Unrechtmäßige Rekombination - Illegitimate recombination
Illegitime Rekombination oder nicht - homologe Rekombination , ist der Prozess , bei dem zwei nicht miteinander verwandten doppelsträngige Segmente DNA verbunden sind. Dieses Einfügen von genetischem Material, das nicht benachbart sein soll, führt dazu, dass Gene gebrochen werden, was dazu führt, dass das Protein, das sie kodieren, nicht richtig exprimiert wird. Einer der Hauptwege, über den dies geschieht, ist der Reparaturmechanismus, der als nicht-homologes End-Joining (NHEJ) bekannt ist.
Entdeckung
Die illegitime Rekombination ist ein natürlicher Vorgang, der erstmals in E. coli nachgewiesen wurde . Es wurde gefunden , dass ein DNA - Segment mit 700 bis 1400 Basenpaaren sich selbst in die gal - und lac - Operons inseriert hatte , was zu einer starken polaren Mutation führte . Es wurde dann festgestellt, dass dieser Mechanismus die Fähigkeit besitzt, andere kurze genetische Sequenzen an anderen Stellen innerhalb des bakteriellen Genoms einzufügen, was oft zu einer Veränderung der Expression benachbarter Gene führt. Oftmals führt es dazu, dass benachbarte Gene einfach abgeschaltet werden. Einige dieser Segmente hatten jedoch auch starke Start- und Stoppsignale, die die Regulation benachbarter Gene veränderten, was zu Veränderungen der Transkriptionsmenge führte. Was diese Form der genetischen Rekombination von denen unterschied, die von der genetischen Homologie abhängig waren, war, dass der als illegitim beobachtete Prozess nicht die Verwendung homologer DNA-Abschnitte erforderte . Obwohl es zu dieser Zeit noch nicht vollständig verstanden wurde, wurde erkannt, dass es das Potenzial birgt, Veränderungen in der chromosomalen Evolution hervorzurufen.
Mechanismus
Bei Prokaryoten
Bei Prokaryonten führt die illegitime Rekombination zu einer Mutation der genetischen Sequenz des Prokaryonten . Dieser Prozess nimmt bei Eukaryoten verschiedene Formen an, darunter Deletionen. Bei einer Deletionsmutation durchläuft der prokaryontische Organismus eine illegitime Rekombination, was zur Entfernung eines kontinuierlichen Segments des genetischen Codes führt. Diese Form der Mutation tritt jedoch eher selten bei Mutanten natürlichen Ursprungs als bei induzierten auf. Eine unzulässige Rekombination kann auch aufgrund der Transduktion von genetischem Material von einem Bakteriophagen auftreten . In diesem Fall fügt ein Bakteriophage sein genetisches Material in ein Bakterium ein, um es unabhängig von der genetischen Homologie an einem Punkt in das Bakteriengenom einfügen zu lassen. Eine andere Form der illegitimen Rekombination bei Prokaryoten ist die einer Duplikationsmutation eines Genoms. Dabei wird ein Teil des Elterngenoms mehrfach in das Genom eingefügt. Diese Duplikation fügt das genetische Material entweder in der gleichen Orientierung oder entgegengesetzt zu den ursprünglichen Elternsegmenten ein, da sie nicht homologiegetrieben ist.
Bei Eukaryoten
Der Mechanismus der illegitimen Rekombination ist der der nicht-homologen Endverbindung, bei der zwei DNA-Stränge, die keine Homologie aufweisen, durch die Genreparaturmaschinerie miteinander verbunden werden. Bei Erkennung eines Doppelstrangbruchs hält ein Proteinkomplex die beiden Stränge in ausreichender Nähe, um eine Reparatur der Stränge zu ermöglichen. Als nächstes werden die Enden der DNA repariert, so dass alle falschen oder beschädigten Nukleotide entfernt werden. Sobald dies geschieht, können die Stränge so miteinander ligiert werden, dass sie ein DNA-Einzelstrang sind, der zuvor nicht benachbart war. Dieser Prozess ist bei eukaryontischen Zellen üblich und neigt dazu, als Reparaturmechanismus zu wirken, kann jedoch zu diesen Mutationen führen, wenn eine illegitime Rekombination stattfindet. Die illegitime Rekombination nimmt häufig die Form großer Chromosomenaberrationen innerhalb eines eukaryotischen Organismus an, da er viel größere DNA-Segmente als prokaryotische Zellen aufweist. Daher kann eine solche nicht-homologe Endverbindung eine illegitime Rekombination verursachen, die Insertions- und Deletionsmutationen in Chromosomen sowie die Translokation eines Chromosomensegments in das eines anderen Chromosoms erzeugt. Diese großflächigen Veränderungen des Chromosoms in eukaryotischen Organismen neigen eher dazu, schädliche Auswirkungen auf den Organismus zu haben, als eine Art genetischen Vorteil zu verleihen.
Schädliche Auswirkungen auf Organismen
Eine unrechtmäßige Rekombination hat oft nachteilige Auswirkungen auf einen Organismus, da sie zu einer groß angelegten Veränderung der genetischen Sequenz eines Organismus führt. Diese Veränderungen führen zu Mutationen, da die Verbindung von DNA, die nicht auf Homologie basiert, meistens genetische Elemente an Stellen platziert, an denen sie zuvor nicht platziert wurden. Dies kann die Funktion von Genen stören, die für die Funktion eines Organismus essentiell sein können. Im Fall von Krebs wurde festgestellt, dass Tumore das Ergebnis einer illegitimen Rekombination sein können, die zur Bildung von Haarnadeln führt, die die Genfunktion innerhalb des Genoms von Tumorzellen verändert.
Anwendungen
Die unrechtmäßige Rekombination ist ein Werkzeug, das sowohl im Labor als auch in der Forschung verwendet werden kann. Eine unrechtmäßige Rekombination kann eine zufällige Mutagenese erzeugen, um eine zufällige Veränderung der genetischen Sequenz eines Organismus zu erzeugen. Die Induktion dieser Mutagenese ermöglicht die Untersuchung einer genetischen Sequenz, indem eine Mutation in einem genetischen Segment erzeugt wird, die die Funktion dieses genetischen Segments verändert. Dies ermöglicht die Untersuchung der Genfunktion durch die Analyse von Unterschieden zwischen Mutanten und natürlichen Organismen, um zu interpretieren, mit welchem Prozess ein Gen verbunden ist.