Кіріспе
Биологиялық процесс. Гендік конверсия – бір ДНҚ тізбегінің гомологты тізбекті алмастыру арқылы екі тізбектің конверсия оқиғасынан кейін толықтай бірдей болатын процесі. Гендік конверсия аллельдік, яғни бір геннің бір аллелі екінші аллелін алмастыру, немесе эктопиялық, яғни бір паралогты ДНҚ тізбегі екіншісін өзгерту түрінде болуы мүмкін.
Gene conversion is the process by which one DNA sequence replaces a homologous sequence such that the sequences become identical after the conversion event. Gene conversion can be either allelic, meaning that one allele of the same gene replaces another allele, or ectopic, meaning that one paralogous DNA sequence converts another.
Аллельдік геннің түрленуі
Аллельдік геннің конверсиясы мейоз кезінде гетерозиготалық локустар арасындағы гомологтық рекомбинация нәтижесінде ДНК базаларының жұптасуында қателіктер туғанда жүзеге асады. Бұл қателіктер жасуша механизмімен танылып, түзетіледі, соның салдарынан аллельдердің біреуі екіншісіне айналады. Бұл, гермдік жасушаларда аллельдердің мендельдік емес бөлінуіне алып келуі мүмкін.
Аллельдік емес/эктопиялық геннің конверсиясы
Рекомбинация мейоз кезінде ғана емес, сонымен қатар ДНК зақымдануынан туындаған екі жіптің үзілуін (DSB) жөндеу механизмі ретінде де жүзеге асады. Бұл DSB-лар көбінесе гомологты хромосома емес, үзілген дуплекстің әуес хроматидісі арқылы жөнделеді, сондықтан олар аллельдік түрленуге алып келмейді. Рекомбинация бұрынғы гендік көшірмелер нәтижесінде пайда болған әртүрлі геномдық орындарда (паралогты тізбектер) кездесетін гомологты тізбектер арасында да болады. Паралогты тізбектер арасындағы гендік түрлену (эктопиялық гендік түрлену) гендік топтардың үйлесімді эволюциясына жауапты деп есептеледі.
Механизм
Бір аллельдің екіншісіне айналуы көбінесе гомологтық рекомбинация кезіндегі базалық қателіктерді жөндеуге байланысты: егер мейоз кезінде төрт хроматидтің бірі екінші хроматидпен жұптасса, бұл тізбек гомологиясының нәтижесінде болуы мүмкін, ДНК тізбегінің ауысуы және қателіктерді жөндеу жүреді. Бұл хромосомалардың бірінің тізбегін өзгертіп, оны екіншісімен сәйкес етеді. Мейотикалық рекомбинация қос тізбектің үзілуімен (DSB) басталады. Үзілістің 5’ ұштары ыдырайды, нәтижесінде бірнеше жүз нуклеотидтен тұратын 3’ ұзын тізбек қалдырылады. Осы 3’ жалғыз тізбекті ДНК сегменттерінің бірі гомолог хромосомадағы гомологтық тізбекке еніп, әртүрлі жолдармен жөндеуге болатын аралық құрылымды қалыптастырады, нәтижесінде кроссоверлер (CO) немесе кроссовер емес (NCO) оқиғалары пайда болады. Рекомбинация процесінің әртүрлі кезеңдерінде гетеродуплексті ДНК (екі гомолог хромосоманың әрқайсысынан бір тізбек тұратын екі тізбекті ДНК) пайда болады, олар толық сәйкес келуі мүмкін немесе болмауы мүмкін. Гетеродуплексті ДНК-да қателіктер пайда болған кезде, бір тізбектің тізбегі екінші тізбекпен толық сәйкес келу үшін жөнделеді, бұл бір тізбектің екіншісіне айналуына әкеледі. Бұл жөндеу процесі суретте көрсетілгендей екі баламалы жолдың біреуін қамти алады. Бір жолмен Холидейдің қос түйіні (DHJ) деп аталатын құрылым пайда болады, бұл ДНК тізбектерінің алмасуына әкеледі. Екінші жол, Синтезге тәуелді тізбек оттау (SDSA) деп аталады, ақпарат алмасу жүреді, бірақ физикалық алмасу болмайды. Егер екі ДНК молекуласы рекомбинациялық жөндеу орнында гетерозиготты болса, гендік конверсия SDSA кезінде жүреді. Гендік конверсия DHJ-ны қатыстыратын рекомбинациялық жөндеу кезінде де болуы мүмкін, және бұл гендік конверсия DHJ-ның екі жағындағы ДНК дуплекстерінің физикалық рекомбинациясымен байланысты болуы мүмкін.
