Кіріспе
Митоздық рекомбинация - жыныстық және жыныстық емес организмдерде митозға дайындық кезінде соматикалық жасушаларда пайда болатын генетикалық рекомбинацияның түрі. Жыныстық емес организмдерде митоздық рекомбинацияны зерттеу - генетикалық байланыстарды түсінудің бір жолы, өйткені бұл жеке тұлғадағы рекомбинацияның жалғыз көзі. Сонымен қатар, митоздық рекомбинация рецессивті аллельдердің экспрессиясына әкелуі мүмкін, әйтпесе гетерозиготалық жеке тұлғада. Бұл экспрессияның ісіктің пайда болуын және өлімге әкелетін рецессивті аллельдерді зерттеуде маңызды әсері бар. Митоздық гомологтық рекомбинация негізінен репликациядан кейін (бірақ жасушаның бөлінуінен бұрын) бауырлас хроматидтер арасында жүреді. Бір-біріне гомологты рекомбинация әдетте генетикалық тұрғыдан үнсіз болады. Митоз кезінде бауырлас емес гомологты хроматидтер арасындағы рекомбинация жиілігі бауырлас хроматидтер арасындағы рекомбинация жиілігінің 1% -ы ғана.
Mitotic recombination is a type of genetic recombination that may occur in somatic cells during their preparation for mitosis in both sexual and asexual organisms. In asexual organisms, the study of mitotic recombination is one way to understand genetic linkage because it is the only source of recombination within an individual. Additionally, mitotic recombination can result in the expression of recessive alleles in an otherwise heterozygous individual. This expression has important implications for the study of tumorigenesis and lethal recessive alleles. Mitotic homologous recombination occurs mainly between sister chromatids subsequent to replication (but prior to cell division). Inter sister homologous recombination is ordinarily genetically silent. During mitosis the incidence of recombination between non sister homologous chromatids is only about 1% of that between sister chromatids.
Ашылу
Митоздық рекомбинацияның ашылуы Drosophila melanogaster-де егіздің көруін байқаудан пайда болды. Бұл қос нүктелеу немесе мозаикалық нүктелеу 1925 жылы D. melanogaster-де байқалды, бірақ тек 1936 жылы Курт Стерн оны митоздық рекомбинацияның нәтижесі ретінде түсіндірді. Стерннің жұмысына дейін егіздерді байқау белгілі бір гендердің олар орналасқан хромосоманы жоюға қабілеттілігі болғандықтан пайда болды деген болжам жасалған. Кейінгі тәжірибелер митоздық рекомбинация жасуша циклында және рекомбинация артындағы механизмдерде қашан пайда болатынын анықтады.
Пайда болуы
Митоздық рекомбинация кез келген локуста болуы мүмкін, бірақ белгілі бір локуста гетерозиготты болған адамдарда байқалады. Егер бауырлас емес хроматидтер арасындағы кроссоверлік оқиға осы локусқа әсер етсе, онда екі гомолог хромосоманың да әр генотипті қамтитын бір хроматиді болады. Қыз клеткаларының пайда болған фенотипі хромосомалардың метафазалық пластинада қалай тізбектеліп тұрғанына байланысты. Егер әр түрлі аллельді қамтитын хроматидтер пластинканың бір жағында қатар тұрса, онда пайда болған қыз клеткалар гетерозиготалық болып көрінеді және кроссоверлік оқиғаға қарамастан анықталмайды. Алайда, егер бірдей аллельді құрайтын хроматидтер бір жақта тізбектелсе, онда қыз клеткалар сол локуста гомозиготты болады. Бұл екі жақты байқауға әкеледі, онда бір жасушада гомозиготты рецессивті фенотип, ал екінші жасушада гомозиготты жабайы типті фенотип болады. Егер осы қыз клеткалар көбейіп, бөлінсе, онда егіз нүктелер өсіп, дифференциалдық фенотипті көрсетеді. Митоздық рекомбинация интерфаза кезінде орын алады. Рекомбинация G1 кезінде, яғни ДНК 2 жіптік фазада болған кезде, және ДНК синтезі кезінде қайталанатыны айтылған. Сонымен қатар, митоздық рекомбинацияға әкелетін ДНҚ-ның G1 кезінде үзілуі мүмкін, бірақ оны жөндеу репликациядан кейін болуы мүмкін.
