Information

At bryde et gen under rekombination

At bryde et gen under rekombination



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Jeg er lige begyndt at læse om rekombinationsfrekvenser af gener og relaterede ting, og kan ikke finde et svar på dette (muligvis naive) spørgsmål. Kan rekombination muligvis "dræbe" et gen?

For at være mere specifik, lad os sige, at et gen er placeret i position $x$ til $y$ på et eller andet kromosom. Så er vi så uheldige, at rekombination beslutter at afskære kromosomet på stedet $x + (y - x)/2$, lige i midten af ​​genet. Så begge halvdele vil blive rekombineret med de andre halvdele af genet på det homologe kromosom. Hvis allelen på dette kromosom var anderledes, kunne det så resultere i at begge alleler af genet blev ødelagt? Er der noget, der forhindrer dette?


Ja, du kunne forestille dig en situation, hvor to funktionelle alleler kunne producere en rekombinant, som var ikke-funktionel.

kromosom 1 har A og B i positionerne x og y - funktionel

kromosom 2 har C og D i positionerne x og y - funktionel

Rekombination mellem positioner x og y producerer A/D- og C/B-versioner af genet. Den ene eller begge af disse kan være ikke-funktionelle.

Intet forhindrer dette i at ske, men naturlig selektion vil virke på rekombinanterne.


Mekanismer for genkonvertering og homolog rekombination: dobbeltstrengsbrudsreparationsmodellen og den successive halv-overkrydsningsmodel

To mekanismer for genkonvertering og homolog rekombination blev diskuteret. (1) Dobbeltstrenget brudreparationsmodel. Et dobbeltstrengsbrud udvides til et mellemrum, som derefter repareres ved at kopiere en homolog sekvens. Genkonverteringen er ofte ledsaget af krydsning af de flankerende sekvenser. Vi opnåede bevis for denne model i Red pathway af bakteriofag lambda og RecE pathway af E. coli. (2) Den successive halve overkrydsningsmodel. Halv overkrydsning efterlader én rekombinant dupleks og én eller to ender ud af to forældreduplekser. De resulterende ender er til gengæld rekombinogene. Successive runder af den halve overkrydsningsmekanisme forklarer, hvorfor tilsyneladende plasmidgenkonvertering i RecF-vejen for E. coli ikke er ledsaget af overkrydsning. Denne model kan forklare kromosomal genkonvertering, hvis vi antager, at donoren først replikeres. Genkonvertering under skift af parringstype i gær, antigen variation i encellede mikroorganismer og kromosomal genkonvertering i somatiske pattedyrceller forklares af denne model. Det er vigtigt at skelne mellem disse to mekanismer for at forstå rekombination i gær- og pattedyrceller og også i dens anvendelse på genmålretning.


Mekanistisk syn og genetisk kontrol af DNA-rekombination under meiose

Meiotisk rekombination er afgørende for fertilitet og allel-shuffling. Kanoniske rekombinationsmodeller formår ikke at fange den observerede kompleksitet af meiotiske rekombinanter. Her viser vi ved at kombinere genomomfattende meiotiske heterodupleks DNA-mønstre med meiotiske DNA-dobbeltstrengsbrud (DSB)-steder, at en del af denne kompleksitet skyldes hyppig skabelonskift under synteseafhængig streng-annealing, der giver ikke-krydsninger og fra grenmigrering af dobbelt Holliday junction (dHJ)-holdige mellemprodukter, der hovedsageligt giver crossovers. Denne kompleksitet skyldes også asymmetrisk positionering af crossover-mellemprodukter i forhold til de initierende DSB- og Msh2-uafhængige konverteringer fremmet af den formodede dHJ-resolvase Mlh1-3 samt Exo1 og Sgs1. Endelig viser vi, at dHJ-opløsning er forspændt mod spaltning af parret af strenge, der indeholder nyligt syntetiseret DNA nær krydsene, og at denne skævhed kan afkobles fra den crossover-forspændte dHJ-opløsning. Disse egenskaber er sandsynligvis bevaret i eukaryoter, der indeholder ZMM-proteiner, som omfatter pattedyr.

Nøgleord: Holliday junction crossover gen konvertering heteroduplex DNA homolog rekombination meiose mismatch reparation noncrossover resolvase struktur specifik nuklease.


Mekanismer for reparation af dobbeltstrengsbrud under genmålretning i pattedyrceller.

I den foreliggende undersøgelse blev mekanismen for dobbeltstrengsbrud (DSB) reparation under genmålretning på det kromosomale immunoglobulin mu-locus i et murint hybridom undersøgt. Gen-targeting assayet anvendte specialdesignede insertionsvektorer, der er genetisk markeret i området for homologi med det kromosomale mu-locus ved hjælp af seks diagnostiske restriktionsenzymmarkører. Restriktionsenzymmarkørerne gjorde det muligt at bestemme bidraget af vektorbårne og kromosomale mu-sekvenser i det rekombinante produkt. Brugen af ​​insertionsvektorerne i forbindelse med en udpladningsprocedure, hvor individuelle integrative homologe rekombinationshændelser blev bibeholdt til analyse afslørede flere vigtige træk ved pattedyrs DSB-reparationsprocessen: Tilstedeværelsen af ​​markørerne i regionen med delt homologi påvirkede ikke effektiviteten af genmålretning. I størstedelen af ​​rekombinanter var den vektorbårne markør proksimalt for DSB fraværende, idet den blev erstattet med det tilsvarende kromosomale restriktionsenzymsted. Dette resultat er i overensstemmelse med enten dannelse og reparation af et vektorbåren hul eller en "ende"-bias i fejlparringsreparation af heteroduplex DNA (hDNA), der favoriserede den kromosomale sekvens. Dannelse af hDNA var ofte forbundet med genmålretning og begyndte i de fleste tilfælde ca. 645 bp fra DSB og kunne omfatte en afstand på mindst 1469 bp. hDNA'et blev effektivt repareret før DNA-replikation. Reparationen af ​​tilstødende mismatches i hDNA forekom overvejende på den samme streng, hvilket tyder på involvering af en langvarig reparationsmekanisme.


Rekombination

Vores redaktører vil gennemgå det, du har indsendt, og afgøre, om artiklen skal revideres.

