相同組換え機能、メカニズムおよび応用



の 相同組換え これは、ゲノムの類似または同一のセクション間でのDNA分子の交換を含むプロセスです。細胞は主に遺伝物質の破損を修復するために相同組換えを使用し、集団に遺伝的変異を生じさせる.

一般に、相同組換えは、遺伝物質の相同領域間の物理的対合、それに続く交換を受けようとしている鎖の切断、そして最後に組み合わされた新しいDNA分子の結合を意味する。.

DNAの切断はできるだけ迅速かつ効率的に修復する必要があります。損害賠償が修復されない場合、その影響は深刻で致命的な場合さえあります。細菌では、相同組換えの主な機能は遺伝物質のこれらの破損を修復することです.

相同組換えは、ゲノムの安定性を可能にする主なメカニズムの1つと考えられています。それは生命の全ての領域に存在し、そしてウイルスの中にさえ存在するので、おそらくそれは生命の進化のごく初期に現れた重要なメカニズムである.

索引

  • 1歴史的展望
  • 2相同組換えとは?
  • 3相同組換えの機能と結果
    • 3.1バクテリア中
  • 4メカニズム
    • 4.1シナプス
    • 4.2 Dループの訓練
    • 4.3ホリデーユニオンの結成
    • 4.4関与するタンパク質
  • 5組換え過程に関連する異常
  • 6組換えの応用
  • 7その他の組換え
  • 8参考文献

歴史的展望

Gregor Mendelが提案した最も関連性のある原則の1つは、文字の分離における独立性です。この法律によると、異なる遺伝子は独立して親から子供に受け継がれます.

しかし、1900年にこの原則に対する非常に著しい例外の存在が明らかになった。イギリスの遺伝学者BatesonとPunnettは、何度も特定の文字が一緒に受け継がれていることを証明した、そしてこれらの特徴のためにメンデルによって宣言された原則は妥当性がない。.

後の研究は、細胞が遺伝物質を交換することができた組換え過程の存在を解明することに成功しました。遺伝子が一緒に遺伝した場合、遺伝子間の物理的な近さのためにDNAは交換されなかった。.

相同組換えとは?

相同組換えは、２つの染色体間のＤＮＡ配列の物理的交換を含む細胞現象である。組換えは遺伝子として知られる遺伝子のセットを含む rec. これらのプロセスに関与するさまざまな酵素のコード.

ＤＮＡ分子は、それらが１００塩基対を超える類似または同一の配列を共有する場合、「相同」と見なされる。 DNAには互いに異なる可能性がある小さな領域があり、これらの変異体は対立遺伝子として知られています.

生物では、すべてのDNAは組換えDNAと見なされます。染色体間の遺伝物質の交換は連続的に起こり、染色体中の遺伝子を混合し再編成する.

この過程は明らかに減数分裂で起こります。具体的には、染色体が最初の細胞分裂で対になっている段階です。この段階で、染色体間の遺伝物質の交換が起こります.

歴史的に、このプロセスはアングロサクソン語を使って文献で指定されています 渡る. この事象は相同組換えの結果の一つです.

の頻度 渡る 同じ染色体の2つの遺伝子間の距離は、主に2つの間の距離に依存します。それらの間の物理的距離が小さいほど、交換の頻度は低くなります.

相同組換えの機能と結果

遺伝物質は、放射線などの内因性および外因性の原因によって引き起こされる損傷に絶えずさらされ​​ています。.

ヒト細胞は、１日当たり数十から数百のオーダーで、ＤＮＡ中にかなりの数の損傷を示すと推定されている。これらの病変は、潜在的な有害な変異、複製および転写の妨害、ならびに染色体レベルでの損傷を回避するために修復する必要があります。.

医学的見地から、正しく修復されないDNA損傷は腫瘍や他の病状の発生をもたらします.

相同組換えは、もう一方のＤＮＡ鎖を鋳型として使用して、ＤＮＡ中の修復を可能にし、失われた配列の回復を可能にする事象である（相同）。.

この代謝過程はあらゆる形態の生命に存在し、DNAの「ギャップ」の修復、二本鎖の切断、DNA鎖間の架橋を可能にする高忠実度のメカニズムを提供します。.

組換えの最も重要な結果の1つは、新しい遺伝的変異の生成です。突然変異と一緒に、それらは生き物の変化を生み出す2つのプロセスです - 変化が進化のための原料であることを覚えていてください.

さらに、破損したレプリケーションフォークを再起動するためのメカニズムも提供します。.

細菌で

細菌では、水平方向の遺伝子導入が頻繁に起こります。これらは、接合、形質転換および形質導入として分類される。ここでは、原核生物は他の生物から、そして異なる種からでさえDNAを取ります.

