Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

148 Экспрессия генетического материала

Образование структур Холлидея у эукариот

Согласно модели Холлидея, образование одноцепочечных разрывов и реципрокный обмен цепями (рис. 14.1, Б-Д) приводят к формированию симметричных гетеродуплексных участков ДНК у обоих партнеров, участвующих в обмене. В то же время анализ аберрантных асков, возникающих у некоторых видов грибов, указывает на то, что довольно часто гетеродуплексные участки ДНК при скрещивании образуются только у одного из партнеров.

В качестве примера рассмотрим трехфакторное скрещивание между двумя штаммами Ascobolus, при котором наблюдали за конверсией маркера m в асках, нерекомбинантных по фланкирующим маркерам α и b. Модель Холлидея предсказывает образование с одинаковой частотой двух типов аберрантных асков 5:3 (рис. 14.10), возникающих за счет случайного выбора одной из двух цепей ДНК партнеров в качестве

Рис. 14.10. Аберрантные аски типа 5+ :3m и 3 + : 5m, образующиеся при скрещивании между штаммами Ascobolus, несущими различные аллели окраски спор ( + /m) и фланкирующих маркеров А/а и В/b. Показаны только аски, нерекомбинантные по фланкирующим маркерам. Для упрощения вместе сгруппированы аски типов 3 + : 5m и 5 + + : 3m, что позволяет подчеркнуть принципиальные различия между двумя возможны-	ми вариантами образования гетеродуплексных ДНК в ходе обмена (симметричный - слева и асимметричный - справа). Полагают, что распределение неправильных нуклеотидных пар, вовлеченных или невовлеченных в процесс репарации, для хроматид и аллелей является случайным. (По Stadier D.R., Towe A.M., 1971. Genetics, 68, 401-413.)

Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

14. Рекомбинация 149

Рис. 14.11. Модель Мезелсона-Рэддинга. Рекомбинация начинается с образования одноцепочечного разрыва в ДНК одной хроматиды, за которым следуют репарационный синтез и вытеснение соответствующей цепи (А).. Вытесняемая цепь внедряется в структуру двойной спирали партнера, образуя петлю (Б). Вытесняемая при этом цепь ДНК партнера подвергается деградации. Вслед за этим конец внедрившейся цепи соединяется ковалентно с концом, образовавшимся при деградации петли. В ДНК первого партнера продолжается репарационный синтез, приводящий к образованию асимметричного гетеродуплекса (В). Изомеризация приводит к образованию структуры Холлидея (Г), а перемещение области перекреста порождает симметричные участки гетеродуплексной ДНК в обоих партнерах (Д). Разрешение структуры Холлидея при расщеплении в области перекреста может завершаться рекомбинацией фланкирующих маркеров (Е) или сохранением типа сцепления, характерного для родительских молекул ДНК. (По Meselson M.S., Radding С. M., 1975. Proc. Nat. Acad. Sei. USA, 72, 358-361.)

Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

150 Экспрессия генетического материала

мишени для репарации, а также за счет того, что некоторые неправильные пары нуклеотидов остаются нерепарированными. Только при выполнении последнего условия возможно возникновение асков с распределением 5:3. Экспериментальные данные, отраженные на рис. 14.10, указывают на значительную неравномерность в возникновении двух типов асков 5 :3. Эти и другие данные свидетельствуют о том, что во многих случаях рекомбинация не начинается с реципрокного обмена цепями.

Для интерпретации асимметричности в обмене цепями были предложены две различные модели. Каждая из них связана с образованием структуры Холлидея. Различия между ними обусловлены главным образом различиями в предполагаемых способах образования этих структур. Модель Мезелсона - Рэддинга (рис. 14.11) основана на предположении об образовании одноцепочечного разрыва в ДНК одного из партнеров. В месте разрыва инициируется репарационный синтез ДНК, при этом происходит вытеснение одной цепи, которая в итоге вступает во взаимодействие с комплементарной ей цепью ДНК другого партнера. Сопряженное протекание репарационного синтеза одной цепи в двойной спирали ДНК «донора» и деградация соответствующей цепи в ДНК «реципиента» приводят к возникновению структуры Холлидея, содержащей гетеродуплексный участок только в реципиентной ДНК. Модель Мезелсона-Рэддинга в сочетании с представлением о статистической репарации неправильных нуклеотидных пар может объяснить большинство результатов, полученных при изучении генной конверсии и анализе аберрантного расщепления у грибов.

Модель двухцепочечного разрыва-репарации (рис. 14.12) предполагает образование разрыва в обеих цепях с выступающими одноцепочечными концами в молекуле ДНК одного из партнеров. Оба выступающих конца внедряются в двойную спираль ДНК другого партнера. Репарационный синтез в обоих партнерах приводит к образованию асимметрических гетеродуплексных участков в реципиентной спирали. Разрыв в структуре донора закрывается, при этом содержавшаяся на его месте информация полностью замещается на ту, что содержится в соответствующей области ДНК реципиента. Образуются сразу две структуры Холлидея, разрешение которых может привести (как и в случае единичной структуры Холлидея) к возникновению конструкций, как рекомбинантных, так и нерекомбинантных по фланкирующим маркерам. Настоящая модель способна объяснить не только ряд уникальных наблюдений, сделанных при изучении рекомбинации у дрожжей, но также и те явления, которые с равным успехом интерпретируются в рамках модели Мезелсона - Рэддинга.

Развитие методов генной инженерии привело к разработке системы трансформации для дрожжей, что способствовало более глубокому изучению у них механизма рекомбинации. Гибридные плазмиды, содержащие участки дрожжевой ДНК с известными маркерами, клонированные на векторе Е. coli, могут быть введены в клетки дрожжей. При этом может происходить встраивание плазмидной ДНК в хозяйскую хромосому за счет рекомбинации между гомологичными последовательностями хромосомы и участка дрожжевой ДНК, входящего в состав плазмиды. При использовании плазмидной ДНК в замкнутой кольцевой форме удается с заметной частотой отобрать трансформированные дрожжевые клетки. В то же время введение двухцепочечного разрыва в дрожжевую