재결합 핫스팟

Recombination hotspot

재결합 핫스팟은 게놈의 영역으로 중성적인 기대치에 비해 재결합률이 높아지는 것을 나타낸다. 핫스팟 내의 재결합률은 주변 지역의 수백 배일 수 있다.[1] 재결합 핫스팟은 이러한 지역에서 높은 DNA 파괴 형성에 기인하며, 유사 세포와 감수 세포 모두에 적용된다. 이 호칭은 프로그래밍된 감수성 이중 가닥 파손의 불균일한 분포에서 비롯되는 재결합 사건을 가리킬 수 있다.[2]

감수 재조합

교차하는 것을 통한 감수성 재조합은 세포가 동질 염색체의 올바른 분리와 DNA 손상의 수리를 촉진하는 메커니즘이라고 생각된다. 넘어지려면 DNA 이중 가닥이 끊긴 후에 동음이의 침입과 후속 수리가 필요하다.[3] 재조합을 위한 시작 부위는 대개 혈통 분석 또는 연결 불균형 분석을 통해 사건을 교차하는 매핑을 통해 식별된다. 연결 불균형은 인간 게놈 내에서 3만개 이상의 핫스팟을 확인했다.[3] 인간의 경우, 핫스팟당 평균 교차 재결합 이벤트의 수는 1,300메이징 당 1회의 교차이며, 가장 극단적인 핫스팟은 110메이징 당 1회의 교차 주파수를 가진다.[4]

유전적 재배열

유전자 재배열을 초래하는 DNA 복제 오류로 인해 재조합도 발생할 수 있다. 이러한 사건들은 종종 병리학과 관련이 있다. 그러나 게놈의 재배열은 새로운 유전자 조합을 낳아 진화발전의 원동력으로도 생각되고 있다.[5] 재조합 핫스팟은 다음과 같은 선택적 힘의 상호작용에서 발생할 수 있다: 유전적 재배열을 통해 유전적 다양성을 구동하는 이점과 유리한 유전자 조합을 유지하기 위한 선택적 작용이 결합된다.[6]

시작 사이트

DNA는 재조합되기 쉬운 수열 내에 "취약 사이트"를 포함한다. 이러한 취약한 사이트는 다음과 같은 트리뉴클레오티드 반복실험과 관련이 있다: CGG-CCG, GAA-TTC, GCN-NGC.[5] 이러한 연약한 부위는 포유류와 효모에 보존되어 있는데, 이는 불안정이 DNA의 분자 구조에 내재된 무언가에 의해 발생하며 DNA 반복 불안정성과 관련이 있음을 시사한다.[5] 이러한 연약한 부위는 트리뉴클레오티드 반복 영역에 있는 자신과의 단일 가닥 DNA 염기서열로부터 복제하는 동안 뒤처진 가닥에 머리핀 구조를 형성하는 것으로 생각된다.[5] 이러한 헤어핀 구조는 DNA 파단을 유발하여 이들 부위에서 재조합 빈도를 높인다.[5]

재결합 핫스팟은 또한 염색체의 일부 영역을 다른 부분보다 재결합하기 쉽게 만드는 고차 염색체 구조 때문에 발생하는 것으로 생각된다.[6] 마우스와 효모에서 두 개의 좌초된 브레이크 개시 부위가 확인되었으며, 공통 염색질 특징인 히스톤 H3(H3K4me3)의 리신 4의 트리메틸화(trimethylation)에 위치하였다.[3]

재결합 핫스팟은 DNA 배열이나 염색체 구조에 의해서만 발생하는 것 같지는 않다. 또는 재결합 핫스팟의 시작 부위는 게놈에서 코딩할 수 있다. 서로 다른 마우스 변종 간의 재결합 비교를 통해 locus Dsbc1은 최소 두 개의 재결합 핫스팟 위치에서 게놈의 개시 사이트 사양에 기여하는 로커스로 확인되었다.[3] 추가 교차 매핑은 PRDM9 유전자를 포함하는 마우스 17번 염색체의 12.2~16.7Mb 영역에 Dsbc1 로쿠스를 위치시켰다. PRDM9 유전자는 Dsbc1 지역의 히스톤 메틸트랜스퍼레이즈를 인코딩하여 생쥐의 재결합 개시 부지에 대한 비랜덤, 유전적 근거를 제공한다.[3] PRDM9 유전자의 빠른 진화는 인간과 침팬지가 높은 순서의 정체성에도 불구하고 재결합 핫스팟을 거의 공유하지 않는다는 관찰을 설명한다.[7]

전사 관련 재결합

DNA의 기능적 영역에서 동질 재조합은 다양한 유기체 범위에서 관찰된 바와 같이 전사에 의해 강하게 자극된다.[8][9][10][11] 복사와 관련된 전사는 최소한 부분적으로는 DNA 구조를 개방하고 재조합 DNA 손상을 유발하는 외생 화학물질과 내부 대사물에 대한 DNA 접근성을 강화하는 전사의 능력에 기인하는 것으로 보인다.[10] 이러한 결과는 전사 관련 재조합이 재조합 핫스팟 형성에 유의하게 기여할 수 있음을 시사한다.

바이러스 재조합 핫스팟

RNA 바이러스에서는 동질 재조합이 매우 빈번하다.[12] 재조합은 게놈을 가로지르는 어느 곳에서나 발생할 수 있는 매우 유사한 바이러스들 사이에서 자주 발생하지만, 선택압력 이후 이 사이트들은 특정 지역/핫스팟에서 국지화하는 경향이 있다.[13] 예를 들어, Enterovirus에서 재결합 핫스팟은 5개 지점에서 식별되었다.UTR-capsid 지역 접점 및 P2 지역 시작 지점.[14] 이 두 개의 핫스팟은 캡시드를 위해 인코딩되는 P1 지역 옆에 있다.[14] 코로나비루스에서 스파이크 게놈 지역은 재조합 핫스팟이다.[15][16]

참고 항목

참조

  1. ^ Jeffreys AJ, Kauppi L, Neumann R (October 2001). "Intensely punctate meiotic recombination in the class II region of the major histocompatibility complex". Nat. Genet. 29 (2): 217–22. doi:10.1038/ng1001-217. PMID 11586303.
  2. ^ Székvölgyi, Lóránt; Ohta, Kunihiro; Nicolas, Alain (2015-05-01). "Initiation of meiotic homologous recombination: flexibility, impact of histone modifications, and chromatin remodeling". Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 7 (5): a016527. doi:10.1101/cshperspect.a016527. ISSN 1943-0264. PMC 4448624. PMID 25934010.
  3. ^ a b c d e Baudat, F.; et al. (2010). "Prdm9 Is a Major Determinant of Meiotic Recombination Hotspots in Humans and Mice". Science. 327 (5967): 836–40. doi:10.1126/science.1183439. PMC 4295902. PMID 20044539.
  4. ^ Myers S, Spencer CC, Auton A, et al. (August 2006). "The distribution and causes of meiotic recombination in the human genome". Biochem. Soc. Trans. 34 (Pt 4): 526–30. doi:10.1042/BST0340526. PMID 16856851.
  5. ^ a b c d e Aguilera, A.; Gomez-Gonzalez, B. (2008). "Genome Instability: A Mechanistic View of Its Causes and Consequences". Nature Reviews Genetics. 9 (3): 204–17. doi:10.1038/nrg2268. PMID 18227811.
  6. ^ a b Lichten, M.; Goldman, A. S. H. (1995). "Meiotic Recombination Hotspots". Annual Review of Genetics. 29: 423–44. doi:10.1146/annurev.genet.29.1.423. PMID 8825482.
  7. ^ Auton, Adam; Fledel-Alon, Adi; Pfeifer, Susanne; Venn, Oliver; Ségurel, Laure (2012). "A fine-scale chimpanzee genetic map from population sequencing". Science. 336 (6078): 193–198. doi:10.1126/science.1216872. PMC 3532813. PMID 22422862.
  8. ^ Grimm C, Schaer P, Munz P, Kohli J (1991). "The strong ADH1 promoter stimulates mitotic and meiotic recombination at the ADE6 gene of Schizosaccharomyces pombe". Mol. Cell. Biol. 11 (1): 289–98. doi:10.1128/mcb.11.1.289. PMC 359619. PMID 1986226.
  9. ^ Nickoloff JA (1992). "Transcription enhances intrachromosomal homologous recombination in mammalian cells". Mol. Cell. Biol. 12 (12): 5311–8. doi:10.1128/mcb.12.12.5311. PMC 360468. PMID 1333040.
  10. ^ a b García-Rubio M, Huertas P, González-Barrera S, Aguilera A (2003). "Recombinogenic effects of DNA-damaging agents are synergistically increased by transcription in Saccharomyces cerevisiae. New insights into transcription-associated recombination". Genetics. 165 (2): 457–66. PMC 1462770. PMID 14573461.
  11. ^ Gaillard H, Aguilera A (2016). "Transcription as a Threat to Genome Integrity". Annu. Rev. Biochem. 85: 291–317. doi:10.1146/annurev-biochem-060815-014908. PMID 27023844.
  12. ^ Simon-Loriere, Etienne; Holmes, Edward C. (August 2011). "Why do RNA viruses recombine?". Nature Reviews Microbiology. 9 (8): 617–626. doi:10.1038/nrmicro2614. ISSN 1740-1526. PMC 3324781. PMID 21725337.
  13. ^ Banner, L. R.; Lai, M. M. (November 1991). "Random nature of coronavirus RNA recombination in the absence of selection pressure". Virology. 185 (1): 441–445. doi:10.1016/0042-6822(91)90795-d. ISSN 0042-6822. PMC 7131166. PMID 1656597.
  14. ^ a b Nikolaidis, Marios; Mimouli, Kalliopi; Kyriakopoulou, Zaharoula; Tsimpidis, Michail; Tsakogiannis, Dimitris; Markoulatos, Panayotis; Amoutzias, Grigoris D. (January 2019). "Large-scale genomic analysis reveals recurrent patterns of intertypic recombination in human enteroviruses". Virology. 526: 72–80. doi:10.1016/j.virol.2018.10.006.
  15. ^ Nikolaidis, Marios; Markoulatos, Panayotis; Van de Peer, Yves; Oliver, Stephen G; Amoutzias, Grigorios D (2021-10-12). Hepp, Crystal (ed.). "The neighborhood of the Spike gene is a hotspot for modular intertypic homologous and non-homologous recombination in Coronavirus genomes". Molecular Biology and Evolution: msab292. doi:10.1093/molbev/msab292. ISSN 0737-4038.
  16. ^ Yang, Yiyan; Yan, Wei; Hall, A Brantley; Jiang, Xiaofang (2021-04-13). Rasmus, Nielsen (ed.). "Characterizing Transcriptional Regulatory Sequences in Coronaviruses and Their Role in Recombination". Molecular Biology and Evolution. 38 (4): 1241–1248. doi:10.1093/molbev/msaa281. ISSN 1537-1719. PMC 7665640. PMID 33146390.

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