これらの過程の間に、レシピエント細胞とドナー細胞との間で相同組換えが起こる。.

メカニズム

相同組換えは、染色体ＤＮＡ分子の一方の鎖の切断から始まる。この後、複数の酵素によって触媒される一連のステップが起こります.

切断が起こる3 '末端は、二重相同DNA鎖によって侵されている。侵入プロセスは非常に重要です。 「相同鎖」とは、ヌクレオチド配列が同一である必要はないが、線形の順序で同じ遺伝子を有する染色体の部分を指すことを望む。.

シナプス

鎖のこの侵入は相同染色体を互いに対面させる。鎖の遭遇のこの現象はシナプスと呼ばれます（ニューロンのシナプスと混同しないように、ここではこの用語は別の意味で使われます）。.

シナプスは必ずしも両方の相同配列間の直接接触を意味するわけではなく、相同部分が見つかるまでDNAはしばらく移動し続けることができる。この検索プロセスは相同アラインメントと呼ばれます.

Dループの形成

すると、「スレッドの侵入」というイベントが発生します。染色体はDNAの二重らせんです。相同組換えでは、２つの染色体がそれらの相同配列を探す。一方のヘリックスでは、鎖が分離し、この鎖が二重らせん構造に「侵入」し、ループDと呼ばれる構造を形成します。.

Dループの鎖は、破裂を示し、元の二重らせんの相補鎖と対になる鎖の侵入によって置き換えられている.

ホリデー組合の結成

次のステップはホリデージャンクションの形成です。ここでは、交換されたスレッドの両端がリンクされています。この組合はあらゆる方向に動くことができる。組合は何度も壊れて形成される可能性がある.

再結合の最終プロセスはこれらの接合の分解であり、細胞がそれを達成する方法は2つあります。そのうちの1つは、真核生物の典型的な組合の解体または解散と呼ばれるプロセスです。.

最初のメカニズムでは、ホリデーの連合の破壊は2本の鎖を再生します。 「解散」の他の出来事では、組合で一種の崩壊が起こる.

関与するタンパク質

組み換えプロセスの重要なタンパク質は真核細胞ではRad51、細胞内ではRecAと呼ばれています。 大腸菌. それは、シナプスの前、最中、そして後の、組み換えの異なる段階で機能します。.

Ｒａｄ５１タンパク質は、侵入ＤＮＡと強化ＤＮＡとの間の物理的結合の形成を促進する。この過程で、ヘテロ二本鎖ＤＮＡが生成される。.

Rad51とそのホモログRecAは、相同DNAの検索とDNA鎖の交換を触媒します。これらのタンパク質は単一バンドDNAに協同的に結合する能力を持っています.

Ｒａｄ５５およびＲａｄ５７と呼ばれるＲａｄ５１のパラロジカル遺伝子（生物の系統における遺伝子重複の事象から生じる）もある。ヒトでは、Rad51B、Rad51C、Rad51D、Xrcc2、およびXrcc3と呼ばれる5つのRad51パラログ遺伝子が同定されています。.

組換え過程に関連した異常

組換えは染色体における物理的結合を必要とするので、減数分裂の間の正確な分離における重要なステップである。適切な組換えが起こらない場合、その結果は重大な病理学である可能性があります.

染色体の分離と分離の誤りは、ダウン症を引き起こす21番染色体のトリソミーのような、染色体起源の中絶と異常の最も頻繁な原因の1つです。.

組換えは通常かなり正確なプロセスであるが、繰り返されるゲノムの領域およびゲノムに沿って複数のコピーを有する遺伝子は、傾向がある要素である。 不均等な交差.

この交配は、サラセミアや自閉症などの頻繁な病気を含むさまざまな臨床的特徴を生み出します。.

組み換えの応用

分子生物学者は、異なる技術の創出のために相同組換えのメカニズムの知識を利用してきた。これらのうちの1つは、生物の創造を可能にします」ノックアウト「.

これらの遺伝子組み換え生物は、目的の遺伝子の機能を解明することを可能にします.

作成に使用される方法論の1つ ノックアウト それは、元の遺伝子を改変または「損傷を受けた」バージョンで置き換える特定の遺伝子の発現の抑制からなる。相同組換えによって遺伝子を突然変異型と交換する。.

他のタイプの組換え

相同または合法的組換えに加えて、他の種類の遺伝物質交換がある。.

材料を交換するＤＮＡの領域が（相同染色体の）非対立遺伝子である場合、結果は遺伝子の重複または減少である。このプロセスは、非相同組換えまたは不等組換えとして知られています.

一緒に、遺伝物質は同じ染色体の姉妹染色分体の間で交換することもできます。この過程は減数分裂と有糸分裂の両方の分裂で起こり、不等交換と呼ばれる.

参考文献

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