Сайт специфическая рекомбинация. Особенности сайт специфической рекомбинации.

В 1962 г. А. Кэмпбелл, исследуя интеграцию генома фага X в хромосому Е. coli, обнаружил, что встраивание происходит водном, строго определенном сайте бактериальной хромосомы. Это наблюдение положило начато изучению механизмов рекомбинации между молекулами ДНК с низким уровнем гомологии или с полным ее отсутствием. Различают два типа сайт-специфической рекомбинации: двойную, или собственно сайт-специфическую (оба рекомбинирующих дуплекса ДНК несут последовательности, специфично распознаваемые ферментами рекомбинации), и одиночную (такие последовательности находятся только в одном из дуплексов ДНК), называемую незаконной. Различия между сайт-специфической и незаконной рекомбинацией не четкие и связаны со степенью сходства нуклеотидных последовательностей, участвующих в данном процессе.
Обязательное условие сайт-специфической рекомбинации - наличие короткого (около 10п.н.)участкагомологииудвухвзаимодействующихмолекул ДНК. Процесс обеспечения специфическими ферментами - рекомбиназами, распознающими области гомологии и катализирующими обмен генетическим материалом. Эти ферменты могут быть подразделены на две основные группы: топоизомеразы (Хег, Сrе, Int/Xis) и резольвазы (Tn-резольвазы, инвертазы).

В результате сайт-специфической рекомбинации образуются два типа продуктов. Если рекомбинирующие участки ориентированы противоположно (АВ и ВА), то рекомбинантный сегмент окажется инвертированным. Если же сайты рекомбинации ориентированы в одном направлении (АВ и АВ), результатом обмена будет делеция вышеназванного сегмента и образование кольцевой молекулы из оставшейся ДНК. Иначе говоря, рекомбинация инвертированных повторов порождает инверсию участка гомологии, а прямых - его делецию.

Наиболее подробно она исследована при взаимодействии бактериофага с кольцевой хромосомой Е. coli. При попадании фаговой частицы в бактериальную клетку события могут развиваться двояко. В первом случаеДНК фага остается в виде независимо реплицирующейся кольцевой структуры и при размножении частиц фагализируют клетку-хозяина (литический цикл). Во втором случае фаговая ДНК встраивается в бактериальную хромосому и реплицируется вместе с ней, т.е. фаг переходит в неактивное состояние — профага. Однако это состояние нестабильное: при определенных условиях происходит индукция - профаг вырезается и вступает в литический цикл.

сайт специфическая рекомбинация

Переход из одного состояние в другое основан на смене процессов интеграции и вырезания. Интеграция (встраивание) происходит всегда по одним и тем же сайтам в бактерии и фаге — att (от англ. attachment — прикрепление). Этот участок гомологии у Е. coli локализован между оперонами gal и biо, обозначается как attВ и состоит из 30 пар нуклеотидов. Он имеет центральный элемент длиной всего 15 пар нуклеотидов, который и участвует в рекомбинации. Структура сайта рекомбинации у E/ coli стандартно обозначается как ВОВ', где В и В' -противоположные концы бактериальной ДНК центрального элемента.
Сайт рекомбинации бактериофага (attP) имеет центральный район того же, что и у Е. coli размера и обозначается как POР'.

Однако фланкирующие последовательности с обеих сторон от attP имеют большое значение, так как содержат связующие сайты для ряда белков, необходимых при протекании рекомбинации. Плечо Р имеет длину 150 пар нуклеотидов, а Р' — 90. Таким образом бактериальный и фаговый сайты имеют полную гомологию в центре (core), но различаются по краям. Полный размер последовательностей, принимающих участие в механизме обмена - 240 п.н. Если удалить сайт attB из бактериальной хромосомы, эффективность встраивания снизится в 1000 раз, причем вторичные сайты встраивания будут похожими на первичный. Интеграция осуществляется с помощью продукта фагового гена int и бактериального белка IHF (от англ. integration host factor).
Белок Int (интеграза) вовлечен также в процесс вырезания. Однако основная роль здесь принадлежит эксцизазе - белковому продукту фагового гена xis.

Интеграза обладает топоизомеразной активностью: она формирует ковалентную связь с ДНК в тех же местах, где и разрывает ее. Интеграза делает одноцепочечный разрез в суперскрученной ДНК, благодаря чему осуществляется свободное вращение и удаление супервитков. Разрезание и воссоединение цепей, приводящее к рекомбинации, может протекать с образованием промежуточной формы, подобной структуре Холл идея с очень коротким дуплексным участком. Особенность сайт-специфической рекомбинации состоит в том, что белки, участвующие в ней, имеют сродство к определенной последовательности ДНК.

В процессе встраивания генерируются всегда одинаковые, липкие концы (неинвертированные повторы), по которым и происходит встраивание. Интегрированный в результате рекомбинации профагфланкирован двумя последовательностями: левая имеет структуру ВОР, а правая - РОВ'. Таким образом, механизм сайт-специфической рекомбинации значительно отличается от механизма гомологичной рекомбинации.

- Читать далее "Незаконная рекомбинация в генетике. Методика незаконной рекомбинации."

Оглавление темы "Рекомбинация и транскрипция ДНК.":
1. Атаксия-телеангиэктазия или синдром Луи-Бар. Синдром Блума.
2. Синдром Хатчинсона-Гилфорда или прогерия детей. Синдром Вернера.
3. Комбинативная изменчивость. Генетическая рекомбинация.
4. Модель Холлидея. Структура Холлидея.
5. Модель Мезельсона-Реддинга. Модель Жостака в генетике.
6. Генная конверсия. Механизмы генной конверсии.
7. Сайт специфическая рекомбинация. Особенности сайт специфической рекомбинации.
8. Незаконная рекомбинация в генетике. Методика незаконной рекомбинации.
9. Регуляция генной активности в ДНК. Транскрипция и регуляция генной активности.
10. Этапы транскрипции. Особенности транскрипции.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: