Հոմոլոգ ռեկոմբինացիա

[alt=Depiction of chromosome 1 after undergoing homologous recombination in meiosis|մինի|413x413փքս|'''Նկար 1'''. [Մեյոզ|Մեյոզի ժամանակ հոմոլոգ ռեկոմբինացիան կարող է առաջացնել գեների նոր համակցություններ, նմանատիպ, բայց ոչ նույնական պատճեններ, ինչպես ցույց է տրված այստեղ մարդու 1-ին քրոմոսոմում:]]
**Հոմոլոգ ռեկոմբինացիա,** գենետիկ ռեկոմբինացիայի տեսակ, որի ժամանակ գենետիկ տեղեկատվությունը փոխանակվում է երկշղթա կամ միաշղթա նուկլեինաթթուների երկու նմանատիպ կամ նույնական մոլեկուլների միջև (սովորաբար ԴՆԹ, ինչպես բջջային օրգանիզմներում, բայց կարող է լինել նաև ՌՆԹ վիրուսներում):

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան լայնորեն օգտագործվում է բջիջների կողմից՝ ճշգրիտ կերպով վերականգնելու ԴՆԹ-ի վնասակար ճեղքերը, որոնք տեղի են ունենում ԴՆԹ-ի երկու շղթաների վրա, որոնք հայտնի են որպես կրկնակի շղթաների ճեղքեր (DSB), մի գործընթացում, որը կոչվում է հոմոլոգ ռեկոմբինացիոն վերականգնում (HRR):

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան նաև առաջացնում է ԴՆԹ-ի հաջորդականությունների նոր համակցություններ մեյոզի ընթացքում, գործընթաց, որով էուկարիոտները ստեղծում են գամետային բջիջներ, ինչպես կենդանիների սերմնաբջիջը և ձվաբջիջը: ԴՆԹ-ի այս նոր համակցությունները ներկայացնում են սերունդների գենետիկական փոփոխությունը, որն իր հերթին հնարավորություն է տալիս պոպուլյացիաներին հարմարվել էվոլյուցիայի ընթացքում:

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան օգտագործվում է նաև հորիզոնական գեների փոխանցման մեջ՝ բակտերիաների և վիրուսների տարբեր շտամների և տեսակների միջև գենետիկ նյութի փոխանակման համար: Հորիզոնական գեների փոխանցումը բակտերիաների մեջ հակաբիոտիկների դիմադրության տարածման առաջնային մեխանիզմն է:

Չնայած հոմոլոգ ռեկոմբինացիան լայնորեն տարբերվում է տարբեր օրգանիզմների և բջիջների տեսակների միջև, երկշղթա ԴՆԹ-ի (dsDNA) համար ձևերի մեծ մասը ներառում է նույն հիմնական քայլերը: Կրկնակի շղթայի ընդհատումից հետո ԴՆԹ-ի հատվածները կտրվածքի 5' ծայրերի շուրջը կտրվում են մի գործընթացով, որը կոչվում է ռեզեկցիա: Հետևյալ շղթայի ներխուժման քայլում կոտրված ԴՆԹ-ի մոլեկուլի 3' ծայրը «ներխուժում» է նմանատիպ կամ նույնական ԴՆԹ մոլեկուլ, որը կտրված չէ: Թելերի ներխուժումից հետո իրադարձությունների հետագա հաջորդականությունը կարող է հետևել ստորև քննարկված երկու հիմնական ուղիներից որևէ մեկին, DSBR (կրկնակի շղթայի ճեղքի վերականգնում) ուղին կամ SDSA (սինթեզից կախված շղթայի ձուլման) ուղին: ԴՆԹ-ի վերանորոգման ժամանակ տեղի ունեցող հոմոլոգ ռեկոմբինացիան հանգեցնում է ոչ խաչաձև արտադրանքի, որն իրականում վերականգնում է վնասված ԴՆԹ մոլեկուլը, ինչպես այն կար մինչև կրկնակի շղթայի վնասվելը:

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան պահպանված է կյանքի բոլոր երեք տիրույթներում, ինչպես նաև ԴՆԹ և ՌՆԹ վիրուսներում, ինչը ենթադրում է, որ այն գրեթե ունիվերսալ կենսաբանական մեխանիզմ է: Պրոտիստների՝ էուկարիոտ միկրոօրգանիզմների բազմազան խմբի՝ հոմոլոգ ռեկոմբինացիա գեների հայտնաբերումը մեկնաբանվել է որպես ապացույց, որ հոմոլոգ ռեկոմբինացիան առաջացել է էուկարիոտների էվոլյուցիայի սկզբում։ Քանի որ դրանց դիսֆունկցիան խստորեն կապված է քաղցկեղի մի քանի տեսակների նկատմամբ զգայունության բարձրացման հետ, այն սպիտակուցները, որոնք հեշտացնում են հոմոլոգ ռեկոմբինացիան, ակտիվ հետազոտության թեմաներ են: Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան օգտագործվում է նաև գեների թիրախավորման մեջ՝ նպատակային օրգանիզմների մեջ գենետիկ փոփոխություններ մտցնելու տեխնիկա: 2007 թվականին այս տեխնիկայի զարգացման համար Մարիո Կապեկին, Մարտին Էվանսը և Օլիվեր Սմիթիսը արժանացել են ֆիզիոլոգիայի և բժշկության Նոբելյան մրցանակի։ Կապեկին և Սմիթիզը ինքնուրույն կիրառություն են գտել մկների սաղմնային ցողունային բջիջների համար, սակայն DSB-ի վերականգնման մոդելի հիմքում ընկած խիստ պահպանված մեխանիզմները, ներառյալ փոխակերպված ԴՆԹ-ի միատեսակ հոմոլոգ ինտեգրումը (գենային թերապիա), առաջին անգամ ցուցադրվել են Օր-Ուիվերի, Սզոստակի և Ռոտշտեինի կողմից պլազմիդային փորձերում: 1970-1980-ական թվականներին պլազմիդից առաջացած DSB-ի ուսումնասիրությունը, օգտագործելով γ-ճառագայթումը, հանգեցրեց ավելի ուշ փորձերի՝ օգտագործելով էնդոնուկլեազներ (օրինակ՝ I-SceI)՝ կաթնասունների բջիջների գենետիկական ինժեներիայի համար քրոմոսոմները կտրելու համար, որտեղ ոչ հոմոլոգիական ռեկոմբինացիան ավելի հաճախ է տեղի ունենում, քան՝ խմորասնկերում։

## Պատմություն և բացահայտում
մինի|'''Նկար''' '''2.''' Թոմաս Հանթ Մորգանի տրամախաչման վաղ նկարազարդումը
1900-ական թվականների սկզբին Ուիլյամ Բեյթսոնը և Ռեջինալդ Փանեթը բացառություն գտան ժառանգության սկզբունքներից մեկից, որն ի սկզբանե նկարագրված էր Գրեգոր Մենդելի կողմից 1860-ականներին: Ի տարբերություն Մենդելի այն մտքի, որ հատկությունները տարբերվում են ծնողից երեխային փոխանցելիս, օրինակ, որ կատվի մազերի գույնը և նրա պոչի երկարությունը ժառանգվում են միմյանցից անկախ, Բեյթսոնը և Փանեթը ցույց տվեցին, որ ֆիզիկական հատկությունների հետ կապված որոշ գեներ կարող են ժառանգվել միասին, կամ գենետիկորեն կապված։ 1911թվականին Թոմաս Հանթ Մորգանը նկատեց, որ կապակցված հատկությունները երբեմն կարող են ժառանգվել առանձին-առանձին, առաջարկեց, որ «խաչաձևերը» կարող են առաջանալ կապված գեների միջև, որտեղ կապակցված գեներից մեկը ֆիզիկապես անցնում է մեկ այլ քրոմոսոմ: Երկու տասնամյակ անց Բարբարա ՄակՔլինթոկը և Հարիետ Քրեյթոնը ցույց տվեցին, որ քրոմոսոմային տրամախաչումը տեղի է ունենում մեյոզի ժամանակ, բջիջների բաժանման գործընթացում, որով ստեղծվում են սերմնաբջիջները և ձվաբջիջները: ՄակՔլինթոքի հայտնագործության հետ նույն տարում Քերթ Սթերնը ցույց տվեց, որ տրամախաչումը, որը հետագայում կոչվեց «ռեկոմբինացիա», կարող է տեղի ունենալ նաև սոմատիկ բջիջներում, ինչպիսիք են արյան սպիտակ բջիջները և մաշկի բջիջները, որոնք բաժանվում են միտոզով:

1947 թվականին մանրէաբան Ջոշուա Լեդերբերգը ցույց տվեց, որ բակտերիաները, որոնք ենթադրվում էր, որ վերարտադրվում են միայն անսեռ ճանապարհով երկուական տրոհման միջոցով, կարող են գենետիկ ռեկոմբինացվել, որն ավելի շատ նման է սեռական վերարտադրությանը։ Այս աշխատանքը հաստատեց *[[Աղիքային ցուպիկ|E. coli]]*-ն որպես գենետիկայի մոդելային օրգանիզմ և օգնեց Լեդերբերգին նվաճել 1958 թվականին Նոբելյան մրցանակը ֆիզիոլոգիայի կամ բժշկության բնագավառում։ Հիմնվելով սնկերի վրա ուսումնասիրությունների վրա՝ 1964 թվականին Ռոբին Հոլիդեյն առաջարկեց մեյոզի վերահամակցման մոդել, որը ներկայացրեց հիմնական մանրամասները, թե ինչպես կարող է այդ գործընթացը աշխատել, ներառյալ նյութի փոխանակումը քրոմոսոմների միջև Հոլիդեյի հանգույցների միջոցով: 1983 թվականին Ջեք Սզոստակը և գործընկերները ներկայացրեցին մոդել, որն այժմ հայտնի է որպես DSBR ուղի, որը հաշվի է առնում այն ​​դիտարկումները, որոնք չեն բացատրվում Հոլիդեյի մոդելով: Հաջորդ տասնամյակի ընթացքում *Drosophila* ճանճի, բողբոջող խմորասնկի և կաթնասունների բջիջների վրա կատարվող փորձերը հանգեցրին հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի այլ մոդելների առաջացմանը, որոնք կոչվում են SDSA ուղիներ, որոնք միշտ չէ, որ հիմնվում են Հոլիդեյի հանգույցների վրա:

Գործընթացում ներգրավված սպիտակուցների բացահայտման և դրանց մեխանիզմների որոշման հետագա աշխատանքների մեծ մասը կատարվել է մի շարք անհատների կողմից, այդ թվում՝ Ջեյմս Հաբերը, Պատրիկ Սունգը, Սթիվեն Կովալչիկովսկին և այլք:

## Կորիզավորներում
Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան կարևոր է էուկարիոտների բջիջների բաժանման համար, ինչպիսիք են բույսերը, կենդանիները, սնկերը և պրոտիստները: Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան վերականգնում է ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթայի ճեղքերը, որոնք առաջացել են իոնացնող ճառագայթման կամ ԴՆԹ-ն վնասող քիմիական նյութերի հետևանքով։ Եթե ​​չվերականգնվեն, այս կրկնակի շղթայի ճեղքերը կարող են առաջացնել սոմատիկ բջիջների քրոմոսոմների լայնածավալ վերադասավորում, որն իր հերթին կարող է հանգեցնել քաղցկեղի:

Ի հավելումն ԴՆԹ-ի վերականգնմանը, հոմոլոգ ռեկոմբինացիան նաև օգնում է առաջացնել գենետիկական բազմազանություն, երբ բջիջները մեյոզի ընթացքում բաժանվում են՝ դառնալով մասնագիտացված գամետային բջիջներ՝ կենդանիների մեջ սերմնաբջիջներ կամ ձվաբջիջներ, բույսերի ծաղկափոշին կամ ձվաբջջները, և սնկերի սպորները: Այն դա անում է հեշտացնելով քրոմոսոմային տրամախաչումը, որտեղ համանման, բայց ոչ նույնական ԴՆԹ-ի շրջանները փոխանակվում են հոմոլոգ քրոմոսոմների միջև: Սա ստեղծում է գեների նոր, հնարավոր է շահավետ համակցություններ, որոնք կարող են սերունդներին էվոլյուցիոն առավելություն տալ: Քրոմոսոմային տրամախաչումը հաճախ սկսվում է այն ժամանակ, երբ Spo11 կոչվող սպիտակուցը ԴՆԹ-ում կատարում է թիրախային երկշղթա ճեղքվածք: Այս վայրերը ոչ պատահականորեն տեղակայված են քրոմոսոմների վրա. սովորաբար միջգենային խթանող շրջաններում և գերադասելիորեն գուանինով և ցիտոզինով հարուստ տիրույթներում։ Այս կրկնակի շղթայական ճեղքման վայրերը հաճախ հանդիպում են ռեկոմբինացիոն թեժ կետերում, շրջաններ քրոմոսոմներում, որոնք ունեն մոտ 1000–2000 բազային զույգ երկարություն և ունեն ռեկոմբինացիայի բարձր արագություն։ Նույն քրոմոսոմի երկու գեների միջև ռեկոմբինացիոն թեժ կետի բացակայությունը հաճախ նշանակում է, որ այդ գեները ապագա սերունդներին կժառանգեն հավասար համամասնությամբ: Սա ցույց է տալիս, որ երկու գեների միջև կապն ավելի մեծ է, քան ակնկալվում էր մեյոզի ընթացքում ինքնուրույն տեսակավորված գեներից:

### Միտոտիկ ցիկլում հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի ժամանակը
մինի|260x260փքս|'''Նկար 3.''' Հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի վերականգնման փորձերը տեղի են ունենում ԴՆԹ-ում մինչև բջիջը միտոզ մտնելը (ցուցված է միտոտիկ փուլը) բջջային ցիկլի S և G2 փուլերի ընթացքում:
Կրկնակի շղթաների ճեղքերը կարող են վերականգնվել հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի, պոլիմերազային թետա միջնորդավորված վերջի միացման (TMEJ) կամ ոչ հոմոլոգ վերջի միացման (NHEJ) միջոցով։ NHEJ-ը ԴՆԹ-ի վերականգնման մեխանիզմ է, որը, ի տարբերություն հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի, չի պահանջում երկար հոմոլոգ հաջորդականություն՝ ուղղորդելու վերականգնումը: Արդյոք հոմոլոգ ռեկոմբինացիա կամ NHEJ օգտագործվում է կրկնակի շղթաների ճեղքվածքները վերականգնելու համար, հիմնականում որոշվում է բջջային ցիկլի փուլով: Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան վերականգնում է ԴՆԹ-ն մինչև բջիջը միտոզ մտնելը (M փուլ): Այն տեղի է ունենում ԴՆԹ-ի վերարտադրության ընթացքում և դրանից կարճ ժամանակ անց, բջջային ցիկլի S և G2 փուլերում, երբ քույր քրոմատիդներն ավելի հեշտությամբ հասանելի են: Համեմատած հոմոլոգ քրոմոսոմների հետ, որոնք նման են մեկ այլ քրոմոսոմին, բայց հաճախ ունեն տարբեր ալելներ, քույր քրոմատիդները իդեալական ձևանմուշ են հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի համար, քանի որ դրանք տվյալ քրոմոսոմի նույնական պատճենն են: Երբ հոմոլոգ ձևանմուշը հասանելի չէ կամ երբ ձևանմուշը հնարավոր չէ մուտք գործել հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի թերության պատճառով, վնասվածքը վերականգնվում է TMEJ-ի միջոցով բջջային ցիկլի S և G2 փուլերում: Ի տարբերություն հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի և TMEJ-ի, NHEJ-ը գերակշռում է բջջային ցիկլի G1 փուլում, երբ բջիջը աճում է, բայց դեռ պատրաստ չէ բաժանման: Այն տեղի է ունենում ավելի քիչ հաճախակի G1 փուլից հետո, բայց պահպանում է առնվազն որոշակի ակտիվություն բջջային ցիկլի ընթացքում: Մեխանիզմները, որոնք կարգավորում են հոմոլոգ ռեկոմբինացիան և NHEJ-ը բջջային ցիկլի ընթացքում, տարբեր տեսակների միջև լայնորեն տարբերվում են:

