Гетеродуплекс ДНК: құрылымы, пайда болуы және генетикалық рекомбинациядағы ролі
Heteroduplex
Гетеродуплекс ДНК: генетикалық рекомбинация, филогенетикалық анализ, антисенс-техникалар, мейоз рекомбинациясы. ДНК құрылымы мен функциясы туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Гетеродуплекс – әр түрлі хромосомалардан немесе тіпті әр түрлі организмдерден алынған бір-бірін толықтыратын жіптердің генетикалық рекомбинациясы арқылы пайда болған нуклеин қышқылының қос жіпті (дуплексті) молекуласы. Мұндай мысалдың бірі – гибридтеу процестерінде, әдетте биохимиялық негіздегі филогенетикалық талдаулар үшін қалыптасқан гетеродуплексті ДНК тізбегі. Тағы бір мысалы – нуклеин қышқылының табиғи емес аналогтары нуклеин қышқылымен байланысу үшін қолданылғанда пайда болатын гетеродуплекстер; бұл гетеродуплекстер РНК-мен байланысу үшін бір жіпті пептидтік нуклеин қышқылы, 2' O-метилфосфоротиоат немесе морфолино олигосын пайдалана отырып, антисенс техникаларын орындау нәтижесінде пайда болады. Мейотикалық рекомбинация ДНК-дағы қос жіптің үзілуімен (DSB) басталуы мүмкін. Үзілістің 5' ұштары ыдырайды, бірнеше жүз нуклеотидтен тұратын 3' ұзын тіркемелерді қалдырады (суретті қараңыз). Осы 3' бір жіпті ДНК сегменттерінің бірі гомологты хромосомадағы гомологты тізбекке еніп, аралық құрылымды құрайды, оны әртүрлі жолдармен жөндеуге болады, нәтижесінде суретте көрсетілгендей кроссоверлер (CO) немесе кроссовер емес (NCO) рекомбинациялар пайда болады. Бір жол арқылы ДНК-ның екі жіптің алмасуына әкелетін Холидейдің қос түйіні (DHJ) деп аталатын құрылым қалыптасады. Екінші жол, синтезге тәуелді жіпті оттау (SDSA) деп аталады, ақпарат алмасу болады, бірақ физикалық алмасу болмайды. Осы рекомбинациялық процестердің әртүрлі сатыларында гетеродуплексті ДНК (екі гомологты хромосоманың әрқайсысынан бір жіптен тұратын қос жіпті ДНК) қалыптасады, олар бір-біріне толық сәйкес келуі мүмкін немесе болмауы мүмкін. Мейоз кезінде кроссовер емес рекомбинациялар жиі кездеседі және олар негізінен SDSA жолы арқылы пайда болады. Мейоз кезінде болатын кроссовер емес рекомбинация оқиғалары ДНК-ның қос жіптік зақымдануын немесе басқа да ДНК зақымдануын жөндеудің нәтижесі болуы мүмкін. Гетеродуплексті ДНК-да қарама-қарсылықтар пайда болғанда, бір жіптің тізбегі екінші жіппен толық сәйкестікке жету үшін жөнделуі мүмкін. Митоз кезінде ДНК-ның қос жіптік үзілісін жөндеу үшін негізгі гомологтық рекомбинация жолы SDSA жолы (DSBR жолынан гөрі) болып көрінеді. SDSA жолы кроссовер емес рекомбинанттарды (суретті қараңыз) тудырады. Мейоз кезінде кроссинг-овер процесі ағайынды емес хроматидтер арасында жүзеге асады, нәтижесінде гаметаларда жаңа аллельдік комбинациялар пайда болады. Кроссинг-овер кезінде Spo11 ферменті бауырлас хроматидтер жұбында (профазаның тетрадтық ұйымдастырылуында) екі жақты тіліктерді жасайды. Кейінгі ферменттер жіптің 5' ұштарын қысқартады және белок кешені 3' бір жіпті ұштарына байланысады. Rad51 белгісі тартылып, екі жіптің үзілісін жөндеуге ұқсас қосымша тізбекті іздеу үшін белоктық кешенге байланысады. Бұл жіп гомологты хромосоманы іздейді, жаңа хромосома төменгі бауырлас хроматидтің үстінен D-тұйық пішімінде пайда болатын жіптің енуі жүзеге асады, содан кейін ұштары біріктіріледі. Бұл процесс эндонуклеазалар арқылы көлденең үлгіде кесілгенде 2 гетеродуплексті жіптік өнімдерді беретін қос Холидей түйінін тудыруы мүмкін. Гетеродуплексті ДНК шағын РНК-лардың (smRNA) көзі болып табылады, бұл транскрипциядан кейінгі гендік үнсіздікке әкеледі.
A heteroduplex is a double stranded (duplex) molecule of nucleic acid originated through the genetic recombination of single complementary strands derived from different sources, such as from different homologous chromosomes or even from different organisms. One such example is the heteroduplex DNA strand formed in hybridization processes, usually for biochemistry based phylogenetic analyses. Another is the heteroduplexes formed when non natural analogs of nucleic acids are used to bind with nucleic acids; these heteroduplexes result from performing antisense techniques using single stranded peptide nucleic acid, 2' O methyl phosphorothioate or Morpholino oligos to bind with RNA. Meiotic recombination can be initiated by a double strand break (DSB) in DNA. The 5’ ends of the break are degraded, leaving long 3’ overhangs of several hundred nucleotides (see Figure). One of these 3’ single stranded DNA segments then invades a homologous sequence on the homologous chromosome, forming an intermediate which can be repaired through different pathways resulting either in crossovers (CO) or noncrossovers (NCO) as illustrated in the Figure. By one pathway, a structure called a double Holliday junction (DHJ) is formed, leading to the exchange of DNA strands. By the other pathway, referred to as Synthesis dependent strand annealing (SDSA), there is information exchange but not physical exchange. At various steps of these recombination processes, heteroduplex DNA (double stranded DNA consisting of single strands from each of the two homologous chromosomes which may or may not be perfectly complementary) is formed. During meiosis non crossover recombinants occur frequently and these appear to arise mainly by the SDSA pathway. Non crossover recombination events occurring during meiosis likely reflect instances of repair of DNA double strand damages or other types of DNA damages. When mismatches occur in heteroduplex DNA, the sequence of one strand can be repaired to bind the other strand with perfect complementarity. During mitosis, the major homologous recombination pathway for repairing DNA double strand breaks appears to be the SDSA pathway (rather than the DSBR pathway). The SDSA pathway produces non crossover recombinants (see Figure). In meiosis, the process of crossing over occurs between non sister chromatids, which results in new allelic combinations in the gametes. In crossing over, a Spo11 enzyme makes staggered nicks in a pair of sister chromatid strands (in a tetrad organization of prophase). Subsequent enzymes trim back the 5' ends of the strand and a protein complex binds to the 3' single stranded ends. Rad51 protein is recruited and binds in a protein complex to search for a complementary sequence analogous to double strand break repair. The filament searches for the homologous chromosome, strand invasion occurs where the new chromosome forms a D loop over the bottom sister chromatid, then the ends are annealed. This process can yield double Holliday junctions that when cut in a transversal pattern by endonucleases form 2 heteroduplex strand products. Heteroduplex DNA is also a source of small RNAs (smRNAs), causing post transcriptional gene silencing.