معلومة

عبور: نموذج هوليداي

عبور: نموذج هوليداي


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

في هذا الشكل ، من بين اثنين من مضاعفات التباين غير المتجانسة ، يعتبر أحدهما منتجًا غير مؤتلف (يسار) والمنتج المؤتلف الآخر (يمين). سؤالي هو على الرغم من تبادل جزء الحمض النووي الأوسط ، لماذا يعتبر الانعكاس غير المتماثل الصحيح منتجًا أو رقعة غير معاد التركيب. كنت أقرأ كتابين:

  1. البيولوجيا الجزيئية: مبادئ وظيفة الجينوم بقلم نانسي لين كريج ، راشيل جرين ، أورنا كوهين-فيكس ، كارول جريدر ، جيزيلا ستورتس ، سينثيا
  2. البيولوجيا الجزيئية بقلم بيرتون إي تروب

كلاهما لهما نفس الرسم التوضيحي والوصف.


الإجابة باختصار

لا تحتوي Heteroduplex التي تسمى التصحيح على مناطق مؤتلفة مزدوجة الشريطة ، فهناك جزء جديد في خيط واحد فقط. هذا يعني أن الخيطين ليسا مكملين في تلك المناطق وبمجرد أن تكتشفها أنظمة إصلاح الحمض النووي ، سيتم تصحيح الخطأ. في حالة وجود مضاعف مزدوج يسمى لصق ، هناك تغييرات مزدوجة تقطعت بهم السبل ، والتي لا تتعارض مع مبدأ التكامل ، وبالتالي ، لن يتم إزالتها أو تصحيحها بأي شكل من الأشكال.

شرح تخطيطي

بعد تشكيل التصحيح الأفقي والرأسي الدقة واللصق على التوالي.

يتم عرض نسخة أفضل من هذا الرسم البياني مع الاقتران الأساسي المجاني أدناه $ - $

في رقعة قماشية تحتوي التكوينات المزدوجة المتغيرة المتكونة على منطقة مؤتلفة متوسطة مجدولة واحدة فقط ليست مكملة للحبلة الأخرى عندما يتم اكتشاف ذلك بواسطة نظام إصلاح الحمض النووي وتصحيح الازدواج المتكون هو نفس الدوبلكس الأصلي (قبل العبور) وبالتالي فإن المنتجات ذات الدقة الأفقية تسمى المنتجات غير المؤتلفة.

في الوصلة ، تتكون التكوينات المتباينة من أجزاء مؤتلفة مزدوجة مجدولة مع منطقة وسط غير تكميلية والتي عندما يتم اكتشافها وتثبيتها بواسطة نظام إصلاح الحمض النووي للخلية ، يتم تشكيل اثنين من الدوبلكس بهما مقاطع DNA مؤتلفة ، لذلك تسمى معًا المنتجات المؤتلفة. يتم تمثيل إعادة التركيب في لصق بشكل جيد من خلال انعكاس الجينات الطرفية.


روبن هوليداي 1932-2014

يتطلب الأمر موهبة غير عادية لوصف عملية بيولوجية بدقة من البيانات المتاحة المحدودة. من اللافت للنظر أكثر عندما يتم الجمع بين الكاريزما والقدرة على تحديد الأسئلة الأساسية الرئيسية التي تمهد الطريق لمجالات بحثية جديدة تمامًا. امتلك Robin Holliday هذه السمات المميزة ونجى ليرى العديد من نماذجه المقترحة تحمل عقودًا من التدقيق التجريبي وتظل بمثابة المبادئ التأسيسية لمختلف المجالات العلمية. توفي روبن بسلام في 9 أبريل 2014 في سيدني.

وُلد روبن ، وهو مواطن بريطاني ، في الانتداب البريطاني على فلسطين عام 1932. وقضى طفولته ومراهقته في سريلانكا وجنوب إفريقيا وجبل طارق قبل أن يعود إلى بريطانيا لإكمال تعليمه الثانوي. تابع دراسته في جامعة كامبريدج حيث تخرج عام 1955 مع مرتبة الشرف الأولى في العلوم الطبيعية. بعد مسيرة مهنية ناجحة في المملكة المتحدة ، انتقل روبن في عام 1988 إلى سيدني ، حيث واصل أبحاثه حتى تقاعده في عام 1997.

بدأ روبن مسيرته البحثية في معهد جون إينيس في عام 1958 ، بعد ثلاث سنوات فقط من كشف واتسون وكريك عن تركيب الحمض النووي ليكون حلزونًا مزدوج الشريطة. خلال عمله في الدكتوراه ومسيرته البحثية المبكرة ، أنشأ نماذج تجريبية وراثية باستخدام الفطريات الطفيلية ثنائية الشكل Ustilago maydis. وشمل ذلك عزل أول طفرات حقيقية النواة في إصلاح الحمض النووي وإعادة التركيب ، مما أثبت دليلًا على المبدأ القائل بأنه يمكن الحصول على مثل هذه الطفرات من الفحص الجيني. اقترح بحث روبن الخاص ، بالإضافة إلى الدراسات السابقة حول رسم الخرائط الجينية ذات البنية الدقيقة ، بقوة أن جزيئات الحمض النووي يجب أن تكون قادرة على إعادة الاتحاد مع شركاء متماثلين.

اقترح روبن نموذجًا جزيئيًا ، بناءً على البصيرة التي قدمتها هذه الدراسات ، لوصف عملية إعادة التركيب المتماثل. في هذا النموذج ، تتحلل خيوط الحمض النووي المتحللة مع قواعد تكميلية في شركاء متقابلين ، وبالتالي تفسير الظاهرة الجينية للعبور. ذهب روبن ليقترح أنه إذا حدث التقاطع في موقع DNA حيث اختلفت جزيئات الوالدين ، فسيتم تصحيح المنطقة غير المتطابقة ، وهذا من شأنه أن يؤدي إلى تحويل الجينات ، وهو شكل من أشكال الوراثة لا يتبع قوانين مندل. واقترح أن تكون النقطة التي يتم عندها تبادل الخيوط مع الشركاء هي موقع إعادة تركيب الحمض النووي. تنبأ روبن بأن بنية الحمض النووي في نقطة التبادل هذه ستكون تقاطعًا متناظرًا رباعي الاتجاهات يمكن حله في أي من الاتجاهين ، لإنتاج جزيئات الحمض النووي ذات العلامات الجينية البعيدة في المؤتلف أو التكوين الأبوي. حفز نشر هذا النموذج المناقشة والتجريب في جميع أنحاء العالم ، وأصبح النموذج معروفًا باسم نموذج هوليداي. تم تأكيد تنبؤاته الرئيسية ، بما في ذلك تشكيل وسيط رباعي الاتجاهات متماثل ، والمعروف الآن باسم تقاطع هوليداي ، تجريبيًا في العديد من المختبرات. تم تطوير وتعديل نموذج Holliday على مدى العقود الخمسة الماضية لاستيعاب البيانات الجينية الجديدة وشرحها ، لكن تقاطع Holliday رباعي الاتجاهات معترف به عالميًا باعتباره الهيكل الوسيط المركزي الذي يقوم عليه إعادة التركيب الجيني في جميع مجالات الحياة.

في عام 1965 ، انتقل روبن إلى المعهد الوطني للأبحاث الطبية في ميل هيل ، لندن. بعد ثلاث سنوات ، تمت ترقيته لرئاسة قسم علم الوراثة ، الذي نما بشكل كبير تحت قيادته وازدهرت كبيئة بحثية ناجحة للغاية. هنا ، وسع روبن اهتماماته البحثية لتشمل علم التخلق والشيخوخة. في عام 1975 ، اقترح روبن وتلميذه جون بيو نموذجًا لشرح كيفية اختلاف نمط التعبير الجيني بين الأنسجة أو أنواع الخلايا ، على الرغم من أن الخلايا تشترك في نفس الحمض النووي. لقد توقعوا أن آليات الوراثة اللاجينية تسكت مجموعات الجينات وأن نمط هذا الإسكات يجب أن يكون وراثيًا. اعتمد نموذجهم الجزيئي للتبديل الوراثي لأنشطة الجينات على مثيلة بقايا C في الحمض النووي. اقترح هذا النموذج ، الذي يعتمد بالكامل على الاعتبارات النظرية ، أن مثيلة الحمض النووي ستتحكم في التعبير الجيني وتؤسس ملامح تعبير خاصة بالأنسجة أثناء التطوير. علاوة على ذلك ، لتفسير وراثة الميثيل ، تنبأوا بوجود ناقل ميثيل ميثيل الحمض النووي للصيانة يتعرف على الحمض النووي نصف الميثيل بعد وقت قصير من النسخ المتماثل ونسخ النمط على الشريط المركب حديثًا. ثبت أن الاقتراح القائل بأن الميثلة يتسبب في إسكات الجينات صحيح ، والنموذج مدعوم الآن بأدلة جوهرية ، ظهر بعضها من دراسات روبن الخاصة حول التنظيم اللاجيني. علاوة على ذلك ، تم تحديد وتمييز إنزيمات ميثيل ترانسفيراز الحمض النووي ، مما يثبت أن الأنماط الموروثة من مثيلة الحمض النووي توفر بالفعل آلية لتنظيم العمليات التنموية.

مع نمو فهم أهمية الحفاظ على سلامة الجينوم ، أصبح الارتباط الوثيق بين الشيخوخة الخلوية والكائن موضع تقدير. يمثل هذا المجال الثالث للبحث الذي قدم فيه روبن مساهمات ملحوظة. من خلال الارتباط الطويل الأمد مع ليزلي أورجيل ، لعب روبن دورًا رائدًا في اختبار فرضية أورجيل القائلة بأن ردود الفعل الدورية للأخطاء في تخليق البروتين قد يكون لها دور أساسي في الشيخوخة. استخدم مجموعة من النماذج البيولوجية ، من الإشريكية القولونية إلى الخلايا البشرية الأولية في الثقافة ، لمعالجة آليات الشيخوخة الخلوية والشيخوخة. ساعد اهتمام روبن بالأسباب الجزيئية للشيخوخة في تسليط الضوء على هذه المشكلة الحاسمة في علم الأحياء.

في المعهد الوطني للبحوث الطبية ، قاد روبن فريقًا من الباحثين الذين قدموا مساهمات مهمة في جميع المجالات المذكورة أعلاه. قام بتدريب العديد من العلماء الذين تقدموا في إدارة مختبراتهم الخاصة أو متابعة مهن أخرى في مجال العلوم. خلال هذا الوقت ، استضاف أيضًا العديد من العلماء الزائرين من جميع أنحاء العالم. بالنسبة للكثيرين منا ، حدثت تجربة التعلم في قسم علم الوراثة على مستويات متعددة ، بما في ذلك المناقشات الفلسفية أثناء استراحات القهوة حول أسئلة متنوعة مثل تطور الأخلاق. غالبًا ما قاد روبن هذه المناقشات ، والتي قدمت منظورًا عميقًا للبحث اليومي والأسئلة العلمية الناشئة. بالنسبة للطلاب الأصغر سنًا ، كان هناك تحفيز فكري مستمر ، مع إصرار روبن على أننا يجب ألا نتوقف أبدًا عن التفكير في صلة نتائجنا بالمبادئ الأساسية للحياة. بهذه الطريقة ، منحنا روبن شغفًا بالعلوم.

كان روبن كاتبًا غزير الإنتاج ، واستمر في النشر جيدًا بعد تقاعده. بالإضافة إلى المنشورات البحثية ، كتب عددًا كبيرًا من المراجعات التي تغطي التأملات العلمية والتاريخية. كان زميلًا في الجمعية الملكية ، وعضوًا في منظمة البيولوجيا الجزيئية الأوروبية ، وعضوًا في الأكاديمية الأسترالية للعلوم ، وزميلًا أجنبيًا في الأكاديمية الوطنية الهندية للعلوم. حصل على جوائز مرموقة بما في ذلك الميدالية الملكية ، إحدى الجوائز الأولى للجمعية الملكية ، والتي تسلط الضوء على التميز في العلوم ، وميدالية اللورد كوهين لأبحاث الشيخوخة. أخيرًا ، كان روبن أيضًا نحاتًا بارزًا ، مع العديد من منحوتاته المستوحاة من دراساته البيولوجية. تُعرض بعض منحوتاته الآن في المؤسسات العلمية بما في ذلك الجمعية الملكية ومختبر البيولوجيا الجزيئية في كامبريدج بالمملكة المتحدة ومركز تلف الجينوم والاستقرار في جامعة ساسكس.

