유전자 변환

Gene conversion

유전자 변환은 하나의 DNA 배열이 변환 이벤트 후에 배열이 동일해지도록 상동 배열을 대체하는 과정이다.유전자 변환은 같은 유전자의 하나의 대립 유전자가 다른 대립 유전자를 대체한다는 것을 의미하거나 혹은 하나의 평행한 DNA 배열이 다른 대립 유전자를 변환한다는 것을 의미하는 외부 유전자가 될 수 있다.

대립 유전자 변환

알레산 유전자 변환은 헤테로 접합 부위 사이의 상동 재조합이 염기쌍의 불일치를 야기할 때 감수 분열 중에 발생한다.이 불일치는 세포기계에 의해 인식되고 수정되어 하나의 대립 유전자가 다른 대립 유전자로 변환됩니다.이것은 생식세포에서 [1]대립 유전자의 비멘델 분리를 일으킬 수 있다.

비알레르기/외전 유전자 변환

재조합은 감수분열 시뿐만 아니라 DNA 손상에 의한 이중사슬단절(DSB)의 복구 메커니즘으로도 발생한다.이러한 DSB는 보통 상동 염색체가 아닌 파괴된 이중성의 자매 염색체를 사용하여 복구되므로 대립 유전체 변환을 초래하지 않습니다.재조합은 또한 이전의 유전자 복제에서 비롯되었던 다른 게놈 위치(패럴로그 배열)에 존재하는 상동 배열 사이에서 일어난다.병렬 배열 사이에 일어나는 유전자 변환(외적 유전자 변환)은 유전자 [1][2][3]패밀리의 일치된 진화에 책임이 있는 것으로 추측된다.

메커니즘

이중 가닥 절단 또는 간극에 의해 시작된 감수성 재조합의 현재 모델, 이어서 상동 염색체 및 가닥 침투를 통해 재조합 복구 과정을 시작합니다.틈새를 수리하면 측면 영역의 교차(CO) 또는 비 교차(NCO)가 발생할 수 있습니다.CO 재조합은 위의 오른쪽 그림과 같이 이중 홀리데이 접합(DHJ) 모델에 의해 발생하는 것으로 생각됩니다.NCO 재조합체는 주로 왼쪽의 그림과 같이 합성 의존성 스트랜드 아닐링(SDSA) 모델에 의해 발생하는 것으로 생각됩니다.대부분의 재조합 이벤트는 SDSA 유형으로 보입니다.

하나의 대립 유전자가 다른 대립 유전자로 변환되는 것은 종종 상동 재조합 동안 염기 불일치 복구에 기인한다: 만약 감수 분열 동안 4개의 염색체 중 하나가 다른 염색체와의 쌍을 이루면, 배열 호몰로지 때문에 일어날 수 있는 것처럼, DNA 가닥 전달이 일어나고 이어서 불일치 복구가 일어날 수 있다.이것은 염색체 중 하나의 염기서열을 바꿔서 다른 염색체와 동일하게 만들 수 있다.

감수성 재조합은 이중가닥절단(DSB) 형성을 통해 개시된다.그 후 5'의 끝부분이 분해되어 수백 개의 뉴클레오티드로 이루어진 긴 3' 돌출부가 남습니다.이 3' 단일 가닥 DNA 세그먼트 중 하나는 상동 염색체 상의 상동 염기서열을 침범하여 서로 다른 경로를 통해 치유될 수 있는 중간을 형성하여 교차 교차(CO) 또는 비 교차(NCO)를 일으킨다.재조합 과정의 여러 단계에서 헤테로듀플렉스 DNA(완벽하게 상보적일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있는 2개의 상동 염색체 각각에서 단일 가닥으로 이루어진 이중사슬 DNA)가 형성된다.헤테로듀플렉스 DNA에서 불일치가 발생하면, 한 가닥의 배열이 다른 가닥과 완벽한 상보성으로 결합하도록 복구되어 한 염기서열이 다른 염기서열로 변환됩니다.이 수리 프로세스는 그림에 표시된 것처럼 두 가지 대체 경로 중 하나를 따를 수 있습니다.하나의 경로에 의해, 이중 홀리데이 접합(DHJ)이라고 불리는 구조가 형성되어 DNA 가닥의 교환을 이끈다.합성 의존성 스트랜드 어닐링(SDSA)이라고 불리는 다른 경로에는 정보 교환이 있지만 물리적 교환은 없습니다.유전자 변환은 두 DNA 분자가 재조합 복구 부위에서 헤테로 접합되면 SDSA 동안 발생합니다.유전자 변환은 DHJ를 포함한 재조합 복구 중에도 발생할 수 있으며, 이 유전자 변환은 DHJ의 양쪽에 있는 DNA 이중체의 물리적 재조합과 관련될 수 있다.