Rekombination, i genetik, primær mekanisme, gennem hvilken variation introduceres i populationer. Rekombination finder sted under meiose, når moder- og fadergener omgrupperes i dannelsen af ​​kønsceller (kønsceller). Rekombination forekommer tilfældigt i naturen som en normal begivenhed af meiose og forstærkes af fænomenet overkrydsning, hvor gensekvenser kaldet koblingsgrupper afbrydes, hvilket resulterer i en udveksling af segmenter mellem parrede kromosomer, der gennemgår adskillelse. Selvom en normal dattercelle produceret i meiose altid modtager halvdelen af ​​det genetiske materiale indeholdt i modercellen (dvs. er haploid), virker rekombination for at sikre konstant variabilitet: ingen to datterceller er identiske, og ingen er identiske i genetisk indhold til forældrecellen.

Laboratorieundersøgelser af rekombination har bidraget væsentligt til forståelsen af ​​genetiske mekanismer, hvilket gør det muligt for forskere at kortlægge kromosomer, identificere koblingsgrupper, isolere årsagerne til visse genetiske anomalier og manipulere selve rekombinationen ved transplantation af gener fra et kromosom til et andet. På grund af dets potentiale for at skabe nye - og muligvis patogene - organismer, kan eksperimentel rekombination have potentielt negative konsekvenser for menneskers sundhed og miljøets sundhed. Genereringen af ​​proprietære organismer, såsom sygdomsresistente planter, der kun er tilgængelige fra en enkelt producent, har yderligere rejst etiske spørgsmål for forskellige industrier, især inden for landbrugsområdet.

The Editors of Encyclopaedia Britannica Denne artikel er senest revideret og opdateret af Kara Rogers, Senior Editor.


Dmc1-medieret strenginvasion og DNA-strengudveksling

Hvorimod in vivo undersøgelser har afsløret den uundværlige rolle af Dmc1-proteinet i meiotisk rekombination, den biokemiske virkningsmekanisme af Dmc1 er bedre undersøgt ved hjælp af oprensede systemer in vitro. I betragtning af dets homologi med RecA og Rad51 blev Dmc1 forudsagt at udvise kendetegnene for de reaktioner, hvorved RecA-familiemedlemmer fremmer genkendelsen af ​​homologi mellem ssDNA og en dupleks DNA-skabelon for at fremme dannelsen af ​​ledmolekyler (fig. 2) [23] . Banebrydende arbejde, ved hjælp af oprensede humane og museproteiner, beskrev væsentlige strukturelle egenskaber [24] og enzymatiske aktiviteter af Dmc1 [25, 26]. Oprenset rekombinant enzym havde en DNA-afhængig ATPase-aktivitet, binder fortrinsvis til ssDNA og katalyserer dannelsen af ​​D-løkker i superhelix-DNA (strenginvasion).


Rekombinationel reparation

Under både mitose og meiose kan DNA-skader forårsaget af en række eksogene midler (fx UV-lys, røntgenstråler, kemiske tværbindingsmidler) repareres ved homolog rekombinationel reparation (HRR). [4] Disse fund tyder på, at DNA-skader som følge af naturlige processer, såsom eksponering for reaktive oxygenarter, der er biprodukter af normal metabolisme, også repareres af HRR. Hos mennesker og gnavere forårsager mangler i de genprodukter, der er nødvendige for HRR under meiose, infertilitet. [4] Hos mennesker øger mangler i genprodukter, der er nødvendige for HRR, såsom BRCA1 og BRCA2, risikoen for kræft (se DNA-reparationsmangelforstyrrelse).

I bakterier er transformation en genoverførselsproces, der normalt finder sted mellem individuelle celler af den samme bakterieart. Transformation involverer integration af donor-DNA i modtagerkromosomet ved rekombination. Denne proces ser ud til at være en tilpasning til reparation af DNA-skader i modtagerkromosomet ved hjælp af HRR. [5] Transformation kan give en fordel for patogene bakterier ved at tillade reparation af DNA-skader, især skader, der opstår i det inflammatoriske, oxiderende miljø forbundet med infektion af en vært.

Når to eller flere vira, som hver indeholder dødelige genomiske skader, inficerer den samme værtscelle, kan virusgenomerne ofte parre sig med hinanden og gennemgå HRR for at producere levedygtigt afkom. Denne proces, kaldet multiplicitetsreaktivering, er blevet undersøgt i bakteriofager T4 og lambda, [6] såvel som i flere patogene vira. I tilfælde af patogene vira kan multiplicitetsreaktivering være en adaptiv fordel for virussen, da den tillader reparation af DNA-skader forårsaget af eksponering for det oxiderende miljø produceret under værtsinfektion. [5]


Hvad er rekombination

Rekombination refererer til udveksling af DNA-strenge, der producerer nye nukleotidomlejringer. Det forekommer mellem regioner med lignende nukleotidsekvenser ved at bryde og genforene DNA-segmenter. Rekombination er en naturlig proces, der reguleres af forskellige enzymer og proteiner. Genetisk rekombination er vigtig for at opretholde genetisk integritet og generere genetisk diversitet. De tre typer af rekombination er homolog rekombination, stedspecifik rekombination og transposition. Både stedsspecifik rekombination og transposition kan betragtes som ikke-kromosomal rekombination, hvor der ikke sker udveksling af DNA-sekvenser.

Homolog rekombination

Homolog rekombination er ansvarlig for den meiotiske overkrydsning såvel som integrationen af ​​overført DNA i gær- og bakteriegenomer. Det er beskrevet af Feriemodel. Det forekommer mellem identiske eller næsten identiske sekvenser af to forskellige DNA-molekyler, der kan dele homologi i et begrænset område. Den homologe rekombination under meiose er vist i figur 4.

Figur 4: Kromosomal krydsning

Stedspecifik rekombination

Den stedspecifikke rekombination forekommer mellem DNA-molekyler med meget korte homologe sekvenser. Det er involveret i integrationen af ​​DNA'et fra bakteriofagen λ (λ DNA) under dens infektionscyklus i E coli genom.

Omrokering

Transposition er en proces, der bruges ved rekombination til at overføre DNA-segmenter mellem genomer. Under transposition er transposonerne eller de mobile DNA-elementer flankeret af et par korte direkte gentagelser, hvilket letter integrationen i det andet genom gennem rekombination.

Rekombinaser er klassen af ​​enzymer, der katalyserer den genetiske rekombination. Rekombinasen, RecA findes i E coli. I bakterier sker rekombination gennem mitose og overførsel af genetisk materiale mellem deres organismer. I archaea findes RadA som rekombinase-enzymet, som er en ortolog af RecA. I gær findes RAD51 som en rekombinase, og DMC1 findes som en specifik meiotisk rekombinase.


