遺伝子組換えの種類とメカニズム



の 遺伝子組み換え 核酸分子がフラグメントを交換して新しい分子を生成するプロセスです。 DNAでは非常に一般的ですが、RNAも組換えの基質です。組み換えは、突然変異後、遺伝的多様性の発生の最も重要な原因である.

DNAはさまざまな生化学過程に関与しています。複製中に、それは2つの新しいDNA分子を生成するためのテンプレートとして機能します。転写において、それはプロモーターによって制御される特定の領域からRNA分子を生成することを可能にする。.

しかしこれに加えて、DNAもフラグメントを交換することができます。このプロセスを通じて、前の2つのプロセスの産物でも受精の産物でもない新しい組み合わせが生成されます。.

任意の組換えプロセスは、そのプロセスに関与するＤＮＡ分子の破壊および結合を伴う。このメカニズムは、組み換え基質、プロセスに関与する酵素、およびその実行のメカニズムによって異なります。.

組換えは一般に、組換え分子間で類似している（同一ではない場合）、または相同な相補的領域の存在に依存する。相同性によって導かれない過程でそれらが分子を再結合する場合、その再結合は相同ではないと言われる。.

相同性が両方の分子に存在する非常に短い領域を含む場合、組換えは部位特異的であると言われる.

索引

  • 1定義
    • 1.1視交叉と架橋
  • 2遺伝子組み換えの種類
    • 2.1部位特異的組換え
    • 2.2-相同組換え
    • 2.3 - 非相同組換え
  • 3組換えの重要性
    • 3.1原因としての重要性：DNAの複製と修復
    • 3.2結果としての重要性：遺伝的多様性の発生
    • 3.3組み換えと健康
  • 4参考文献

定義

我々が組換えにおいて相同性と呼ぶものは、関与する分子の進化的起源を必ずしも暗示しない。ヌクレオチド配列の類似度についてもっと話しています.

例えば、非修復的組換えは、減数分裂過程の間に真核生物において起こる。間違いなく、同じ細胞内の染色体のペアの間よりも大きな相同性はあり得ません。.

だからこそ、それらは相同染色体と呼ばれています。しかしながら、細胞のＤＮＡが外来ＤＮＡと物質を交換する場合がある。これらのDNAは組換えに非常に似ている必要がありますが、それらを達成するために必ずしも同じ祖先（相同性）を共有する必要はありません。.

視交叉とクロスリンク

２つのＤＮＡ分子間の結合および交換の部位は、視交叉と呼ばれ、そしてそのプロセス自体、架橋結合と呼ばれる。交雑中に、関与するＤＮＡ間のバンドの交換が確認される。.

これは物理的に一つに結合された二つのDNA分子である共統合体を生成します。共積分体が「溶解」すると、2つの分子が生成され、一般に変化します（組み換え）。.

「解決する」は、組み換えの文脈において、共統合体のＤＮＡ分子成分を分離することである。.

遺伝子組み換えの種類

-部位特異的組換え

部位特異的組換えでは、２つのＤＮＡ分子、一般に非相同性は、両者に共通の短い配列を有する。この配列は特定のスプライシング酵素の標的となります.

他のものではなくこの配列を認識することができる酵素は、両方の分子の特定の部位でそれを切断する。いくつかの他の要因の助けを借りて、それは2つの参加している分子のDNAバンドを交換して、共統合体を形成します.

大腸菌 そしてラムダ

これは細菌のゲノム間の共統合体の形成の基礎です 大腸菌 バクテリオファージラムダのそれ。バクテリオファージはバクテリアに感染するウイルスです.

このコインテグレートの形成は、ウイルスのゲノムにコードされている酵素：ラムダインテグラーゼによって行われる。これはと呼ばれる共通のシーケンスを認識します attP ウイルスの環状ゲノム attB 細菌の中で.

両方の分子の両方の配列を切断することによって、それは遊離セグメントを生成し、バンドを交換し、そして２つのゲノムを結合する。より大きな円が形成される、または共統合される.

共統合型では、ウイルスのゲノムはそれが複製する細菌ゲノムによって受動的に運ばれる。この状態では、ウイルスはプロウイルスの状態にあり、そして細菌はそれに対して溶原性であると言われる。.

逆のプロセス、つまり共同統合された解決には、何世代にもわたる、あるいは起こらないことさえあります。しかし、それが行われれば、それはウイルスゲノムによってコードされている別のタンパク質によって酵素的に仲介されます。これが起こると、ウイルスは共統合体から分離し、再活性化して細胞溶解を引き起こします。.

-相同組換え

一般化された再結合

相同組換えは、少なくとも40ヌクレオチドの完全またはほぼ完全な類似性を共有するDNA分子間で確認される。組換え過程を実施するためには、少なくとも１つのエンドヌクレアーゼが関与しなければならない。.

エンドヌクレアーゼは、DNAに内部切断を生じる酵素です。 DNAを分解し続けるためにそれをする人もいます。他のものは、組換えの場合のように、DNAにへこみを生じさせるためにそうする.

このユニークなニックネームにより、自由端を持つ単一のDNAバンドを加工することができます。リコンビナーゼによって導かれるこの自由末端は、それと同一の存在するバンドを置換することによって単一バンドが二重DNAに侵入することを可能にする。.

これは、ドナーDNA分子（「インベーダー」）と他のレシピエントとの間の交差点です。.

内のバンドの侵入そして交換のプロセスを遂行する酵素（リコンビナーゼ） 大腸菌 それはRecAと呼ばれます。古細菌のRadAのような原核生物には他の相同タンパク質があります。真核生物では、同等の酵素はRAD51と呼ばれます.

侵入したギャングが居住者を移動させると、ドナー分子内で単純なままのバンドと相互作用します。両方のポイントはリガーゼの作用によって封印されています.

我々は現在、ドナーDNAとレシピエントDNAが隣接するハイブリッドバンド（ドナーバンドとレセプターバンド、異なる起源の）からのDNAを持っている。交差点（キアズマ）は両方向に少なくとも200 bp移動します.

各架橋点は、ホリデイ構造（組換え事象から生じる十字型ＤＮＡ）として知られるものを形成する。.

この十字型DNAは他のエンドヌクレアーゼによって分解されなければならない。この構造のハイブリッドまたはキメラＤＮＡは２つの方法で解決することができる。第二のエンドヌクレオチド切断が、第一のものが生じたのと同じバンドで起こると、組換えは生じない。第二の切断が他のバンドで起こる場合、得られる生成物は組換え体である。.

組み換えV（D）J

これは免疫システムの抗体の巨大な可変性の生成に貢献する体細胞組換えの一種です（減数分裂ではありません）。.

この組換えは、それらを規定するポリペプチド鎖をコードする遺伝子の特定のフラグメントにおいて確認される。それはB細胞によって実行され、さまざまな遺伝的領域を含みます.

興味深いことに、のような寄生虫があります トリパノソーマブルセイ それは表面抗原に可変性を作り出すために同様の組換え機構を使用する。このようにして、それらが「新しい」抗原を認識することができる抗体を生成することに失敗した場合、それらは宿主の応答を回避することができる。.

-非相同組換え

最後に、関与する分子の配列類似性に依存しない組み換えプロセスがあります。真核生物では、それは非常に重要です、例えば、非相同末端の組換え.

これは、DNAに二重バンドの切れ目があるDNA断片で起こります。これらは、二重バンド破裂で等しくそれらを他の断片に結合する細胞によって「修復される」.

しかしながら、これらの分子は、この組換えプロセスに参加するために必ずしも類似している必要はない。つまり、損傷を修復することによって、細胞は無関係のDNAに結合し、本当に新しい（組み換え）分子を作り出すことができます。. 

組換えの重要性

原因としての重要性：DNAの複製と修復

組み換えは、複製プロセス中および複製プロセス後のDNA情報の忠実度を保証します。この非常に長い巨大分子に新しいバンドを作る過程で、組換えはDNA損傷を検出します。.

各バンドはそれ自身の情報、そしてその補数の情報を持っているので、組み換えは何も失われないことを保証します。一人一人が他のための証人として機能します。同様に、二倍体生物では、相同染色体はその兄弟にとって目撃者であり、逆もまた同じです。.

一方、DNAが複製されると、この分子の損傷修復メカニズムは変化します。いくつかは直接的（怪我に直接作用する）であり、他は間接的です.

間接的修復機構は、行われるべき組換えに依存する。すなわち、１つのＤＮＡ分子における損傷を修復するために、他の相同分子が使用される。これは修復的組換えにおいて損傷を受けたかびとして作用する.

結果としての重要性：遺伝的多様性の発生

組み換えは、減数分裂の間に莫大な染色体の多様性を生み出すことができます。脊椎動物における抗体の場合のように、体細胞組換えもまた変動性を生じる。.

多くの生物で減数分裂はガメティカです。有性生殖を持つ生物では、組換えは可変性を生み出すための最も強力な方法の一つであることがわかりました.

すなわち、自然突然変異と染色体の分離には、配偶子多様性のもう一つの生成要素として組換えを加えることが必要です。.

一方、部位特異的組換えによるバクテリオファージゲノムの統合は、それらの宿主細菌のゲノムリモデリングに寄与している.

これは、生物のこの重要なグループのゲノムの多様性と進化の発生に貢献しています。.

組み換えと健康

DNAは修復できるということをすでに見てきましたが、それが損害を与えるものではありません。実際には、ほとんどすべてがDNAを損傷する可能性があります。.

しかしそれを超えると、DNAは紫外線、電離放射線、細胞呼吸の遊離酸素ラジカル生成物、そして私たちが食べるもの、煙るもの、呼吸するもの、食べるもの、触れるものによって損傷を受けることがあります.

幸いなことに、あなたはDNAを保護するために生計を放棄する必要はありません。あるものを放棄しなければなりませんが、大きな仕事はセル自体によって行われます。 DNAへの損傷の検出とその修復のこれらのメカニズムは明らかに遺伝的根拠とその欠乏、ひどい結果を持っています.

相同組換えにおける欠陥に関連する疾患には、例えば、ブルーム症候群およびヴェルナー症候群、乳房および卵巣の家族性癌などが含まれる。.

参考文献

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