ДНҚ зақымдануына жауап беру
Saccharomyces cerevisiae ашылмалы ашытқысында митоздық (және мейоздық) рекомбинация үшін қажетті бірнеше гендердегі мутациялар сәулелену және/немесе генотоксикалық химиялық заттар арқылы инактивацияға сезімталдығын арттырады. Мысалы, митоздық рекомбинация үшін, сондай-ақ мейоздық рекомбинация үшін rad52 генінің болуы қажет. Rad52 мутант ашытқы жасушалары рентген сәулелерімен, метилметансульфонатымен және 8 метоксипсораленмен және УФ- сәулемен ДНК-ны өшіруге сезімталдығын арттырды, бұл осы агенттерден туындаған әртүрлі ДНК зақымдануларын жою үшін митоздық рекомбинациялық жөндеу қажет екенін көрсетеді.
Механизмдер
Митоздық рекомбинацияның механизмі мейоздық рекомбинацияның механизміне ұқсас. Бұларға бауырлас хроматидтер алмасуы және ДНК қос жіптің үзілуін гомологтық рекомбинация арқылы жөндеуге байланысты механизмдер, мысалы, бір жіпті оттепелеу, синтезге тәуелді жіпті оттепелеу (SDSA) және қос Холлидейлік тұйықталу аралық немесе SDSA арқылы гендік конверсия кіреді. Сонымен қатар, гомолог емес митоздық рекомбинация мүмкін және оны көбінесе гомолог емес ұшты біріктіруге жатқызуға болады.
Әдіс
Митоздық кроссовердің қалай пайда болатыны туралы бірнеше теориялар бар. Қарапайым кроссоверлік модельде екі гомолог хромосома ортақ хромосомалық әлсіз сайтта (CFS) немесе оның жанында бір-бірімен жапсырылады. Бұл екі жіптің бірін қолдана отырып, қайта қалпына келтірілетін қос жіптің үзілуіне әкеледі. Бұл екі хроматидтің орын ауыстыруына әкелуі мүмкін. Басқа модельде екі бір-біріне жақын бауырлас хроматидтер ортақ қайталану орнында қос Холлидейлік торапты құрайды және кейіннен олар орын алмасатын түрде қиылады. Екі модельде де хромосомалардың біркелкі алмасуы немесе тіпті қарама-қарсы жақта қайта қосылуы кепілдендірілмейді, сондықтан қиылысудың көпшілігі кез-келген кроссоверлік оқиғаға әкелмейді. Тең емес сауда митоздық кроссовердің көптеген зиянды әсерлерін енгізеді. Сонымен қатар, егер кең көлемді зақымданудан кейін гомолог хромосома бауырлас хроматидтің үстінен шаблон ретінде таңдалса, ДНК жөндеу кезінде кроссовер болуы мүмкін. Бұл ген синтезіне әкеледі, өйткені аллельдің бір көшірмесі гомологты хромосомадан көшіріледі, содан кейін зақымдалған хромосоманың сынығына синтезделеді. Нәтижесінде бір гетерозиготалық хромосома мен бір гомозиготалық хромосома пайда болады.
Артықшылықтары мен кемшіліктері
Митоздық кроссовер D. melanogaster, кейбір жыныстық қатынассыз көбейетін саңырауқұлақтарда және қалыпты адам жасушаларында кездесетіндігі белгілі, мұнда оқиға әдетте рецессивті қатерлі ісікке себепші аллельдердің экспрессиясына мүмкіндік береді және осылайша ол пайда болған жасушаны қатерлі ісікке бейімдейді. Яғни, клетканың бір түрі ісікке қарсы геннің гомозиготалық мутациясы болуы мүмкін, бұл да дәл осындай нәтижеге әкеледі. Сонымен қатар, митоздық рекомбинация пайдалы болуы мүмкін: ол қос жіпті үзілістерді жөндеуде маңызды рөл атқара алады және егер гомозиготты доминантты аллельдер гетерозиготты жағдайға қарағанда функционалды болса, ол ағзаға пайдалы болуы мүмкін.