Введение

Тип генетической рекомбинации Митотическая рекомбинация - это тип генетической рекомбинации, которая может возникать в соматических клетках во время их подготовки к митозу как у половых, так и у бесполых организмов. В бесполых организмах изучение митотической рекомбинации является одним из способов понимания генетической связи, поскольку это единственный источник рекомбинации внутри индивида. Кроме того, митотическая рекомбинация может привести к экспрессии рецессивных аллелей у гетерозиготного индивида. Это выражение имеет важные последствия для изучения опухолеобразования и летальных рецессивных аллелей. Митотическая гомологичная рекомбинация происходит в основном между сестринскими хроматидами после репликации (но до деления клеток). Межсестринская гомологичная рекомбинация обычно генетически беззвучна. Во время митоза частота рекомбинации между несестринскими гомологичными хроматидами составляет только около 1% от частоты между сестринскими хроматидами.

Открытие

Открытие митотической рекомбинации произошло из наблюдения за двойным пятнистым появлением у Drosophila melanogaster. Это двойственное пятнистое или мозаичное пятнистое образование было замечено у D. melanogaster еще в 1925 году, но только в 1936 году Курт Стерн объяснил его как результат митотической рекомбинации. До работы Стерна была выдвинута гипотеза о том, что обнаружение близнецов происходит потому, что определенные гены имеют способность устранять хромосому, на которой они расположены. Позже эксперименты выявили, когда происходит митотическая рекомбинация в клеточном цикле и механизмы рекомбинации.

Возникновение

Митотическая рекомбинация может происходить в любом локусе, но наблюдается у индивидуумов, которые являются гетерозиготными в данном локусе. Если событие перекрестного взаимодействия между несестринскими хроматидами влияет на этот локус, то обе гомологичные хромосомы будут иметь одну хроматиду, содержащую каждый генотип. Полученный фенотип дочерних клеток зависит от того, как хромосомы выстраиваются на метафазовой пластине. Если хроматиды, содержащие разные аллели, выстраиваются на одной стороне пластины, то полученные дочерние клетки будут выглядеть гетерозиготными и будут не обнаруживаемыми, несмотря на событие перекрестного скрещивания. Однако, если хроматиды, содержащие одни и те же аллели, выстраиваются на одной стороне, дочерние клетки будут гомозиготными в этом локусе. Это приводит к двойной пятнистой проявлению, когда одна клетка представляет гомозиготный рецессивный фенотип, а другая клетка имеет гомозиготный фенотип дикого типа. Если эти дочерние клетки продолжат размножаться и делиться, то двойные пятна будут продолжать расти и отражать дифференциальный фенотип. Митотическая рекомбинация происходит во время интерфазы. Было высказано предположение, что рекомбинация происходит во время G1, когда ДНК находится в 2-х нитейной фазе, и реплицируется во время синтеза ДНК. Также возможно, чтобы разрыв ДНК, ведущий к митотической рекомбинации, произошел во время G1, но чтобы ремонт произошел после репликации.

Реакция на повреждение ДНК

В зарождающихся дрожжах Saccharomyces cerevisiae мутации в нескольких генах, необходимых для митотической (и мейотической) рекомбинации, вызывают повышенную чувствительность к инактивации радиацией и/или генотоксичными химическими веществами. Например, ген rad52 необходим для митотической рекомбинации, а также мейотической рекомбинации. Мутантные клетки дрожжей Rad52 повысили чувствительность к уничтожению рентгеновскими лучами, метилметансульфонатом и агентом перекрестной связи ДНК 8 метоксипсораленом плюс ультрафиолетовый свет, что предполагает, что для устранения различных повреждений ДНК, вызванных этими агентами, требуется митотический рекомбинационный ремонт.

Механизмы

Механизмы митотической рекомбинации аналогичны механизмам мейотической рекомбинации. К ним относятся сестринский хроматидный обмен и механизмы, связанные с восстановлением разрыва двойной нити ДНК путем гомологичной рекомбинации, такие как отжигание одной нити, отжигание нити, зависящее от синтеза (SDSA), и преобразование генов через двойной промежуточный соединение Холлидей или SDSA. Кроме того, возможно негомологичное митотическое рекомбинация, и часто может быть связано с негомологичным окончанием.

Метод

Существует несколько теорий о том, как происходит митотический перекрестный переход. В простой кроссоверной модели две гомологичные хромосомы перекрываются на общем хрупком месте хромосомы (CFS) или рядом с ним. Это приводит к разрыву двойной нити, которая затем восстанавливается с помощью одной из двух нитей. Это может привести к тому, что две хроматиды поменяются местами. В другой модели две перекрывающиеся сестринские хроматиды образуют двойной стыковый узел Холлидея в одном месте повторения, а затем сдвигаются таким образом, что они меняют местоположение. В любой модели хромосомы не гарантируют равномерной торговли или даже воссоединения по противоположной стороне, поэтому большинство моделей расщепления не приводят к какому-либо перекрестному событию. Неравномерная торговля вводит в жизнь многие из пагубных последствий митотического перекрестного взаимодействия. Кроме того, кроссовер может произойти во время восстановления ДНК, если из-за обширного повреждения гомологичная хромосома выбирается в качестве шаблона над сестринской хроматидой. Это приводит к синтезу генов, поскольку одна копия аллеля копируется через гомологичную хромосому, а затем синтезируется в разрыв на поврежденной хромосоме. Чистый эффект этого будет одной гетерозиготной хромосомой и одной гомозиготной хромосомой.

Преимущества и недостатки

Известно, что митотический кроссовер возникает у D. melanogaster, некоторых бесполых размножающихся грибов и в нормальных клетках человека, где это событие может позволить выразить аллели, вызывающие обычно рецессивный рак, и, таким образом, предрасполагать клетку, в которой он возникает, к развитию рака. В качестве альтернативы, клетка может стать гомозиготным мутантом для гена, подавляющего опухоль, что приводит к тому же результату. В то же время митотическая рекомбинация может быть полезной: она может играть важную роль в восстановлении двойных нитей, и она может быть полезна для организма, если гомозиготные доминирующие аллели более функциональны, чем гетерозиготные.