185 (1): 441–445. doi : 10.1016/0042-6822(91)90795-d. ISSN  0042-6822. PMC 7131166. PMID 1656597  . 
  14. ^ ab Николаидис, Мариос; Мимули, Каллиопи; Кириакопулу, Захарула; Цимпидис, Михаил; Цакогианнис, Димитрис; Маркулатос, Панайотис; Амуциас, Григорис Д. (январь 2019 г.). «Крупномасштабный геномный анализ выявляет повторяющиеся закономерности межтиповой рекомбинации у энтеровирусов человека». Вирусология . 526 : 72–80. doi : 10.1016/j.virol.2018.10.006. PMID  30366300. S2CID  53115712.
  15. ^ Николаидис, Мариос; Маркулатос, Панайотис; Ван де Пир, Ив; Оливер, Стивен Г; Амуциас, Григориос Д (12.10.2021). Хепп, Кристал (ред.). «Окрестности гена Spike являются очагом модульной интертипической гомологичной и негомологичной рекомбинации в геномах коронавирусов». Молекулярная биология и эволюция . 39 : msab292. doi : 10.1093 /molbev/msab292. ISSN  0737-4038. PMC 8549283. PMID  34638137. 
  16. ^ Ян, Иян; Ян, Вэй; Холл, А. Брэнтли; Цзян, Сяофан (13.04.2021). Расмус, Нильсен (ред.). «Характеристика транскрипционных регуляторных последовательностей в коронавирусах и их роль в рекомбинации». Молекулярная биология и эволюция . 38 (4): 1241–1248. doi :10.1093/molbev/msaa281. ISSN  1537-1719. PMC 7665640. PMID 33146390  . 

Дальнейшее чтение