편향된 유전자 변환 대 편향되지 않은 유전자 변환

바이어스 유전자 변환(BGC)은 유전자 변환 이벤트에서 한 대립 유전자가 다른 대립 유전자에 비해 기증자가 될 확률이 높을 때 발생합니다.예를 들어 T:G 불일치가 발생하면 T:A 쌍이 아닌 C:G 쌍으로 수정될 가능성이 높아집니다.이것은 그 유전자가 다음 세대로 전염될 확률이 더 높다는 것을 알려준다.편향되지 않은 유전자 변환은 두 가지 가능성이 동일한 확률로 발생한다는 것을 의미합니다.

GC 바이어스 유전자 변환

GC 바이어스 유전자 변환(gBgC)은 재조합 [2]중 유전자 변환으로 인해 DNA의 GC 함량이 증가하는 과정이다.gBgC에 대한 증거는 효모와 사람에 대해 존재하며, 그 이론은 다른 진핵생물 계통에서 [4]더 최근에 실험되었다.분석된 인간의 DNA 염기서열에서 교차 속도는 [2]GC 함량과 양의 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다.재조합률이 높은 것으로 알려진 인간의 X염색체와 Y염색체의 의사자변체영역(PAR)도 GC [1]함량이 높다.일치된 진화를 겪고 있는 포유류의 특정 유전자(예: 리보솜 오퍼론, tRNA, 그리고 히스톤 유전자)는 GC가 [1]매우 풍부합니다.GC 함량은 비교적 독특한 [5]서열을 가진 평행 히스톤 유전자보다 (아마도 일치 진화가 진행 중인) 대규모 아과 구성원인 평행 인간 및 마우스 히스톤 유전자에서 더 높은 것으로 나타났다.또한 불일치 복구 [1]프로세스에서 GC 편향에 대한 증거가 있습니다.이는 C→T 전이를 일으킬 수 있는 메틸-글루코신 탈아미네이션의 높은 속도에 대한 적응일 수 있다.

근육근의 Fxy 유전자의 BGC

집쥐(인간, 쥐, 그리고 다른 뮤스 종)와 밀접하게 관련된 일부 포유류의 Fxy 또는 Mid1 유전자는 X 염색체의 성 연결 영역에 위치합니다.그러나 근막근에서는 최근 유전자 3' 말단이 재조합 핫스팟으로 알려진 X염색체의 PAR 영역과 겹치도록 위치가 바뀌었다.유전자의 이 부분은 인트론뿐만 아니라 제3 코돈 위치에서도 GC 함량과 치환율이 극적으로 증가했지만 X-연결인 유전자의 5' 영역은 증가하지 않았다.이 효과는 유전자 재조합률이 높아지는 영역에서만 나타나기 때문에 선택압이 [2]아닌 편향된 유전자 변환에 의한 것이어야 한다.

GC 편향 유전자 변환이 인간 게놈 패턴에 미치는 영향

GC 함량은 인간 게놈에서 매우 다양하지만(40~80%), GC 함량이 평균적으로 다른 [1]지역보다 높거나 낮은 부분이 게놈에 있는 것으로 보인다.이러한 영역은 항상 명확한 경계를 나타내지는 않지만 등각선으로 알려져 있습니다.GC가 풍부한 아이소코어의 존재에 대한 한 가지 가능한 설명은 재조합 수준이 높은 영역에서 GC 바이어스 유전자 변환에 의해 진화했다는 것이다.

