HOMOLOG REKOMBINASYON: FONKSIYONLAR, MEKANIZMA VE UYGULAMALAR - BIYOLOJI - 2025

Homolog rekombinasyon genomunun benzer veya özdeş bölümleri arasındaki DNA moleküllerinin alışverişini içeren bir süreçtir. Hücreler, homolog rekombinasyonu temel olarak genetik materyaldeki kırılmaları onarmak için kullanır ve popülasyonlarda genetik varyasyon oluşturur.

Genel olarak, homolog rekombinasyon, genetik materyalin homolog alanları arasındaki fiziksel eşleşmeyi, ardından değişime uğrayacak zincirlerin kırılmasını ve son olarak yeni birleşik DNA moleküllerinin birleşmesini içerir.

İki homolog kromozom arasındaki rekombinasyon.
Kaynak: Emw

DNA'daki kırıklar olabildiğince çabuk ve verimli bir şekilde onarılmalıdır. Hasar tamir edilmediğinde, sonuçlar ciddi ve hatta ölümcül olabilir. Bakterilerde, homolog rekombinasyonun ana işlevi, genetik materyaldeki bu kırılmaları onarmaktır.

Homolog rekombinasyon, genomun stabilitesine izin veren ana mekanizmalardan biri olarak kabul edilir. Yaşamın tüm alanlarında ve hatta virüslerde mevcuttur, bu nedenle muhtemelen yaşamın evriminde çok erken ortaya çıkan hayati bir mekanizmadır.

Tarihi bakış açısı

Gregor Mendel tarafından önerilen en ilgili ilkelerden biri, karakterlerin ayrımında bağımsızlıktan ibarettir. Bu yasaya göre, farklı genler ebeveynden çocuğa bağımsız olarak aktarılır.

Bununla birlikte, 1900'de bu ilkeye çok belirgin istisnaların varlığı aşikardı. İngiliz genetikçiler Bateson ve Punnett, birçok kez belirli özelliklerin birlikte miras alındığını ve bu özellikler için Mendel'in belirttiği ilkenin geçerli olmadığını gösterdi.

Daha sonraki araştırmalar, hücrelerin genetik materyali değiştirebildiği rekombinasyon sürecinin varlığını aydınlatmayı başardı. Genlerin birlikte miras kaldığı durumlarda, genler arasındaki fiziksel yakınlık nedeniyle DNA değişimi yapılmadı.

Homolog rekombinasyon nedir?

Homolog rekombinasyon, iki kromozom arasında DNA dizilerinin fiziksel değişimini içeren hücresel bir fenomendir. Rekombinasyon, rec genleri olarak bilinen bir dizi geni içerir. Bunlar, sürece katılan farklı enzimleri kodlar.

DNA molekülleri, 100'den fazla baz çiftinin benzer veya özdeş dizilerini paylaştıklarında "homolog" olarak kabul edilir. DNA, birbirinden farklı olabilen küçük bölgelere sahiptir ve bu varyantlar aleller olarak bilinir.

Canlılarda tüm DNA, rekombinant DNA olarak kabul edilir. Kromozomlar arasındaki genetik materyal değişimi, kromozomlar üzerindeki genleri karıştırarak ve yeniden düzenleyerek sürekli olarak gerçekleşir.

Bu süreç, mayoz bölünmede açıkça ortaya çıkar. Özellikle kromozomların ilk hücre bölünmesinde eşleştiği aşamada. Bu aşamada kromozomlar arasında genetik materyal değişimi gerçekleşir.

Tarihsel olarak, bu süreç literatürde Anglo-Sakson sözcük geçişi kullanılarak adlandırılmıştır. Bu olay, homolog rekombinasyonun sonuçlarından biridir.

Aynı kromozomun iki geni arasında geçiş sıklığı, esas olarak aralarında var olan mesafeye bağlıdır; aralarındaki fiziksel mesafe ne kadar küçükse, değişim frekansı o kadar düşük olur.

Homolog rekombinasyonun işlevleri ve sonuçları

Genetik materyal, örneğin radyasyon gibi endojen ve eksojen kaynakların neden olduğu hasara sürekli olarak maruz kalır.

İnsan hücrelerinin, günde onlarca ile yüzlerce arasında önemli sayıda DNA lezyonu olduğu tahmin edilmektedir. Potansiyel zararlı mutasyonlardan, replikasyon ve transkripsiyon bloklarından ve kromozomal seviyede hasarlardan kaçınmak için bu lezyonların onarılması gerekir.