BrainMass-løsninger tilgængelige til øjeblikkelig download

Chimpanser og menneskers taksonomiske klassifikation

Mennesker tilhører slægten Homo og chimpanser til slægten Pan, men undersøgelser af primatgener viser, at chimpanser og mennesker er tættere beslægtet med hinanden, end de hver især er til noget andet dyr. I lyset af dette resultat foreslår nogle forskere, at chimpanser bør omdøbes til medlemmer af slægten Homo. Diskuter ved l

Analyse af genetisk sygdom gennem flere generationer

I denne SLP har du til opgave at analysere overførslen af ​​en genetisk sygdom gennem flere generationer. Hanner er angivet med firkant, hunner med cirkler. Personer med sygdommen er farvet ensfarvet sort. Spekulere på det genetiske grundlag, som denne sygdom er nedarvet. Hvis nogen kendte bærere (dem, der bærer genet,

Rekombinationsfrekvenser

Dette spørgsmål involverer Drosophila. Bestil og angiv kortafstanden for disse tre loci involveret i dette spørgsmål: vingeløs (w) benløs (l) buggy (b) Fænotyperne angivet ovenfor er recessive. En krydsning mellem en vildtype hun og en han, der udtrykker alle de ovennævnte recessive fænotyper, giver følgende afkom:

Rekombinant DNA-teknologi

Teorien om rekombinant DNA-teknologi blev forbedret og brugt i videnskabelig forskning og har nu praktiske medicinske anvendelser i genterapi. Inden for de sidste to årtier er der sket store fremskridt i behandlingen af ​​genetiske sygdomme, som man engang troede var uhelbredelige. Diskuter en aktuel artikel, hvor rekombinant DNA-teknologi

Blue Skin Allel

Udtænk to forskellige scenarier, der ville øge hyppigheden af ​​den blå hud-allel: den ene skal være for en homozygot tilstand, den anden en heterozygot tilstand. For et eksempel fra den virkelige verden, gennemgå oplysningerne om seglcelleanæmi og malaria. Homozygot: Heterozygot:

Prokaryot genetisk rekombination og typer af operoner

Diskuter de to forskellige typer operoner, der findes i bakterielle genomer (inducerbare operoner og repressible operoner), og beskriv hvordan de virker. Beskriv derefter følgende tre forskellige former for prokaryot genetisk rekombination: konjugation, transformation og transduktion. Angiv, hvordan rekombination kan være uheldig

Alleler i farvede planter

Pink snapdragons er heterzgote for en rød og hvid allel, de er lyserøde, fordi begge alleler udviser ufuldstændig dominans. hvis en læst og en hvid snapdragon krydses, kan vi forvente, at deres afkom er: a. 25% rød, 50% pink, 25% hvid b. 50% rød, 50% hvid c. 75% pink, 25% hvid d. 100% pink

Hvilken slags udvælgelse er demonstreret i dette eksempel

Se venligst vedhæftede fil for fuldstændig problembeskrivelse. Hvilken slags udvælgelse er demonstreret i dette eksempel? Er ligevægtspunktet under denne type udvælgelse stabilt eller ustabilt? Hvad er den langsigtede skæbne for A og a alleler i denne population?

Sådan beregnes rekombinationsfrekvens

Beregn rekombinationsfrekvensen mellem RC4-124 og RC-280 baseret på ovenstående tal.

12.000 F2 (304 originale F2) 134 individer med ss ved den ene markør og ns ved den anden markør. blev dyrket for fænotype. Så er det vedhæftede dokument, nederst i første side kolonne 2, nogle oplysninger, der kan hjælpe.

Beregn den relative egnethed af genotypisk konstitution og deres hyppighed efter en generation

1. En population af ørkenrotter har tre farvemorfer, farven bestemmes af et enkelt locus. BB er SORT, Bb er BRUN, bb er gul. Sort har 25 % chance for at overleve til voksenalderen, og har 10 afkom som voksen Brun har 50 % chance for at overleve til voksenalderen, og har 5 afkom som voksen Gul har 25 % chance for

Dominante og recessive alleler i en population kan beregnes ved at bruge Hardyweinberg-loven.

1. Forestil dig en befolkning på 10.000 mennesker, der bor på en isoleret ø. Hver generation fødes i gennemsnit ét individ med cystisk fibrose, en dødelig genetisk sygdom forårsaget af en recessiv allel (dvs. individer med tilstanden er cc, CC-individer er upåvirkede, men bærer allelen) Hvad er frekvenserne o

Arbejde med gener, mutationer og rekombination

Seks mutanter i rII-regionen af ​​fag T4 blev isoleret uafhængigt. Rekombination for at producere vildtype-afkom fandt sted mellem alle disse mutanter. Parvise multiple infektioner af E. coli stamme K12 blev lavet med resultaterne vist nedenfor. (Antallet af fagpartikler anvendt i hver multipel infektion var ca. sa

Rekombination i bakterier

En bestemt Hfr-stamme transmitterer normalt pro+-markøren som den sidste under konjugation. I en krydsning af denne stamme med en F-stamme genvindes nogle pro+ rekombinanter tidligt i parringsprocessen. Når disse pro+-celler blandes med F-celler, omdannes størstedelen af ​​disse til pro+-celler, der også bærer

Forståelse af rekombination i bakterier og i vira, der inficerer bakterier.

Der laves kryds mellem Hfr met+ thi+ pur+ X F- met- thi- pur-. Afbrudte parringsundersøgelser viser, at met+ kommer sidst ind i modtageren, så met+ exkonjuganter udvælges på medium, der kun indeholder thi og pur. Disse exkonjuganter testes for tilstedeværelsen af ​​thi+ og pur+. Følgende antal individer findes med ea

Rekombination i bakterier og i vira, der inficerer bakterier

I E. coli donerer fire Hfr-stammer de viste markører i den angivne rækkefølge: stamme 1---Q---W---D---M---T stamme 2---A---X- --P---T---M stamme 3---B---N---C---A---X stamme 4---B---Q---W--- D---M Alle disse Hfr-stammer er afledt af den samme F+-stamme. Hvad er rækkefølgen af ​​disse markører på det cirkulære kromosom af

Rekombination i bakterier og i vira, der inficerer bakterier.

Fire E. coli-stammer af genotype a+ b- er mærket 1,2,3 og 4. Fire stammer af genotype a-b+ er mærket 5,6,7 og 8. De to genotyper blandes i alle mulige kombinationer og (efter inkubation) udpladet for at bestemme frekvensen af ​​a+b+-rekombinanter. Følgende resultater blev opnået, hvor M = mange rekombinanter, L =


DNA: Replikation, rekombination og reparation

Deoxyribonukleinsyre (DNA) er et makromolekyle, der bærer genetisk information fra generation til generation. Det er ansvarligt for at bevare artens identitet over millioner af år. DNA kan betragtes som en reservebank af genetisk information eller en hukommelsesbank.