진화적 중요성

재조합의 적응 기능

유전자 변환에 대한 연구는 감수성 재조합의 적응 기능에 대한 우리의 이해에 기여했다.감수분열 4개의 생성물 중 대립 유전자 쌍(Aa)의 통상 분리 패턴은 2A:2a이다.간헐적인 유전자 변환 이벤트(예: 개별 감수성 동안 3:1 또는 1:3 분리 패턴)의 검출은 교차 염색체 또는 비 교차 염색체로 이어지는 재조합의 대체 경로에 대한 통찰력을 제공한다.유전자 전환 사건은 "A"와 "a" 대립 유전자가 분자 재조합 사건의 정확한 위치 근처에 있을 때 발생하는 것으로 생각됩니다.따라서 유전자 변환 이벤트가 즉각적인 변환 이벤트와 인접하지만 외부에 있는 염색체 영역의 교차 또는 비 교차와 관련된 빈도를 측정할 수 있다.다양한 균류의 유전자 변환에 대한 수많은 연구들이 수행되었고, 이러한 연구들의 결과는 백악관에 [6]의해 검토되었다.이 리뷰를 통해 대부분의 유전자 변환 이벤트가 외부 마커 교환과 관련이 없다는 것이 명백하다.따라서, 연구된 여러 다른 균류에서 대부분의 유전자 변환 이벤트는 외부 표지의 교차하지 않는 것과 관련이 있다.교차하지 않는 유전자 변환 이벤트는 주로 합성 의존성 가닥 어닐링(SDSA)[7]에 의해 생성된다.이 과정은 전환 사건 현장에서 두 개의 관여하는 상동 염색체 사이의 제한된 정보 교환을 포함하지만 DNA의 물리적 교환은 포함하지 않으며, 유전적 변이는 거의 생성되지 않는다.따라서, 감수분열 동안 일어나는 대부분의 재조합 사건을 설명하기에는 새로운 유전자 변형이나 물리적 교환의 적응적 이익에만 초점을 맞춘 감수분열의 적응적 기능에 대한 설명이 불충분해 보인다.그러나 감수성 재조합 사건의 대부분은 배우자에게 [8]전달되는 DNA의 손상 수복을 위한 적응이라는 제안으로 설명될 수 있다.

특히, 재조합이 DNA 수복의 적응이라는 관점에서, 유사분열세포의 유전자 전환이 UV와 이온화[11] 방사선에[9][10] 의해 증가한다는 것을 보여주는 효모에 대한 연구들이 있는가?

인간의 유전병

유전자 변환의 종류.

인간의 유전자 질환에 대한 논의에서, 병원성 돌연변이를 기능성 유전자에 도입하는 의사 유전자의 매개 유전자 변환은 잘 알려진 돌연변이 메커니즘이다.반대로 의사진도 템플릿으로 기능할 수 있습니다.진화 과정에서 잠재적으로 유리한 기능적 원천 유전자는 단일 원천 유전자의 여러 복제에서 파생되었다.유사 유전자 템플릿의 변경은 [12]유해한 영향을 가지지 않는 한 최종적으로 고정될 수 있다.그래서 사실 의사유전자는 새로운 조합으로 기능성 유전자에 전달될 수 있고선택에 의해 작용될 수 있는 배열 변이의 원천으로 작용할 수 있습니다.시알산에 결합하는 인간면역글로불린인 렉틴11(SIGLEC11)은 진화에 중요한 역할을 한 유전자 변환 이벤트의 한 예로 볼 수 있다.침팬지, 보노보, 고릴라, 오랑우탄에서 인간 SIGLEC11의 상동유전자와 그 유사유전자를 비교한 결과, 5'상류영역의 염기서열과 시알산 인식영역을 코드하는 엑손의 유전자 변환이 있었으며, 이는 HSIGLECP16의 근접한 측면으로부터 약 2kbp(유전자 에타카와)이었다.., 2005).이 사건에 관한 세 가지 증거는 함께 이것을 호모속에게 매우 진화적으로 중요한 적응적 변화라고 제시했습니다.인간의 혈통에서만 이 유전자 전환이 일어났고, 뇌피질은 특히 인간의 혈통에서 SIGLEC11의 중요한 발현을 얻었으며, 침팬지와의 비교에서 인간 혈통의 기질 결합의 변화를 보여주는 것을 포함한다.물론 인간의 진화에 있어서 기능적이고 적응적인 변화에 이 의사 유전자가 매개하는 유전자 변환 메커니즘이 기여하는 빈도는 아직 알려지지 않았으며 지금까지 거의 [13]연구되지 않았다.그럼에도 불구하고 SIGLEC11의 예에서는 이러한 기구에 의한 적극적으로 선택적인 유전자 변화의 도입을 검토할 수 있다.때때로 유전자 패밀리의 일부 구성원에 대한 전이성 요소의 간섭으로 인해, 그것은 그들 사이의 변화를 야기하고, 마지막으로 다른 진화로 이어지는 배열 유사성의 부족으로 인해 유전자 전환 속도를 멈출 수도 있다.

