- definició
- Quiasma i entrecreuament
- Tipus de recombinació genètica
- -Recombinación lloc-específica
- Escherichia coli
- -Recombinación homòloga
- recombinació generalitzada
- Recombinació V (D) J
- -Recombinación no homòloga
- Importància de la recombinació
- Importància com a causa: replicació i reparació de l'ADN
- Importància com a conseqüència: la generació de variabilitat genètica
- La recombinació i la salut
- referències
La recombinació genètica és el procés pel qual molècules d'àcids nucleics intercanvien fragments generant una molècula nova. És molt comú en l'ADN, però l'ARN també és substrat de recombinació. La recombinació és, després de la mutació, la font més important de generació de variabilitat genètica.
L'ADN participa en diferents processos bioquímics. Durant la replicació, serveix com a motlle per a la generació de dues molècules d'ADN noves. En el de transcripció, permet generar molècules d'ARN a partir de regions específiques controlades per un promotor.
Els passos generals de la recombinació de l'ADN. Juergen Bode, via Wikimedia Commons
Però a més d'això, l'ADN és també capaç d'intercanviar fragments. Mitjançant aquest procés genera noves combinacions que no són producte dels dos processos anteriors, ni de la fecundació.
Tot procés de recombinació involucra ruptura i unió de les molècules d'ADN que participen en el procés. Aquest mecanisme varia depenent de quin és el substrat de recombinació, dels enzims que participen en el procés, i de l'mecanisme de la seva execució.
La recombinació generalment depèn de l'existència de regions complementàries, similars (sinó idèntiques), o homòlogues entre les molècules que recombinen. En el cas que recombinen molècules en processos no guiats per la homologia, es diu que la recombinació és no homòloga.
Si l'homologia involucra una regió molt curta present en ambdues molècules, es diu que la recombinació és lloc-específica.
definició
El que anomenem homologia en recombinació no necessàriament fa referència a l'origen evolutiu de les molècules participants. Parlem més aviat de el grau de similitud en la seqüència de nucleòtids.
La recombinació no reparativa, per exemple, es verifica en eucariotes durant el procés de meiosi. Indubtablement, no pot haver-hi major homologia que entre parells de cromosomes en una mateixa cèl·lula.
Per això es diuen cromosomes homòlegs. No obstant això, hi ha casos en què l'ADN d'una cèl·lula intercanvia material amb un ADN forà. Aquests ADNs han de ser molt similars per a recombinar, però no necessàriament han de compartir un mateix ancestre (homologia) per aconseguir-ho.
Quiasma i entrecreuament
El lloc d'unió i intercanvi entre dues molècules d'ADN es denomina quiasma, i a el procés com a tal, entrecreuament. Durant l'entrecreuament es verifica un intercanvi de bandes entre els ADNs participants.
Això genera un cointegrado, que són dues molècules d'ADN físicament unides en una sola. A l ' "resoldre" el cointegrado, es generen dues molècules, generalment canviades (recombinants).
"Resoldre", en el context de la recombinació, és separar les molècules d'ADN components d'un cointegrado.
Tipus de recombinació genètica
-Recombinación lloc-específica
A la recombinació lloc-específica dues molècules d'ADN, generalment no homòlogues, presenten una curta seqüència comuna a totes dues. Aquesta seqüència és blanc d'un enzim de tall i entroncament específica.
L'enzim, capaç de reconèixer aquesta seqüència i no una altra, la talla en un lloc particular en les dues molècules. Amb ajuda d'alguns altres factors, intercanvia les bandes d'ADN de les dues molècules participants i forma un cointegrado.
Escherichia coli
Aquesta és la base de la formació de l'cointegrado entre el genoma del bacteri Escherichia coli i el de l'bacteriòfag lambda. Un bacteriòfag és un virus que infecta bacteris.
La formació d'aquest cointegrado la duu a terme un enzim codificat en el genoma del virus: la integrasa de lambda. Aquesta reconeix una seqüència comú que es diu attP en el genoma circular de virus, i attB al del bacteri.
A l'tallar les dues seqüències en les dues molècules, genera segments lliures, intercanvia les bandes i uneix els dos genomes. Es forma llavors un cercle més gran, o cointegrado.
Al cointegrado, el genoma del virus és portat de manera passiva pel genoma bacterià, amb el qual es replica. En aquest estat es diu que el virus està en estat de provirus, i que el bacteri és lisògena per al mateix.
El procés invers, és a dir, de resolució de l'cointegrado, pot demorar moltes generacions- o fins i tot no ocórrer. No obstant això, de fer-ho, és intervingut enzimàticament per una altra proteïna codificada pel genoma de virus anomenada excisionasa. A l'ocórrer això, el virus es separa de l'cointegrado, es reactiva i provoca la lisi cel·lular.
-Recombinación homòloga
recombinació generalitzada
La recombinació homòloga es verifica entre molècules d'ADN que comparteixen al menys uns 40 nucleòtids de completa o gairebé completa similitud. Per tal de dur a terme el procés de recombinació ha de participar a l'almenys una endonucleasa.
Les endonucleases són enzims que generen talls interns en l'ADN. Algunes ho fan per procedir a degradar el DNA. D'altres, com en el cas de la recombinació, ho fan per generar una mossa en l'ADN.
Aquesta mossa única permet processar un ADN simple banda amb un extrem lliure. Aquest extrem lliure, orientat per una recombinasa, permet que una banda simple envaeixi a un ADN doble desplaçant a la banda resident idèntica a ella.
Aquest és el punt d'entrecreuament o crossing-over, entre una molècula d'ADN donant ("invasor") i un altre receptor.
L'enzim (recombinasa) que porta a terme el procés d'invasió i intercanvi de bandes en Escherichia coli es diu RecA. Existeixen altres proteïnes homòlogues en procariotes, com rada en arqueges. En eucariotes l'enzim equivalent s'anomena RAD51.
Una vegada que la banda invasora desplaça a la resident, aquesta interactua amb la banda que va quedar simple en la molècula donant. Tots dos punts es segellen per acció d'una ligasa.
Ara comptem amb un ADN de bandes híbrides (una banda donant i una banda receptora, de diferents orígens) flanquejats per ADN donant i ADN receptor. Els punts d'entrecreuament (quiasmes) es desplacen en ambdues direccions a el menys uns 200 pb.
Cada punt d'entrecreuament forma el que es coneix com a estructura de Holliday (ADN cruciforme producte d'un esdeveniment de recombinació).
Aquest ADN cruciforme ha de ser resolt per altres endonucleases. L'ADN híbrid o quimèric d'aquesta estructura es pot resoldre de dues maneres. Si el segon tall endonucleotídico ocorre en la mateixa banda en què va ocórrer el primer, no es genera recombinació. Si el segon tall passa a l'altra banda, els productes resultants sí que són recombinants.
L'ADN recombinant en l'estructura de Holliday. es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Mao-4armjunction-schematic.png.
Recombinació V (D) J
Aquest és un tipus de recombinació somàtica (no meiòtica) que contribueix a la generació en l'enorme variabilitat dels anticossos de el sistema immune.
Aquesta recombinació es verifica en fragments particulars dels gens que codifiquen per les cadenes polipeptídiques que els defineixen. La duen a terme les cèl·lules B i involucra diferents regions genètiques.
Curiosament, hi ha paràsits com Trypanosoma brucei que empren un mecanisme de recombinació similar per crear variabilitat en un antigen de superfície. D'aquesta manera, poden evadir la resposta de l'hoste si aquest no aconsegueix generar l'anticòs capaç de reconèixer l'antigen "nou".
Diversitat d'anticossos creada per recombinació. es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cambio_clase_recombinacion.PNG
-Recombinación no homòloga
Finalment, hi ha processos de recombinació que no depenen de la similitud en la seqüència de les molècules participants. En eucariotes és molt important, per exemple, la recombinació d'extrems no homòlegs.
Això passa amb fragments d'ADN que presenten ruptures doble banda en l'ADN. Aquests són "reparats" per la cèl·lula unint-los a altres fragments igualment amb ruptures doble banda.