En enkelt pattedyrsfostercelle indeholder kun nogle få pikogram (10-12 g) DNA. Det er overraskende, at denne lille mængde DNA gemmer information, der bestemmer differentieringen og hver funktion af et voksent dyr.

Hvorfor udviklede DNA sig som genetisk materiale?

RNA-molekyler kan i princippet udføre de cellulære funktioner, der udføres af DNA. Faktisk indeholder mange vira RNA som arvemateriale. Kemisk er DNA mere stabilt end RNA. Derfor foretrækkes DNA i løbet af evolutionen som et mere egnet molekyle til langsigtet opbevaring af genetisk information.

Livets centrale dogme:

Den biologiske information strømmer fra DNA til RNA og derfra til proteiner. Dette er livets centrale dogme (fig. 3.1). Det er i sidste ende DNA'et, der kontrollerer enhver funktion af cellen gennem proteinsyntese.

Som bærer af genetisk information skal DNA i en celle duplikeres (replikeres), vedligeholdes og videregives nøjagtigt til dattercellerne. Tre forskellige processer er designet til dette formål. De ‘tre Rs’ af DNA-replikation, rekombination og reparation. Der er visse fællestræk mellem de tre R'er.

I. De virker på det samme substrat (DNA).

II. De beskæftiger sig primært med fremstilling og brydning af phosphodiesterbindinger (rygraden i DNA-strukturen).

III. Enzymer brugt i de tre processer er for det meste ens/sammenlignelige.

Replikation af DNA:

DNA er det genetiske materiale. Når cellen deler sig, modtager dattercellerne en identisk kopi af genetisk information fra forældrecellen. Replikation er en proces, hvor DNA kopierer sig selv for at producere identiske dattermolekyler af DNA. Replikation udføres med høj troskab, hvilket er afgørende for artens overlevelse.

Syntese af et nyt DNA-molekyle er en kompleks proces, der involverer en række trin. De fremtrædende træk ved replikation i prokaryoter beskrives først. Dette efterfølges af nogle nyere oplysninger om den eukaryote replikation.

Replikation i prokaryoter:

Replikation er semikonservativ:

Forælder-DNA'et har to strenge, der er komplementære og shytære til hinanden. Begge strenge gennemgår samtidig replikation for at producere to dattermolekyler. Hver af de nysyntetiserede DNA har halvdelen af ​​forældre-DNA'et (en streng fra originalen) og halvdelen af ​​nyt DNA (fig. 3.2).

Denne type replikation er kendt som semikonservativ, da halvdelen af ​​det oprindelige DNA er konserveret i datter-DNA'et. Det første eksperimentelle bevis for den semikonservative DNA-replikation blev leveret af Meselson og Stahl (1958).

Påbegyndelse af replikation:

Starten af ​​DNA-syntese sker på et sted kaldet replikationsorigin. I tilfælde af prokaryoter er der et enkelt sted, mens der i eukaryoter er flere oprindelsessteder. Disse steder består for det meste af en kort sekvens af A-T-basepar. Et specifikt protein kaldet dna A (20-50 monomerer) binder sig til oprindelsesstedet for replikation. Dette får det dobbeltstrengede DNA til at adskilles.

Replikationsbobler:

De to komplementære DNA-strenge adskilles på replikationsstedet for at danne en boble. Der dannes flere replikationsbobler i eukaryote DNA-molekyler, hvilket er essentielt for en hurtig replikationsproces (fig. 3.3).

Til syntesen af ​​nyt DNA kræves et kort fragment af RNA (ca. 5-50 nukleotider, variabel med arter) som en primer. Denne primer syntetiseres på DNA-skabelonen af ​​en specifik RNA-polymerase kaldet primase. En konstant syntese og forsyning af RNA-primere bør forekomme på den efterslæbende DNA-streng. Dette er i modsætning til den ledende streng, som har næsten en enkelt RNA-primer.

DNA-syntese er semi-diskontinuerlig og tovejs:

Replikationen af ​​DNA sker i 5′ til 3′ retninger, samtidigt, på begge DNA-strengene. På den ene streng, den førende (kontinuerlige eller forreste) streng - DNA-syntesen er kontinuerlig. På den anden streng, den haltende (diskontinuerlige eller retrograde) streng - syntesen af ​​DNA er diskontinuerlig. Korte stykker DNA (15-250 nukleotider) produceres på den lagging streng. I replikationsboblen sker DNA-syntesen i begge retninger (tovejs) fra oprindelsespunktet.

Replikationsgaffel og DNA-syntese:

Adskillelsen af ​​de to strenge af moder-DNA resulterer i dannelsen af ​​en replikationsgaffel. Den aktive syntese af DNA sker i denne region. Replikationsgaflen bevæger sig langs moder-DNA'et, mens datter-DNA-molekylerne syntetiseres.

DNA-helikaser:

Disse enzymer binder til begge DNA-strengene ved replikationsgaffelen. Helikaser bevæger sig langs DNA-spiralen og adskiller strengene. Deres funktion kan sammenlignes med en lynlåsåbner. Helikaser er afhængige af ATP til energiforsyning.

Enkeltstrengede DNA-bindende (SSB) proteiner:

Disse er også kendt som DNA-helix-destabiliserende proteiner. De har ingen enzymaktivitet. SSB-proteiner binder kun til enkeltstrenget DNA (separeret af helicaser), holder de to strenge adskilt og giver skabelonen for ny DNA-syntese. Det antages, at SSB-proteiner også beskytter den enkeltstrengede DNA-nedbrydning af nukleaser.

DNA-syntese katalyseret af DNA-polymerase III:

Syntesen af ​​en ny DNA-streng, katalyseret af DNA-polymerase III, sker i 5’—>3′ retning. Dette er antiparallel til den overordnede template DNA-streng. Tilstedeværelsen af ​​alle de fire de-oxyribo-nukleosidtriphosphater (dATP, dGTP, dCTP og dTTP) er en væsentlig forudsætning for, at replikation kan finde sted.

Syntesen af ​​to nye DNA-strenge foregår samtidigt i den modsatte retning - den ene er i en retning (5’→3′) mod replikationsgaffelen, som er kontinuert, den anden i en retning (5’→3& #8242) væk fra replikationsgaffelen, som er diskontinuerlig (fig. 3.4).