Ցիկլինից կախված կինազները (CDKs), որոնք փոփոխում են այլ սպիտակուցների ակտիվությունը՝ դրանցում ֆոսֆատ խմբեր ավելացնելով (այսինքն՝ ֆոսֆորիլացնելով), էուկարիոտներում հոմոլոգ վերահամակցման կարևոր կարգավորիչներ են: Երբ ԴՆԹ-ի վերարտադրությունը սկսվում է բողբոջող խմորասնկում, ցիկլինից-կախված կինազ Cdc28-ը սկսում է հոմոլոգ ռեկոմբինացիա՝ ֆոսֆորիլացնելով Sae2 սպիտակուցը: Ֆոսֆատի ավելացումով ակտիվանալուց հետո Sae2-ն առաջացնում է մաքուր կտրվածք ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթայի վնասվածքի մոտ: Անհասկանալի է, թե այս կտրվածքի համար պատասխանատու էնդոնուկլեազը հենց Sae2-ն է, թե մեկ այլ սպիտակուց՝ Mre11: Սա թույլ է տալիս սպիտակուցային կոմպլեքսին, ներառյալ Mre11-ին, որը հայտնի է որպես MRX կոմպլեքս, կապվելու ԴՆԹ-ի հետ և սկսել մի շարք սպիտակուցային ռեակցիաներ, որոնք նյութը փոխանակում են ԴՆԹ-ի երկու մոլեկուլների միջև:

### Քրոմատինի դերը
Էուկարիոտային ԴՆԹ-ի քրոմատինի փաթեթավորումը խոչընդոտ է ԴՆԹ-ի վրա հիմնված բոլոր գործընթացների համար, որոնք պահանջում են ֆերմենտների հավաքագրում իրենց գործողության վայրերում: Հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի ԴՆԹ-ի վերականգնումը թույլ տալու համար քրոմատինը պետք է վերակառուցվի: Էուկարիոտների մոտ ԱԵՖ-ից կախված քրոմատինային վերականգնող կոմպլեքսները և հիստոն-մոդիֆիկացնող ֆերմենտները երկու գերակշռող գործոններ են, որոնք օգտագործվում են վերափոխման այս գործընթացն իրականացնելու համար:

Քրոմատինի թուլացումն արագորեն տեղի է ունենում ԴՆԹ-ի վնասման վայրում: Ամենավաղ քայլերից մեկում սթրես-ակտիվացված սպիտակուցի կինազը, c-Jun N-տերմինալ կինազը (JNK), ֆոսֆորիլացնում է SIRT6-ը սերին 10-ի վրա՝ ի պատասխան կրկնակի շղթայի ճեղքերի կամ ԴՆԹ-ի այլ վնասների: Հետտրանսլյացիոն այս փոփոխությունը հեշտացնում է SIRT6-ի մոբիլիզացումը ԴՆԹ-ի վնասման վայրերում և պահանջվում է պոլի (ԱԿՖ-ռիբոզ) պոլիմերազ 1-ի (PARP1) արդյունավետ հավաքագրման համար ԴՆԹ-ի կոտրման վայրերում և երկշղթայի վնասվածքների արդյունավետ վերականգնման համար: PARP1 սպիտակուցը սկսում է հայտնվել ԴՆԹ-ի վնասման վայրերում մեկ վայրկյանից պակաս ժամանակում, որի առավելագույն կեսը կուտակվում է վնասի առաջացումից հետո 1,6 վայրկյանի ընթացքում: Այնուհետև Alc1 քրոմատինի վերափոխիչը արագորեն կցվում է PARP1 գործողության արդյունքին, պոլի-ԱԿՖ-ի ռիբոզային շղթային, և Alc1-ն ավարտում է ԴՆԹ-ի վնասը վնասվածքի առաջանալուց 10 վայրկյանի ընթացքում: Քրոմատինի առավելագույն թուլացման մոտ կեսը, ենթադրաբար Alc1-ի գործողության շնորհիվ, տեղի է ունենում 10 վայրկյանում: Այնուհետև դա թույլ է տալիս հավաքագրել ԴՆԹ-ի վերականգնող ֆերմենտը MRE11, որպեսզի սկսի ԴՆԹ վերականգնումը 13 վայրկյանի ընթացքում։

γH2AX, H2AX-ի ֆոսֆորիլացված ձևը նույնպես ներգրավված է ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթայի ճեղքումից հետո քրոմատինի դեկոնդենսացմանը տանող վաղ փուլերում: H2AX հիստոնային տարբերակը կազմում է մարդկային քրոմատինի H2A հիստոնների մոտ 10%-ը։ γH2AX (H2AX ֆոսֆորիլացված սերին 139-ի վրա) կարելի է հայտնաբերել բջիջների ճառագայթումից 20 վայրկյան հետո (ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթայի ճեղքումով), իսկ γH2AX-ի կես առավելագույն կուտակումը տեղի է ունենում մեկ րոպեում: Ֆոսֆորիլացված γH2AX-ով քրոմատինի ծավալը կազմում է մոտ երկու միլիոն բազային զույգ ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթայի ճեղքման վայրում: γH2AX-ն ինքնին չի առաջացնում քրոմատինի խտացում, սակայն ճառագայթումից հետո 30 վայրկյանի ընթացքում RNF8 սպիտակուցը կարող է հայտնաբերվել γH2AX-ի հետ կապված: RNF8-ը միջնորդում է լայնածավալ քրոմատինի դեկոնդենսացիա՝ CHD4-ի հետ իր հետագա փոխազդեցության միջոցով, որը նուկլեոսոմի վերափոխման և դեացետիլազային կոմպլեքսի NuRD բաղադրիչն է:

ԴՆԹ-ի վնասման հետևանքով հանգստացում անցնելուց հետո, որին հաջորդում է ԴՆԹ-ի վերականգնումը, քրոմատինը մոտ 20 րոպե հետո վերականգնվում է դեպի խտացման վիճակ, որը մոտ է իր նախավնասման մակարդակին:

### Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան մեյոզում
Ողնաշարավորների մոտ այն վայրերը, որտեղ տեղի է ունենում ռեկոմբինացիան, որոշվում են PRDM9-ի միացման վայրերով, մի սպիտակուց, որը ճանաչում է որոշակի հաջորդականության մոտիվը իր ցինկի մատների զանգվածով: Այս տեղամասերում մեկ այլ սպիտակուց՝ SPO11-ը, կատալիզացնում է կրկնակի շղթայի վնասվածքները (DSBs), որոնց մի մասը վերականգնվում է հոմոլոգ քրոմոսոմի հետ վերահամակցման միջոցով: PRDM9-ը կուտակում է և՛ H3K4me3, և՛ H3K36me3 հիստոնային մեթիլացման նշանները այն վայրերում, որտեղ կապվում է, և մեթիլտրանսֆերազային այս ակտիվությունը էական է կրկնակի շղթայի վնասվածքների դիրքավորման մեջ նրա դերի համար: Դրանց ձևավորումից հետո կրկնակի շղթայի վնասված տեղամասերը վերամշակվում են ռեզեկցիայով, ինչի արդյունքում առաջանում է միաշղթա ԴՆԹ (ssDNA), որը զարդարված է DMC1-ով: Միջին զիգոտենից մինչև վաղ պաչիտեն, որպես ռեկոմբինացիոն վերականգնման գործընթացի մաս, DMC1-ը անջատվում է ssDNA-ից և քանակները նվազում են այնքան ժամանակ, մինչև բոլոր կոտրվածքները (բացառությամբ XY քրոմոսոմների) վերականգնվեն ուշ պախիտենի ժամանակ: Այս գործընթացում ներգրավված են մի քանի այլ սպիտակուցներ, այդ թվում՝ ZCWPW1, առաջին սպիտակուցը, որն ուղղակիորեն տեղակայված է PRDM9-ի երկակի հիստոնային նշաններով։ ZCWPW1-ը կարևոր է հոմոլոգ կրկնակի շղթայի վնասվածքների վերանորոգման, այլ ոչ թե դիրքավորման համար:

### Մոդելներ
ձախից|մինի|325x325փքս|'''Նկար 4'''. Կրկնակի շղթայի ճեղքման վերանորոգման մոդելներ, որոնք գործում են հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի միջոցով
Երկու հիմնական մոդելները, թե ինչպես է հոմոլոգ ռեկոմբինացիան վերականգնում կրկնակի շղթայի ճեղքերը ԴՆԹ-ում, դրանք են կրկնակի շղթայի ճեղքման վերանորոգման ուղին (DSBR) (երբեմն կոչվում է կրկնակի Հոլիդեյի հանգույցի մոդել) և սինթեզից կախված շղթայի ձուլման (SDSA) ուղին: Երկու ուղիները նման են իրենց առաջին մի քանի քայլերում: Կրկնակի շղթայի ճեղքումից հետո MRX կոմպլեքս (մարդկանց MRN համալիրը) կապվում է ԴՆԹ-ի հետ ընդմիջման երկու կողմերում: Այնուհետև կատարվում է ռեզեկցիա, որի ժամանակ կտրվածքի 5' ծայրերի շուրջ ԴՆԹ-ն կտրվում է: Դա տեղի է ունենում երկու հստակ քայլերով. նախ MRX կոմպլեքսը հավաքագրում է Sae2 սպիտակուցը, և այս երկու սպիտակուցները կտրում են 5' ծայրերը ընդմիջման երկու կողմերում՝ ստեղծելով միաշղթա ԴՆԹ-ի կարճ 3' ելուստներ; Երկրորդ քայլում 5'→3' ռեզեկցիան շարունակվում է Sgs1 հելիկազով և Exo1 և Dna2 նուկլեազներով: Որպես հելիկազ, Sgs1-ը «բացում է» երկշղթա ԴՆԹ-ն, մինչդեռ Exo1-ի և Dna2-ի նուկլեազային ակտիվությունը թույլ է տալիս կտրել Sgs1-ի կողմից արտադրված միաշղթա ԴՆԹ-ն։

RPA սպիտակուցը, որն ունի միաշղթա ԴՆԹ-ի հետ բարձր կապակցում, այնուհետև կապում է 3' ելուստները: Մի քանի այլ սպիտակուցների օգնությամբ, որոնք միջնորդում են գործընթացը, Rad51 սպիտակուցը (և Dmc1՝ մեյոզի դեպքում) այնուհետև ձևավորում է նուկլեինասպիտակուցի թելը՝ RPA-ով պատված ԴՆԹ-ի մեկ շղթայի վրա: Այս նուկլեինասպիտակուցային թելիկն այնուհետև սկսում է ԴՆԹ-ի հաջորդականությունների որոնումը, որը նման է 3' վերելքի: Նման հաջորդականություն գտնելուց հետո միաշղթա նուկլեինասպիտակուցային թելիկը տեղափոխվում է (ներխուժում) համանման կամ նույնական ստացողի ԴՆԹ դուպլեքս՝ շղթայի ներխուժում կոչվող գործընթացով: Միտոզով բաժանվող բջիջներում ստացող ԴՆԹ-ի դուպլեքսը սովորաբար քույր քրոմատիդ է, որը նույնական է վնասված ԴՆԹ-ի մոլեկուլին և ապահովում է վերականգնման ձևանմուշ: Մեյոզում, այնուամենայնիվ, ստացող ԴՆԹ-ն հակված է լինել նմանատիպ, բայց ոչ պարտադիր նույնական հոմոլոգ քրոմոսոմից: Շղթայի ներխուժման ժամանակ ձևավորվում է տեղաշարժի հանգույց (D-loop) ներխուժող 3' վերելքի շղթայի և հոմոլոգ քրոմոսոմի միջև: Շղթայի ներխուժումից հետո ԴՆԹ պոլիմերազը երկարացնում է ներխուժող 3' շղթայի վերջը` սինթեզելով նոր ԴՆԹ: Սա փոխում է D հանգույցը խաչաձեւ կառուցվածքի, որը հայտնի է որպես Հոլիդեյյան հանգույց: Դրանից հետո ԴՆԹ-ի ավելի շատ սինթեզ է տեղի ունենում ներխուժող շղթայի վրա (այսինքն՝ սկզբնական 3' ելուստներից մեկը), որն արդյունավետ կերպով վերականգնում է շարանը հոմոլոգ քրոմոսոմի վրա, որը տեղահանվել է շղթայի ներխուժման ժամանակ:

#### DSBR ուղի
alt=See adjacent text.|աջից|մինի|425x425փքս|'''Նկար 5.''' DSBR և SDSA ուղիները հետևում են նույն սկզբնական քայլերին, բայց դրանից հետո տարբերվում են: DSBR ուղին առավել հաճախ հանգեցնում է քրոմոսոմային տրամախաչման (ներքևում ձախ), մինչդեռ SDSA-ն միշտ ավարտվում է ոչ տրամախաչված արդյունքով (ներքևում աջ):
Ռեզեկցիայի, շղթայի ներխուժման և ԴՆԹ-ի սինթեզի փուլերից հետո DSBR և SDSA ուղիները դառնում են հստակ: DSBR ուղին եզակի է նրանով, որ երկրորդ 3' ելուստը (որը ներգրավված չէր շղթայի ներխուժման մեջ) նաև կազմում է Հոլիդեյի միացում հոմոլոգ քրոմոսոմի հետ: Կրկնակի Հոլիդեյի հանգույցներն այնուհետև վերածվում են ռեկոմբինացիոն արտադրանքների՝ էնդոնուկլեազների մակարդման միջոցով, սահմանափակող էնդոնուկլեազների մի տեսակ, որը կտրում է միայն մեկ ԴՆԹ շղթա: DSBR ուղին սովորաբար հանգեցնում է տրամախաչման, թեև երբեմն այն կարող է հանգեցնել ոչ տրամախաչված արտադրանքի. վնասված ԴՆԹ-ի մոլեկուլի՝ բաժանված դոնորական տեղանքներից հաջորդականություններ հավաքելու ունակությունը ցուցադրվել է միտոտիկ բողբոջող խմորասնկի դեպքում՝ օգտագործելով պլազմիդներ կամ քրոմոսոմային իրադարձությունների էնդոնուկլեազային ինդուկցիա։ Քրոմոսոմային տրամախաչման այս հակման պատճառով DSBR ուղին հավանական մոդել է այն բանի, թե ինչպես է տեղի ունենում խաչաձև հոմոլոգ ռեկոմբինացիա մեյոզի ժամանակ:

