أنواع وآليات إعادة التركيب الجيني

ال إعادة التركيب الجيني هي العملية التي تقوم من خلالها جزيئات الحمض النووي بتبادل شظايا توليد جزيء جديد. هو شائع جدا في الحمض النووي ، ولكن الحمض النووي الريبي هو أيضا الركيزة لإعادة التركيب. يعد إعادة التركيب ، بعد الطفرة ، أهم مصدر لتوليد التباين الوراثي.

يشارك الحمض النووي في العمليات الكيميائية الحيوية المختلفة. أثناء النسخ المتماثل ، يعمل كقالب لتكوين جزيئين DNA جديدين. في النسخ ، يسمح بتوليد جزيئات الحمض النووي الريبي من مناطق محددة يسيطر عليها المروج.

ولكن بالإضافة إلى ذلك ، فإن الحمض النووي قادر أيضًا على تبادل الشظايا. من خلال هذه العملية تولد مجموعات جديدة ليست نتاج عمليتين سابقتين ولا تخصيب.

تنطوي أي عملية إعادة التركيب على تكسير وربط جزيئات الدنا المشاركة في العملية. تختلف هذه الآلية بناءً على الركيزة التركيبية ، والإنزيمات المشاركة في العملية ، وآلية تنفيذها.

تعتمد إعادة التركيب عمومًا على وجود مناطق متكاملة ، متشابهة (إن لم تكن متطابقة) ، أو متجانسة بين جزيئات إعادة التركيب. في حالة إعادة تجميع الجزيئات في عمليات لا تسترشد بالتماثل ، يقال إن إعادة التركيب ليست متماثلة.

إذا كانت التماثل ينطوي على منطقة قصيرة جدًا موجودة في كلا الجزيئين ، يُقال إن إعادة التركيب محددة.

مؤشر

• 1 التعريف
  • 1.1 الحزم والترابط
• 2 أنواع التركيب الوراثي
  • 2.1 إعادة التركيب الخاص بالموقع
  • 2.2 - إعادة التركيب مثلي
  • 2.3 - التركيب غير المتجانس
• 3 أهمية إعادة التركيب
  • 3.1 الأهمية كسبب: تكرار الحمض النووي وإصلاحه
  • 3.2 الأهمية نتيجة لذلك: توليد التباين الوراثي
  • 3.3 إعادة التركيب والصحة
• 4 المراجع

تعريف

ما نسميه التماثل في إعادة التركيب لا يعني بالضرورة الأصل التطوري للجزيئات المشاركة. نحن نتحدث أكثر عن درجة التشابه في تسلسل النيوكليوتيدات.

تحدث إعادة التركيب غير التعويضي ، على سبيل المثال ، في حقيقيات النوى أثناء عملية الانقسام الاختزالي. لا شك في أنه لا يمكن أن يكون هناك تماثل أكبر من أزواج الكروموسومات في نفس الخلية.

لهذا السبب يطلق عليهم كروموسومات متجانسة. ومع ذلك ، هناك حالات يتبادل فيها الحمض النووي لخلية ما مادة DNA. يجب أن تكون هذه الحمض النووي مشابهًا جدًا لإعادة التوحيد ، لكن ليس بالضرورة أن تشترك في نفس الجد (التماثل) لتحقيقه.

الحزم والربط المتبادل

يطلق على موقع الاتحاد والتبادل بين جزيئين الحمض النووي chiasm ، وهذه العملية على هذا النحو ، تشابك. أثناء intercrossing ، يتم التحقق من تبادل العصابات بين الحمض النووي المشاركة.

هذا يولد cointegrate ، وهما جزيئات الحمض النووي متحدة جسديا في واحد. عندما يتم حل "cointegrate" ، يتم إنشاء جزيئين ، يتغيران بشكل عام (مؤتلف).

"حل" ، في سياق إعادة التركيب ، هو فصل مكونات جزيئات الحمض النووي من cointegrate.