No obstant això, aquestes molècules no necessàriament han de ser similars per participar en aquest procés de recombinació. És a dir, que a l'reparar el dany, la cèl·lula pot unir ADNs no relacionats, creant així una molècula (recombinant) realment nova.
Importància de la recombinació
Importància com a causa: replicació i reparació de l'ADN
La recombinació garanteix la fidelitat de la informació de l'ADN durant i després de l'procés de replicació. La recombinació detecta danys a l'ADN durant el procés de creació de bandes noves en aquesta macromolècula extremadament llarga.
Com cada banda té la seva pròpia informació, i la de la seva complementària, la recombinació garanteix que cap es perdi. Cadascuna actua com a testimoni de l'altra. De manera similar, en els organismes diploides, un cromosoma homòleg és testimoni del seu germà, i viceversa.
D'altra banda, un cop ja replicat l'ADN, els mecanismes de reparació de el dany d'aquesta molècula són variats. Uns són directes (s'actua directament sobre la lesió) i altres són indirectes.
Els mecanismes de reparació indirectes depenen de la recombinació per dur-se a terme. És a dir, per reparar el dany en una molècula d'ADN es dóna feina a una altra molècula homòloga. Aquesta actuaria en la recombinació reparativa com a motlle de la qual ha patit mal.
Importància com a conseqüència: la generació de variabilitat genètica
La recombinació és capaç de crear una enorme variabilitat cromosòmica durant la meiosi. La recombinació somàtica també genera variabilitat, com en el cas dels anticossos en els vertebrats.
En molts organismes la meiosi és gamètica. En els organismes amb reproducció sexual, la recombinació resulta sent una de les maneres més poderoses de generar variabilitat.
És a dir, a la mutació espontània i la segregació de cromosomes cal sumar la recombinació com un altre element generador de variabilitat gamètica.
La integració de genomes de bacteriòfags per recombinació lloc-específica, d'altra banda, ha contribuït a la remodelació de l'genoma de les seves bacteris hospederas.
Això ha contribuït a la generació de variabilitat genòmica, i evolució, d'aquest important grup d'éssers vius.
La recombinació i la salut
Ja hem vist que l'ADN pot ser reparat, però no què ho fa malbé. En realitat, gairebé tot pot fer mal a l'ADN, començant per una replicació defectuosa que no es corregeix.
Però més enllà d'això, a l'ADN el pot danyar la llum UV, la radiació ionitzant, els radicals d'oxigen lliures producte de la respiració cel·lular, i el que mengem, fumem, respirem, ingerim o toquem.
Afortunadament, no cal renunciar a viure per protegir l'ADN. S'ha de renunciar a certes coses, però la feina gran ho fa la pròpia cèl·lula. Aquests mecanismes de detecció de dany a l'ADN, i la seva reparació, tenen òbviament una base genètica, i la seva deficiència, enormes conseqüències.
Les malalties relacionades amb defectes en la recombinació homòloga inclouen, per exemple, les síndromes Bloom i Werner, el càncer familiar de mames i ovaris, etc.
referències
- Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6th Edition). WW Norton & Company, New York, NY, USA.
- Bell, JC, Kowalczykowski, SC (2016) Mechanics and single-molecule Interrogation of DNA recombination. Annual Review of Biochemistry, 85: 193-226.
- Prat, F. () Homologous recombination: To Fork and Beyond. Gens, doi: 10.3390 / genes9120603
- Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). An Introduction to Genetic Analysis (11th ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
- Tock, AJ, Henderson, IR (2018) Hotspots for Initiation of Meiotic recombination. Frontiers in Genetics, doi: 10.3389 / fgene.2018.00521
- Wahl, A., Battesti, A., Ansaldi, M. (2018) A Prophages in Salmonella enterica: a driving force in reshaping the genome and physiology of their bacterial host? Molecular Microbiology, doi: 10.1111 / mmi.14167.
- Wright, WD, Shah, SS, Heyer, WD (2018) Homologous recombination and the repair of DNA double-strand breaks. Journal of Biological Chemistry, 293: 10.524-10.535