Tıbbi açıdan bakıldığında, doğru şekilde tamir edilmeyen DNA hasarı, tümörlerin ve diğer patolojilerin gelişmesine neden olur.

Homolog rekombinasyon, DNA'nın diğer (homolog) zincirini bir şablon olarak kullanarak kayıp dizilerin geri kazanılmasına izin vererek DNA'da onarıma izin veren bir olaydır.

Bu metabolik süreç, yaşamın her biçiminde mevcuttur ve DNA'daki "boşlukların", çift sarmallı kopmaların ve DNA sarmalları arasındaki çapraz bağların onarılmasına olanak tanıyan yüksek sadakatli bir mekanizma sağlar.

Rekombinasyonun en ilgili sonuçlarından biri, yeni genetik varyasyonun oluşmasıdır. Mutasyonların yanı sıra, canlılarda varyasyon yaratan iki süreçtir - varyasyonun evrimin hammaddesi olduğunu unutmayın.

Ek olarak, bozulmuş çoğaltma çatallarını sıfırlamak için bir mekanizma sağlar.

Bakterilerde

Bakterilerde sık sık yatay gen transfer olayları vardır. Bunlar konjugasyon, dönüşüm ve transdüksiyon olarak sınıflandırılır. Burada prokaryotlar başka bir organizmadan ve hatta farklı türlerden DNA alır.

Bu işlemler sırasında, alıcı hücre ve verici hücre arasında homolog rekombinasyon meydana gelir.

Mekanizma

Homolog rekombinasyon, kromozomal DNA molekülünün zincirlerinden birinin kırılmasıyla başlar. Bunu takiben, birden çok enzim tarafından katalize edilen bir dizi adım gerçekleşir.

Kesimin meydana geldiği 3 'ucu, homolog çift DNA ipliği tarafından istila edilir. İstila süreci çok önemlidir. "Homolog zincir" ile, nükleotid dizilerinin aynı olması gerekmemekle birlikte, aynı genlere doğrusal bir sırada sahip olan kromozom kısımlarını kastediyoruz.

Sinaps

İpin bu istilası, homolog kromozomları birbirine bakacak şekilde yerleştirir. Bu iplerle buluşma fenomenine sinaps denir (nöronlardaki sinaps ile karıştırılmamalıdır, burada terim başka bir anlamla kullanılmaktadır).

Sinaps, her iki homolog sekans arasında doğrudan bir temas anlamına gelmez, DNA, homolog kısmı bulana kadar bir süre hareket etmeye devam edebilir. Bu arama sürecine homolog hizalama denir.

D-döngü oluşumu

Ardından, "sahil istilası" adlı bir olay meydana gelir. Bir kromozom, çift sarmallı bir DNA'dır. Homolog rekombinasyonda, iki kromozom homolog dizilerini arar. Helislerden birinde, iplikler ayrılır ve bu iplik, D halkası adı verilen yapıyı oluşturarak çift sarmal yapıyı "işgal eder".

D-ilmek ipliği, kopan ipliğin istila edilmesiyle yer değiştirdi ve orijinal çift sarmalın tamamlayıcı ipliğiyle eşleşti.

Holliday kavşağı oluşumu

Bir sonraki adım Holliday sendikalarının kurulmasıdır. Burada, değiştirilen tellerin uçları birbirine bağlanır. Bu birlik her yöne hareket etme yeteneğine sahiptir. Eklem birden çok kez kırılabilir ve oluşabilir.

Son rekombinasyon süreci, bu birliklerin çözülmesidir ve hücrenin bunu başarmasının iki yolu veya yolu vardır. Bunlardan biri, birliğin bölünmesi veya ökaryotik organizmalar için tipik olan çözünme adı verilen bir süreçtir.

İlk mekanizmada, Holliday bağlantısının kırılması iki zinciri yeniden oluşturur. Diğer "tasfiye" olayında ise birlik içinde bir tür çöküş yaşanır.

İlgili proteinler

Rekombinasyon sürecindeki önemli bir proteine ​​ökaryotik hücrelerde Rad51 ve Escherichia coli'de RecA adı verilir. Farklı rekombinasyon aşamalarında çalışır: sinaps öncesinde, sırasında ve sonrasında.

