Митотический кроссинговер
Митоти́ческий кроссинго́вер — тип генетической рекомбинации, который может проходить в соматических клетках при митотических делениях как у организмов, обладающих полом, так и бесполых организмов (например, некоторых одноклеточных грибов, у которых не известен половой процесс). В случае бесполых организмов митотическая рекомбинация является единственным ключом к пониманию сцепления генов, так как у таких организмов это единственный способ генетической рекомбинации[1]. Кроме того, митотическая рекомбинация может привести к мозаичной экспрессии рецессивных признаков у гетерозиготной особи. Такая экспрессия имеет важное значение в онкогенезе, она также позволяет изучать летальные рецессивные мутации[1][2].
Содержание
Открытие
Открытие митотической рекомбинации было совершено Куртом Штерном в 1936 году в результате исследования дрозофил, являвшихся гетерозиготами по двум генам, находящихся на одной Х-хромосоме и определяющих легко регистрируемые признаки: цвет тела и форму щетинок. Рецессивный аллель первого гена y давал жёлтую окраску тела, рецессивный аллель sn (singed) — опалённые щетинки. Исследуемые дигетерозиготы с генотипом y+//+sn имели дикий фенотип по обоим признакам, однако изредка на теле некоторых мух появлялись двойные пятна. У таких пятен одна половина была жёлтая и с нормальными щетинками (доминантный признак), а другая — нормального серого цвета (доминантный признак), но с опалёнными щетинками. Подобные пятна были впервые замечены ещё в 1925 году, но лишь позднее Курт Штерн объяснил их появление митотическим кроссинговером на стадии 4-х хроматид[3][4].
Общие сведения
Митотическая рекомбинация может происходить в любом локусе, однако её результат виден лишь тогда, когда особь гетерозиготна по этим локусам. В результате митотического кроссинговера при расхождении хромосом в половине случаев должны образовываться двойные пятна, так как в двух случаях из четырёх одна из пары хроматид будет нормальной, а другая — рекомбинантной.
Иными словами, фенотип дочерней клетки зависит от того, как разойдутся хромосомы по метафазной пластинке. Если две рекомбинантные хроматиды, содержащие различные аллели, встанут на пластинке друг против друга, то дочерняя клетка будет гетерозиготной и с нормальным фенотипом, несмотря на рекомбинацию (так как рекомбинантные участки как бы взаимно компенсируют друг друга). Если же против рекомбинантной хроматиды станет нормальная, то клетка будет гомозиготной по рекомбинантному локусу. Результатом этого будет появление двойного пятна, где у некоторых клеток будет проявляться гомозиготный рецессивный фенотип, а у других — гомозиготный доминантный (дикий) фенотип. Если такие дочерние клетки продолжат размножаться и делиться, двойные пятна будут расти, приводя к появлению новых фенотипов.
Митотическая рекомбинация происходит в течение интерфазы. Было высказано предположение, что рекомбинация происходит в течение G1-фазы, когда хромосома ещё не удвоена[5]. В более недавнее время было предположено, что митотический кроссинговер происходит вследствие репарации путём гомологичной рекомбинации двунитевых повреждений ДНК, а сам процесс идёт в G1-фазе, однако этому противоречит то, что репарация путём гомологичной рекомбинации происходит в основном после репликации[6].
Молекулярные механизмы
Молекулярные механизмы, обеспечивающие митотический кроссинговер, схожи с участвующими в мейотическом кроссинговере. К ним относятся: образование гетеродуплексов, гомологичная рекомбинация, инициируемая двунитевыми разрывами ДНК, образование полухиазм и структур Холлидея. Возможно также, хотя и с значительно более низкой вероятностью, участие механизмов репарации повреждений ДНК путём негомологичной рекомбинации[6][7][8].
Хромосомные механизмы
Существует несколько теорий, объясняющих, как происходит митотический кроссинговер. В простейшей модели кроссинговера две хроматиды перекрываются или сближаются в конститутивных ломких сайтах, которые предрасположены к разрывам. При возникновении двуцепочечного разрыва в ломком сайте[9], он устраняется путём репарации на основе одной из двух сестринских хроматид другой хромосомы. Это позволяет двум хромосомам обмениваться участками. В другой модели две перекрывающиеся хромосомы образуют структуры Холлидея на общем повторяющемся участке. Потом эта крестообразная структура рассекается так, что одна хромосома обменивается участком одной из хроматид с участком хроматиды другой гомологичной хромосомы. В обеих моделях митотический кроссинговер является лишь из одним из возможных исходов.
С другой стороны, кроссинговер может происходить в ходе репарации ДНК[10], если хромосома послужила шаблоном для репарации гомологичной повреждённой хромосомы.
Преимущества и недостатки
Митотический кроссинговер наблюдали у D. melanogaster, у некоторых размножающихся бесполым путём грибов и в соматических клетках человека и мыши. В последнем случае митотический кроссинговер может приводить к появлению клеток, экспрессирующих рецессивные проонкогенные мутации, предрасполагая к развитию рака. С другой стороны, клетка может стать и гомозиготным мутантом по гену-супрессору опухолевого роста, что приведёт к тому же самому результату[2]. Например, синдром Блума вызывается мутацией RecQ-хеликазы, которая играет роль в репликации и репарации ДНК. У мышей эта мутация ведёт к повышению частоты митотической рекомбинации, что в свою очередь повышает частоту развития опухолей[11].
В то же время митотический кроссинговер может иметь и положительный эффект для организма, у которого доминантные аллели в гомозиготном состоянии более функциональны, чем в гетерозиготном[2].
Для экспериментов с геномами модельных организмов, например, дрозофилы, митотический кроссинговер можно вызвать искусственно рентгеновским излучением и FLP-FRT-рекомбинацией[12].
Напишите отзыв о статье "Митотический кроссинговер"
Примечания
- ↑ 1 2 Hartel Daniel L. and Maryellen Ruvolo. Genetics: Analysis of Genetics and Genomes. — Burlington: Jones & Bartlett, 2012.
- ↑ 1 2 3 Tischfield, Jay A. (November 1997). «Loss of Heterozygosity, or: How I learned to Stop Worrying and Love Mitotic Recombination». American Journal of Human Genetics 61 (5): 995–999.
- ↑ Stern, Curt (1936). «Somatic Crossing Over and Segregation in Drosophila Melanogaster». Genetics 21 (6): 625–730.
- ↑ Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции: учебник для студентов высших учебных заведений / С. Г. Инге-Вечтомов. — СПб.: Изд-во Н-Л, 2010. — С. 193-194. — 720 с. — ISBN 978-5-94869-105-3.
- ↑ Esposito, Michael S (September 1978). «Evidence that Spontaneous Mitotic Recombination Occurs at the Two-Strand Stage». Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 75 (9): 4436–4440.
- ↑ 1 2 LaFave, MC; J Sekelsky (2009). «Mitotic Recombination: Why? When? How? Where?». PLoS Genet 5 (3). DOI:10.1371/journal.pgen.1000411.
- ↑ Helleday, Thomas (2003). «Pathways for Mitotic Homologous Recombination in Mammalian Cells». Mutation Research 532 (1-2): 103–115.
- ↑ Pâques, Frédéric; James E. Haber (1999). «Multiple Pathways of Recombination Induced by Double-Strand Breaks in Saccharomyces cerevisiae». Microbiology and Molecular Biology Reviews 63 (2): 349–404.
- ↑ Helleday, T. [web.mit.edu/engelward-lab/animations/DSBR.html Double-Strand Break Repair via Double Holliday Junctions (Szostak Model)]. Animation. MIT. [www.webcitation.org/6FKyItA3I Архивировано из первоисточника 23 марта 2013].
- ↑ Helleday, Thomas (27). «[ww2.biol.sc.edu/~awaldman/mammalianrecombinationreview.pdf Pathways for mitotic homologous recombination in mammalian cells]». Mutation research 532 (1-2): 103–115. Проверено 2012-12-26.
- ↑ Luo, Guangbin; et al. (2000). «Cancer predisposition caused by elevated mitotic recombination in Bloom mice». Nature Genetics 26: 424–429.
- ↑ Xu, T; GM Rubin (April 1993). «Analysis of genetic mosaics in developing and adult Drosophila tissues». Development 117 (4): 1223-12237.
Литература
- Griffiths et al. 1999. [www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mga.section.683 Modern Genetic Analysis]. W. H. Freeman and Company.
- Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. — СПб.: Издательство Н-Л, 2010. — С. 193—194. — 718 с. — ISBN 978-5-94869-105-3.
|
Эта статья входит в число добротных статей русскоязычного раздела Википедии. |
Отрывок, характеризующий Митотический кроссинговер
– След заячий, много следов! – прозвучал в морозном скованном воздухе голос Наташи.– Как видно, Nicolas! – сказал голос Сони. – Николай оглянулся на Соню и пригнулся, чтоб ближе рассмотреть ее лицо. Какое то совсем новое, милое, лицо, с черными бровями и усами, в лунном свете, близко и далеко, выглядывало из соболей.
