合法和非合法重组:针对多种适应目的的同源交换 2017-03-07 02:38:04

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在20世纪60年代和70年代,我们开始学习独立于遗传同源性的专门重组过程:主要是通过位点特异性重组和转座进行病毒插入和切除(Bukhari 1977)这些与用于建立遗传的熟悉的同源依赖性重组不同因为它们是新的,所以有一种倾向,即将非同源性过程命名为“非法重组”,这意味着它们非常专业并且不具有普遍的重要性

今天,当然,我们知道移动遗传元素通过“非法重组”的运动无处不在且具有重要的进化重要性我们还了解到,细胞可以以多种不同方式使用“合法”重组

它开始于两个同源DNA分子之一的双链(DS)断裂当这种断裂意外发生时,它们会触发同源用于DNA修复的重组在许多情况下,当没有发生事故时,细胞需要重组ssess特殊酶,核酸内切酶,使DS断裂启动过程例如,同源重组在减数分裂中保持染色体对我芝加哥大学的同事Rochelle Esposito和她的学生发现有一种特殊的核酸内切酶,Spo11,必需的DS断裂没有Spo11,酵母和其他生物不能进行正常的减数分裂过程来产生单倍体孢子或配子Spo11,像所有内切核酸酶一样,切割优选序列因此,优先发生同源重组的位点存在非随机模式(“酵母,植物和动物中的热点“”最近的一篇论文说明了另一种热点控制小鼠细胞具有特殊的染色质结合蛋白,可以改变重组热点:它与小鼠DNA中高度进化的基因组表达信号结合并保护它们免受破坏通过同源重组在没有保护性结合蛋白的情况下,它们成为重组的热点通过DS断裂靶向同源重组的能力也被不同种类的细胞用作改变它们表达的蛋白质的手段

这样,一些细胞在其他细胞使用“非法”重组的方式中使用“合法”重组

同源重组的这种专门用途的第一个例子是在酵母性别改变操作中当酵母细胞经历减数分裂时,它们产生四个单倍体孢子Haploids每个染色体有一个拷贝,而不是两个孢子可以作为单倍体细胞繁殖但对DNA损伤更敏感二倍体每个染色体具有两个拷贝的细胞不太敏感,因为通过使用第二拷贝的重组可以修复对一个拷贝的损伤因此,酵母通过作为二倍体繁殖而受益,并且大多数酵母在自然界中是二倍体单倍体酵母通过与相反的细胞融合而变成二倍体

性别,或“交配型”有时这发生在减数分裂后相对交配型的相邻孢子之间但是如果一个孢子变得孤立,它只有单一的交配型它怎么会变成二倍体

答案是进行性变操作或“交配型转换”开关产生相反交配型的单倍体细胞,以便在单个单倍体孢子的后代中进行融合和二倍体形成在芽殖酵母和裂殖酵母中,当表观遗传交配型信息的拷贝代替表达的交配型信息时发生性别变化这种替换通过称为“基因转换”的同源重组的定向形式发生,其中一个位点的信息被复制到另一个同源位点尽管两个序列的序列交配类型必须不同,无声区域和待替换的表达区域位于同源盒内,这允许基因转换进行性别变化操作由表达盒中特殊位点的DS断裂启动

此断裂和其他重组控制功能针对基因转换事件,因此交配类型以高概率Int变化令人兴奋的是,萌芽酵母和裂殖酵母中的DS断裂机制不同萌芽酵母使用称为HO或SceI的典型核酸内切酶但裂殖酵母使用经修饰的转座酶蛋白,通常与“非法”转座过程相关 因此,我们知道这种“合法”重组的有目的的专业化已经经历了至少两个完全独立的平行进化步骤

沉默和表达盒之间的基因转换的稍微不同的使用发生在许多疾病微生物(病原体)中,细菌和真核生物

病原体利用基因转换来改变其表面蛋白质的结构,以避免宿主免疫系统的识别(“抗原变异”)在研究最多的病例中,细菌莱姆病螺旋体疏螺旋体,以及昏睡病原生动物布氏锥虫,基因组用于盒重组的序列证据很强,但是这个过程并不像酵母交配型开关那样容易理解

原因在于,这些病原体使用数十个或数百个盒式磁带而不是两个沉默盒和一个表达盒

保持领先于免疫系统“合法重组”在e中被认为是合理均匀的arly几天遗传学这是构建遗传图谱的基础我们现在知道同源重组可以“非法地”使用(即正向或反向靶向)我认为分子研究在揭示细胞适应同源重组的各种方式方面是显着的

出于不同的目的正如最近的鼠标论文所示,我们只是开始划清那些有望成为细胞创造力丰富脉络的表面参考Bukhari,AI,JA Shapiro和SL Adhya(Eds)(1977)DNA插入元件,质粒和附加物冷泉港,纽约,冷泉港出版社