Механизмы рекомбинации

Сентябрь 9, 2022

Главная
Химия
Механизмы рекомбинации

Содержание

2. План лекции: Типы генетической рекомбинации. Общая (гомологичная) рекомбинация. Разрыв и воссоединение нитей ДНК. Ассимиляция нитей. Образование
3. Типы рекомбинации Рекомбинация – возникновение новых последовательностей ДНК за счёт разрывов и перевоссоединения предшествующих молекул Рекомбинация
4. Гомологичная рекомбинация (1903/1919) - обмен участками между гомологичными молекулами ДНК Новых последовательностей не создаётся, а перетасовываются
5. Структура Холлидея Структу́ра Холлиде́я — структура из четырёх цепей нуклеиновых кислот, соединённых друг с другом водородными
6. Структура Холлидея Робин Холлидей (1932—2014) предположил структуру соединения, как часть своей модели гомологичной рекомбинации, разработанной на
7. Структура Холлидея или полухиазма - промежуточное соединение, где происходит комплементарное спаривание между одноцепочечными участками, принадлежащими разным
8. Ферменты рекомбинации RecBCD-нуклеаза, состоящая из 3 субъединиц (RecB, RecC и RecD), связывается с концом двухцепочечной ДНК
9. Стадии рекомбинации RecA-белок связывается с одноцепочечной ДНК, образуя RecA-ДНК-филамент. Приводит во взаимодействие одноцепочечную ДНК с гомологичными
10. Стадии рекомбинации Последующие этапы - миграцию ветвления и разрешение полухиазмы осуществляют белки: RuvA, RuvB и RuvC
11. Стадии рекомбинации http://www.blackwellpublishing.com/trun/artwork/Animations/Recombination/recombination.html
12. Сайт-специфическая рекомбинация бактериофага λ Происходит между специфическими сегментами дуплексов ДНК, не имеющими протяженных гомологичных участков. Фермент
13. Рекомбинация происходит в пределах специфической нуклеотидной последовательности ДНК фага λ (attP-сайт) и уникальной последовательности ДНК Е.
14. - рекомбинация между негомологичными нуклеотидными последовательностями происходит в клетках прокариот и дрожжей достаточно редко, а в
16. Скачать презентацию

Слайд 2

План лекции:
Типы генетической рекомбинации.
Общая (гомологичная) рекомбинация.
Разрыв и воссоединение нитей

ДНК.
Ассимиляция нитей.
Образование гетеродуплексной области.
Структуры Холлидея.
Энзимология процесса рекомбинации.
Роль нуклеазы RecBCD
Белок RecA и условия рекомбинации.
Функция белков RuvABC.
Сайт-специфическая рекомбинация.
Гены, контролирующие интеграцию и эксцизию.
Молекулярные механизмы процесса.
Незаконная рекомбинация

Слайд 3

Типы рекомбинации
Рекомбинация – возникновение новых последовательностей ДНК за счёт разрывов и

перевоссоединения предшествующих молекул
Рекомбинация также создает разнообразие комбинаций генов, обеспечивающих высокий уровень наследственной изменчивости, что, в свою очередь, позволяет популяции лучше адаптироваться в ходе эволюции
может происходить у эукариот, у бактерий и даже при размножении вирусов, в том числе таких, генетический материал которых состоит из РНК
Общая или гомологичная
Сайт-специфическая
Случайная или незаконная

Слайд 4

Гомологичная рекомбинация (1903/1919)
- обмен участками между гомологичными молекулами ДНК
Новых последовательностей не

создаётся, а перетасовываются уже имевшиеся сходные варианты одной и той же последовательности при участии большого набора специальных белков
Возникновение в одном или обоих дуплексах участков из одиночных цепей ДНК, которые затем с помощью специальных белков находят комплементарные последовательности в гомологичном дуплексе;
Образование гетеродуплекса- ключевого промежуточного продукта (интермедиата) рекомбинации;
Обмен равными частями гомологичных молекул