«Это прежде была Соня», подумал Николай. Он ближе вгляделся в нее и улыбнулся.
– Вы что, Nicolas?
– Ничего, – сказал он и повернулся опять к лошадям.
Выехав на торную, большую дорогу, примасленную полозьями и всю иссеченную следами шипов, видными в свете месяца, лошади сами собой стали натягивать вожжи и прибавлять ходу. Левая пристяжная, загнув голову, прыжками подергивала свои постромки. Коренной раскачивался, поводя ушами, как будто спрашивая: «начинать или рано еще?» – Впереди, уже далеко отделившись и звеня удаляющимся густым колокольцом, ясно виднелась на белом снегу черная тройка Захара. Слышны были из его саней покрикиванье и хохот и голоса наряженных.
– Ну ли вы, разлюбезные, – крикнул Николай, с одной стороны подергивая вожжу и отводя с кнутом pуку. И только по усилившемуся как будто на встречу ветру, и по подергиванью натягивающих и всё прибавляющих скоку пристяжных, заметно было, как шибко полетела тройка. Николай оглянулся назад. С криком и визгом, махая кнутами и заставляя скакать коренных, поспевали другие тройки. Коренной стойко поколыхивался под дугой, не думая сбивать и обещая еще и еще наддать, когда понадобится.
Николай догнал первую тройку. Они съехали с какой то горы, выехали на широко разъезженную дорогу по лугу около реки.
«Где это мы едем?» подумал Николай. – «По косому лугу должно быть. Но нет, это что то новое, чего я никогда не видал. Это не косой луг и не Дёмкина гора, а это Бог знает что такое! Это что то новое и волшебное. Ну, что бы там ни было!» И он, крикнув на лошадей, стал объезжать первую тройку.
Захар сдержал лошадей и обернул свое уже объиндевевшее до бровей лицо.
Николай пустил своих лошадей; Захар, вытянув вперед руки, чмокнул и пустил своих.
– Ну держись, барин, – проговорил он. – Еще быстрее рядом полетели тройки, и быстро переменялись ноги скачущих лошадей. Николай стал забирать вперед. Захар, не переменяя положения вытянутых рук, приподнял одну руку с вожжами.
– Врешь, барин, – прокричал он Николаю. Николай в скок пустил всех лошадей и перегнал Захара. Лошади засыпали мелким, сухим снегом лица седоков, рядом с ними звучали частые переборы и путались быстро движущиеся ноги, и тени перегоняемой тройки. Свист полозьев по снегу и женские взвизги слышались с разных сторон.
Опять остановив лошадей, Николай оглянулся кругом себя. Кругом была всё та же пропитанная насквозь лунным светом волшебная равнина с рассыпанными по ней звездами.
«Захар кричит, чтобы я взял налево; а зачем налево? думал Николай. Разве мы к Мелюковым едем, разве это Мелюковка? Мы Бог знает где едем, и Бог знает, что с нами делается – и очень странно и хорошо то, что с нами делается». Он оглянулся в сани.
– Посмотри, у него и усы и ресницы, всё белое, – сказал один из сидевших странных, хорошеньких и чужих людей с тонкими усами и бровями.
«Этот, кажется, была Наташа, подумал Николай, а эта m me Schoss; а может быть и нет, а это черкес с усами не знаю кто, но я люблю ее».
– Не холодно ли вам? – спросил он. Они не отвечали и засмеялись. Диммлер из задних саней что то кричал, вероятно смешное, но нельзя было расслышать, что он кричал.
– Да, да, – смеясь отвечали голоса.
– Однако вот какой то волшебный лес с переливающимися черными тенями и блестками алмазов и с какой то анфиладой мраморных ступеней, и какие то серебряные крыши волшебных зданий, и пронзительный визг каких то зверей. «А ежели и в самом деле это Мелюковка, то еще страннее то, что мы ехали Бог знает где, и приехали в Мелюковку», думал Николай.
Действительно это была Мелюковка, и на подъезд выбежали девки и лакеи со свечами и радостными лицами.
– Кто такой? – спрашивали с подъезда.
– Графские наряженные, по лошадям вижу, – отвечали голоса.