Rad51 proteini, istilacı DNA ile tavlanmış DNA arasındaki fiziksel bağlantının oluşumunu kolaylaştırır. Bu süreçte heterodupleks DNA üretilir.

Rad51 ve onun RecA karşılığı, homolog DNA arayışını ve DNA zincirlerinin değişimini katalize eder. Bu proteinler, tek bantlı DNA'ya işbirliği yaparak bağlanma yeteneğine sahiptir.

Rad51'in Rad55 ve Rad57 olarak adlandırılan paralog genleri (bir organizma soyundaki gen duplikasyon olaylarından kaynaklanan) da vardır. İnsanlarda, Rad51B, Rad51C, Rad51D, Xrcc2 ve Xrcc3 olarak adlandırılan beş Rad51 paralog geni tanımlanmıştır.

Rekombinasyon süreçleriyle ilişkili anormallikler

Rekombinasyon, kromozomlar üzerinde fiziksel bağlanma gerektirdiğinden, mayoz bölünme sırasında uygun ayrıştırmada çok önemli bir adımdır. Uygun rekombinasyon oluşmazsa, sonuç büyük bir patoloji olabilir.

Kromozomların ayrışmaması veya ayrışmadaki hatalar, Down sendromuna neden olan kromozom 21 trizomisi gibi, kromozom kaynaklı düşük ve anormalliklerin en sık nedenlerinden biridir.

Rekombinasyon genellikle oldukça hassas bir süreç olmasına rağmen, genomun tekrarlanan bölgeleri ve genom boyunca birden fazla kopyası olan genler, düzensiz geçişlere eğilimlidir.

Bu melezleşme, talasemi ve otizm gibi yaygın hastalıklar da dahil olmak üzere, klinik olarak ilgili farklı özellikler üretir.

Rekombinasyon uygulamaları

Moleküler biyologlar, farklı teknolojiler yaratmak için homolog rekombinasyon mekanizmasının bilgisinden yararlandılar. Bunlardan biri "nakavt" organizmaların yaratılmasına izin verir.

Bu genetik olarak değiştirilmiş organizmalar, ilgilenilen bir genin işlevini açıklamayı mümkün kılar.

Nakavtların yaratılması için kullanılan metodolojilerden biri, orijinal genin değiştirilmiş veya "hasarlı" bir versiyonla değiştirilmesiyle spesifik genin ekspresyonunun bastırılmasından oluşur. Gen, homolog rekombinasyon yoluyla mutasyona uğramış versiyonla değiştirilir.

Diğer rekombinasyon türleri

Homolog veya meşru rekombinasyonun yanı sıra, başka tür genetik materyal değişimi de vardır.

Materyal değiştiren DNA bölgeleri alelik olmadığında (homolog kromozomlar) sonuç, genlerin kopyalanması veya azalmasıdır. Bu işlem, homolog olmayan rekombinasyon veya eşit olmayan rekombinasyon olarak bilinir.

Birlikte, genetik materyal aynı kromozom üzerindeki kardeş kromatitler arasında da değiştirilebilir. Bu süreç hem miyotik hem de mitotik bölümde meydana gelir ve buna eşit olmayan değişim denir.

Referanslar

1. Baker, TA, Watson, JD ve Bell, SP (2003). Genin moleküler biyolojisi. Benjamin-Cummings Yayıncılık Şirketi.
2. Devlin, TM (2004). Biyokimya: klinik uygulamaları olan ders kitabı. Tersine döndüm.
3. Jasin, M. ve Rothstein, R. (2013). Homolog rekombinasyonla iplik kopuşlarının onarımı. Cold Spring Harbor perspektifleri biyolojide, 5 (11), a012740.
4. Li, X. ve Heyer, WD (2008). DNA onarımında homolog rekombinasyon ve DNA hasar toleransı. Hücre araştırması, 18 (1), 99-113.
5. Murray, PR, Rosenthal, KS ve Pfaller, MA (2017). Tıbbi mikrobiyoloji. Elsevier Sağlık Bilimleri.
6. Nussbaum, RL, McInnes, RR ve Willard, HF (2015). Thompson & Thompson genetik tıpta e-kitabı. Elsevier Sağlık Bilimleri.
7. Virgili, RO ve Taboada, JMV (2006). İnsan genomu: araştırma, teşhis ve tedavide yeni gelişmeler. Editions Universitat Barcelona.