أنواع التركيب الوراثي

-إعادة التركيب الخاصة بالموقع

في إعادة التركيب الخاصة بالموقع ، يكون لجزيئين الحمض النووي ، غير المتماثلين عمومًا ، تسلسل قصير مشترك لكليهما. ويستهدف هذا التسلسل انزيم الربط المحدد.

يقوم الإنزيم ، القادر على التعرف على هذا التسلسل وليس الآخر ، بقصه في موقع معين في كل من الجزيئين. بمساعدة بعض العوامل الأخرى ، تقوم بتبادل نطاقات الحمض النووي للجزيئين المشاركين وتشكل cointegrate.

الإشريكية القولونية ولامدا

هذا هو أساس تكوين cointegrate بين الجينوم من البكتيريا الإشريكية القولونية وذلك من البكتيريا لامدا. البكتيريا هي فيروس يصيب البكتيريا.

يتم تنفيذ هذا المركب بواسطة إنزيم مشفر في جينوم الفيروس: lambda integrase. هذا يتعرف على تسلسل مشترك يسمى attP في الجينوم الدائري للفيروس ، و attB في البكتيريا.

عن طريق قطع التسلسلين في كلا الجزيئين ، فإنه يولد شرائح حرة ، وتبادل العصابات وتوحيد الجينوم. يتم تشكيل دائرة أكبر ، أو مدمجة.

في cointegrated ، يحمل جينوم الفيروس بشكل سلبي بواسطة الجينوم البكتيري ، والذي يتكاثر معه. في هذه الحالة ، يقال أن الفيروس في حالة من الفيروس ، وأن هذه البكتيريا غير مسببة للأمراض لنفسها..

يمكن أن تستغرق العملية العكسية ، أي الدقة المدمجة ، عدة أجيال - أو حتى لا تحدث. ومع ذلك ، إذا تم ذلك ، فإنه يتم بوساطة إنزيمي بواسطة بروتين آخر مشفر بواسطة جينوم الفيروس المسمى excisionasa. عندما يحدث هذا ، فإن الفيروس ينفصل عن cointegrate ، ويعيد تنشيطه ويسبب تحلل الخلايا.

-إعادة التركيب مثلي

إعادة التركيب المعمم

يتم التحقق من إعادة التركيب متماثل بين جزيئات الحمض النووي التي تشترك ما لا يقل عن 40 النوكليوتيدات من التشابه الكامل أو شبه الكامل. من أجل تنفيذ عملية إعادة التركيب ، يجب أن يشارك نوكلياز واحد على الأقل.

النويدات الداخلية هي انزيمات تولد جرعات داخلية في الدنا. البعض يفعل ذلك للمضي قدما في تحطيم الحمض النووي. البعض الآخر ، كما في حالة إعادة التركيب ، يفعلون ذلك لتوليد انحسار في الحمض النووي.

يسمح لك هذا النك الفريد بمعالجة شريط DNA واحد بنهاية حرة. تتيح هذه النهاية المجانية ، الموجهة بواسطة recombinase ، لفرقة واحدة اجتياح الحمض النووي المزدوج عن طريق تشريد النطاق المقيم المطابق له.

هذه هي نقطة العبور ، بين جزيء الحمض النووي المانح ("الغازي") والمستلم الآخر.

الانزيم (recombinase) الذي ينفذ عملية الغزو وتبادل العصابات في الإشريكية القولونية يطلق عليه RecA. هناك بروتينات متماثلة أخرى في بدائيات النوى ، مثل RadA في الأركيا. في حقيقيات النوى ، يسمى الانزيم المكافئ RAD51.

بمجرد أن تزيح العصابة الغازية المقيم ، فإنها تتفاعل مع الفرقة التي ظلت بسيطة في جزيء المانح. يتم ختم كلتا النقطتين من خلال عمل ligase.

