МОЛБИОЛ 2014-лекции / ООФ / Л06-Генетическая рекомбинация _1

Схема строения центрального пространства синаптонемного комплекса

Х — петли хроматина, ЛЭ — латеральный элемент, N и C — концы молекул белка SCP1.

Димеры из параллельно уложенных молекул SCP1 образуют зубцы «застежкимолнии».

•Зубцы «застежки» — палочковидные димеры из параллельно уложенных и одинаково ориентированных белковых молекул с длинной а-спиралью в середине молекулы (показана штриховкой). У дрожжей S.cerevisiae — это белок Zip1, у млекопитающих и человека - SCP1 (SYCP1).

•Эти белки C-концами закреплены на хромосомных осях (ЛЭ комплекса), а N- концами направлены друг к другу, внутрь центрального пространства. Между ними происходит электростатическое взаимодействие.

•В кроссинговере, происходящем с частотой не менее одного события (чаще — два, реже три или четыре) на пару гомологичных хромосом, участвуют десятки специфичных для мейоза белков.

•В результате кроссинговера гомологичные хромосомы прочно связываются хиазмами и необходимость в синаптонемном комплексе отпадает (после завершения кроссинговера он распадается).

•Гомологичные хромосомы, соединенные хиазмами, выстраиваются на 21

экваторе и расходятся с помощью нитей веретена деления в разные клетки.

Синаптонемный комплекс способен к самосборке

•В 2005 г. благодаря работе интернациональной группы исследователей, из Германии и Швеции было показано, что если ген, кодирующий белок зубцов «застежки-молнии» млекопитающих (SCP1), внедрить в соматические клетки в культуре и активировать его, то внутри культивируемых клеток возникает мощная сеть из белков SCP1, «застегнутых» между собой так же, как в центральном пространстве комплекса.

Негомологичные белки у эволюционно далеких организмов строят синаптонемный комплекс по единому плану

•У млекопитающих и дрожжей белки синаптонемного комплекса имеют разные аминокислотные последовательности, но их вторичная и третичная структуры одинаковы.

•Белок SCP1 у млекопитающих и негомологичный ему белок Zip1 у дрожжей построены по единому плану. Они состоят из трех аминокислотных доменов:

–центральный — а-спираль, способная к формированию спирали второго порядка (суперспирализации),

–два концевых домена — глобулы.

•Другие белки синаптонемного комплекса SCP2 и SCP3, не имеющие никакой гомологии с белками Hop1 и Red1 дрожжей также строят морфологически22и

функционально одинаковые структуры синаптонемного комплекса.

Эктопическая рекомбинация (частный случай общей рекомбинации)

•Эктопическая рекомбинация происходит между гомологичными участками, разбросанными по геному, а именно, между:

•подвижными элементами, названными так за способность перемещаться по геному;

•генами тРНК и рибосомной РНК;

•генами гистонов;

•любыми другими повторами.

•Она может приводить к хромосомным перестройкам: инверсиям, делециям, неравному кроссиноверу.

•Несмотря на то, что обмены происходят между локальными участками гомологии, эктопическая рекомбинация осуществляется в основном теми же белками, что и гомологичная.

•Тип возникающей перестройки зависит от

– ориентации повторяющихся последовательностей ДНК (прямая или

обратная) и

– от их локализации (в одной хромосоме, в сестринских хроматидах, в

гомологичных или в разных хромосомах).

23

Конверсия гена

•Генная конверсия — это процесс нереципрокного (реципрокный – взаимный) переноса информации из одной хроматиды в другую.

•В 1928 г. Г. Книп обнаружил у нейроспоры отклонение от ожидаемого менделевского расщепления.

–Гетерозиготы Аа иногда давали споры в соотношении 3А:1а; 1A:3а и др.

–Такие же явления были отмечены в 1949-1953 гг. К. Линдегреном в опытах на дрожжах.

•В 1930 г. Г. Винклер, предложил назвать этот феномен конверсией.

•При изучении генетики грибов было показано, что конверсия генов в мейозе может сопровождаться, а может не сопровождаться кроссинговером по генетическим маркерам, внешним по отношению к сайту конверсии.

•Холлидей предположил, что в основе генной конверсии лежит репарация неспаренных оснований в гетеродуплексе, формирующемся при обмене цепями между рекомбинирующими ДНК (см. модель Холлидея).

•Сейчас этот термин распространили на все процессы, в которых происходит превращение одного аллеля в другой путем коррекции рекомбинационного гетеродуплекса.

•Сейчас общепризнаны две модели рекомбинации, приводящие к конверсии.

–модель Р. Холлидея

–Модель Дж. Жостака, в которой рекомбинация начинается с двуцепочечного разрыва в одном из гомологов. Двухцепочечный разрыв26

часто индуцирует кроссинговер в мейозе у дрожжей.

•Если в тетраде произошла рекомбинация в участке гена В, то соотношение аллелей генов А и С, внешних (фланговых) по отношению к участку кроссинговера, не изменяется и остается равным 2А : 2а и 2С : 2с, то есть рекомбинация по ним реципрокна.

•Напротив, рекомбинация маркеров, попавших непосредственно в участок кроссинговера, то есть в гетеродуплекс, обычно нереципрокна из-за коррекции неспаренных оснований, внесенных разными аллелями (B и b).

•От исходных молекул в рекомбинационный гетеродуплекс входят разные фрагменты (аллели), и, следовательно, возникают неспаренные основания (мисмэтчи), которые локально нарушают структуру двойной спирали ДНК и подвергаются репарации.

•Конверсия обычно равнонаправленна. Выбор удаляемого основания из двух неспаренных случаен, поэтому тетрады 3B : 1b и 1B : 3b равновероятны.

•Конверсия затрагивает небольшие участки27

ДНК, например, часть гена.

Конверсия генов, обусловленная исправлением ошибок спаривания

•В участках гомологичной рекомбинации между материнской и отцовской хромосомами образуется гетеродуплекс ДНК.

•Если материнская и отцовская последовательность ДНК немного различаются, то гетеродуплексная область будет включать несколько неспаренных оснований, которые впоследствии могут быть исправлены системой репарации.

•Такая корректировка может «уничтожить» нуклеотиды отцовского или материнского происхождения.

•Следствием репарации будет конверсия гена, обнаруживаемая

как отклонение от расхождения равного числа копий материнских