Пелагея Даниловна Мелюкова, широкая, энергическая женщина, в очках и распашном капоте, сидела в гостиной, окруженная дочерьми, которым она старалась не дать скучать. Они тихо лили воск и смотрели на тени выходивших фигур, когда зашумели в передней шаги и голоса приезжих.
Гусары, барыни, ведьмы, паясы, медведи, прокашливаясь и обтирая заиндевевшие от мороза лица в передней, вошли в залу, где поспешно зажигали свечи. Паяц – Диммлер с барыней – Николаем открыли пляску. Окруженные кричавшими детьми, ряженые, закрывая лица и меняя голоса, раскланивались перед хозяйкой и расстанавливались по комнате.
– Ах, узнать нельзя! А Наташа то! Посмотрите, на кого она похожа! Право, напоминает кого то. Эдуард то Карлыч как хорош! Я не узнала. Да как танцует! Ах, батюшки, и черкес какой то; право, как идет Сонюшке. Это еще кто? Ну, утешили! Столы то примите, Никита, Ваня. А мы так тихо сидели!
– Ха ха ха!… Гусар то, гусар то! Точно мальчик, и ноги!… Я видеть не могу… – слышались голоса.
Наташа, любимица молодых Мелюковых, с ними вместе исчезла в задние комнаты, куда была потребована пробка и разные халаты и мужские платья, которые в растворенную дверь принимали от лакея оголенные девичьи руки. Через десять минут вся молодежь семейства Мелюковых присоединилась к ряженым.
Пелагея Даниловна, распорядившись очисткой места для гостей и угощениями для господ и дворовых, не снимая очков, с сдерживаемой улыбкой, ходила между ряжеными, близко глядя им в лица и никого не узнавая. Она не узнавала не только Ростовых и Диммлера, но и никак не могла узнать ни своих дочерей, ни тех мужниных халатов и мундиров, которые были на них.
– А это чья такая? – говорила она, обращаясь к своей гувернантке и глядя в лицо своей дочери, представлявшей казанского татарина. – Кажется, из Ростовых кто то. Ну и вы, господин гусар, в каком полку служите? – спрашивала она Наташу. – Турке то, турке пастилы подай, – говорила она обносившему буфетчику: – это их законом не запрещено.
Иногда, глядя на странные, но смешные па, которые выделывали танцующие, решившие раз навсегда, что они наряженные, что никто их не узнает и потому не конфузившиеся, – Пелагея Даниловна закрывалась платком, и всё тучное тело ее тряслось от неудержимого доброго, старушечьего смеха. – Сашинет то моя, Сашинет то! – говорила она.
После русских плясок и хороводов Пелагея Даниловна соединила всех дворовых и господ вместе, в один большой круг; принесли кольцо, веревочку и рублик, и устроились общие игры.
Через час все костюмы измялись и расстроились. Пробочные усы и брови размазались по вспотевшим, разгоревшимся и веселым лицам. Пелагея Даниловна стала узнавать ряженых, восхищалась тем, как хорошо были сделаны костюмы, как шли они особенно к барышням, и благодарила всех за то, что так повеселили ее. Гостей позвали ужинать в гостиную, а в зале распорядились угощением дворовых.
– Нет, в бане гадать, вот это страшно! – говорила за ужином старая девушка, жившая у Мелюковых.
– Отчего же? – спросила старшая дочь Мелюковых.
– Да не пойдете, тут надо храбрость…
– Я пойду, – сказала Соня.
– Расскажите, как это было с барышней? – сказала вторая Мелюкова.
– Да вот так то, пошла одна барышня, – сказала старая девушка, – взяла петуха, два прибора – как следует, села. Посидела, только слышит, вдруг едет… с колокольцами, с бубенцами подъехали сани; слышит, идет. Входит совсем в образе человеческом, как есть офицер, пришел и сел с ней за прибор.
– А! А!… – закричала Наташа, с ужасом выкатывая глаза.
– Да как же, он так и говорит?
– Да, как человек, всё как должно быть, и стал, и стал уговаривать, а ей бы надо занять его разговором до петухов; а она заробела; – только заробела и закрылась руками. Он ее и подхватил. Хорошо, что тут девушки прибежали…
– Ну, что пугать их! – сказала Пелагея Даниловна.
– Мамаша, ведь вы сами гадали… – сказала дочь.
– А как это в амбаре гадают? – спросила Соня.
