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
© Д.В.Поздняков, 2009-2020