قام روبن بتوجيهنا حتى نهاية حياته. كانت نصيحته الأخيرة لفوتيني ، قبل أسبوعين من وفاته: "افعلوا علمًا جيدًا ، ولا تقلقوا بشأن الباقي". كم هي سمة روبن ، وكم ستكون هذه النصيحة لا تقدر بثمن دائمًا.


مقدمة

الانقسام الاختزالي هو التقسيم الاختزالي المتخصص الذي يولد خلايا أحادية العدد. خلال هذه العملية ، تتبع جولة واحدة من النسخ المتماثل جولتان من الفصل الكروموسوم: في القسم الأول (الانقسام الاختزالي الأول) ، يتم فصل الكروموسومات المتجانسة ، بينما في القسم الثاني ، يتم فصل الكروماتيدات الشقيقة (الانقسام الاختزالي الثاني). تتمثل الخطوة الرئيسية في الانقسام الاختزالي الأول في التعرف على الكروموسومات المتجانسة ، والتي تتراصف بعد ذلك وتتزاوج على طول الكروموسوم. بمجرد أن يتم محاذاة المتماثلات ، يمكن للمشابك المضي قدمًا في تكوين مجمع synaptonemal (SC) ، وهو بنية بروتينية تدعم وتحافظ على المتماثلات في تجاور وثيق وتعمل بمثابة سقالة لعوامل إعادة التركيب المعززة للتقاطع. يتضمن التهجين الانتصافي إنشاء فواصل مزدوجة الانقسام الانتصافي (DSBs) ، والتي يتم إصلاحها لاحقًا إما على شكل تقاطعات أو بدون تقاطعات (الشكل 1). لا يعد إعادة التركيب العضلي ضروريًا فقط لإنشاء مجموعات أليل جديدة تولد تنوعًا جينيًا ، ولكنه ضروري أيضًا في ضمان الفصل الدقيق للكروموسوم عند أول تقسيم للانقسام الاختزالي لأن التقاطع يعمل كربط بين المتجانسات ، مما يضمن محاذاة كل متماثل بشكل صحيح عند لوحة الطور ومن ثم تعلق بشكل صحيح بالمغزل. يحدث إصلاح DSB بالتزامن مع تكوين SC وهو مطلوب للتشابك الطبيعي في الخميرة والفئران (Baudat et al. ، 2000 Roeder ، 1997 Romanienko and Camerini-Otero ، 2000) ، بينما في أنواع معينة انيقة و ذبابة الفاكهة سوداء البطن، يمكن أن يحدث الاقتران المتماثل وتشكيل SC بشكل مستقل عن إعادة التركيب الانتصافي (Colaiacovo et al.، 2003 Dernburg et al.، 1998 Liu et al.، 2002 McKim et al.، 1998).

تبدأ عملية إعادة التركيب الانتصافي عندما يتم إنشاء DSBs الانقسام الاختزالي بواسطة نوكلياز SPO11 ، بالتزامن مع عدد من البروتينات الإضافية (Keeney and Neale ، 2006). يتم بعد ذلك استئصال DSBs لتوليد 3 أحادي الجديلة DNA (ssDNA) التي ترتبط في البداية ببروتين النسخ المتماثل A (RPA) ، والذي يتم إزاحته لاحقًا عن طريق إعادة التركيب الحساس للإشعاع 51 (RAD51) و / أو جرعة recombinase الخاصة بالانقسام الاختزالي مثبط لـ Mck1 (DMC1) لتشكيل خيوط بروتين نووي. تعمل هذه الخيوط على إيجاد تسلسل مكمل داخل كروموسوم متماثل ، حيث تحرض على غزو خيوط أحادية الطرف (Hunter and Kleckner ، 2001) لتوليد ما يسمى بحلقة الإزاحة (حلقة D) وسيطة إعادة التركيب (الشكل 1). إذا ارتبط الطرف الثاني من DSB الأصلي بالكروموسوم المتماثل ، يتم تشكيل تقاطع Holliday مزدوج ، والذي يمكن حله لتوليد إما تقاطع غير متقاطع أو تقاطع interhomologue ، والذي يشار إليه فيما بعد ببساطة باسم التقاطع (Bishop) and Zickler، 2004 Schwacha and Kleckner، 1995). يمكن أيضًا معالجة تقاطعات Holliday المزدوجة من خلال الانحلال ، مما يؤدي إلى عدم التقاطع (الشكل 1) (Wu and Hickson ، 2003). كما تم اقتراح أن تتشكل الانقسام الاختزالي غير المتقاطع عندما يكون غزو الخيوط عابرًا ، وعندما تحدث كمية محدودة من تخليق الحمض النووي قبل أن ينفصل الخيط المغزو ويصلب إلى حبلا شريكه ، كما هو الحال في التلدين الخيطي المعتمد على التوليف الانقسامي (SDSA ، انظر المربع 1 والشكل 1) (Allers and Lichten، 2001 Bishop and Zickler، 2004). أثناء الانقسام الاختزالي في الخميرة الناشئة ، تم العثور على منتجات متغايرة غير متقاطعة تتشكل في نفس التوقيت مثل تقاطعات Holliday المزدوجة ، بينما تحدث عمليات الانتقال لاحقًا (Allers and Lichten ، 2001) ، بما يتفق مع فكرة أن عمليات الانتقال وغير عمليات الانتقال تتشكل من خلال متميزة المسارات. يشير تحليل طفرات ZMM (Zip1 و Zip2 و Zip3 و Zip4 و Mer3 و Msh4 و Msh5 التي تمت مناقشتها بمزيد من التفصيل أدناه) في الخميرة إلى أن القرار بين التقاطع وعدم التقاطع يتم في وقت مبكر جدًا ، أي عند أو قبل إنشاء واحدة مستقرة - إنهاء الغزو المتوسط ​​، عندما يغزو أحد طرفي جهاز DSB الكروماتيد المتماثل (Bishop and Zickler ، 2004 Borner et al. ، 2004 Hunter and Kleckner ، 2001). وبالتالي ، يُعتقد أن قرار التقاطع - عدم التقاطع يحدث في وقت قريب من تبادل الخيوط.

