МОЛЕКУЛЯРНАЯ МОДЕЛЬ КРОССИНГОВЕРА МЕЗЕЛЬСОНА И РЭДДИНГА, ЕЕ ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ.

Один из не укладывающихся в модель Холлидея фактов — асимметричный обмен цепями ДНК, наблюдающийся у ряда грибов Ascomycetes.Для устранения этого несоответствия в середине 70-х годов теперь уже прошлого XX века М. Мезельсон и К. Рэддинг модифицировали модель Холлидея, предположив, что в начале рекомбинации гетеродуплексный участок образуется не на двух, а только на одной молекуле ДНК.

1. После образования одноцепочечного разрыва в ДНК одной хроматиды происходит репарационный синтез и вытеснение свободного конца разорванной цепи.

2. Вытесняемый конец внедряется в структуру двойной спирали партнера, в свою очередь, вытесняя там участок одной из ее цепей, в результате чего образуется петля.

3. Петля расщепляется нуклеазами, и с концом, образовавшимся при ее деградации, ковалентно соединяется конец внедрившейся цепи. В то же время в ДНК, претерпевшей одноцепочечный разрыв, как результат репарационного синтеза формируется асимметричный гетеродуплекс.

4. Изомеризация приводит к образованию структуры Холлидея.

5. Миграция полухиазм порождает симметричные участки гетеродуплексной ДНК в обоих партнерах.

6. Разрешение структуры Холлидея при расщеплении в области перекреста может завершиться рекомбинацией фланкирующих маркеров или сохранением типа сцепления, характерного для родительских молекул ДНК.

В частичном противоречии с логикой классической модели находятся и результаты, полученные на дрожжах Sacchammyces, свидетельствующие о том, что первоначальное событие, приводящее у них к рекомбинации, — это не одноцепочечный, а двухцепочечный разрыв в одной из хромосом. Принято считать, что любое повреждение, затрагивающее две цепи (сестринские хроматиды) одной хромосомы чрезвычайно опасно, поскольку при отсутствии репарации может приводить к генетической нестабильности, хромосомным перестройкам и гибели клеток. Однако двухцепочечные разрывы ДНК постоянно возникают в процессе нормальной жизнедеятельности клеток. У дрожжей они играют ключевую роль в инициации мейотической рекомбинации.

Последовательность событий, приводящих к рекомбинации в данном случае, более сложна, чем в модели Холлидея.

1-2. Вначале частичная деградация разорванных сестринских хроматид под действием экзонуклеаз приводит к образованию выступающих 3'-концов.

3. Затем одна из цепей взаимодействует с несестринской хроматидой и замещает в ней такую же цепь, которая, в свою очередь, образует гетеродуплекс с оставшимся одноцепочечным участком. Область спаривания расширяется, дополнительный синтез восполняет утерянную информацию.

4. В результате возникает промежуточный продукт, содержащий с обеих сторон от сайта двухцепочечного разрыва по две полухиазмы Холлидея. Кроме того, в его составе есть два гетеродуплексных участка.

5. Этот промежуточный продукт разрешается на конечные продукты рекомбинации под действием резольвазы, разрезающей полухиазмы либо в паре цепей, находящихся в точке перекреста, либо в интактной паре.

Пока не ясно, как свободные одноцепочечные участки находят другие хроматиды. Однако логически такой ход событий также может быть оправдан: сходные процессы должны протекать при репарации двухцепочечных разрывов. Первый контакт инициациирует сближение хроматид и последующее образование синаптонемного комплекса. Основные этапы этой модели получили экспериментальное подтверждение. Многими исследователями показано, что специфические двухцепочечные разрывы связаны с «горячими» точками мейотической рекомбинации. Тем не менее, отдельные аспекты остаются не вполне ясными. В частности, расположение гетеродуплексных участков ДНК в промежуточном продукте на поздних стадиях репарации. Согласно описанной выше модели Дж. Жостака, они должны формироваться за счет обеих хроматид-участниц рекомбинации, но по разные стороны от сайта инициации. Однако в экспериментальном материале тетрады (группы из четырех хроматид, равные паре гомологичных хромосом) с такой конфигурацией практически отсутствовали, зато был выявлен класс тетрад, не предсказываемый канонической моделью. Объяснение этому факту предложили Джилбертсон и Ф. Сталь. Согласно их модели, такое разрешение промежуточного продукта возможно двумя способами. Пассивное разрешение.

1. Вначале происходит расщепление одной (на схеме — правой) полухиазмы. При этом остаются незакрытыми два одноцепочечные разрыва.

2. Оставшаяся нерасщепленная (левая) полухиазма перемещается путем миграции ветвей в сторону сохранившихся одноцепочечных разрывов.

3. По достижении их полухиазма пассивно разрешается. Продукты будут проявлять родительское сочетание маркеров, независимо от ориентации полухиазмы, которая первой подверглась разрешению. Один из продуктов (именно он отсутствует в канонической модели Жостака) будет содержать гетеродуплекс.