게놈 분석

다양한 게놈 분석으로부터, 이중사슬절단(DSB)은 상동재조합을 통해 적어도 2개의 다른 관련 [12]경로에 의해 복구될 수 있다는 결론을 얻었다.주요 경로의 경우, DSB 양쪽의 상동 배열이 사용될 것이며,[15] 이는 효모의 감수성 재조합을 위해 원래 제안되었던 보수적인 DSB 복구 모델과 유사한 것으로 보인다.여기서 보조 경로는 비보수적인 단측 [16]침입 모델에 의해 가정된 DSB의 한쪽으로만 제한된다.그러나 두 경우 모두 재조합 파트너의 순서는 완전히 보존됩니다.이들의 높은 수준의 호몰로지로 인해 유전자 복제 이후 나타난 새로운 유전자 복제는 자연스레 불균등한 교차 또는 단방향 유전자 변환 현상을 일으키는 경향이 있다.후자의 프로세스에서는 수용체 및 기증자 배열이 존재하며, 기증자의 배열은 변경되지 않은 [13]채 기증자로부터 복사된 배열로 대체된다.

상호작용하는 배열들 사이의 효과적인 호몰로지는 유전자 변환 이벤트를 성공적으로 만든다.또한 유전자 변환 빈도는 [17][12]cis 내의 상호작용하는 배열 사이의 거리에 반비례하며, 유전자 변환 속도는 일반적으로 가정된 변환 영역에서의 중단되지 않은 배열로의 길이에 정비례한다.교차를 수반하는 변환 작용은 교차를 수반하지 않는 변환 작용(평균 길이 = ~460 bp)보다 긴 것으로 보인다(평균 길이 = 55–160 bp).[18]인간의 글로불린 유전자 연구에서 유전자 전환 이벤트 또는 가지 이동 이벤트가 DNA 배열 근처에 존재하는 특정 모티브에 의해 촉진되거나 억제될 수 있다는 것이 오랫동안 뒷받침되어 왔다(Papadakis and Patrinos, 1999).[12]유전자 전환 사건의 또 다른 기본적인 분류는 인터로커스(interlocus)와 인터알레르 유전자 변환이다.시스 또는 트랜스 비알레르기 또는 인터로커스 유전자 변환 이벤트는 자매 염색체 또는 상동 염색체에 상주하는 비알레르기 유전자 복사 간에 발생하며, 상동 염색체에 상주하는 대립 유전자 사이에서 유전자 변환 이벤트가 발생한다(Chen et al., ([13][12]2007에서 채택).인터로커스 유전자 전환 이벤트를 비교해보면 편향된 방향성을 보이는 경우가 빈번하다.때때로, 인간의 글로빈 유전자의 경우(Papadakis와 Patrinos, 1999)[12]와 같이, 유전자 변환 방향은 이벤트에 참여하는 유전자의 상대적 발현 수준과 상관관계가 있으며, 마스터라고 불리는 유전자는 더 높은 수준에서 발현되어 슬레이브라고 불리는 낮은 발현으로 변환된다.원래 진화적 맥락에서 공식화된 '마스터/슬레이브 유전자' 규칙은 주의 깊게 설명되어야 한다.실제로 유전자 전사의 증가는 공여체뿐만 아니라 [12][19]수용체로서도 사용될 가능성이 증가하는 것을 나타낸다.

영향

일반적으로 부모로부터 유전자의 다른 복제를 물려받은 유기체는 헤테로 접합이라고 불린다.이것은 일반적으로 유전자형 Aa(즉, 변종(알레) 'A'의 복사본 하나와 대립 유전자 'a'의 복사본 하나)로 표현된다.헤테로 접합체가 감수분열로 배우자를 만들 때, 대립 유전자는 보통 복제되고 감수분열의 직접적인 산물인 결과 4개의 세포에서 2:2의 비율로 끝납니다.그러나 유전자 변환에서는 A와 a가 2개의 대립 유전자인 2A:2a 이외의 비율이 관찰된다.예를 들면, 3A:1a 와 1A:3a 입니다.즉, 예를 들어 3A:1a의 경우와 같이 A 대립 유전자가 딸세포에서 발현되는 대립 유전자의 3배에 달할 수 있다.

의료 관련성

CYP21A2 유전자의 돌연변이를 일으키는 유전자 변환은 선천성 부신 과형성의 일반적인 유전적 원인이다.체세포 유전자 변환은 선천성 망막암인 가족성 망막아세포종을 일으키는 메커니즘 중 하나로 유전자 변환이 헌팅턴병 발병의 한 원인이 될 수 있다는 이론이 있다.

레퍼런스

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