Кроссинговер

Как происходит «обычное» разрешение перекрестов – понятно по рисунку. Как происходит разрешение с «перескоком» (вертикальные черточки) – по рисунку не очень понятно. Для того, чтобы понять это, надо перейти от плоской ДНК к трехмерной.

Левый рисунок аналогичен схемам, которые мы рисовали выше. На среднем рисунке та же самая структура нарисована так, как она выглядит в жизни. Повернув нижнюю часть среднего рисунка по стрелочке, получаем правый рисунок. Если мы разрежем ножиком между цифрами 1, то получим «левый путь», кроссинговера не будет. А если разрежем между цифрами 2, то получим «правый путь», кроссинговер. (Но если «разрезание ножичком» 1 и 2 равноправны, то почему первое происходит гораздо чаще, чем второе? – «Разрезание» зависит не от того, как в пространстве повернулась молекула ДНК, а от того, какие белки работают в месте перекреста.)

То же самое с терминами

«Левый конец» называется инвазивным, процесс его встраивания в гомологичную ДНК – инвазия. После того, как инвазивный конец соединился с гомологичной ДНК, получается гетеродуплекс (участок ДНК, содержащий цепи из разных молкул). Петля, вытесненная инвазивным концом, называется D-петля. Перекрест между цепями ДНК называется структура Холидея – на рисунке №2 она изображена аж три раза, в трех различных позах. Мало? – Вот вам она же в виде мультика.

	рис. 3
На нижней половине рисунка 3 изображена двойная структура Холидея (два перекреста). Видим, что ножнички собираются разрезать ее так, что получится кроссинговер. Сравнивая верхнюю и нижнюю половину рисунка 3, можно увидеть, что структуры Холидея могут ездить вдоль ДНК, как застежки по молнии. Этот процесс называется миграция ветви (branch migration).

Разрешение структуры Холидея может происходить по рекомбинационному либо по конверсионному пути. Рекомбинационный путь (вертикальные черточки на рис. 1, разрезание через цифры 2 на рис. 2, правые ножнички на рис. 3) приводит к рекомбинации, хромосомы меняются своими участками. Конверсионный путь (горизонтальные черточки на рис. 1, разрезание через цифры 1 на рис. 2) приводит к конверсии.

Конверсия

Материнская и отцовская ДНК не полностью одинаковы (а иначе зачем бы мы производили кроссинговер).

Соответственно, в гетеродуплексе отцовская и материнская цепочка не полностью комплементарны.

Ферменты репарации исправляют некомплементарные пары нуклеотидов, причем чью букву они будут исправлять – папину или мамину – случайность.

Например, если мамина ДНК была А=Т, а папина Г≡Ц, то гетеродуплекс получается А=Ц – ферменты репарации исправляют его либо на А=Т, либо на Г≡Ц.

Соответственно, есои мама была АА, а папа аа, то гетеродуплекс будет Аа – ферменты репарации исправляют его либо на АА, либо на аа, получаются странные расщепления:

Собственно, именно эти неформальные расщепления в 1964 году заставили Робина Холидея придумать модель кроссинговера – которая (с изменениями, конечно) дожила до наших дней. Со своей стороны, я поздравляю вас с тем, что вы почти дожили до конца статьи. Давайте проверим, поняли ли вы что-нибудь? Вот вам неразжеванный рисуночек.

Репарация двойных разрывов и кроссинговер тесно связаны между собой. (Фактически, кроссинговер состоит из искусственного создания множества двойных разрывов и последующего их залечивания.) Поэтому под видом проверки я подсунул вам картинку «Альтернативные способы репарации двойных разрывов ДНК». Как видим, левый (SDSA) и средний (DDD) способы предполагают возникновение только одной структуры Холидея. Внимательные дети также заметили, что в третьем способе, который мы рассматриваем с самого начала (DSBR) изображен только рекомбинационный путь, при котором происходит кроссинговер – конверсионный путь не нарисован. Хитрые дети, тем временем, понимают, что все три эти способа предполагают синтез ДНК в составе гетеродуплекса – а значит, конверсия неизбежна.

Еще можно почитать

Факультативы по генетике: Сотворение человека, Полимеразная цепная реакция, Репликация, Партеногенез у пчел, Как наследуется группа крови

В.М.Глазер: Гомологическая генетическая рекомбинация, Конверсия гена
О.Э.Костерин: Молекулярный механизм кроссинговера