De indkommende deoxyribonukleotider tilføjes efter hinanden til 3′-enden af ​​den voksende DNA-kæde (fig. 3.5). Et molekyle af pyrophosphat (PPi) fjernes ved tilsætning af hvert nukleotid. Template-DNA-strengen (forælderen) bestemmer basesekvensen af ​​det nyligt syntetiserede komplementære DNA.

Polaritetsproblem:

DNA-strengen (førende streng) med dens 3′-ende (3′-OH) orienteret mod gaflen kan forlænges ved sekventiel tilføjelse af nye nukleotider. Den anden DNA-streng (laggende streng) med 5′-enden giver et eller andet problem, da der ikke er noget DNA-polymeraseenzym (i nogen organisme), der kan katalysere tilføjelsen af ​​nukleotider til 5′-enden (dvs. 3’→5& #8242 retning) af den voksende kæde. Dette problem løses imidlertid ved at syntetisere denne streng som en række små fragmenter. Disse stykker er lavet i den normale 5’→3′ retning og senere sat sammen.

De små fragmenter af det diskontinuerligt syntetiserede DNA kaldes Okazaki-stykker. Disse produceres på den efterslæbende streng af moder-DNA'et. Okazaki-stykker forbindes senere for at danne en kontinuerlig DNA-streng. DNA-polymerase I og DNA-ligase er ansvarlige for denne proces (detaljer givet senere).

Korrekturlæsningsfunktion af DNA-polymerase III:

Replikationstroskab er det vigtigste for selve eksistensen af ​​en organisme. Udover sin 5’→3′ rettede katalytiske funktion har DNA-polymerase III også en korrekturlæsningsaktivitet. Den kontrollerer de indkommende nukleotider og tillader kun de korrekt matchede baser (dvs. komplementære baser) at blive tilføjet til den voksende DNA-streng. Yderligere redigerer DNA-polymerase sine fejl (hvis nogen) og fjerner de forkert placerede nukleotidbaser.

Udskiftning af RNA-primer med DNA:

Syntesen af ​​ny DNA-streng fortsætter, indtil den er i umiddelbar nærhed af RNA-primeren. Nu kommer DNA-polymerasen I ind i billedet. Det fjerner RNA-primeren og indtager dens position. DNA-polymerase I katalyserer syntesen (5’→3′ retning) af et fragment af DNA, der erstatter RNA-primer (fig. 3.6).

Enzymet DNA-ligase katalyserer dannelsen af ​​en phosphodiester-binding mellem DNA'et syntetiseret af DNA-polymerase III og de små fragmenter af DNA produceret af DNA-polymerase I. Denne proces - nick-forsegling - kræver energi, leveret af nedbrydningen af ​​ATP til AMP og PPi . Et andet enzym - DNA-polymerase II - er blevet isoleret. Det deltager i DNA-reparationsprocessen.

Supercoils og DNA topoisomeraser:

Efterhånden som den dobbelte helix af DNA adskilles fra den ene side, og replikationen fortsætter, dannes der supercoils på den anden side. Dannelsen af ​​superspoler kan bedre forstås ved at sammenligne DNA-helix med to snoede reb bundet i den ene ende. Hold rebene i den bundne ende i en fast position. Og lad din ven trække rebene fra den anden side. Dannelsen af ​​supercoils observeres tydeligt.

Problemet med supercoils, der kommer i vejen for DNA-replikation, løses af en gruppe enzymer kaldet DNA-topoisomeraser. Type I DNA-topoisomerase skærer den enkelte DNA-streng (nukleaseaktivitet) for at overvinde problemet med supercoils og forsegler derefter strengen (ligaseaktivitet). Type II DNA-topoisomerase (også kendt som DNA-gyrase) skærer begge strenge og forsegler dem igen for at overvinde problemet med supercoils.

Replikation i eukaryoter:

Replikation af DNA i eukaryoter minder meget om prokaryoter. Der er dog visse forskelle. Flere replikationsstartsteder er et karakteristisk træk ved eukaryote celler. Yderligere er mindst fem forskellige DNA-polymeraser kendt i eukaryoter.

Græske bogstaver bruges til at nummerere disse enzymer:

1. DNA-polymerase a er ansvarlig for syntesen af ​​RNA-primer for både de ledende og efterliggende DNA-strenge.

2. DNA-polymerase p er involveret i reparationen af ​​DNA. Dens funktion er sammenlignelig med DNA-polymerase I fundet i prokaryoter.

3. DNA-polymerase y dette enzym deltager i replikationen af ​​mitokondrielt DNA.

4. DNA-polymerase 5 er ansvarlig for replikationen på den ledende DNA-streng. Det besidder også korrekturlæsningsaktivitet.

5. DNA-polymerase e er involveret i DNA-syntese på den lagging streng og korrekturlæsningsfunktion.

Forskellene i DNA-replikationen mellem bakterier og humane celler, som tilskrives enzymerne, bruges med succes i antibakteriel terapi for at målrette patogen (bakteriel) replikation og skåne værtscellerne (menneskelige).

Replikationsproces i eukaryoter:

Replikationen på den førende (kontinuerlige) del af DNA er ret enkel, der involverer DNA-polymerase δ og en glidende klemme kaldet prolifererende cellekerneantigen (PCNA). PCNA er så navngivet, da det først blev påvist som et antigen i kernerne i replikerende celler. PCNA danner en ring omkring DNA, som DNA-polymerase S binder til. Dannelse af denne ring kræver også en anden faktor, nemlig replikationsfaktor C (RFC).

Replikationen på den haltende (diskontinuerlige) streng i eukaryoter er mere kompleks sammenlignet med prokaryoter eller endda den førende streng af eukaryoter. Dette er afbildet i fig. 3.7 og kort beskrevet nedenfor.

De parentale strenge af DNA er adskilt af enzymet helicase. Et enkeltstrenget DNA-bindende protein kaldet replikationsprotein A (RPA) binder til den blotlagte enkeltstrengede skabelon. Denne streng er blevet åbnet af replikationsgaffelen (et tidligere dannet Okazaki-fragment med en RNA-primer er også vist i fig. 3.4).

Enzymet primase danner et kompleks med DNA-polymerase α, som initierer syntesen af ​​Okazaki-fragmenter. Primaseaktiviteten af ​​pol a-primasekompleks er i stand til at producere 10-bp RNA-primer. Enzymaktiviteten skiftes derefter fra primase til DNA-polymerase α, som forlænger primeren ved tilsætning af 20-30 deoxyribonukleotider. Ved virkningen af ​​pol a-primasekompleks dannes der således en kort strækning af DNA bundet til RNA. Og nu adskiller komplekset sig fra DNA'et.

Det næste trin er bindingen af ​​replikationsfaktor C (RFC) til den aflange primer (kort RNA-DNA). RFC fungerer som en clamp loader og katalyserer samlingen af ​​prolifererende celle nuclear antigen (PCNA) molekyler. DNA-polymerasen 8 binder til glideklemmen og forlænger Okazaki-fragmentet til en endelig længde på ca. 150-200 bp. Ved denne forlængelse nærmer replikationskomplekset sig RNA-primeren fra det tidligere Okazaki-fragment.

RNA-primer-fjernelsen udføres af et par enzymer, nemlig RNase H og flap-endonuclease I (FEND. Dette hul dannet ved RNA-fjernelse udfyldes ved fortsat forlængelse af det nye Okazaki-fragment (udført af polymerase 8, beskrevet ovenfor). lille hak, der er tilbage, forsegles endelig af DNA-ligase.

Eukaryotisk DNA er tæt bundet til histoner (basisproteiner) for at danne nukleosomer, som igen organiserer sig i kromosomer. I løbet af replikationen afslappes kromosomerne, og nukleosomerne løsnes. DNA-strengene adskilles for replikation, og de parentale histoner associeres med en af ​​de parentale strenge.

Efterhånden som syntesen af ​​ny DNA-streng skrider frem, produceres histoner også samtidigt på moderstrengen. Ved afslutningen af ​​replikationen, af de to døtres kromosomale DNA'er, der er dannet, indeholder den ene forældrehistoner, mens den anden har de nyligt syntetiserede histoner.

Inhibitors of DNA Replication:

Bacteria contain a specific type II topoisomerase namely gyrase. This enzyme cuts and reseals the circular DNA (of bacteria), and thus overcomes the problem of supercoils. Bacterial gyrase is inhibited by the antibiotics ciprofloxacin, novobiocin and nalidixic acid. These are widely used as antibacterial agents since they can effectively block the replication of DNA and multiplication of cells. These antibacterial agents have almost no effect on human enzymes.

Certain compounds that inhibit human topoisomerases are used as anticancer agents e.g. adriamycin, etoposide, doxorubicin. The nucleotide analogs that inhibit DNA replication are also used as anticancer drugs e.g. 6-mercaptopurine, 5-fluorouracil.

Cell Cycle and DNA Replication:

The cell cycle consists of four distinct phases in higher organisms—mitotic, G1, S and G2 phases (Fig. 3.8). When the cell is not growing, it exists in a dormant or un-dividing phase (G0). G1 phase is characterized by active protein synthesis.

Replication of DNA occurs only once in S-phase and the chromosomes get doubled i.e. diploid genome gets converted into tetraploid. The entire process of new DNA synthesis takes place in about 8-10 hours and a large number of DNA polymerases (500-1,000) are simultaneously involved in this process. It is believed that methylation of DNA serves as a marker to inhibit replication. G2 phase is characterized by enlargement of cytoplasm and this is followed by the actual cell division that occurs in the mitotic phase.

Cyclins and cell cycle:

Cyclins are a group of proteins that are closely associated with the transition of one phase of cell cycle to another, hence they are so named. The most important cyclins are cyclin A, B, D and E. The concentrations of cyclins increase or decrease during the course of cell cycle. These cyclins act on cyclin-dependent kinases (CDKs) that phosphorylate certain substances essential for the transition of one cycle to another.

Cyclins and cyclin-dependent kinases (CDK1, CDK2, CDK4, and CDK6) are intimately connected with the progression of cell cycle. For instance, cyclin D levels rise in late G1 phase which activate CDK4 and CDK6. This results in the assembly of nuclear proteins in a complex form in late G1 phase.

Cell cycle check points:

As depicted in Fig. 3.8, there occurs a continuous monitoring of the cell cycle with respect to DNA replication, chromosome segregation and integrity. If any damage to DNA is detected either in G1 or G2 phase of the cycle, or if there is a formation of defective spindle (i.e. incomplete chromosomal segregation), the cell cycle will not progress until appropriately corrected. If it is not possible to repair the damage done, the cells undergo apoptosis (programmed cell death).

Cancer and cell cycle:

Cancer represents an excessive division of cells. In cancer, a large quantity of cells are in mitosis and most of them in S-phase. Majority of the drugs used for cancer therapy are designed to block DNA replication or inhibit the enzymes that participate in replication (directly or indirectly). Methotrexate (inhibits dihydrofolate reductase) and 5-fluorouracil (inhibits thymidylate synthase) block nucleotide synthesis. In recent years, topoisomerase inhibitors are being used. They block the unwinding of parental DNA strands and prevent replication.

Telomeres and Telomerase:

There are certain difficulties in the replication of linear DNAs (or chromosomes) of eukaryotic cells. The leading strand of DNA can be completely synthesized to the very end of its template. This is not possible with the lagging strand, since the removal of the primer RNA leaves a small gap which cannot be filled (Fig. 3.9A).

Consequently, the daughter chromosomes will have shortened DNA molecules. This becomes significant after several cell cycles involving replication of chromosomes. The result is that over a period of time, the chromosomes may lose certain essential genes and the cell dies. This is however, avoided to a large extent.

Telomeres are the special structures that prevent the continuous loss of DNA at the end of the chromosomes during the course of replication. Thus, they protect the ends of the chromosomes, and are also responsible to prevent the chromosomes from fusing with each other. Telomeres are many repeat sequences of six nucleotides present at the ends of eukaryotic chromosomes. Human telomeres contain thousands of repeat TTACGC sequences, which can be up to a length of 1500 bp.

Role of telomerase:

Telomeres are maintained by the enzyme telomerase, also called as telomere terminal transferase. Telomerase is an unusual enzyme as it is composed of both protein and RNA. In case of humans, the RNA component is 450 nucleotides in length, and at the 5′-terminal and it contains the sequence 5′-CUAACCCUAAC-3′.

It may be noted that the central region of this sequence is complementary to the telomere repeat sequence 5′-TTAGGG-3′. The telomerase RNA sequence can be used as a template for extension of telomeres (Fig. 3.9B).

The telomerase RNA base pairs to the end of the DNA molecule with telomeres and extends to a small distance. Then translocation of telomerase occurs and a fresh extension of DNA takes place. This process of DNA synthesis and translocation is repeated several times until the chromosome gets sufficiently extended. The extension process gets completed through the participation of DNA polymerase and primase complex and sealing of the new DNA formed.