لدينا الآن الحمض النووي من العصابات المختلطة (عصابة مانحة ونطاق مستقبلات ، من أصول مختلفة) يحيط بها الحمض النووي المانح والحمض النووي المتلقي. تتحرك نقاط العبور (chiasmas) في كلا الاتجاهين على الأقل 200 نقطة أساس.

تشكل كل نقطة متقاطعة ما يعرف باسم هيكل هوليداي (الحمض النووي الصليبي الناتج عن حدث إعادة التركيب).

يجب أن يحل هذا الحمض النووي الصليبي بواسطة نوكليازات أخرى. الحمض النووي الهجين أو خيالي من هذا الهيكل يمكن حلها بطريقتين. في حالة حدوث عملية قطع النوكليوتيدات الثانية في نفس النطاق الذي حدث فيه الأول ، لا يتم إعادة التركيب. في حالة حدوث الخفض الثاني في النطاق الآخر ، تكون المنتجات الناتجة مؤتلفة.

تأليف الخامس (د) ي

هذا هو نوع من التركيب الجسدي (وليس الانقباضي) الذي يساهم في توليد التباين الهائل للأجسام المضادة للجهاز المناعي.

يتم التحقق من إعادة التركيب هذه في أجزاء معينة من الجينات التي ترمز لسلاسل الببتيد التي تحددها. يتم تنفيذها بواسطة الخلايا البائية وتشمل مناطق وراثية مختلفة.

ومن المثير للاهتمام ، هناك مثل الطفيليات داء المثقبيات بروسي التي تستخدم آلية إعادة التركيب مماثلة لخلق التباين في مستضد السطح. وبهذه الطريقة ، يمكنهم تجنب استجابة المضيف إذا فشل في إنشاء الجسم المضاد القادر على التعرف على المستضد "الجديد"..

-إعادة التركيب غير المتماثل

أخيرًا ، هناك عمليات إعادة التركيب التي لا تعتمد على تشابه تسلسل الجزيئات المشاركة. في حقيقيات النوى من المهم للغاية ، على سبيل المثال ، إعادة تركيب الغايات غير المتجانسة.

يحدث هذا مع شظايا الحمض النووي التي لها فواصل مزدوجة النطاق في الحمض النووي. يتم "إصلاح" هذه الخلية بضمها إلى شظايا أخرى على قدم المساواة مع تمزق النطاق المزدوج.

ومع ذلك ، لا يلزم بالضرورة أن تكون هذه الجزيئات مماثلة للمشاركة في عملية إعادة التركيب هذه. أي أنه من خلال إصلاح التلف ، يمكن للخلية ربط الحمض النووي غير ذي الصلة ، مما يخلق جزيءًا جديدًا (مؤتلف). 

أهمية إعادة التركيب

الأهمية كسبب: تكرار الحمض النووي وإصلاحه

يضمن إعادة التركيب دقة بيانات الحمض النووي أثناء وبعد عملية النسخ المتماثل. يكشف إعادة التركيب عن تلف الحمض النووي أثناء عملية إنشاء نطاقات جديدة في هذا الجزيء الطويل للغاية.

بما أن كل فرقة لديها معلوماتها الخاصة ، وتكملة معلوماتها ، فإن إعادة التركيب تضمن عدم فقد أي منها. كل واحد يعمل كشاهد للآخر. على نحو مشابه ، في الكائنات ثنائية الصبغيات ، يعتبر كروموسوم متماثل شاهداً لأخيه ، والعكس صحيح.

من ناحية أخرى ، بمجرد تكرار الحمض النووي ، تتنوع آليات إصلاح الأضرار لهذا الجزيء. بعضها مباشر (يعمل مباشرة على الإصابة) والبعض الآخر غير مباشر.

تعتمد آليات الإصلاح غير المباشر على إعادة التركيب. هذا هو ، لإصلاح الضرر في جزيء الحمض النووي يستخدم جزيء متماثل آخر. هذا من شأنه أن يعمل في إعادة التركيب التعويضي كقالب عانى من ضرر.

