CONFERENCIA

RECOMBINACIÓN DEL DNA


Sumario

Aspectos generales
Recombinación homóloga
Enzimología de la recombinación homóloga en E. coli
Recombinación específica de sitio
Transposición
Mecanismos y modelos de transposición


Aspectos generales

La interacción e intercambio de información entre secuencias de DNA en la recombinación genética y reparación es un proceso universal en todos los organismos y juega un papel fundamental en el mantenimiento del genoma. Este proceso genera diversidad genética además de que evita la divergencia de secuencias repetidas y proporciona una vía importante para la reparación del DNA. Además la recombinación homologa en a meiosis eucariótica asegura la segregación correcta de los cromosomas.

La recombinación se puede definir como cualquier proceso en que tenga lugar la formación de un nuevo DNA a partir de moléculas distintas, de manera que la información genética procedente de cada molécula de DNA original estará presente en las nuevas. Ejemplos en que ocurre la recombinación:

» Meiosis en células eucarióticas.

» Infección de plásmidos o virus.

» Integración de elementos extracromosomales dentro del genoma hospedero.

La recombinación constituye fuente de variabilidad genética e intercambio físico de segmentos. Tiene valor regulatorio, ya que puede tener como resultado activación o inactivación de genes y es además, una vía de reparación.

Clases generales de eventos de recombinación:

1. Recombinación general u homóloga: ocurre entre sustratos con extensa homología.

2. Recombinación específica del sitio: intercambio de dos secuencias de DNA específicas.

3. Transposición: involucra un segmento corto de DNA que se mueve de un lugar a otro del mismo o diferente cromosoma.


Recombinación homóloga

La recombinación homóloga es un proceso fundamental en la célula, que permite la reorganización de genes dentro y entre cromosomas, participa en la reparación del DNA, asegura la segregación de los cromosomas en la división y es una potente fuerza evolutiva que promueve la diversidad genética y la conservación de la identidad genética.

Este tipo de recombinación se produce entre secuencias de DNA que son idénticas o muy parecidas, las que se corresponden con regiones equivalentes de cromosomas homólogos. Se llevará a cabo en organismos diploides o haploides en estado de diploidia temporal. La recombinación homóloga ocurre entre dos dúplex de DNA. Su característica crítica es que las enzimas responsables pueden usar cualquier par de secuencias homólogas como sustratos (aunque a veces algunas se pueden favorecer).

El modelo clásico de recombinación homóloga es el propuesto por Robin Holliday (1964), conocido como modelo de Holliday, representado en el esquema siguiente (representaciones alternativas en las fig. 14.2, 14.3, 14.4, Genes VII):

Este modelo propone que si tenemos dos DNAs con secuencias homólogas:

» Debe haber una rotura en cada uno de los dos DNA, los cortes se producen en cadenas de igual polaridad.

» Los extremos rotos invaden a la doble cadena contraria, una cadena sencilla (rojo) desplaza a la cadena de su misma polaridad (azul) y recíprocamente. El que se mueve es siempre el extremo 3' OH. Por esa invasión recíproca los dos DNAs se entrecruzan y a continuación se sellan por ligasas. Las dos dobles cadenas entrecruzadas conforman el intermediario de Holliday, el cual se ha observado in vivo por microscopía electrónica:

» Entonces, tiene lugar una migración del punto de cruce de las cadenas con un aporte energético mínimo, ya que el número de pares de bases que desaparean corresponde al número de pares de bases que aparean. Esta migración origina una región de DNA heterodúplex, doble cadena de distinta procedencia (rojo-azul).

» Las figuras siguientes son sólo distintas representaciones gráficas de una misma estructura sin ningún sentido molecular. Se separan las dobles cadenas por un proceso similar al de apertura de unas tijeras cerradas y se rotan 180º las cadenas de la parte inferior, manteniendo fijas las de la parte superior. De esta manera quda una de las representaciones más comunes del intermediario de Holliday.

» Tienen lugar entonces la resolución del intermediario por rotura y unión, la cual puede ocurrir de dos maneras:

1) Cortes horizontales (este - oeste). Estos cortes no originan intercambio entre los marcadores. Los recombinantes son AZ y az, igual que los del principio. Pero sí ha habido recombinación, ya que hay una región heterodúplex entre los marcadores. Se generan recombinantes potenciales.

2) Cortes verticales (norte - sur). Sí originan intercambio de marcadores. Son verdaderos recombinantes.

Modelos moleculares demuestran que el intermediario de Holliday es estructuralmente posible, in vivo se han aislado intermediarios de recombinación de plásmidos col E1 que, linearizados, presentan el mismo aspecto por microscopía electrónica. Estas estructuras se dan con una frecuencia de 10-5 en cepas recA-, indicando que recA se requiere para la formación de intermediarios de Holliday en E. coli.

En el modelo que acabamos de describir los cortes individuales en simple cadena (sc) ocurren sucesivamente. Sin embargo hoy se conoce que el intercambio genético es iniciado por el corte en una doble cadena. La descripción de otro modelo se ilustra a continuación y alternativamente en la Fig 14.5, Genes VII. Entre los dos modelos hay dos diferencias importantes:



» En el Modelo 1 se corta una sola cadena de cada dúplex, hay un solo crossing-over, en el Modelo 2 hay dos.

» En el Modelo 2 parte de una molécula ha sido convertida a la secuencia de la otra (por lo que la cromátida iniciadora se llama receptora), en el modelo 1 la cromátida iniciadora es el donador de la información genética.

En este último modelo, la formación del heterodúplex es la única forma posible para la interacción de dos dúplex de DNA. Sin embargo el hecho de que se produzca una ruptura en la doble cadena influencia nuestra perspectiva sobre la habilidad de la célula para manipular el DNA. Una vez hecha la mella no se puede virar atrás. Observe que en este modelo hay pérdida de información, cualquier error en su recuperación pudiera ser fatal. Por otro lado, recuperar esta información resintetizándola de otro dúplex proporciona a la célula la mayor seguridad neta.

La recombinación se lleva a cabo cuando los cromosomas entran a la meiosis y hay evidencias en levadura que un corte en doble cadena inicia la recombinación. También se ha observado que dobles cortes ocurren temprano en la meiosis en sitios que constituyen manchas calientes (hot spots) para la recombinación. Su localización no es en secuencias específicas. Tienden a ocurrir en regiones promotoras y en general coinciden con las regiones más accesibles de la cromatina.

Página siguiente