It may be noted here that as such the telomeres do not encode proteins. Hence, when extended by telomerase, they need not have to remain the same length, and some shortening will not pose any problem. During the course of repeated cell cycles, there occurs progressive shortening of telomeres, and this has to be prevented, which is appropriately carried out by telomerase.

Telomere in Senescence and Cancer:

Evidence is now forthcoming that telomerase is not active in all the mammalian cells. This is mainly because cells that have undergone differentiation no longer divide or divide only to a limited extent. Telomerase is highly active in the early embryo, and after birth it is active in the reproductive and stem cells.

Stem cells divide continuously throughout the lifetime of an organism to produce new cells. These cells in turn are responsible to tissues and organs in the functional state e.g. hematopoietic stem cells of bone marrow.

Many biologists link the process of telomere shortening with cell senescence (i.e. cell death). This is mainly based on the observations made in the in vitro mammalian cell cultures. However, some researchers question this relation between telomere shortening and senescence.

Cancerous cells are able to divide continuously. There is a strong evidence to suggest that the absence of senescence in cancer cells is linked to the activation of the enzyme telomerase. Thus, telomere length is maintained throughout multiple cell divisions. It is however, not clear whether telomerase activation is a cause or an effect of cancer.

There is however, evidence to suggest that telomerase activation is in fact the cause of certain cancers e.g. dyskeratosis congenita due to a mutation in the gene responsible for the RNA component of telomerase. The enzyme telomerase is an attractive target for cancer chemotherapy. The drugs have been designed to inactivate telomerase, and consequently induce senescence in the cancer cells. This in turn prevents the rapid cell proliferation.

Rekombination:

Recombination basically involves the exchange of genetic information. There are mainly two types of recombination’s.

1. Homologous recombination:

This is also called as general recombination, and occurs between identical or nearly identical chromosomes (DNA sequences). The best example is the recombination between the paternal and maternal chromosomal pairs (Fig. 3.10).

2. Non-homologous recombination:

This is regarded as illegitimate recombination and does not require any special homologous sequences. Transposition is a good example of non­-homologous recombination. Random integration of outside genes into mammalian chromosomes is another example.

Homolog rekombination:

It is a known fact that the chromosomes are not passed on intact from generation to generation. Instead, they are inherited from both the parents. This is possible due to homologous recombination. Three models have been put forth to explain homologous recombination’s.

iii. Double-strand break model.

Holliday model (proposed by Holliday in 1964) is the simplest among the homologous recombination models. It is depicted in Fig. 3.11

The two homologous chromosomes come closer, get properly aligned, and form single-strand breaks. This results in two aligned DNA duplexes. Now the strands of each duplex partly unwind and invade in the opposite direction to form a two strands cross between the DNA molecules.

There occurs simultaneous unwinding and rewinding of the duplexes in such a way that there is no net change in the amount of base pairing, but the position of crossover moves. This phenomenon referred to as branch migration, results in the formation of heteroduplex DNA.

The enzyme DNA ligase seals the nick. The two DNA duplexes (4 strands of DNA), joined by a single crossover point can rotate to create a four-standard Holliday junction. Now the DNA molecules are subjected to symmetrical cuts in either of the two directions, and the cut ends are resealed by ligase.

The DNA exchange is determined by the direction of the cuts, which could be horizontal or vertical. If the cross strands are cut horizontally (cut 1), the flanking genes (or markers, i.e. AB/ab) remain intact, and no recombination occurs. On the other hand, if the parental strands are cut vertically (cut 2), the flanking genes get exchanged (i.e. Ab/aB) due to recombination.

Non-Homologous Recombination:

The recombination process without any special homologous sequences of DNA is regarded as non-­homologous recombination.

Transposition primarily involves the movement of specific pieces of DNA in the genome. The mobile segments of DNA are called transposons or transposable elements. They were first discovered by Barbara McClintock (in 1950) in maize, and their significance was ignored for about two decades by other workers.

Transposons are mobile and can move almost to any place in the target chromosome. There are two modes of transposition. One that involves an RNA intermediate and the other which does not involve RNA intermediate.

Transposition involving RNA intermediate represents retro transposition (Fig. 3.12). By the normal process of transcription, a copy of RNA formed from a transposon (also called as retro transposon). Then by the enzyme reverse transcriptase, DNA is copied from the RNA.

The newly formed DNA which is a copy of the transposon gets integrated into the genome. This integration may occur randomly on the same chromosome or, on a different chromosome. As a result of the retro transposition, there are now two copies of the transposon, at different points on the genome.

Some transposons are capable of direct transposition of DNA to DNA. This may occur either by replicative transposition or conservative transposition (Fig. 3.13). Both the mechanisms require enzymes that are mostly coded by the genes within the transposons.

In the replicative transposition, a direct interaction occurs between the donor transposon and the target site to result in copying of the donor element.

In case of conservative transposition, the transposon is excised and reintegrated at a new site.

DNA transposition is less common than retro transposition in case of eukaryotes. However, in case of prokaryotes, DNA transposons are more important than RNA transposons.

Significance of transposition:

It is now widely accepted that a large fraction of the human genome has resulted due to the accumulation of transposons. Short interspersed elements (SINEs) are repeats of DNA sequences which are present in about 500,000 copies per haploid human genome e.g. Alu sequences.

Long interspersed elements (LINEs) are also repeated DNA sequences and are present in about 50,000 copies in the human genome e.g. L1 elements. Some of the diseases caused by mutations are due to insertion of transoms into a genes.

Damage and Repair of DNA:

Being the carrier of genetic information, the cellular DNA must be replicated (duplicated), maintained, and passed down to the daughter cells accurately. In general, the accuracy of replication is extremely high. However, there do occur replication errors. It is estimated that approximately one error is introduced per billion base pairs during each cycle of replication. The cells do possess the capability to repair damages done to DNA to a large extent.

Consequences of DNA Damage:

Despite an efficient repair system for the damaged DNA, replication errors do accumulate that ultimately result in mutations. The human body possesses 10 14 nucleated cells, each with 3 × 10 9 base pairs of DNA. It is estimated that about 10 16 cell divisions occur in a lifetime. If 10 -10 mutations per base pair per cell generation escape repair, this results in about one mutation per 10 6 base pairs in genome.

Besides the possible errors in replication, the DNA is constantly subjected to attack by both physical and chemical agents. These include radiation, free radicals, and chemicals etc., which also result in mutations.

It is fortunate that a great majority of the mutations probably occur in the DNA that does not encode proteins, and consequently will not have any serious impact on the organism. This is not, however, all the time true, since mutations do occur in the coding regions of DNA also. There are situations in which the change in a single base pair in the human genome can cause a serious disease e.g. sickle-cell anemia.