نموذج للتقاطع الانتصافي أو التشكيل غير المتقاطع. يتم إنشاء فواصل حبلا مزدوجة ويتم قطع نهاياتها ذات 5 لتوليد 3 متراكمة. ثم يولد حدث غزو الخيط غزوًا منفردًا في حلقة D وسيطة. إذا كان الطرف الثاني من DSB الأصلي يتعامل أيضًا مع المتماثل ، فسيتم تشكيل تقاطع Holliday مزدوج (يظهر على اليسار). يمكن حل تقاطع Holliday المزدوج لتشكيل إما تقاطع (يعتمد على التداخل) أو غير متقاطع. بدلاً من ذلك ، يمكن حل التقاطع عن طريق تفكك تقاطع Holliday المزدوج لتشكيل عدم تقاطع. بدلاً من تشكيل تقاطع Holliday مزدوج ، يمكن فصل الحلقة D ويمكن أن ترتبط الخيط الغازي بالنهاية المقابلة للكسر الأصلي ، كما هو الحال في التلدين المعتمد على التوليف (SDSA) ، لتشكيل غير متقاطع. بدلاً من ذلك ، يمكن العمل على الوسيط بواسطة إنزيمات مثل Mus81 التي يمكن أن تشكل عمليات انتقال مستقلة عن التداخل.

نموذج للتقاطع الانتصافي أو التشكيل غير المتقاطع. يتم إنشاء فواصل حبلا مزدوجة ويتم قطع نهاياتها ذات 5 لتوليد 3 متراكمة. ثم يولد حدث غزو الخيط غزوًا منفردًا في حلقة D وسيطة. إذا كان الطرف الثاني من DSB الأصلي يتعامل أيضًا مع المتماثل ، فسيتم تشكيل تقاطع Holliday مزدوج (يظهر على اليسار). يمكن حل تقاطع Holliday المزدوج لتشكيل إما تقاطع (يعتمد على التداخل) أو غير متقاطع. بدلاً من ذلك ، يمكن حل التقاطع عن طريق تفكك تقاطع Holliday المزدوج لتشكيل عدم تقاطع. بدلاً من تشكيل تقاطع Holliday مزدوج ، يمكن فصل الحلقة D ويمكن أن يرتبط الشريط الغازي بالنهاية المقابلة للكسر الأصلي ، كما هو الحال في التلدين المعتمد على التوليف (SDSA) ، لتشكيل غير متقاطع. بدلاً من ذلك ، يمكن العمل على الوسيط بواسطة إنزيمات مثل Mus81 التي يمكن أن تشكل عمليات انتقال مستقلة عن التداخل.

سيناقش هذا التعليق العوامل التي تساهم في تكوين التقاطع أو عدم التقاطع في الانقسام الاختزالي ، بما في ذلك توليد وتثبيت DSBs الانقسام الاختزالي ، وتشكيل SC وتوليد وسيطة إعادة التركيب. سنناقش أيضًا كيف يتم الترويج لعبور interhomologue مقارنة بالإصلاح بين الشقوق ، وكيف يتم حل الوسطاء إعادة التركيب في عمليات الانتقال وكذلك كيفية منع إعادة التركيب المترابط من العبور. ستتم أيضًا مناقشة التداخل المتقاطع والتأكيد والتوازن (انظر مربع النص) ، بما في ذلك ملخص للنماذج الحالية لكيفية إنشاء التداخل المتقاطع.


مفرق هوليداي

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

مفرق هوليداي، هيكل متقاطع الشكل يتشكل أثناء عملية إعادة التركيب الجيني ، عندما ينفصل جزيء DNA مزدوج الشريطة إلى أربعة خيوط من أجل تبادل أجزاء من المعلومات الجينية. تمت تسمية هذا الهيكل على اسم عالم الوراثة البريطاني روبن هوليداي ، الذي اقترح النموذج الأصلي لإعادة التركيب المتماثل (أو العام) في عام 1964.

يحدث إعادة التركيب المتماثل أثناء الانقسام الاختزالي ويتميز بتبادل الجينات بين كروماتيد الأم وكروماتيد الأب لزوج كروموسوم متماثل. يتم فصل جزيئي الحمض النووي الأصل ، اللذين يمتلكان امتدادات طويلة من تسلسلات أساسية مماثلة ، إلى خيوط مفردة ، مما يؤدي إلى الاقتران الأساسي الذي يؤدي إلى بنية DNA رباعية الشرائط. ينتقل تقاطع Holliday على طول مزدوج الحمض النووي عن طريق "فك ضغط" خيط واحد وإصلاح الروابط الهيدروجينية على الخيط الثاني.

تمت مراجعة هذا المقال وتحديثه مؤخرًا بواسطة كارا روجرز ، كبير المحررين.


أنشطة Anticrossover و Procrossover لـ Sgs1

كانت الدراسات التي أجريت على طائرات الهليكازات المضادة للعبور منيرة بشكل خاص. تعتبر عمليات الانتقال نتاجًا مفيدًا لإعادة التركيب الانتصافي ، ولكن يتم تجنبها أثناء إعادة التركيب الانقسامي لأنها يمكن أن تسبب عدم استقرار الجينوم. يتم إصلاح الكسور المزدوجة في الخلايا غير الحيوية بشكل تفضيلي إلى noncrossovers ، إلى حد كبير من خلال عمل الهليكازات المضادة للتقاطع المختلفة. أحد البروتينات الرئيسية المضادة للتقاطع هو متلازمة بلوم هيليكاز ، BLM (تمت مراجعته في Andersen and Sekelsky 2010). على الرغم من أن BLM من المحتمل أن تحتوي على العديد من وظائف منع التقاطع ، هناك نشاطان لهما صلة بإصلاح كسر الشريط المزدوج. أولا ، دراسات في ذبابة الفاكهة اقترح أن BLM يعزز التلدين المعتمد على التوليف ، ربما عن طريق تعطيل حلقات D بعد إصلاح تخليق الحمض النووي (Adams وآخرون. 2003 مكفي وآخرون. 2004) ، وهو نشاط تم إثبات أن BLM له في المختبر (فان برابانت وآخرون. 2000 بشراتي وآخرون. 2006). ثانيا، في المختبر أظهرت الدراسات أن BLM ، جنبًا إلى جنب مع topoisomerase IIIα والبروتينات الأخرى ، يمكن أن تحفز انحلال تقاطع Holliday المزدوج ، وهي عملية يتم فيها ترحيل تقاطعات Holliday نحو بعضها البعض ثم يتم فصلها (Wu and Hickson 2003). على عكس حل تقاطعات Holliday المزدوجة عن طريق الانقسام ، فإن الانحلال يولد فقط noncrossovers.