الأهمية نتيجة لذلك: توليد التباين الوراثي

إعادة التركيب قادرة على خلق تقلب كروموسومي هائل أثناء الانقسام الاختزالي. تولد التركيبات الجسدية أيضًا تقلبًا ، كما في حالة الأجسام المضادة في الفقاريات.

في كثير من الكائنات الانقسام العضلي هو gamética. في الكائنات الحية مع التكاثر الجنسي ، تبين أن إعادة التركيب هي واحدة من أقوى الطرق لتوليد التباين.

وهذا يعني ، بالنسبة للطفرة العفوية وفصل الكروموسومات ، من الضروري إضافة إعادة التركيب كعنصر مولد آخر في التغير الهوائي.

ساهم تكامل الجينوم البكتيري عن طريق إعادة التركيب المحدد للموقع ، من ناحية أخرى ، في إعادة تشكيل الجينوم للبكتيريا المضيفة.

وقد ساهم ذلك في توليد التباين الجيني وتطور هذه المجموعة المهمة من الكائنات الحية.

إعادة التركيب والصحة

لقد رأينا بالفعل أنه يمكن إصلاح الحمض النووي ، ولكن ليس ما يضر به. في الواقع ، يمكن أن يؤدي كل شيء تقريبًا إلى إتلاف الحمض النووي ، بدءًا من التكرار المعيب الذي لم يتم تصحيحه.

ولكن بعد ذلك ، يمكن أن يتلف الحمض النووي بسبب الأشعة فوق البنفسجية ، الإشعاعات المؤينة ، جذور الأكسجين المجانية الناتجة عن التنفس الخلوي ، وما نأكله ، الدخان ، التنفس ، الأكل أو اللمس.

لحسن الحظ ، لم يكن لديك للتخلي عن العيش لحماية الحمض النووي. يجب على المرء أن يتخلى عن أشياء معينة ، ولكن العمل الكبير يتم بواسطة الخلية نفسها. من الواضح أن آليات اكتشاف الأضرار التي لحقت بالحمض النووي وإصلاحه لها أساس وراثي وعواقبه الهائلة.

تشمل الأمراض المتعلقة بالعيوب في إعادة التركيب المتماثل ، على سبيل المثال ، متلازمات بلوم و ويرنر ، والسرطان العائلي للثدي والمبيض ، إلخ..

مراجع

1. Alberts، B.، Johnson، A.D.، Lewis، J.، Morgan، D.، Raff، M.، Roberts، K.، Walter، P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6th Edition). دبليو دبليو نورتون وشركاه ، نيويورك ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية.
2. Bell، J.C.، Kowalczykowski، S.C (2016) الميكانيكا والاستجواب أحادي الجزيء لإعادة تركيب الحمض النووي. الاستعراض السنوي للكيمياء الحيوية ، 85: 193-226.
3. برادو ، F. () إعادة تجميع مثلي: إلى شوكة وما بعدها. الجينات ، دوي: 10.3390 / الجينات 9120603
4. Griffiths، A.J.F.، Wessler، R.، Carroll، S.B.، Doebley، J. (2015). مقدمة في التحليل الوراثي (الطبعة الحادية عشرة). نيويورك: دبليو إتش فريمان ، نيويورك ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية.
5. Tock، A.J.، Henderson، I.R (2018) Hotspots for Initiation of Meiotic Recombination. الحدود في علم الوراثة ، دوي: 10.3389 / fgene.2018.00521
6. Wahl، A.، Battesti، A.، Ansaldi، M. (2018) A Prophages in السالمونيلا المعوية: قوة دافعة في إعادة تشكيل الجينوم وعلم وظائف الأعضاء من المضيف البكتيري؟ علم الأحياء الدقيقة الجزيئي ، دوي: 10.1111 / mmi.14167.
7. Wright، W. D.، Shah، S.، Heyer، W. D. (2018) إعادة التركيب المثلي وإصلاح فواصل الدنا المزدوج. مجلة الكيمياء البيولوجية ، 293: 10524-10535