MIT Molecular Biology 笔记3 DNA同源重组

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教材 Molecular biology of the gene 7th edition  J.D. Watson et. al

DNA 同源重组

一、Classic Pathway

• Ku 70-80 蛋白寻找断裂
• 招募DNA PKc
• DNA PKc 招募 Artemis
• 其具有内外切活性
• • 加工末端（trim）
• 连接酶修复

　　这种方法只要不在编码区就好

　　断裂紧密相连：枯草芽孢杆菌圆环染色体

 

二、NHEJ 非同源末端连接

• 乱连（断裂不齐平，有小的粘性末端）

 

三、DNA断裂频发 并引发重组

• 辐射等损害因子造成DNA断裂
• 未修复的缺口，解链到此产生断裂
• 复制叉后退

　　重组还能促进细菌间遗传物质交换

四、同源重组的模式

• 两个同源分子的联会
• 引入DNA断裂
• 侵入链形成Holliday联结体（junction）
• Holliday junction Resolution

　　以 E.Coli 为例 ： 同源重组及相关蛋白作用

1、Rec B、C、D 解旋酶/核酸酶 加工用于重组的DNA断裂

 

　　RecBCD修饰（trim）断口，产生 3' 突出端

　　也可协助 RecA 在突出单链上结合

• RecB：马达蛋白，3->5解旋酶，核酸酶
• RecD：马达蛋白，5->3解旋酶
• RecC：调节蛋白，识别Chi位点
• pin位点有利于解旋
• Chi位点：调节解旋酶活性，RecD停止作用，RecB 切割 5' 末端

• 最后形成3' 突出端，利于重组 

• 
  

   

 

 遇到Chi位点后，改变 ↓↓

 

 

 

 

 

2、RecA 蛋白在单链DNA上组装，并促进链入侵

　　RecA 是一种 链交换蛋白

• RecA 在3’端单链上朝向3‘端，协同式结合
  
  • 结合磷酸骨架（没有序列特异性）
  • 碱基暴露
• 伸展（stretch）ssDNA，x1.5 ，产生Big gap
• 筛选同源序列（至少15碱基启动交换）
• 配对，启动交换
  

 

 3、Ruv A、B复合体特异性识别Holliday联结体，并促进分支移位

• Ruv A招募Ruv B
• Ruv B依赖ATP供能，促进碱基对交换
• 分支移位

4、Ruv C 剪切位于Holliday联结体的特定DNA链从而结束重组

• 识别到5'-A/T - T - T - G/C -3', 剪切
• 防止刚联结就剪切

 

 

 

 ASSAY Strand Invasion

 

 

 

 

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DNA 同源重组

一、Classic Pathway

• Ku 70-80 蛋白寻找断裂
• 招募DNA PKc
• DNA PKc 招募 Artemis
• 其具有内外切活性
• • 加工末端（trim）
• 连接酶修复

　　这种方法只要不在编码区就好

　　断裂紧密相连：枯草芽孢杆菌圆环染色体

 

二、NHEJ 非同源末端连接

• 乱连（断裂不齐平，有小的粘性末端）

 

三、DNA断裂频发 并引发重组

• 辐射等损害因子造成DNA断裂
• 未修复的缺口，解链到此产生断裂
• 复制叉后退

　　重组还能促进细菌间遗传物质交换

四、同源重组的模式

• 两个同源分子的联会
• 引入DNA断裂
• 侵入链形成Holliday联结体（junction）
• Holliday junction Resolution

　　以 E.Coli 为例 ： 同源重组及相关蛋白作用

1、Rec B、C、D 解旋酶/核酸酶 加工用于重组的DNA断裂

 

　　RecBCD修饰（trim）断口，产生 3' 突出端

　　也可协助 RecA 在突出单链上结合

• RecB：马达蛋白，3->5解旋酶，核酸酶
• RecD：马达蛋白，5->3解旋酶
• RecC：调节蛋白，识别Chi位点
• pin位点有利于解旋
• Chi位点：调节解旋酶活性，RecD停止作用，RecB 切割 5' 末端

• 最后形成3' 突出端，利于重组 

• 
  

   

 

 遇到Chi位点后，改变 ↓↓

 

 

 

 

 

2、RecA 蛋白在单链DNA上组装，并促进链入侵

　　RecA 是一种 链交换蛋白

• RecA 在3’端单链上朝向3‘端，协同式结合
  
  • 结合磷酸骨架（没有序列特异性）
  • 碱基暴露
• 伸展（stretch）ssDNA，x1.5 ，产生Big gap
• 筛选同源序列（至少15碱基启动交换）
• 配对，启动交换
  

 

 3、Ruv A、B复合体特异性识别Holliday联结体，并促进分支移位

• Ruv A招募Ruv B
• Ruv B依赖ATP供能，促进碱基对交换
• 分支移位

4、Ruv C 剪切位于Holliday联结体的特定DNA链从而结束重组

• 识别到5'-A/T - T - T - G/C -3', 剪切
• 防止刚联结就剪切

 

 

 

 ASSAY Strand Invasion

 

 

五、真核细胞的同源重组

1、

• 真核细胞的同源重组在减数分裂时将多态性传给后代
• 同源重组保证减数分解中染色体的分离
• 没有同源重组染色体难以在减I中恰当排列

2、过程

• 减数分裂中生成的DNA双链断裂
• Spo11 是其中一种切断蛋白，与拓扑异构酶同源性
• 磷酸二酯键断裂的能量储存在spo11-DNA连接中
• MRX蛋白作用于被切开的DNA末端，形成3'突出
• Dmc1 Rad51等蛋白结合上单链DNA，介导链交换

 

 3、交配型转换

这种交配型转换会造成基因改变

 

思考题：

• classic pathway
• 非同源末端连接为什么主要在S期以外
• 重组的模式
• EColi 的重组过程
• RecBCD的结构
• RecA的结合有什么特点
• RecA的结构功能关系】
• RuvA、B、C的作用方式，C切割特点
• 真核细胞的同源重组
• 交配型转换