اقترحت الدراسات الجينية دورًا مضادًا مماثلًا لـ S. cerevisiae BLM تقويم العظام Sgs1 في الانقسام الاختزالي. يتم تقليل عمليات الانتقال في المسوخات التي تفتقر إلى بروتينات ZMM ، بما في ذلك Msh4 – Msh5 ، ولكن بشكل ملحوظ ، تتم استعادة عمليات الانتقال في طفرات مزدوجة تفتقر أيضًا إلى Sgs1 (Jessop وآخرون. 2006 أوه وآخرون. 2007). التفسير الجذاب لهذه النتائج هو أن إحدى وظائف ZMMs هي معاداة النشاط المضاد لـ Sgs1. وهكذا ، فإن Msh4 – Msh5 هو بروتين مضاد لمضاد التقاطع.

على الرغم من أن هذه التجارب مع ZMMs و Sgs1 تتفق مع وظائف التقاطع الانقسامي المعروفة لـ Sgs1 ، sgs1 المسوخ لديها زيادة متواضعة فقط في عمليات الانتقال الانقسام الاختزالي ، أقل بكثير مما كان متوقعًا إذا تمت معالجة جميع الفواصل المزدوجة الخيط من خلال مسار تم فيه إنتاج تقاطعات Holliday المزدوجة وحلها في عمليات الانتقال (Rockmill وآخرون. 2003 جيسوب وآخرون. 2006). جاءت رؤى جديدة لحل هذا التناقض الظاهري مرة أخرى من القياسات الفيزيائية لوسطاء ومنتجات إعادة التركيب. دي مويت وآخرون. (2012) وجد أن noncrossovers لا يزال يتم إنتاجها في sgs1 متحولة ، ولكن على عكس الحالة في الخلايا البرية ، فإن هذه الخلايا غير المتقاطعة تنشأ عندما تختفي جزيئات المفصل وتظهر عمليات الانتقال. يشير هذا إلى أنه في حالة غياب Sgs1 ، يتم حل تقاطعات Holliday المزدوجة في عمليات الانتقال وعدم التقاطع ، كما هو الحال في نموذج الإصلاح الأصلي للكسر المزدوج.

جاءت رؤى إضافية من الدراسات الفيزيائية لإعادة التركيب في المسوخات التي تفتقر إلى حلول تقاطع هوليداي المعروف. تمتلك ثلاثة بروتينات ، Mus81 – Mms4 ، و Yen1 ، و Slx1 – Slx4 نشاط الإنزيم في المختبر (بودي وآخرون. 2001 ايب وآخرون. 2008 فقيري وآخرون. 2009). تبين أن Mus81 – Mms4 مهم في توليد عمليات الانتقال الانقسامية ، حيث يلعب Yen1 دورًا تعويضيًا أو زائدًا جزئيًا (Ho وآخرون. 2010). تجارب دي مويت وآخرون. (2012) وزاخارييفيتش وآخرون. وجد (2012) أن المسوخات المفردة التي تفتقر إلى أي من هذه الإنزيمات كانت لا تزال قادرة على حل معظم جزيئات المفصل وإنتاج أعداد طبيعية تقريبًا من عمليات الانتقال. حتى المسوخات الثلاثية التي تفتقر إلى جميع الحلول الثلاثة أظهرت انخفاضًا متواضعًا في دقة جزيء المفصل وتشكيل التقاطع. تشير هذه النتائج إلى أن الحلول المعروفة تعالج بشكل جماعي جزءًا صغيرًا فقط من جزيئات المفصل. إذا كانت هذه جزيئات مشتركة من مسار الفئة الثانية ، فيجب إنشاء معظم جزيئات المفاصل في مسار الصنف الأول وحلها بواسطة ريزولفاز غير محدد.

جاءت مفاجأة أخرى عندما أجريت التجارب نفسها في غياب Sgs1. في هذه الحالة ، أدت إزالة جميع الحلول الثلاثة إلى ترك معظم جزيئات المفصل دون حل. مرة أخرى ، تشير هذه النتيجة إلى أن جزيئات المفصل التي يتم إنتاجها في غياب Sgs1 تختلف عن تلك التي يتم إنتاجها في وجود Sgs1. في حالة عدم وجود Sgs1 ، يتم العمل على جزيئات المفصل من خلال resolvases المعروفة لإنتاج كل من عمليات الانتقال وغير المتقاطعة ، كما هو الحال في نموذج الإصلاح الأصلي للكسر المزدوج. وبالتالي ، فإن الحلول المعروفة ، التي تعمل في مسار الفئة الثانية ، ليست تكرارية ولا عكسية ، لأنها تولد كلا النتيجتين. على العكس من ذلك ، يتم قطع جزيئات المفصل التي يتم إنتاجها في وجود Sgs1 (مسار الفئة الأولى) بواسطة resolvase غير معروف ، procrossover لإنتاج عمليات الانتقال حصريًا.

ما هي هوية procrossover resolvase التي تعمل في مسار الصنف الأول؟ تم اقتراح أن بروتينات إصلاح عدم التطابق Mlh1 – Mlh3 (مركب MutLγ) و Exo1 قد تعمل في حل تقاطع هوليداي مزدوج (Nishant وآخرون. 2008 زاخرييفيتش وآخرون. 2010). يتم تقليل عمليات الانتقال في mlh3 المسوخ ، ولكن إزالة Sgs1 يعيد عمليات الانتقال ، مما يشير إلى أن Mlh3 ، مثل ZMMs ، يعمل في مسار الفئة الأولى (أوه وآخرون. 2007). انسجاما مع هذه الفرضية ، قال زاخارييفيتش وآخرون. وجد (2012) أنه عند إزالة جميع الحلول الثلاثة المعروفة ، أدى التخلص من Mlh3 إلى انخفاض مماثل في عمليات الانتقال مثل القضاء على Sgs1. اقترحت مجموعة متوازية من التجارب أن يعمل Exo1 في مسار مختلف عن Mus81 – Mms4 ، مما يضع Exo1 أيضًا في مسار الفئة الأولى.

