Войти
Митотическая рекомбинация представляет собой тип генетической рекомбинации, которая может происходить в соматических клетках во время их подготовки к митозу как у половых, так и у бесполых организмов. У бесполых организмов изучение митотической рекомбинации - один из способов понять генетическое сцепление, потому что это единственный источник рекомбинации внутри индивидуума. Кроме того, митотическая рекомбинация может привести к экспрессии рецессивных генов у гетерозиготного индивидуума. Эта экспрессия имеет важное значение для изучения туморогенеза и летальных рецессивных генов. Митотическая гомологичная рекомбинация происходит главным образом между сестринскими хроматидами после репликации (но до деления клетки). Межсестринская гомологичная рекомбинация обычно генетически молчалива. Во время митоза частота рекомбинации между несестринскими гомологичными хроматидами составляет лишь около 1% от таковой между сестринскими хроматидами.
Открытие митотической рекомбинации произошло в результате наблюдения Drosophila melanogaster. Это двойное пятно, или мозаичное пятно, наблюдалось у D. melanogaster еще в 1925 году, но только в 1936 году Курт Стерн объяснил его результатом митотической рекомбинации. До работы Стерна предполагалось, что пятнистость близнецов произошла из-за того, что определенные гены обладают способностью устранять хромосому, на которой они расположены. Более поздние эксперименты раскрыли, когда митотическая рекомбинация происходит в клеточном цикле, и механизмы, лежащие в основе рекомбинации.
Митотическая рекомбинация может привести к гомозиготной экспрессии у гетерозиготного индивидуума Митотическая рекомбинация может происходить в любом локусе, но наблюдается у индивидуумов, гетерозиготных по данному локусу. Если событие кроссовера между несестринскими хроматидами затрагивает этот локус, то обе гомологичные хромосомы будут иметь одну хроматиду, содержащую каждый генотип. Результирующий фенотип дочерних клеток зависит от того, как хромосомы выстраиваются в линию метафазной пластинки. Если хроматиды, содержащие разные аллели, выстраиваются на одной стороне планшета, тогда полученные дочерние клетки будут казаться гетерозиготными и не поддаются обнаружению, несмотря на событие кроссовера. Однако, если хроматиды, содержащие одинаковые аллели, выстраиваются на одной стороне, дочерние клетки будут гомозиготными по этому локусу. Это приводит к пятнистости близнецов, когда одна клетка представляет гомозиготный рецессивный фенотип, а другая клетка имеет гомозиготный фенотип дикого типа. Если эти дочерние клетки продолжат реплицироваться и делиться, 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 фазе 2-х цепей, и реплицируется во время синтеза ДНК. Также возможно, что разрыв ДНК, ведущий к митотической рекомбинации, произойдет во время G1, но восстановление произойдет после репликации.
У почкующихся дрожжей Saccharomyces cerevisiae, мутации в нескольких генах, необходимые для митотической (и мейотической) рекомбинации, вызывают повышенную чувствительность к инактивации радиацией и / или генотоксическими химическими веществами. Например, ген rad52 необходим для митотической рекомбинации, а также для мейотической рекомбинации. Мутантные дрожжевые клетки Rad52 обладают повышенной чувствительностью к уничтожению рентгеновскими лучами, метилметансульфонатом и сшивающим ДНК агентом 8-метоксипсорален -plus -УФ-свет, предполагающий, что митотическая рекомбинационная репарация необходима для удаления различных повреждений ДНК, вызванных этими агентами.
Механизмы митотической рекомбинации аналогичны механизмам, лежащим в основе мейотической рекомбинации. К ним относятся обмен сестринских хроматид и механизмы, связанные с репарацией двухцепочечных разрывов ДНК посредством гомологичной рекомбинации, такие как зависимый от синтеза отжиг цепи (SDSA ) и преобразование гена через промежуточное звено double-Holliday Junction или SDSA. Кроме того, возможна негомологичная митотическая рекомбинация, которую часто можно отнести к негомологичному соединению концов.
Существует несколько теорий о том, как происходит митотический кроссовер. В модели простого кроссовера две гомологичные хромосомы перекрываются на общем ломком участке хромосомы (CFS) или рядом с ним. Это приводит к разрыву двух нитей, который затем восстанавливается с помощью одной из двух нитей. Это может привести к смене местами двух хроматид. В другой модели две перекрывающиеся сестринские хроматиды образуют двойное соединение Холлидея на общем сайте повтора и позже срезаются таким образом, что они меняются местами. В любой модели не гарантируется, что хромосомы обмениваются равномерно или даже воссоединяются на противоположных сторонах, поэтому большинство моделей расщепления не приводят к какому-либо событию кроссовера. Неравномерная торговля приводит ко многим пагубным последствиям митотического кроссовера.
Альтернативно, кроссовер может происходить во время репарации ДНК, если из-за обширного повреждения гомологичная хромосома выбрана в качестве матрицы по сравнению с сестринской хроматидой. Это приводит к синтезу гена, поскольку одна копия аллеля копируется поперек гомологичной хромосомы, а затем синтезируется в разрыв на поврежденной хромосоме. Чистым эффектом этого будет одна гетерозиготная хромосома и одна гомозиготная хромосома.
Известно, что митотический кроссовер происходит у D. melanogaster, некоторых бесполых размножающихся грибов и в нормальных клетках человека, где это событие может позволить экспрессироваться нормально рецессивным генам, вызывающим рак. и, таким образом, предрасполагают клетку, в которой это происходит, к развитию рака. С другой стороны, клетка может стать гомозиготным мутантом по гену, подавляющему опухоль, что приведет к такому же результату. Например, синдром Блума вызван мутацией в геликазе RecQ, которая играет роль в репликации и репарации ДНК. Эта мутация приводит к высокой скорости митотической рекомбинации у мышей, и эта скорость рекомбинации, в свою очередь, ответственна за восприимчивость к опухоли у этих мышей. В то же время митотическая рекомбинация может быть полезной: она может играть важную роль в восстановлении двухцепочечных разрывов и может быть полезной для организма, если наличие гомозиготных доминантных аллелей более функционально, чем гетерозиготное состояние. Для использования в экспериментах с геномами на модельных организмах, таких как Drosophila melanogaster, митотическая рекомбинация может быть индуцирована с помощью рентгеновского излучения и системы рекомбинации FLP-FRT.
