Migracja oddziałów

Diagram ilustrujący ruch punktu rozgałęzienia między dwoma homologicznymi fragmentami DNA. Migracja przemieszcza się w lewo i zatrzymuje się, gdy dociera do końca regionu homologicznego. Drugi punkt rozgałęzienia po prawej stronie również może swobodnie poruszać się w dowolnym kierunku.

Migracja rozgałęzień to proces, w którym pary zasad na homologicznych niciach DNA są kolejno wymieniane w złączu Hollidaya , przesuwając punkt rozgałęzienia w górę lub w dół sekwencji DNA. Migracja gałęzi jest drugim etapem rekombinacji genetycznej , następującym po wymianie dwóch pojedynczych nici DNA między dwoma homologicznymi chromosomami. Proces jest losowy, a punkt rozgałęzienia może być przesunięty w dowolnym kierunku na nici, wpływając na stopień wymiany materiału genetycznego. Migrację gałęzi można również zaobserwować w i replikacji DNA , podczas wypełniania luk w sekwencji. Można to również zobaczyć, gdy obcy fragment DNA atakuje nić.

Mechanizm

Mechanizm migracji gałęzi różni się u prokariotów i eukariontów .

Prokarionty

Otwarta struktura X skrzyżowania Holliday. RuvA wiąże się z DNA i wpasowuje się pomiędzy podwójne nici ze wszystkich czterech stron. RuvA ma również domenę, która mieści się w środku skrzyżowania.

Mechanizm migracji gałęzi prokariotycznych był wielokrotnie badany w Escherichia coli . W E. coli białka RuvA i RuvB łączą się i tworzą kompleks, który ułatwia ten proces na wiele sposobów. RuvA jest tetramerem i wiąże się z DNA na złączu Hollidaya, gdy jest w otwartej formie X. Białko wiąże się w taki sposób, że DNA wchodzące/wychodzące z połączenia może nadal swobodnie się obracać i przesuwać. RuvA ma domenę z kwaśnymi aminokwasowymi , które kolidują z parami zasad w środku połączenia. To rozdziela pary zasad, aby mogły ponownie połączyć się z parami zasad na homologicznych niciach.

Aby nastąpiła migracja, RuvA musi być powiązany z RuvB i ATP . RuvB ma zdolność hydrolizy ATP, napędzając ruch punktu rozgałęzienia. RuvB jest heksamerem o helikazy , a także wiąże DNA. Gdy ATP ulega hydrolizie, RuvB obraca zrekombinowane nici, jednocześnie wyciągając je ze złącza, ale nie rozdziela nici tak, jak zrobiłaby to helikaza.

Ostatni etap migracji rozgałęzień nazywa się rozdzielczością i wymaga białka RuvC . Białko jest dimerem i będzie wiązać się ze złączem Hollidaya, gdy przybierze postać ułożonego X. Białko ma endonukleazy i rozszczepia nici dokładnie w tym samym czasie. Rozszczepienie jest symetryczne i daje dwie zrekombinowane cząsteczki DNA z przerwami jednoniciowymi.

eukarionty

Mechanizm eukariotyczny jest znacznie bardziej złożony i obejmuje różne i dodatkowe białka, ale podąża tą samą ogólną ścieżką. Doniesiono, że Rad54 , wysoce konserwatywne białko eukariotyczne, oligomeryzuje na złączach Hollidaya , aby promować migrację rozgałęzień.

Archeony

Helikaza (oznaczona jako Saci-0814) wyizolowana z termofilnego crenarchaeonu Sulfolobus acidocaldarius zdysocjowała struktury połączeń Hollidaya DNA i wykazała aktywność migracji rozgałęzień in vitro . W S. acidocaldarius z delecją Saci-0814, częstotliwość rekombinacji homologicznej była pięciokrotnie zmniejszona w porównaniu ze szczepem rodzicielskim, co wskazuje, że Saci-0814 bierze udział w rekombinacji homologicznej in vivo . Na podstawie tych dowodów wydaje się, że Saci-0814 jest wykorzystywana w rekombinacji homologicznej w S. acidocaldarius i działa jako helikaza migracji rozgałęzień. Wydaje się, że rekombinacja homologiczna jest ważną adaptacją hipertermofili, takich jak S. acidocaldarius , do skutecznej naprawy uszkodzeń DNA. Helicase Saci-0814 jest klasyfikowany jako aLhr1 (związany z długą helikazą archeonów 1) w helikazach nadrodziny 2, a jego homologi są konserwowane wśród archeonów.

Kontrola

Złącze Hollidaya przekształca się między otwartą strukturą X (na górze) a strukturą spiętrzoną X (na dole) w zależności od stężenia Mg ²⁺ .

Szybkość migracji rozgałęzień zależy od ilości jonów dwuwartościowych , zwłaszcza jonów magnezu (Mg ²⁺ ), obecnych podczas rekombinacji. Jony określają, jaką strukturę przyjmie złącze Hollidaya, ponieważ odgrywają rolę stabilizującą. Kiedy jony są nieobecne, szkielety odpychają się od siebie, a połączenie przyjmuje otwartą strukturę X. W tych warunkach migracja jest optymalna, a złącze będzie mogło swobodnie poruszać się w górę iw dół pasm. Gdy jony są obecne, neutralizują ujemnie naładowany szkielet. Pozwala to pasmom zbliżyć się do siebie, a złącze przyjmuje ułożoną w stos strukturę X. To właśnie w tym stanie rozdzielczość będzie optymalna, umożliwiając RuvC związanie się ze złączem.