Слайд 5

Структура Холлидея
Структу́ра Холлиде́я — структура из четырёх цепей нуклеиновых кислот, соединённых друг с

другом водородными связями с образованием четырёх двуцепочечных ветвей
Эти ветви могут принимать несколько различных конформаций в зависимости от концентрации солей в окружающем буферном растворе и последовательности нуклеотидов, располагающихся в непосредственной близости от точки соединения
Структура названа в честь английского молекулярного биолога Робина Холлидея, который предположил её существование в 1964 году

Слайд 6

Структура Холлидея
Робин Холлидей (1932—2014) предположил структуру соединения, как часть своей модели гомологичной

рекомбинации, разработанной на его исследованиях Saccharomyces cerevisiae.
Холлидей понял, что в ходе кроссинговера должны образовываться гетеродуплексы ДНК с некоторыми неспаренными основаниями ввиду небольших различий между вариантами (аллелями) одного гена.
В 1975 году Метью Мезельсон и Чарли Рэддинг обновили модель и ввели идею миграции цепей.
Первое экспериментальное доказательство существования соединений Холлидея было получено в конце 1970-х годов при помощи электронной микроскопии, где на изображениях ДНК плазмид и бактериофагов были отчётливо видны структуры из четырёх цепей.
В 1980-е годы были идентифицированы ферменты, отвечающие за инициацию образования соединений Холлидея и связывание с ними.
В 1983 году Надриан Симэн впервые получил искусственные структуры Холлидея из синтетических олигонуклеотидов.

Слайд 7

Структура Холлидея или полухиазма
- промежуточное соединение, где происходит комплементарное спаривание между

одноцепочечными участками, принадлежащими разным родительским цепям ДНК.
Образуются гетеродуплексные районы.
Полухиазма может перемещаться вдоль цепи ДНК.
Изображения полухиазм получены в электронном микроскопе

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%A5%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D1%8F

Слайд 8

Ферменты рекомбинации
RecBCD-нуклеаза, состоящая из 3 субъединиц (RecB, RecC и RecD), связывается

с концом двухцепочечной ДНК и «расстёгивает» ее
RecBCD может гидролизовать одно- и двуцепочечную ДНК, имеет также хеликазную активность: RecD — быстрая хеликаза, сидящая на 5’-цепи, а хеликаза RecB медленнее и сидит на 3'-цепи
Продвигается вдоль ДНК до Сhi-сайта - особой 8-нуклеотидной последовательности (5'-GCTGGTGG-3'), разрывает 3’-цепь
Образуется одноцепочечная ДНК (D-петля)
RecА формирует филамент, SSB-белок выпрямляет одноцепочечную ДНК
D-петля разрезается с помощью одной из эндонуклеаз E. coli, что приводит к полухиазме Холлидея
RecBCD удаляет 5’-конец
ДНК-полимераза и ДНК-лигаза застраивают бреши и разрывы.

Слайд 9

Стадии рекомбинации
RecA-белок связывается с одноцепочечной ДНК, образуя RecA-ДНК-филамент.
Приводит во взаимодействие одноцепочечную

ДНК с гомологичными дуплексами.
Наличие двух сайтов связывания с ДНК.
Удаление гетеродуплекса путём миграции ветвления

Слайд 10

Стадии рекомбинации
Последующие этапы - миграцию ветвления и разрешение полухиазмы осуществляют белки:

RuvA, RuvB и RuvC - продукты генов ruvA, ruvB и ruvC.
RuvA узнает крестообразную полухиазму и нацеливает на нее RuvB.
RuvB узнает комплекс RuvA-полухиазма и, используя энергию АТФ и работая как ДНК-хеликаза, осуществляет миграцию полухиазмы в том же направлении, что и RecA-белок in vitro.
Резолваза RuvC узнает комплекс RuvB-полухиазма, связывается с ним. На этом миграция полухиазмы прекращается.

Процесс миграции ветвей сопровождается перемещением точки ветвления
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%A5%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D1%8F

Слайд 11

Стадии рекомбинации
http://www.blackwellpublishing.com/trun/artwork/Animations/Recombination/recombination.html

Слайд 12

Сайт-специфическая рекомбинация бактериофага λ
Происходит между специфическими сегментами дуплексов ДНК, не имеющими

протяженных гомологичных участков.
Фермент распознает специфические последовательности ДНК, чья рекомбинация катализируется. Эти интегразы не формируют сочленения гетеродуплекса. Вместо этого они образуют надрезы с обоих концов линейной последовательности и затем катализируют взаимодействие этих концов ДНК с ДНК – мишенью, разрывая в ней фосфодиэфирные связи.
Характерным примером такой рекомбинации служит встраивание кольцевой ДНК фага λ в хромосому Е. coli и ее обратное выщепление.
При интегрирование ДНК фага лямбда в хромосому E.coli в случае лизогенного пути развития фага происходит образование сложно структурированного нуклеопротеинного комплекса, т.н.интасомы.

Слайд 13

Рекомбинация происходит в пределах специфической нуклеотидной последовательности ДНК фага λ (attP-сайт)

и уникальной последовательности ДНК Е. coli (аttВ-сайт). Нуклеотидные последовательности attP- и attВ-сайтов совершенно различны, хотя имеют общее ядро (О) протяженностью в 15 нуклеотидных пар.
AttP (POP') простирается на 150 нуклеотидов влево (Р) и на 75 нуклеотидов вправо (Р') от общего ядра, a attB (BOB') – это сегмент длиной всего около 25 нуклеотидов, включая и ядро. Поскольку нуклеотидные последовательности, фланкирующие attP- и attВ-сайты слева (attL) и справа (attR), для этих сайтов различаются, механизм рекомбинационного выщепления ДНК фага λ из ДНК Е. coli должен отличаться от механизма их рекомбинационной интеграции.
Для рекомбинации между attL и attR при исключении фаговой ДНК помимо белка Int необходимы фаговый белок xis и клеточный белок HF. Процесс рекомбинационного выщепления, по-видимому, имеет некоторое сходство с процессом интеграции, но роль указанных трех белков, особенно белка xis, все еще изучается.

Слайд 14

- рекомбинация между негомологичными нуклеотидными последовательностями происходит в клетках прокариот и

дрожжей достаточно редко, а в клетках млекопитающих – весьма часто.
К негомологичной рекомбинации можно отнести процесс случайного встраивания вирусной или плазмидной ДНК в ДНК клеток животных, в результате чего в реплицирующихся геномах появляется множество делеций и дупликаций.

Незаконная рекомбинация

Механизмы рекомбинации

Содержание

План лекции:Типы генетической рекомбинации. Общая (гомологичная) рекомбинация. Разрыв и воссоединение нитей

Типы рекомбинацииРекомбинация – возникновение новых последовательностей ДНК за счёт разрывов и

Гомологичная рекомбинация (1903/1919)- обмен участками между гомологичными молекулами ДНКНовых последовательностей не

Структура ХоллидеяСтрукту́ра Холлиде́я — структура из четырёх цепей нуклеиновых кислот, соединённых друг с

Структура ХоллидеяРобин Холлидей (1932—2014) предположил структуру соединения, как часть своей модели гомологичной

Структура Холлидея или полухиазма- промежуточное соединение, где происходит комплементарное спаривание между

Ферменты рекомбинацииRecBCD-нуклеаза, состоящая из 3 субъединиц (RecB, RecC и RecD), связывается

Стадии рекомбинацииRecA-белок связывается с одноцепочечной ДНК, образуя RecA-ДНК-филамент.Приводит во взаимодействие одноцепочечную

Стадии рекомбинацииПоследующие этапы - миграцию ветвления и разрешение полухиазмы осуществляют белки:

Стадии рекомбинацииhttp://www.blackwellpublishing.com/trun/artwork/Animations/Recombination/recombination.html

Сайт-специфическая рекомбинация бактериофага λ Происходит между специфическими сегментами дуплексов ДНК, не имеющими