Сайт-специфическая рекомбинация

Сайт-специфическая рекомбинация не требует протяженных гомологичных участков ДНК. Для ее протекания необходимы определенные короткие гомологичные участки ДНК (15 – 30 п.н.) и специфический ферментативный аппарат. Этот тип рекомбинации характерен для вирусов, прокариот и эукариот. Благодаря сайт-специфической рекомбинации происходит интеграция ДНК умеренных фагов в хромосому бактерий, инверсия определенных участков ДНК в хромосомах бактерий.

Интеграция фага в хромосому E.coli. Первая изученная сайт-специфическая рекомбинация – интеграция фага в хромосому E.coli (рис.). После проникновения фага внутрь клетки E.coli линейная двухцепочечная ДНК переходит в кольцевую форму, благодаря наличию на ее концах комплементарных одноцепочечных последовательностей. Затем ДНК фага интегрирует в хромосому бактерии в строго определенном месте. Фаг, интегрированный в хромосому бактерии, называется профагом. Возможно также и вырезание профага из хромосомы. Этот процесс протекает в обратной последовательности. Для интеграции фага необходимы белок, закодированный в геноме фага, – интеграза – и белок IHF (integratin host factor) бактериального происхождения. Для вырезания профага из хромосомы кроме указанных белков еще дополнительный продукт одного из фаговых генов.

Рис Интеграция фага в хромосому E.coli

Сайт-специфическая рекомбинация у фага Mu

В центре ДНК фага Mu располагается сегмент G, размер которого составляет около 3000 п.н. На его флангах имеются инвертированные повторы (около 30 п.н.). В каждом повторе содержится сайт,участвующий в рекомбинации. Ее осуществляет закодированный в геноме фага фермент – инвертаза, в результате действия которой происходит инверсия G-сегмента (рис. 9.4). Этот процесс является обратимым. При одной ориентации сегмента G транскрибируются гены, ответственные за адсорбцию и размножение фага на одних бактериальных клетках. При другой ориентации сегмента с того же самого промотора транскрибируются другие гены, ответственные за адсорбцию и размножение фага на других бактериальных клетках.

Таким образом, инверсии сегмента позволяют фагу Mu менять круг

хозяев, в которых он может размножаться.

Рис Сайт-специфическая инверсия сегмента G у фага Mu

ТРАНСПОЗИЦИИ

В результате транспозиции (особых рекомбинационных процессов) происходит перемещение мобильных генетических элементов из одного участка молекулы ДНК в другой участок или другую молекулу ДНК. Мобильные элементы характерны как для прокариот, так и для эукариот. Они, как правило, построены из центральной части, на флангах которой расположены обращенные или прямые концевые повторы (рис. 9.7). В центральной области обычно присутствует ген(ы), ответственный(ые) за транспозицию. Встраивание мобильных элементов в результате транспозиции чаще всего не является специфичным и происходит в случайные участки ДНК. Большинство мобильных элементов с обеих сторон ограничены короткими прямыми повторами ДНК-мишени (обычно 5 или 9 п.н.), возникшими в результате дупликации ДНК-мишени при транспозиции элемента.

Рис. 9.7. Схематическое изображение организации мобильных элементов

Транспозиции от гомологичной рекомбинации отличаются отсутствием гомологий между мобильным элементом и его участком встраивания, а от сайт-специфической рекомбинации – тем, что встраивание мобильного элемента происходят в случайные участки ДНК.

НЕЗАКОННАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ

Незаконная рекомбинация осуществляется между негомологичными молекулами ДНК и без механизмов сайт-специфической рекомбинации и транспозиций. В результате незаконной рекомбинации происходит воссоединение концов негомологичных ДНК. Примерами незаконной рекомбинации являются интеграция введенной в ядро клетки с помощью микроинъекций ДНК в хромосому, захват ретровирусом клеточных генов при его вырезании из хромосомы. Незаконная рекомбинация играет определенную роль и при перестройках генов иммуноглобулинов. Механизмы незаконной рекомбинации к настоящему времени недостаточно хорошо изучены.

SOS репарация

SOS-репарация используется, когда повреждений в ДНК становиться настолько много, что клетка может погибнуть. Степень индукции данного типа репарации пропорциональна количеству повреждений в ДНК. При небольшом числе повреждений увеличивается число репаративных белков, при большем числе повреждений приостанавливается деление клетки и индуцируется синтез еще большего числа репаративных белков. При еще большем числе повреждений в клетке синтезируются белки, которые способствуют ДНК-полимеразе осуществлять синтез дочерней цепи ДНК, используя в качестве матрицы дефектные звенья материнской цепи. В связи с этим в дочерней цепи ДНК появляется много ошибок. Благодаря SOS-репарации происходит удвоение ДНК и клетка может разделиться. Дочерние клетки выживут, если жизненно важные функции, закодированные в ДНК, сохраняться, если же нет – погибнут.