تتوافق هذه النتائج مع Sgs1 الذي يحتوي على وظائف منع التقاطع المتوقعة: إنه يعزز التلدين المعتمد على التوليف (في الخلايا من النوع البري) وحل تقاطع Holliday المزدوج (عندما تكون الحلول الثلاثة المعروفة و resolvase procrossover المفترضة مفقودة). بشكل غير متوقع ، تكشف النتائج أيضًا عن دور الإنجاب الذي يلعبه Sgs1. قد يكون دور المقلد هذا في التأثير على اختيار المسار: في وجود Sgs1 ، يمكن استخدام مسار التقاطع من الفئة الأولى المعتمد على ZMM ، ولكن في حالة عدم وجود Sgs1 ، يؤدي المسار البديل من الفئة الثانية إلى حدوث عمليات الانتقال وعدم التقاطع من النوع المزدوج. قرار مفرق هوليداي.


نموذج هوليداي

تصور لإعادة التركيب الجيني العام للحمض النووي المنسوخ حديثًا أثناء الانقسام الاختزالي. يقوم نوكلياز داخلي بقطع خيط واحد من كل من الابنتين المزدوجة في مواقع متماثلة مما يسمح لهم بالعبور قبل أن يتم ربطهم. الهجرة الفرعية لنقطة العبور ، تقاطع Holliday ، على طول الخيوط ممكنة أيضًا قبل أن تنفصل لتشكيل منتجات chi-Forms المؤتلفة (هياكل على شكل) حيث يتم فصل الخيوط. في تكرار الحمض النووي الدائري المغلق (cc) ، يتم إنشاء شكل من ثمانية أشكال عندما تنفصل ابنتا ccDNAs ، إلا في حالة عبورهما ولا يزالان يلتصقان ببعضهما البعض. (انظر أيضًا نموذج الإصلاح المزدوج الفاصل Meselson-Radding) Strauss ، BS (1992) Chemtracts Biochem. مول. بيول. 3، 40-44 Shinagawa، H. and Iwasaki، H. (1996) Trends Biochem. علوم. 21 ، 107-111

إذا كنت تعرف أي مصطلحات تم حذفها من هذا المسرد وترى أنه من المفيد تضمينها ، فيرجى إرسال التفاصيل إلى مكتب التحرير في GenScript: & # x6f & # 114 & # 100 & # x65 & # 114 & # x40 & # 103 & # 101 & # 110 & # 115 & # 99 & # x72 & # 105 & # 112 & # 116 & # 46 & # x63 & # 111 & # x6d


العبور: نموذج هوليداي - علم الأحياء

Während es im Letzten Post um den Reparatur-Aspekt unserer Mutanten ging، soll im nächsten deren Beteiligung an der DNA-Rekombination betrachtet werden. Doch das wird ohne ein wenig Hintergrundwissen zur homologen Rekombination nicht so leicht werden، deshalb habe ich mich für diesen hoffentlich nicht zu komplexen Einschub entschieden.

إعادة تشكيل bedeutet zunächst ، dass genetische Information zwischen zwei DNA-Molekülen ausgetauscht wird. Von den vielen Rekombinationsmechanismen ist die homologe Rekombination der konservativste. Das war jetzt keine politische Aussage، es bedeutet nur، dass es dabei المثاليين zu keiner Änderung der Sequenz kommt. يموت ist möglich، weil für die homologe Rekombination Identische (= homologe) DNA-Sequenzen verwendet werden. Diese Sequenzen kommen bei Diploiden Organismen wie dem Menschen أو Arabidopsis vom homologen Chromosom. Oder ، noch besser ، nach der Verdopplung der Chromosomen während der Replikation ، vom Schwesterchromatid. Ausgangspunkt der homologen Rekombination ist immer ein Doppelstrangbruch. Dieser kann gewollt sein، etwa in der Meiose (dazu in einem anderen Teil der Paperübersicht mehr، wahrscheinlich # 5). بديل كان عين Doppelstrangbruch aber auch durch ionisierende Strahlung oder Chemikalien ausgelöst werden. يموت wäre dann die Verbindung der homologen Rekombination mit der DNA-Reparatur.

كان wirklich während der homologen Rekombination passiert ، wissen wir noch nicht hundertprozentig. رجل كان diesen vorgang nicht يعيش ainem DNA-Molekül mitverfolgen. Man kann aber seine Versuche هكذا aufbauen ، dass bestimmte Abläufe aufgrund des Ergebnisses ausgeschlossen werden können ، andere Abläufe aber wahrscheinlicher werden. Viele solcher grundlegenden Experimente wurden mit der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae gemacht، bei der clever definierte Konstrukte in das Genom eingebracht wurden، die nach einer homologen Rekombination erlauben، Anteile von bestimmtenu vorgitten. Das hört sich jetzt sehr nichtssagend an، deshalb will ich kurz an einem schönen Beispiel zeigen كان ich damit meine.

Das "Double Strand Break Repair" Modell der homologen Rekombination
1983 فاسستن زوستاك وآخرون. في مراجعة einem-Artikel den damals aktuellen Stand der Rekombinationsforschung zusammen. مهرجان Dabei الرائع ، dass bisher vorgeschlagene Modelle der homologen Rekombination selten auftrende Ereignisse während der Meiose nicht vorhersagen konnten. Wenn man beispielsweise zwei Marker betrachtet [1]، die heterozygot und gekoppelt vorliegen (أيضًا gemeinsam auf einem Chromosom sitzen، aber nicht auf dem zweiten Chromosom eines Diploiden Organismus)، dann erwartet man in den Nachufelend 1 eine Hälfte der Nachkommen hat das Chromosom mit beiden Markern erhalten، die andere Hälfte das homologe Chromosom ohne die Marker. Aufgrund der besonderen Chromosomensituation der damals untersuchten Pilzarten ist die Notation hier Traderweise nicht 1: 1، sondern 4: 4، das ändert am Verhältnis aber nichts. Man kann nun aber beobachten ، dass manchmal auch andere Aufteilungen passieren ، beispielsweise 6: 2 (bzw. 2: 6) ، أو 5: 3. Hier muss Information von einem Chromosom auf ein anderes übertragen worden sein، oder ein Austausch zwischen zwei chromosomen erfolgt sein، so dass die beiden Marker nicht mehr gekoppelt auf einem Chromosom vorliegen und unerdentone. Diese beiden Vorgänge bezeichnet man أيضًا تحويل الجينات والتقاطع ، und sie sind في Abbildung 1 aus Szostak et al. دارجيستيلت (wenn auch in umgekehrter Reihenfolge):


أبيلدونج 1 aus Szostak وآخرون. (1983). Zustand von zwei gekoppelten heterozygoten Markern A und B und die Effekte von العبور (أ) تحويل الجينات (ب). Klicken für größere الإصدار.

Ausgehend von einem Doppelstrangbruch werden die Freien Enden durch Proteine ​​(Exonukleasen) so zurückgeschnitten ، dass freie einzelsträngige Überhänge vorliegen. لذا فإن ssDNA ist dann natürlich verfügbar für Basenpaarungen. Wenn nach einer "Homologiesuche" eine homologe DNA-Sequenz gefunden wird (die wie gesagt beispielsweise auf dem homologen chromosom، oder auch dem Schwesterchromatid liegen kann)، dann erfolgt die sogenannte Einzelstranginvasion: Der Einzelstranginvasion: Der Einzelstranginvasion der vorhandenen Stränge. Die daraus resultierende Struktur wird D-Loop (حلقة الإزاحة) genannt. كان Von hier an kann das freie Ende mit Hilfe einer DNA-Polymerase verlängert werden ، عبارة عن den D-Loop vergrößert. Irgendwann ist ein so groß Bereich DNA im D-Loop verdrängt، dasser mit dem zweiten freien Ende des Doppelstrangbruches paaren kann. يموت bedeutet auch ، dass das erste freie Ende endlich mit der anderen Seite des Doppelstrangbruches verknüpft werden kann. Der DSB ist jetzt zwar repariert، aber wir haben nun eine problematische DNA-Struktur vorliegen - zwei DNA-Moleküle sind an zwei Positionen überkreuzt. هكذا eine kreuzförmige DNA-Struktur nennt man übrigens nach ihrem Erstbeschreiber Holliday Junction (AHA!) ، bei den zwei Überkreuzungen hier spricht man von einer doppelten Holliday Junction (dHJ). Warum ist diese Struktur problematisch؟ Weil eine Zelle sich nicht teilen kann، bevor die dHJ aufgelöst wurde!
Und jetzt greift die Idee von Jack Szostak und Kollegen. Eine Endonuklease ، وأيضًا ein Protein das im Inneren eines DNA-Moleküles schneidet ، kann an den Holliday Junctions Schnitte setzen ، um die zwei Stränge voneinander zu trennen. Und abhängig davon ، ob die beiden Schnitte symmetrisch (روابط غير متكررة) أو عدم تناسق (غير متكرر) erfolgen ، erhält man entweder ein cross (CO ، rechts) أو تحويل الجينات eine (مثل جين noncrossover ، أيضًا NCO ، روابط).

Seit 1983 ist viel Zeit vergangen، doch das DSBR-Modell hat sich gehalten. Mittlerweile wurde etwa gezeigt، dass in der Meiose ein spezielles Protein absichtlich Doppelstrangbrüche zur Einleitung der homologen rekombination setzt: SPO11. تقاطعات Auch Holliday تتسبب أيضًا في تجربة إعادة التركيب المتوسطة.

"نموذج منقح" und das "نموذج منقح"
Um es jetzt noch ein wenig komplizierter zu machen، will ich der Vollständigkeit halber das Bild auf den aktuellen Stand. Als 1994 die Gruppen von William Engels und Gregory Gloor (Nassif et al.، 1994) Rekombinationsexperimente mit der Fruchtfliege Drosophila melanogaster machten، stießen sie auf Ergebnisse، die sich mit dem DSBR-Modell von Szostak et al. nicht vollständig erklären ließen. Letzen Endes waren ihre Ergebnisse nur zu verstehen، wenn beiden freien Enden des DSB erlaubte، unabhängig voneinander die Rekombination mit verschiedenen Partnern einzuleiten. Eine Auflösung nach ihrem synthesis-dependent strand-annealing -Modell (SDSA) benötigte demnach keine Holliday Junction als Intermediat. Bereits nach Verlängerung des ersten freien Endes würde dieses aus dem D-Loop geworfen und für die Basenpaarung mit dem zweiten Ende zur Verfügung stehen. Durch solch einen Mechanismus wären keine Crossoverprodukte möglich.
2001 wurden die beiden konkurrierenden Modelle DSBR und SDSA dann gleichzeitig von zwei Gruppen zusammengefasst. In dem heute als revised model bezeichneten Prozess nach in der Bäckerhefe gewonnenen Ergebnissen von Hunter und Kleckner (2001) und Allers und Lichten (2001) beginnt die homologe Rekombination zunächst, wie ich es schon für DSBR und SDSA beschrieben habe. Die Aufteilung in die beiden Arme CO und NCO erfolgt jedoch schon vor dem dHJ-Intermediat, nämlich auf Ebene des D-Loop. Von hier ab kann dann die Rekombination entweder zum NCO aufgelöst werden, per SDSA-Modell. Oder eben über die doppelte Holliday Junction zum CO, das nach diesem Modell das einzige Ergebnis des DSBR-Weges ist.


revised model der homologen Rekombination nach Hunter und Kleckner (2001) und Allers und Lichten (2001). Klicken für größere Version.

Auf diesem Stand möchte ich es dann auch belassen für heute. Worauf ich hier überhaupt nicht eingegangen bin, sind die vielen Proteine, die diese ganzen Wege bevölkern. Von manchen kennt man recht gut ihre Position im Schema und ihre dortige Aufgabe, von vielen anderen weiß man aber nur ungefähr, in welche Hälfte des Modells sie passen.
Im nächsten richtigen Post dieser kurzen Serie werde ich dann, bewaffnet mit dem Hintergrund zur homologen Rekombination hier, Untersuchungen unserer Mutanten zur Rekombinationsrate vorstellen.

[1] Vor der Zeit der schnellen Sequenzierung, und auch vor dem Triumphzug der PCR waren solche Marker oft Sporenfarbgene der untersuchten Pilze, oder Antibiotika-Resistenzgene.

JW Szostak, TL Orr-Weaver, RJ Rothstein, FW Stahl (1983). The double-strand-break repair model for recombination Cell, 33 (1), 25-35 DOI: 10.1016/0092-8674(83)90331-8
N Nassif, J Penney, S Pal, WR Engels, GB Gloor (1994). Efficient copying of nonhomologous sequences from ectopic sites via P-element-induced gap repair. Mol Cell Biol., 14 (3), 1613-1625
Neil Hunter, Nancy Kleckner (2001). The Single-End InvasionAn Asymmetric Intermediate at the Double-Strand Break to Double-Holliday Junction Transition of Meiotic Recombination Cell, 106 (1), 59-70 DOI: 10.1016/S0092-8674(01)00430-5
T Allers, M Lichten (2001). Intermediates of Yeast Meiotic Recombination Contain Heteroduplex DNA Molecular Cell, 8 (1), 225-231 DOI: 10.1016/S1097-2765(01)00280-5


Crossing over : Holliday model - Biology

A number of models have been put forth over the years to explain how DNA recombination occurs. The basis of these models lies in what has been learned of recombination from yeast and other fungi. Fungi have been studied intensively because they possess certain properties such as the ability to yield four viable meiotic products (spores) that can be assayed and analyzed. For example, a mutation that is heterozygous will give rise to two mutant spores and two wild type spores, a 2+:2- pattern that is considered to be classically Mendelian. The appearance of non-Mendelian patterns such as 1+:3- (a "gene conversion") or the presence of "sectored" colonies (colonies with a divided phenotype) gave rise to a series of models to explain these events. While it is interesting how different models evolved, we concentrate here on a basic working model of DSB-induced recombination.

The diagram below shows a working model of how DNA double strand break induced recombination can occur.

More generally, a gene conversion refers to the unidirectional transfer of genetic information as opposed to a reciprocal exchange of information. في S. cerevisiae, gene conversion is recognized as a fundamental recombination process that can occur with or without crossing over of adjacent sequences.

Meiotic recombination
Experimental evidence for this model comes in the form of genetic and physical evidence. Physical analysis of DNA isolated from cells undergoing meiosis, for example, shows that DSBs are formed and they occur at recombination hotspots. For example, they occur in regions of high gene conversion that decreases with increasing distance from the DSB, a phenomenon termed polarity. Furthermore, these experiments also showed that DSBs lead to the formation of single stranded tails. Gel electrophoretic experiments have also provided evidence for structures that appear to be double Holliday structures. Gene conversion gradients are lost in mutants deficient in mismatch repair, indicating that gene conversion tracts are formed by long stretches of heteroduplex DNA. Special mutations that cannot be mismatch-corrected also indicate the presence of long heteroduplex tracts.

Mitotic recombination.

Break-induced recombination can also be studied in cells growing mitotically. In our lab we study this by inducing the HO endonuclease which initiates the process of mating type switching in yeast. The HO endonuclease cleaves the DNA sequence at حصيرة, the mating type locus, that determines the cell's mating type (either أ أو ألفا). The DSB causes a gene conversion event to occur using either of two donor sequences, called HML و HMR, leading to the unidirectional transfer of mating type information from HML أو HMR إلى حصيرة. Which donor is preferred depends on a sequence called the recombination enhancer which we consider in another part of this web site (Link to donor preference).


Recombination

Crossing over results in the formation of new combination of characters in an organism called recombinants. In this, segments of DNA are broken and recombined to produce new combinations of alleles. هذه العملية تسمى Recombination. (Figure 3.12)


The widely accepted model of DNA recombination during crossing over is Holliday’s hybrid DNA model. It was first proposed by Robin Holliday in 1964. It involves several steps. (Figure 3.13)


1. Homologous DNA molecules are paired side by side with their duplicated copies of DNAs

2. One strand of both DNAs cut in one place by the enzyme نوكلياز.

3. The cut strands cross and join the homologous strands forming the عطلة بنية أو Holliday junction.

4. The Holliday junction migrates away from the original site, a process called branch migration, as a result heteroduplex region is formed.

5. DNA strands may cut along through the vertical (V) line or horizontal (H) line.

6. The vertical cut will result in hetero duplexes with recombinants.

7. The horizontal cut will result in hetero duplex with non recombinants.

Calculation of Recombination Frequency (RF)

The percentage of recombinant progeny in a cross is called recombination frequency. The recombination frequency (cross over frequency) (RF) is calculated by using the following formula. The data is obtained from alleles in coupling configuration (Figure 3.14)


Content Review

Don’t spend a lot of time reviewing concepts at this point. The Guided Practice activity will serve as a more complete review later in the lesson. The animation serves primarily as an aid to help students visualize the crossing over process so that they will be better equipped to complete the hands-on modeling activity that will follow.

Share a brief animation, Meiosis: Crossing-Over.

Be prepared to stop the video clip at different points to ask questions:

Look for students to identify that sister means that the chromatids are a part of the same chromosome, with the same traits coded on each. Having seen the images of a dyad and tetrad in the video clip, students should also be able to explain that dyad means 1 pair of homologous chromosomes that result when a tetrad divides and tetrad means 2 homologous chromosomes.


إجراء

Setting the Stage

To get students' attention, wonder and engage them in the introductory part of the course, the students are shown photographs of parents and children, and asked what characteristics children inherit from their fathers and mothers (Figure 1). The purpose of showing Figure 1 is to motivate students and understand the connection between homologous chromosomes and their similarity with their relatives. Questions for students with Figure 1 are: Are these people related or not? Why do you think they are relatives? Which characteristics of the boy resembles his father? Do you resemble your parents? Which characteristics of yours resemble to your parents? And finally: Why do you look like your parents? The students name some of the characteristics people receive from their parents.

Following this, the teacher asks students why children are not identical to their parents, to increase students' sense of wonder. By asking these questions, the teacher will help students to connect what they already know with the concept of homologous chromosomes and crossing over. Thus, students connection their daily life experiences with these concepts. By understanding these concepts, students comprehend the underlying information related to the resemblance between children and their parents. Thus, the teacher helps students to construct crossing over and daily life, using the correct model for elucidating this process.


شاهد الفيديو: لأول مرة. السماح للمهاجرين بركوب الشاحنات خلال عبورهم أراضي المكسيك (قد 2022).


تعليقات:

  1. Earvin

    بدون أدنى شك.

  2. Reilley

    أهنئ ، يبدو لي الفكر الرائع

  3. Noe

    بشكل واضح، وذلك بفضل لهذا التفسير.



اكتب رسالة