Types of DNA Damages:

The damage done to DNA by physical, chemical and environmental agents may be broadly classified into four categories with different types (Table 3.1).

The DNA damage may occur due to single-base alterations (e.g. depurination, deamination), two- base alterations (e.g. pyrimidine diamer) chain breaks (e.g. ionizing radiation) and cross-linkages (e.g. between bases). Some selected DNA damages are briefly described. The occurrence of spontaneous deamination bases in aqueous solution at 37°C is well known. Cytosine gets deaminated to form uracil while adenine forms hypoxanthine.

Spontaneous depurination, due to cleavage of glycosyl bonds (that connect purines to the backbone) also occurs. It is estimated that 2000-10,000 purines may be lost per mammalian cell in 24 hours. The depurinated sites are called as abasic sites. Originally, they were detected in purines, and called apurinic sites (AP sites) which represent lack of purine. Now, the term AP sites is generally used to represent any base lacking in DNA.

The production of reactive oxygen species is often associated with alteration of bases e.g. formation of 8-hydroxy guanine. Free radical formation and oxidative damage to DNA increases with advancement of age. Ultraviolet radiations result in the formation of covalent links between adjacent pyrimidine’s along the DNA strand to form pyrimidine dimers. DNA chain breaks can be caused by ionizing radiations (e.g. X-rays).

Mutationer:

The genetic macromolecule DNA is highly stable with regard to its base composition and sequence. However, DNA is not totally exempt from gradual change. Mutation refers to a change in the DNA structure of a gene. The substances (chemicals) which can induce mutations are collectively known as mutagens. The changes that occur in DNA on mutation are reflected in replication, transcription and translation.

Types of mutations:

Mutations are mainly of two major types—point mutations, frame shift mutations (Fig. 3.14).

The replacement of one base pair by another results in point mutation. They are of two sub-types.

In this case, a purine (or a pyrimidine) is replaced by another.

These are characterized by replacement of a purine by a pyrimidine or vice versa.

2. Frame-shift mutations:

These occur when one or more base pairs are inserted in or deleted from the DNA, respectively, causing insertion or deletion mutations.

Consequences of point mutations:

The change in a single base sequence in point mutation may cause one of the following (Fig. 3.15).

The codon (of mRNA) containing the changed base may code for the same amino acid. For instance, UCA codes for serine and change in the third base (UCU) still codes for serine. This is due to degeneracy of the genetic code. Therefore, there are no detectable effects in silent mutation.

In this case, the changed base may code for a different amino acid. For example, UCA codes for serine while ACA codes for threonine. The mistaken (or missense) amino acid may be acceptable, partially acceptable or unacceptable with regard to the function of protein molecule. Sickle-cell anemia is a classical example of missense mutation.

Sometimes, the codon with the altered base may become a termination (or nonsense) codon. For instance, change in the second base of serine codon (UCA) may result in UAA. The altered codon acts as a stop signal and causes termination of protein synthesis, at that point.

Consequences of frame shift mutations:

The insertion or deletion of a base in a gene results in an altered reading frame of the mRNA (hence the name frame shift). The machinery of mRNA (containing codons) does not recognize that a base was missing or a new base was added. Since there are no punctuations in the reading of codons, translation continues. The result is that the protein synthesized will have several altered amino acids and/or prematurely terminated protein.

Mutations and cancer:

Mutations are permanent alterations in DNA structure, which have been implicated in the etiopathogenesis of cancer.

Repair of DNA:

As already stated, damage to DNA caused by replication errors or mutations may have serious consequences. The cell possesses an inbuilt system to repair the damaged DNA. This may be achieved by four distinct mechanisms (Table 3.2).

2. Nucleotide excision-repair

4. Double-strand break repair.

1. Base excision-repair:

The bases cytosine, adenine and guanine can undergo spontaneous depurination to respectively form uracil, hypoxanthine and xanthine. These altered bases do not exist in the normal DNA, and therefore need to be removed. This is carried out by base excision repair (Fig. 3.16).

A defective DNA in which cytosine is deaminated to uracil is acted upon by the enzyme uracil DNA glycosylase. This results in the removal of the defective base uracil. An endonuclease cuts the backbone of DNA strand near the defect and removes a few bases. The gap so created is filled up by the action of repair DNA polymerase and DNA ligase.

2. Nucleotide excision-repair:

The DNA damage due to ultraviolet light, ionizing radiation and other environmental factors often results in the modification of certain bases, strand breaks, cross-linkages etc. Nucleotide excision-repair is ideally suited for such large-scale defects in DNA. After the identification of the defective piece of the DNA, the DNA double helix is unwound to expose the damaged part.

An excision nuclease (exinuclease) cuts the DNA on either side (upstream and downstream) of the damaged DNA. This defective piece is degraded. The gap created by the nucleotide excision is filled up by DNA polymerase which gets ligated by DNA ligase (Fig. 3.17).

Xeroderma pigmentosum (XP) is a rare autosomal recessive disease. The affected patients are photosensitive and susceptible to skin cancers. It is now recognized that XP is due to a defect in the nucleotide excision repair of the damaged DNA.

Mismatch repair:

Despite high accuracy in replication, defects do occur when the DNA is copied. For instance, cytosine (instead of thymine) could be incorporated opposite to adenine. Mismatch repair corrects a single mismatch base pair e.g. C to A, instead of T to A.

The template strand of the DNA exists in a methylated form, while the newly synthesized strand is not methylated. This difference allows the recognition of the new strands. The enzyme GATC endonuclease cuts the strand at an adjacent methylated GATC sequence (Fig. 3.18). This is followed by an exonuclease digestion of the defective strand, and thus its removal. A new DNA strand is now synthesized to replace the damaged one.

Hereditary non-polyposis colon cancer (HNPCC) is one of the most common inherited cancers. This cancer is now linked with faulty mismatch repair of defective DNA.

Double-strand break repair:

Double-strand breaks (DSBs) in DNA are dangerous. They result in genetic recombination which may lead to chromosomal translocation, broken chromosomes, and finally cell death. DSBs can be repaired by homologous recombination or non-homologous end joining. Homologous recombination occurs in yeasts while in mammals, non-homologous and joining dominates.

Defects in DNA Repair and Cancer:

Cancer develops when certain genes that regulate normal cell division fail or are altered. Defects in the genes encoding proteins involved in nucleotide-excision repair, mismatch repair and re-combinational repair are linked to human cancers. For instance, HNPCC is due to a defect in mismatch repair.


Se videoen: Genetic Recombination and Gene Mapping (August 2022).