Бейтарап немесе бейтарап ген түрлендіруі
Бәсекеге бейім гендік конверсия (БГК) гендік конверсия оқиғасында бір аллельдің екіншісіне қарағанда донор болу ықтималдығы жоғары болғанда пайда болады. Мысалы, T:G қателік туғанда, оны T:A жұбына қарағанда C:G жұбына түзету ықтималдығы артық немесе кем болуы мүмкін. Бұл сол аллельдің келесі ұрпаққа берілу ықтималдығын арттырады. Бәсекеге бейім емес гендік конверсия екі мүмкіндіктің де тең ықтималдықпен орын алуын білдіреді.
Адамның генетикалық аурулары
Адамдардағы генетикалық аурулар туралы талқылауларда, функционалдық гендерге патогендік мутацияларды енгізетін псевдоген арқылы катализделген гендік конверсиялар – мутацияның жақсы белгілі механизмі. Керісінше, псевдогендер үлгі ретінде қызмет ете алады. Эволюция барысында, пайдалы болуы мүмкін функционалдық бастапқы гендер, олардың жалғыз бастапқы геніндегі көптеген көшірмелерден туындаған. Псевдогендердің үлгілік әсерінен туған өзгерістер, егер олардың зиянды әсері болмаса, соңында қалыптасуы мүмкін. Осыған қарамастан, SIGLEC11 мысалында, мұндай механизм арқылы жағымды таңдауға ие генетикалық өзгерістерді енгізуді қарастыруға болады. Кейде гендер отбасының кейбір мүшелеріне транспозонды элементтердің араласуы олардың арасында айырмашылықтарға әкеледі, ал одан кейін гендік конверсия жылдамдығының төмендеуіне себеп болуы мүмкін, себебі олардың тізбектемелік ұқсастығы жеткіліксіз, бұл дивергентті эволюцияға алып келеді.
Геномдық талдау
Әр түрлі геномдық талдаулар нәтижесінде, екі жақты жіп үзілісін (DSB) кем дегенде екі түрлі, бірақ байланысты жолдармен гомологты рекомбинация арқылы жаңаруға болатыны анықталды. Басты жол жағдайында, ДСБ-ның екі жағындағы гомологты тізбектер пайдаланылады, бұл ашытқыдағы мейоздық рекомбинация үшін алғаш ұсынылған консервативті ДСБ жөндеу моделіне ұқсас. Ал кіші жол ДСБ-ның тек бір жағымен ғана шектеледі, бұл консервативті емес, бір жақты инвазия моделімен сәйкес келеді. Дегенмен, екі жағдайда да рекомбинациялық серіктердің тізбегі толығымен сақталады. Гомологияның жоғары деңгейіне байланысты, геннің дубликациясынан кейін пайда болған жаңа ген көшірмелері тең емес кроссинговер немесе бір бағытты ген конверсиясы оқиғаларына бейім. Соңғы процесте акцептор және донор тізбектері болады, акцептор тізбегі донордан алынған тізбекпен алмастырылады, ал донор тізбегі өзгеріссіз қалады. Адам глобулин гендерін зерттеуде, ген конверсиясы немесе тармақтың жылжуы ДНК тізбегінің жанындағы нақты мотивтердің ықпалымен жүзеге асырылуы немесе тежелуі мүмкін екені ұзақ уақыттан бері қолдау тауып келеді (Пападакис және Патринос, 1999).
Тиімділігі
Әдетте, әр ата-анасынан геннің әртүрлі нұсқаларын мұра еткен организмге гетерозигота деп аталады. Бұл генотип ретінде жалпы түрде көрсетіледі: Aa (яғни, 'A' нұсқасының (аллелінің) бір данасы және 'a' аллелінің бір данасы). Гетерозигота мейоз арқылы гаметалар түзілген кезде, аллельдер көбейіп, мейоздың тікелей нәтижесі болып табылатын 4 жасушада әдетте 2:2 арақатынасында таралады. Дегенмен, геннің түрленуінде екі аллельдің күтілетін 2A:2a арақатынасынан өзгеше арақатынастар байқалады. Мысалдар: 3A:1a және 1A:3a. Яғни, қыз жасушаларында, мысалы, 3A:1a жағдайындағыдай, 'A' аллельдері үш есе көп болуы мүмкін.
Медициналық маңызы
CYP21A2 генінің мутациялануына алып келетін гендік конверсия, туа біткен бүйрекүсті без гиперплазиясының жиі кездесетін генетикалық себебі болып табылады. Соматикалық гендік конверсия – бұл ретинаның туа біткен қатерлі ісігі, яғни отбасылық ретинобластоманың пайда болуына себеп болатын механизмдердің бірі, сондай-ақ гендік конверсияның Хантингтон ауруының дамуындағы рөлі туралы теория бар.