Гомологичная рекомбинация: механизм
Рекомбинационный процесс условно может быть разбит на 3 стадии: предсинаптическую, синаптическую и постсинаптическую [ Lavery P.E., Kowalczykovski S.C., 1992 ].
Первая включает подготовку ДНК-субстрата, инициирующего реакцию рекомбинации, т.е. онДНК. Как правило, конец днДНК атакуется нуклеазой RecBCD, которая за счет свой сильной геликазной активности (скорость расплетания до 1 т. п. н /с, процессивность до 30 т. п н.) расплетает ДНК вплоть до рекомбинационного сайта "chi" , находящегося в строго определенной ориентации (5'-GCTGGTGG). При этом фермент RecBCD действует и как частощепящая с 3'-конца и редкощепящая с 5'-конца экзонуклеаза.
Связываясь с сайтом chi, нуклеаза RecBCD модифицирует субъединицу RecD [ Anderson D.G., Kowalczykowski S.C., 1997 ], теряя при этом свою 3'- и, наоборот, активируя 5'-экзонуклеазную активность, в результате чего и образуется онДНК с 3'-концом. Последняя покрывается белком RecA, что создает рекомбинационно активный филамент RecA::ATP::онДНК с атакующим 3'-концом. В принципе, любая онДНК в клетке может инициировать рекомбинацию. Однако в нормальной клетке баланс ферментов таков, что образующиеся в ходе репликации однонитевые пробелы (между фрагментами Оказаки) не являются рекомбиногенными. В ходе индукции SOS-функций, вероятно, именно эти пробелы и обеспечивают аномально высокую частоту инициирования рекомбинационных обменов. Как видим, RecBCD обладает несколькими важными для рекомбинации активностями, которые, однако, проявляются лишь при взаимодействии с рекомбинационным сайтом chi, что превращает "ДНК-деградазу" в "рекомбиназу" RecBCD. В случае инактивации этого фермента на его замену приходят 5'-3'-экзонуклеазы RecE или RecJ, которые совместно с геликазой RecQ способны создавать онДНК с 3'-концом [ Kowalczykowski S.C., ea, 1994 ].
Вторая стадия рекомбинации включает гомологичное спаривание на уровне трехнитевой ДНК внутри спирального филамента, переключение спаривания и расширение спаренного участка за счет так называемой "миграции ветви" ДНК, осуществляемой геликазами RuvAB и/или RecG. Эта миграция приводит к вытеснению лишней нити ДНК, которая, в свою очередь, спаривается с комплементарной нитью партнера по рекомбинации, что приводит к образованию "полухиазмы Холидея" - четырехнитевой структуры ДНК, у которой две нити одной полярности находятся в перекресте. Третья стадия - "разрешение полухиазмы Холидея", опознаваемой топоизомеразой RuvABC, в которой эндонуклеаза RuvC (субъединица этой топоизомеразы) вносит координированные разрывы в нити ДНК одной полярности. Таким в общих чертах представляется процесс recA-зависимой рекомбинации у бактерий.
Смотрите также:
