Как осуществляется гомологичная рекомбинация у бактерий?

Интенсивное изучение рекомбинации у бактерий сделало более понятной молекулярную организацию некоторых ее этапов. Энзимология общей рекомбинации изучена только для некоторых прокариотических организмов, в частности Е. coli и ее фагов.

Показано, что процесс гомологичной рекомбинации у бактерии Е. coli обеспечивают четыре белка: RecA, RecB, RecC и RecD. Белок RecA способствует спарива нию однонитевой молекулы ДНК с гомологичной ей двунитевой молекулой. С од-нонитевой ДНК Rec А белок связывается гораздо эффективнее, чем с двунитевой. Белки RecB, RecC и RecD образуют единый ферментативный комплекс, названный RecBCD-нуклеаза. Этот комплекс способен расплетать двойную цепь ДНК (рисунок 47а). В том случае, если в последовательности, с которой взаимодействует RecBCD-нуклеаза встречается определенным образом ориентированная последовательность длиной 8 нуклеотидов, называемая chi-сайтом (рисунок 476), он разрезает З’-цепь ДНК (рисунок 47в). Наличие таких разрезанных цепей ДНК значительно увеличивает частоту гомологичных рекомбинаций в районе chi-сайта (рисунок 47г). RecA-белок связывается с одноцепочечной ДНК (рисунок 47д), образуя RecA-ДНК-филамент (рисунок 47е), приводя во взаимодействие одноцепочечную ДНК с гомологичными дуплексами. D-петля второй молекулы ДНК разрезается с помощью одной из эндонуклеаз Е. coli, что приводит к полухиазме Холлидея (рисунок 47ж). Удаление гетеро дуплекса происходит путём миграции ветвления (рисунок 47з). ДНК-полимераза и ДНК-лигаза застраивают бреши и разрывы. SSB-белок выпрямляет одноцепочечную ДНК.

Стадии гомологичной рекомбинации

Рисунок 47 - Стадии гомологичной рекомбинации

У Е. coli в рекомбинацию, проводимую белком RecA, вовлечено более 20 белков. Рекомбинация инициируется переходом белка RecA в активную форму, представляющую собой тройной комплекс RecA-АТФ-оцДНК, который образуется при полимеризации протомеров RecA на оцДНК в присутствии АТФ. Значит, как и в случае SOS-ответа, оцДНК выступает в качестве «затравки» процесса. В норме при гомологичной рекомбинации SOS-ответ выражен слабо. Быстрое формирование тройного комплекса приведет к SOS-ответу, который индуцирует также и синтез ря да рекомбинационных ферментов, медленное же формирование тройного комплекса завершается только гомологичной рекомбинацией со слабой SOS-индукцией.

Филамент RecA-АТФ-оцДНК имеет спиральную структуру и способен втягивать внутрь своей спирали молекулы дцДНК партнера с образованием трехнитевой структуры, в которой и разыгрывается основной акт рекомбинации - переключение комплементарного спаривания, что и приводит к «переносу» одной из нитей вошедшей ДНК на оцДНК, находящуюся внутри филамента (рисунок 48).

Участие RecA-белка в формировании филамента

Рисунок 48 -Участие RecA-белка в формировании филамента

Как видно, небольшой по размеру белок RecA (у бактерий его мол. масса составляет 40 кДа) полифункционален: он взаимодействует с АТФ, образует филамент на оцДНК, взаимодействует с дцДНК, осуществляет гомологичный синапс молекул ДНК и перенос нити. В ходе взаимодействия с АТФ и оцДНК белок претерпевает конформационные изменения, а в реакции переноса нити он использует свою ДНК-зависимую АТФ-азную активность, которая особенно необходима при взаимодействии областей ДНК с несовершенной гомологией.

В общей рекомбинации участвуют также геликазы и белки, связывающиеся с одноцепочечной ДНК, они необходимы для обеспечения процесса миграции ветви. Как известно, перемещению цепей во время миграции ветви способствует ДНК-полимераза I, а в воссоединении разорванных цепей участвует ДНК-лигаза. Для снятия топологических ограничений при раскручивании спирали и для распутывания перекрученных структур, по-видимому, нужны топоизомеразы типа I и, возможно II.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >