Recombinación Genética: Mecanismos y Enzimas Clave

Funciones de la Recombinación

1. Generación de nuevas combinaciones de alelos en la meiosis (crossing over durante la meiosis).
2. Generación de nuevos genes (re-arreglo de los genes de las inmunoglobulinas).
3. Integración de un elemento específico de ADN.
4. Reparación del ADN.

En eucariotas: Durante la meiosis I. Ocurre recombinación e intercambio después de la primera división celular.

En procariotas: Para incorporar ADN a su cromosoma, después de que este entró por transformación, transducción o conjugación. En eventos de reparación de ADN.

Quiasmas

Es el punto o lugar físico donde ocurre el intercambio de material genético o “crossing over”.

Tipos de Recombinación

• Recombinación Homóloga: Involucra el intercambio genético entre dos moléculas de ADN (o dos segmentos de la misma molécula de ADN) que comparten una región de secuencias homólogas.
• Sitio Específico: Involucra el intercambio genético en secuencias definidas de ADN (Ej: Integración del ADN de fago lambda al genoma de E. coli).
• Transposición de ADN: La inserción de elementos de ADN que se mueven de un lugar a otro, usualmente tienen poca similitud en su secuencia (transposón).

Modelo de Holliday: Junctions, Estructuras

Aunque el modelo de Holliday explica el resultado del proceso de recombinación, no proporciona una explicación del mecanismo para las reacciones del intercambio de cadenas y otros detalles moleculares del proceso.

Las uniones de Holliday se forman durante la recombinación.

Modelo:

• Apareamiento de los ADN dúplex y cortes en las posiciones correspondientes de las dos cadenas de ADN.
• Los extremos libres se intercambian y se unen con los extremos formando enlaces intermoleculares.
• Se sellan los enlaces.
• Una de las cadenas puede desplazarse en cualquier dirección.
• Migración de rama (Branch migration).
• Ruptura de los intermediarios.
• Las HJs pueden ser resueltas de dos maneras aunque solo una produce verdaderas moléculas recombinantes.

Enzimas Implicadas en la Recombinación

• Topoisomerasas:
  • Girasas:
  • Tipo I: Fluoroquinolonas
  • Tipo II
• Helicasas: Rompen puentes de H₂.
• Endonucleasas: Rompen enlaces fosfodiéster.

Mecanismo de la Recombinación

1. Apareamiento de 2 hebras de ADN homólogas: Constituye la iniciación de la recombinación y ocurre en la meiosis después de la replicación. Los homólogos se aproximan y se aparean formando los bivalentes.
2. Generación de una ssDNA por la acción de RecBCD: El complejo RecBCD (con actividad helicasa y nucleasa) interviene en la recombinación, suministrando la banda simple que será sustrato de RecA. La actividad RecBCD se ve inhibida por sus productos de acción, esta inhibición se alivia en presencia de SSB.
3. Invasión de la ssDNA sobre la cadena homóloga dsDNA mediada por RecA: RecA promueve el ataque de un extremo 3’ OH a un sitio de secuencia homóloga de una doble cadena de ADN. Las proteínas SSB promueven la unión de RecA a ssDNA, evitando el apareamiento intracatenario de bases.
4. Formación de la estructura de Holliday y migración de la rama con la participación de RuvAB: RuvA y RuvB. RuvB es una helicasa que tiene actividad ATPasa, la que aporta energía para la migración de la rama.
5. Resolución de la estructura de Holliday por RuvC: El gen RuvC codifica para una endonucleasa que reconoce específicamente las uniones de Holliday, corta y une para dar lugar a las cadenas recombinantes, por lo tanto será la que resuelve el intermedio de Holliday.

Recombinación de E. Coli

Parte 1: Corte e Intercambio

• La proteína RecBCD produce un corte en el extremo 3’ de la ausencia “Chi”.
• RecBCD tiene actividad helicasa, desenrollando el ADN.
• La cadena sencilla es cubierta con las proteínas RecA y SSB (proteínas de unión a ADN de cadena sencilla).
• La cadena sencilla de ADN invade y desplaza una cadena del ADN dúplex.

Parte 2: Migración y Resolución

• La cadena desplazada sufre un corte y se aparea ahora con la cadena homóloga del otro cromosoma.
• Se sellan los cortes por la acción de la ADN ligasa generando la Holliday junction.
• RuvA + RuvB = Helicasa dependiente de ATP participan en el desplazamiento de la rama.
• RuvC: resolvasa, hace los cortes en las dos cadenas para la generación de las dos moléculas de ADN dúplex recombinadas.