Արդյո՞ք DSBR ուղու մեջ ռեկոմբինացումը հանգեցնում է քրոմոսոմային տրամախաչման, որոշվում է նրանով, թե ինչպես է կրկնակի Հոլիդեյ հանգույցը կտրվում կամ «լուծվում»: Քրոմոսոմային տրամախաչում տեղի կունենա, եթե Հոլիդեյի մի հանգույցը կտրվի հատվող շղթայի վրա, իսկ մյուս Հոլիդեյ հանգույցը կտրվի չհատվող շղթայի վրա (Նկար 5-ում հորիզոնական մանուշակագույն սլաքների երկայնքով Հոլիդեյի մի հանգույցում և ուղղահայաց նարնջագույն սլաքների երկայնքով՝ մյուսում: ) Այլապես, եթե Հոլիդեյի երկու հանգույցները կտրված են հատվող թելերի վրա (Նկար 5-ում նշված երկու Հոլիդեյի հանգույցներում հորիզոնական մանուշակագույն սլաքների երկայնքով), ապա առանց տրամախաչման քրոմոսոմներ կստեղծվեն:

#### SDSA ուղի
Հոմոլոգ ռեկոմբինացիա SDSA ուղու միջոցով տեղի է ունենում բջիջներում, որոնք բաժանվում են միտոզի և մեյոզի միջոցով և հանգեցնում ոչ տրամախաչված արտադրանքի: Այս մոդելում ներխուժող 3' շղթան երկարացվում է ստացող ԴՆԹ-ի երկայնքով ԴՆԹ պոլիմերազի միջոցով և ազատվում է, երբ դոնորի և ստացողի ԴՆԹ-ի մոլեկուլների Հոլիդեյի հանգույցը սահում է մի գործընթացում, որը կոչվում է ճյուղային միգրացիա: Ներխուժող շղթայի նոր սինթեզված 3' ծայրն այնուհետև կարող է կցել վնասված քրոմոսոմի մյուս 3' ծայրամասին՝ լրացուցիչ հիմքերի զուգավորման միջոցով: Շղթաների ձուլումից հետո երբեմն կարող է մնալ ԴՆԹ-ի մի փոքր ծալք: Ցանկացած նման փեղկեր հանվում են, և SDSA-ի ուղին ավարտվում է մնացած միաշղթա բացերի վերակնքումով, որը նաև հայտնի է որպես կապակցում:

Միտոզի ընթացքում ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթայական ճեղքվածքները վերականգնելու հիմնական հոմոլոգ ռեկոմբինացիոն ուղին, ըստ երևույթին, SDSA ուղին է (այլ ոչ թե DSBR ուղին): SDSA ուղին արտադրում է ոչ տրամախաչված ռեկոմբինանտներ (Նկար 5): Մեյոզի ժամանակ հաճախակի են լինում նաև ոչ տրամախաչված ռեկոմբինանտներ, որոնք, ըստ երևույթին, առաջանում են հիմնականում նաև SDSA ուղու միջոցով: Ոչ տրամախաչված ռեկոմբինացիոն իրադարձությունները, որոնք տեղի են ունենում մեյոզի ընթացքում, հավանաբար արտացոլում են ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթայի վնասների կամ ԴՆԹ-ի այլ տեսակի վնասների վերականգնման դեպքերը:

#### SSA ուղի
alt=Still frame of an animation of the SSA pathway.  A single molecule of double-stranded DNA is shown in red, oriented horizontally.  On each of the two DNA strands, two purple regions indicating repeat sequences of DNA are shown to the left and right of the center of the DNA molecule.|մինի|325x325փքս|'''Նկար 6.''' SSA ուղու միջոցով վերահամակցումը տեղի է ունենում նույն ԴՆԹ-ի դուպլեքսի երկու կրկնվող տարրերի միջև (մանուշակագույն) և հանգեցնում է գենետիկական նյութի ջնջման:
Հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի միաշղթա ձուլման (SSA) ուղին վերականգնում է կրկնակի շղթայի ընդմիջումները երկու կրկնվող հաջորդականությունների միջև: SSA ուղին եզակի է նրանով, որ այն չի պահանջում ԴՆԹ-ի առանձին նմանատիպ կամ նույնական մոլեկուլ, ինչպես DSBR կամ SDSA հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի ուղիները: Փոխարենը, SSA ուղին պահանջում է միայն մեկ ԴՆԹ դուպլեքս և օգտագործում է կրկնվող հաջորդականությունները որպես նույնական հաջորդականություններ, որոնք հոմոլոգ ռեկոմբինացիային անհրաժեշտ են վերանորոգման համար: Ճանապարհը համեմատաբար պարզ է հայեցակարգով. այն բանից հետո, երբ միևնույն ԴՆԹ-ի երկու շղթաները կտրվում են կրկնակի շղթայի ճեղքման վայրի շուրջ, արդյունքում ստացված երկու 3' ելուստները, այնուհետև հարթվում և կռվում են միմյանց հետ՝ վերականգնելով ԴՆԹ-ն որպես շարունակական դուպլեքս:

Քանի որ ԴՆԹ-ն կրկնակի շղթայի ճեղքվածքի շուրջը կտրվում է, արտադրվող միաշղթա 3' ելուստները պատված են RPA սպիտակուցով, ինչը թույլ չի տալիս 3' ելուստներին կպչել իրար վրա: Այնուհետև Rad52 կոչվող սպիտակուցը կապում է կրկնվող հաջորդականություններից յուրաքանչյուրը ընդմիջման երկու կողմերում և հարթեցնում է դրանք, որպեսզի երկու լրացուցիչ կրկնվող հաջորդականությունները կարողանան ձուլվել: Ձուլման ավարտից հետո 3' ելուստների մնացած ոչ հոմոլոգ փեղկերը կտրվում են մի շարք նուկլեազների միջոցով, որոնք հայտնի են որպես Rad1/Rad10, որոնք բերվում են փեղկերին Saw1 և Slx4 սպիտակուցների միջոցով: ԴՆԹ-ի նոր սինթեզը լրացնում է ցանկացած բաց, և կապակցումը վերականգնում է ԴՆԹ-ի դուպլեքսը որպես երկու շարունակական շղթա: ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը կրկնությունների միջև միշտ կորչում է, ինչպես և երկու կրկնություններից մեկը: SSA ուղին համարվում է մուտագեն, քանի որ այն հանգեցնում է գենետիկական նյութի նման ջնջումների:

#### BIR ուղի
ԴՆԹ-ի կրկնապատկման ժամանակ կրկնապատկման պատառաքաղներում երբեմն կարող են հանդիպել կրկնակի շղթաների ընդմիջումներ, քանի որ ԴՆԹ հելիկազը բացում է կաղապարի շարանը: Այս թերությունները վերականգնվում են հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի վնասվածքից առաջացած վերարտադրության (BIR) ճանապարհով: BIR ճանապարհի ճշգրիտ մոլեկուլային մեխանիզմները մնում են անհասկանալի: Առաջարկվող երեք մեխանիզմները որպես սկզբնական քայլ ունեն շղթայի ներխուժումը, սակայն դրանք տարբերվում են նրանով, թե ինչպես են մոդելավորում D-հանգույցի միգրացիան և վերահամակցման հետագա փուլերը:

BIR ուղին կարող է նաև օգնել պահպանել թելոմերների երկարությունը (ԴՆԹ-ի շրջանները էուկարիոտիկ քրոմոսոմների վերջում) թելոմերազի բացակայության դեպքում (կամ հետ համագործակցելով): Առանց թելոմերազ ֆերմենտի գործող պատճենների, թելոմերները սովորաբար կրճատվում են միտոզի յուրաքանչյուր ցիկլով, որն ի վերջո արգելափակում է բջիջների բաժանումը և հանգեցնում ծերացման: Բողբոջող խմորասնկի բջիջներում, որտեղ թելոմերազն ապաակտիվացվել է մուտացիաների միջոցով, նկատվել են երկու տեսակի «վերապրած» բջիջներ՝ կանխելու սպասվածից երկար ծերացումը՝ երկարացնելով իրենց թելոմերները BIR ուղիներով:

Թելոմերների երկարության պահպանումը չափազանց կարևոր է բջիջների անմահացման համար՝ քաղցկեղի հիմնական հատկանիշը: Քաղցկեղների մեծ մասը պահպանում է թելոմերները՝ վերկարգավորելով թելոմերազը: Այնուամենայնիվ, մարդու քաղցկեղի մի քանի տեսակների դեպքում BIR-ի նման ուղին օգնում է պահպանել որոշ ուռուցքներ՝ գործելով որպես թելոմերների պահպանման այլընտրանքային մեխանիզմ: Այս փաստը գիտնականներին ստիպել է հետաքննել, թե արդյոք թելոմերների պահպանման նման ռեկոմբինացիայի վրա հիմնված մեխանիզմները կարող են խափանել հակաքաղցկեղային դեղամիջոցները, ինչպիսիք են թելոմերազի ինհիբիտորները:

## Բակտերիաներում
alt=Crystal structure of RecA bound to DNA.|ձախից|մինի|'''Նկար 7.''' RecA սպիտակուցային թելի բյուրեղային կառուցվածքը, որը կապված է ԴՆԹ-ին: Կենտրոնի աջ կողմում տեսանելի է 3' ելուստը:
Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան բակտերիաների ԴՆԹ-ի վերականգնման հիմնական գործընթացն է: Այն նաև կարևոր է բակտերիաների պոպուլյացիաներում գենետիկական բազմազանություն առաջացնելու համար, թեև գործընթացը էականորեն տարբերվում է մեյոտիկ ռեկոմբինացիայից, որը վերականգնում է ԴՆԹ-ի վնասները և բազմազանություն է բերում էուկարիոտների գենոմներում: Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան ամենաշատն ուսումնասիրվել է և լավագույնս հասկանալի է ''Escherichia coli''-ի համար: Բակտերիաներում ԴՆԹ-ի երկշղթա կոտրվածքները վերականգնվում են հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի RecBCD ճանապարհով: Ենթադրվում է, որ վնասվածքները, որոնք տեղի են ունենում ԴՆԹ-ի երկու շղթաներից միայն մեկի վրա, որոնք հայտնի են որպես մեկ շղթայական բացեր, վերականգնվում են RecF ճանապարհով: Ե՛վ RecBCD, և՛ RecF ուղիները ներառում են մի շարք ռեակցիաներ, որոնք հայտնի են որպես ճյուղային միգրացիա, որտեղ ԴՆԹ-ի առանձին շղթաները փոխանակվում են դուպլեքս ԴՆԹ-ի երկու խաչաձև մոլեկուլների միջև և լուծվում են, որոնցում ԴՆԹ-ի այդ երկու խաչաձև մոլեկուլները կտրվում են և վերականգնվում իրենց նորմալ երկշղթա վիճակին:

### RecBCD ուղի
մինի|'''Նկար 8Ա.''' RecBCD ռեկոմբինացիայի ուղու մոլեկուլային մոդելը: Այս մոդելը հիմնված է ԴՆԹ-ի և RecBCD-ի ռեակցիաների վրա ԱԵՖ-ի հետ, որը գերազանցում է Mg<sup>2+</sup> իոնները: Քայլ 1. RecBCD-ը կապվում է ԴՆԹ-ի երկշղթա ծայրին: Քայլ 2. RecBCD-ն արձակում է ԴՆԹ-ն: RecD-ն արագ հելիկազ է 5' ծայրով շղթայի վրա, իսկ RecB-ն ավելի դանդաղ հելիկազ է 3' ծայրով (որը սլաքի ծայրով): Սա առաջացնում է երկու միաշղթա ԴՆԹ պոչ և մեկ միաշղթա հանգույց: Օղակը և պոչերը մեծանում են, երբ RecBCD-ն շարժվում է ԴՆԹ-ի երկայնքով: Քայլ 3. Երկու պոչերը ձուլվում են՝ առաջացնելու երկրորդ միաշղթա ԴՆԹ հանգույց, և երկու օղակները շարժվում և աճում են: Քայլ 4. Չի թեժ կետի հաջորդականությանը հասնելուց հետո (5' GCTGGTGG 3'; կարմիր կետ) RecBCD-ը կտրում է 3' ծայրով շարանը: Հետագա լիցքաթափվելուց առաջանում է երկար 3' ծայրերով միաշզթա պոչ, որի ծայրին մոտ է Չի-ին: Քայլ 5. RecBCD-ն բեռնում է RecA սպիտակուցը Չի պոչի վրա: Ինչ-որ չորոշված ​​կետում RecBCD ստորաբաժանումները ապամոնտաժվում են: Քայլ 6. RecA-միաշղթա ԴՆԹ-ի կոմպլեքսը ներխուժում է անձեռնմխելի հոմոլոգ դուպլեքս ԴՆԹ՝ առաջացնելով D հանգույց, որը կարող է լուծվել անձեռնմխելի, ռեկոմբինանտ ԴՆԹ-ի երկու եղանակով: Քայլ 7. D-հանգույցը կտրվում է և կռվում առաջին ԴՆԹ-ի բացվածքով՝ առաջացնելով Հոլիդեյի հանգույց: RuvABC-ի և RecG-ի ինչ-որ համակցության միջոցով Հոլիդեյի հանգույցի (կտրում, շղթաների փոխանակում և կապում) լուծույթը բաց սլաքների ծայրերում առաջացնում է փոխադարձ տիպի երկու ռեկոմբինանտներ: Քայլ 8. Չի պոչի 3' ծայրը սկզբնավորում է ԴՆԹ-ի սինթեզը, որից կարող է առաջանալ կրկնօրինակման պատառաքաղ: Բաց նետերի ծայրերում պատառաքաղի լուծարումը առաջացնում է մեկ ռեկոմբինանտ (ոչ փոխադարձ) ԴՆԹ, մեկ ծնողական տիպի ԴՆԹ և մեկ ԴՆԹ բեկոր։
alt=See caption.|ձախից|մինի|409x409փքս|'''Նկար 8Բ.''' RecBCD ճանապարհի սկիզբը: Այս մոդելը հիմնված է ԴՆԹ-ի և RecBCD-ի ռեակցիաների վրա՝ Mg<sup>2+</sup> իոններով ԱԵՖ-ի նկատմամբ ավելցուկով: Քայլ 1. RecBCD-ը կապվում է ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթայի ընդմիջմանը: Քայլ 2. RecBCD-ն սկսում է ԴՆԹ-ի դուպլեքսի լուծարումը ԱԵՖ-ից կախված հելիկազի ակտիվության միջոցով: Քայլ 3. RecBCD-ը շարունակում է իր արձակումը և շարժվում է ԴՆԹ-ի դուպլեքսով ներքև՝ ճեղքելով 3' շարանը շատ ավելի հաճախ, քան 5' շարանը: Քայլ 4. RecBCD-ն հանդիպում է Չի հաջորդականության և դադարում է մարսել 3' շարանը; 5' շղթայի կտրվածքը զգալիորեն ավելացել է: Քայլ 5. RecBCD-ը բեռնում է RecA-ն 3' շղթայի վրա: Քայլ 6. RecBCD-ն անջատվում է ԴՆԹ-ի դուպլեքսից՝ թողնելով RecA նուկլեսպիտակուցի թելի 3' պոչում։
RecBCD ուղին հիմնական ռեկոմբինացիոն ուղին է, որն օգտագործվում է շատ բակտերիաների մեջ՝ վերականգնելու ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթայի ճեղքերը, և սպիտակուցները հայտնաբերված են բակտերիաների լայն տեսականիում: Այս կրկնակի շղթայի ճեղքերը կարող են առաջանալ ուլտրամանուշակագույն լույսի և այլ ճառագայթման, ինչպես նաև քիմիական մուտագենների պատճառով: Կրկնակի շղթաների ճեղքեր կարող են առաջանալ նաև ԴՆԹ-ի վերարտադրման արդյունքում՝ մեկ շղթայական անցքի կամ բացվածքի միջոցով: Նման իրավիճակն առաջացնում է այն, ինչը հայտնի է որպես փլուզված վերարտադրության պատառաքաղ և ամրագրվում է հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի մի քանի ուղիներով, ներառյալ RecBCD ուղին:

Այս ճանապարհով, RecBCD կոչվող երեք ենթամիավոր ֆերմենտային կոմպլեքսը սկսում է ռեկոմբինացիա՝ կապվելով երկշղթա ԴՆԹ-ի բեկման բութ կամ գրեթե բութ ծայրին: Այն բանից հետո, երբ RecBCD-ն կապում է ԴՆԹ-ի ծայրը, RecB և RecD ենթամիավորները սկսում են անջատել ԴՆԹ-ի դուպլեքսը հելիկազի ակտիվության միջոցով: RecB ենթամիավորն ունի նաև նուկլեազային տիրույթ, որը կտրում է ԴՆԹ-ի միայնակ շղթան, որը առաջանում է անջատման գործընթացից: Այս անջատումը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև RecBCD-ն չհանդիպի հատուկ նուկլեոտիդային հաջորդականության (5'-GCTGGTGG-3'), որը հայտնի է որպես Չի-ի տեղամաս:

Չի տեղամասի հանդիպելիս RecBCD ֆերմենտի ակտիվությունը կտրուկ փոխվում է։  ԴՆԹ-ի լուծարումը դադարում է մի քանի վայրկյանով և այնուհետև վերսկսվում սկզբնական արագության մոտավորապես կեսով: Հավանաբար, դա տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ ավելի դանդաղ RecB հելիկազն արձակում է ԴՆԹ-ն Չի-ից հետո, այլ ոչ թե ավելի արագ RecD հելիկազն, որը քանդում է ԴՆԹ-ն Չի-ից առաջ: Չի-ի տեղամասի ճանաչումը նաև փոխում է RecBCD ֆերմենտը այնպես, որ այն կտրում է ԴՆԹ-ի շարանը Չի-ով և սկսում է բեռնել բազմաթիվ RecA սպիտակուցներ միաշղթա ԴՆԹ-ի վրա նոր առաջացած 3' ծայրով: Ստացված RecA-ով պատված նուկլեոսպիտակուցի թելիկն այնուհետև որոնում է ԴՆԹ-ի նմանատիպ հաջորդականությունները հոմոլոգ քրոմոսոմի վրա: Որոնման գործընթացը հրահրում է ԴՆԹ-ի դուպլեքսի ձգումը, որն ուժեղացնում է հոմոլոգիայի ճանաչումը (մեխանիզմ, որը կոչվում է կոնֆորմացիոն սրբագրում): Նման հաջորդականություն գտնելով՝ միաշղթա նուկլեոսպիտակուցային թելիկը շարժվում է դեպի հոմոլոգ ստացող ԴՆԹ-ի դուպլեքս՝ մի գործընթացով, որը կոչվում է *շղթաների ներխուժում*: Ներխուժող 3' վերելքը հանգեցնում է նրան, որ ստացող ԴՆԹ-ի դուպլեքսի շղթաներից մեկը տեղաշարժվում է և ձևավորվում է D հանգույց: Եթե ​​D-հանգույցը կտրված է, թելերի մեկ այլ փոխանակում ձևավորում է խաչաձև կառուցվածք, որը կոչվում է Հոլիդեյյան հանգույց: Հոլիդեյի հանգույցի լուծումը RuvABC-ի կամ RecG-ի ինչ-որ համակցության միջոցով կարող է առաջացնել երկու ռեկոմբինանտ ԴՆԹ մոլեկուլ՝ փոխադարձ գենետիկ տիպերով, եթե փոխազդող ԴՆԹ-ի երկու մոլեկուլները գենետիկորեն տարբերվում են: Որպես այլընտրանք, Չիի մոտ ներխուժող 3' ծայրը կարող է առաջացնել ԴՆԹ սինթեզ և ձևավորել կրկնօրինակման պատառաքաղ: Այս տեսակի լուծումը արտադրում է միայն մեկ տեսակի ռեկոմբինանտ (ոչ փոխադարձ):

### RecF ուղի
Բակտերիաները, ըստ երևույթին, օգտագործում են հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի RecF ուղին ԴՆԹ-ում միաշղթա բացերը վերականգնելու համար: Երբ RecBCD ուղին ապաակտիվացվում է մուտացիաներով, իսկ լրացուցիչ մուտացիաներն անակտիվացնում են SbcCD և ExoI նուկլեազները, RecF ուղին կարող է նաև վերականգնել ԴՆԹ-ի երկշղթայի ճեղքերը: RecF ճանապարհում RecQ հելիկազն արձակում է ԴՆԹ-ն, իսկ RecJ նուկլեազը քայքայում է շարանը 5' ծայրով, թողնելով շարանը 3' ծայրով անձեռնմխելի: RecA սպիտակուցը կապվում է այս շղթայի հետ և կամ օգնում է RecF, RecO և RecR սպիտակուցներին, կամ կայունանում է դրանցով: RecA նուկլեոսպիտակուցի թելիկն այնուհետև փնտրում է հոմոլոգ ԴՆԹ և փոխանակում տեղերը նույնական կամ գրեթե նույնական շղթայի հետ հոմոլոգ ԴՆԹ-ում:

Թեև դրանց սկզբնական փուլերում ներգրավված սպիտակուցները և հատուկ մեխանիզմները տարբեր են, երկու ուղիները նման են նրանով, որ երկուսն էլ պահանջում են միաշղթա ԴՆԹ 3' ծայրով և RecA սպիտակուցը շղթայի ներխուժման համար: Երթուղիները նման են նաև *ճյուղային միգրացիայի* իրենց փուլերին, որոնցում Հոլիդեյի հանգույցը սահում է մեկ ուղղությամբ, և վերկանգնմամբ, որտեղ Հոլիդեյի հանգույցները բաժանվում են ֆերմենտների միջոցով: Վերկանգնմաան այլընտրանքային, ոչ փոխադարձ տեսակը կարող է առաջանալ նաև ցանկացած ճանապարհով:

### Ճյուղային միգրացիա
Շղթայի ներխուժումից անմիջապես հետո Հոլիդեյի հանգույցը շարժվում է կապված ԴՆԹ-ի երկայնքով ճյուղային միգրացիայի գործընթացում: Հոլիդեյի հանգույցի այս շարժման մեջ է, որ հիմքերի զույգերը փոխանակվում են երկու հոմոլոգ ԴՆԹ-ի դուպլեքսների միջև։ Ճյուղային միգրացիան կատալիզացնելու համար RuvA սպիտակուցը նախ ճանաչում և կապվում է Հոլիդեյ հանգույցին և հավաքագրում RuvB սպիտակուցը՝ ձևավորելու RuvAB համալիրը: RuvB սպիտակուցի երկու խումբ, որոնցից յուրաքանչյուրը կազմում է օղակաձեւ Ադենոզին եռֆոսֆատազ, բեռնված են Հոլիդեյի հանգույցի հակառակ կողմերում, որտեղ նրանք գործում են որպես զույգ պոմպեր, որոնք ապահովում են ճյուղերի միգրացիայի ուժը: RuvB-ի այդ երկու օղակների միջև RuvA սպիտակուցի երկու խումբ հավաքվում է Հոլիդեյ հանգույցի կենտրոնում այնպես, որ հանգույցում գտնվող ԴՆԹ-ն խցկված է RuvA-ի յուրաքանչյուր խմբի միջև: ԴՆԹ-ի երկու դուպլեքսների շղթաները՝ «դոնոր» և «ստացող» դուպլեքսները, բացվում են RuvA-ի մակերեսի վրա, քանի որ դրանք ուղղորդվում են սպիտակուցի կողմից մի դուպլեքսից մյուսը:

### Վերականգնում
Ռեկոմբինացիայի վերակնգնման փուլում, շղթայի ներխուժման գործընթացի արդյունքում ձևավորված Հոլիդեյի ցանկացած հանգույց կտրվում է, դրանով իսկ վերականգնելով երկու առանձին ԴՆԹ մոլեկուլներ: Այս ճեղքումը կատարվում է RuvAB համալիրի միջոցով, որը փոխազդում է RuvC-ի հետ, որոնք միասին կազմում են RuvABC համալիրը: RuvC-ն էնդոնուկլեազ է, որը կտրում է դեգեներատիվ հաջորդականությունը 5'-(A/T)TT(G/C)-3': Հերթականությունը հաճախ հանդիպում է ԴՆԹ-ում, մոտավորապես 64 նուկլեոտիդից մեկ անգամ: Նախքան կտրելը, RuvC-ն, ամենայն հավանականությամբ, մուտք է ստանում դեպի Հոլիդեյ հանգույց՝ տեղաշարժելով այնտեղ գտնվող երկու RuvA տետրամերներից մեկը, որը ծածկում է ԴՆԹ-ն։ Ռեկոմբինացիան հանգեցնում է կամ «կտրված» կամ «կարկատված» արդյունքների՝ կախված նրանից, թե RuvC-ն ինչպես է կտրում Հոլիդեյ հանգույցը: Կտրված արդյունքները տրամախաչման արդյունք են, որոնցում տեղի է ունենում գենետիկական նյութի վերադասավորում ռեկոմբինացման վայրի շուրջ: Մյուս կողմից, կարկատված արդյունքները չտրամախաչված արտադրանք են, որոնցում նման վերադասավորում չկա, և կա միայն հիբրիդային ԴՆԹ-ի «կարկատան» ռեկոմբինացիոն արտադրանքում:

### Հեշտացնելով գենետիկական փոխանցումը
Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան դոնորային ԴՆԹ-ի ինտեգրման կարևոր մեթոդ է ստացող օրգանիզմի գենոմում հորիզոնական գեների փոխանցման գործընթացում, որի միջոցով օրգանիզմը ներառում է օտար ԴՆԹ-ն այլ օրգանիզմից՝ առանց այդ օրգանիզմի սերունդ լինելու: Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան պահանջում է, որ մուտքային ԴՆԹ-ն շատ նման լինի ստացողի գենոմին, և այդ պատճառով գեների հորիզոնական փոխանցումը սովորաբար սահմանափակվում է նմանատիպ բակտերիաներով: Բակտերիաների մի քանի տեսակների ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ կա ռեկոմբինացիայի հաճախականության լոգարիթմական-գծային նվազում՝ հյուրընկալող և ստացող ԴՆԹ-ի միջև հաջորդականության աճով:

Բակտերիաների կոնյուգացիայի դեպքում, որտեղ ԴՆԹ-ն փոխանցվում է բակտերիաների միջև բջիջ-բջիջ անմիջական շփման միջոցով, հոմոլոգ ռեկոմբինացիան օգնում է օտար ԴՆԹ-ի ինտեգրմանը հյուրընկալող գենոմի մեջ RecBCD ճանապարհի միջոցով: RecBCD ֆերմենտը նպաստում է ռեկոմբինացիային այն բանից հետո, երբ ԴՆԹ-ն վերածվում է միաշղթա ԴՆԹ-ից, որի ձևով այն սկզբնապես մտնում է բակտերիա, կրկնօրինակման ընթացքում կրկնակի շղթայական ԴՆԹ-ի: RecBCD ուղին կարևոր է նաև փոխակերպման վերջնական փուլի համար՝ հորիզոնական գեների փոխանցման մի տեսակ, որի ժամանակ ԴՆԹ-ն վիրուսի միջոցով փոխանցվում է մի բակտերիայից մյուսը: Օտար, բակտերիալ ԴՆԹ-ն երբեմն սխալ կերպով ներկառուցվում է բակտերիոֆագ վիրուսի կապսիդների գլխի մեջ, քանի որ ԴՆԹ-ն փաթեթավորվում է նոր բակտերիոֆագների մեջ վիրուսային վերարտադրության ժամանակ: Երբ այս նոր բակտերիոֆագները վարակում են այլ բակտերիաներ, նախորդ հյուրընկալ բակտերիայից ԴՆԹ-ն ներարկվում է նոր բակտերիային հյուրընկալողին՝ որպես երկշղթա ԴՆԹ: RecBCD ֆերմենտը այնուհետև ներառում է այս երկշղթա ԴՆԹ-ն նոր բակտերիալ հյուրընկալողի գենոմի մեջ:

### Բակտերիալ փոխակերպում
Բնական բակտերիաների փոխակերպումը ներառում է ԴՆԹ-ի փոխանցումը դոնոր բակտերիայից դեպի ստացող բակտերիա, որտեղ և՛ դոնորը, և՛ ստացողը սովորաբար նույն տեսակից են: Փոխակերպումը, ի տարբերություն բակտերիաների կոնյուգացիայի և տրանսդուկցիայի, կախված է բազմաթիվ բակտերիաների գենային արտադրանքներից, որոնք հատուկ փոխազդում են այս գործընթացն իրականացնելու համար: Այսպիսով, փոխակերպումը ակնհայտորեն բակտերիալ հարմարեցում է ԴՆԹ-ի փոխանցման համար: Որպեսզի բակտերիան միանա, ընդունի և ինտեգրի դոնորային ԴՆԹ-ն իր ռեզիդենտ քրոմոսոմին հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի միջոցով, այն նախ պետք է մտնի հատուկ ֆիզիոլոգիական վիճակ, որը կոչվում է կոմպետենտություն: RecA/Rad51/DMC1 գեների ընտանիքը կենտրոնական դեր է խաղում բակտերիաների փոխակերպման ժամանակ հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի մեջ, ինչպես դա անում է էուկարիոտիկ մեյոզի և միտոզի ժամանակ: Օրինակ, RecA սպիտակուցը էական նշանակություն ունի *Bacillus subtilis*-ում և *Streptococcus pneumoniae*-ում փոխակերպման համար, և RecA գենի էքսպրեսիան առաջանում է այս օրգանիզմների փոխակերպման կոմպետենտության զարգացման ընթացքում:

Որպես փոխակերպման գործընթացի մաս, RecA սպիտակուցը փոխազդում է միաշղթա ԴՆԹ մուտք գործելու հետ՝ ձևավորելով RecA/միաշղթա ԴՆԹ միջուկներ, որոնք սկանավորում են ռեզիդենտ քրոմոսոմը հոմոլոգիայի շրջանների համար և ներմուծող միաշղթա ԴՆԹ-ն բերում համապատասխան շրջան, որտեղ շղթաների փոխանակում և հոմոլոգ ռեկոմբինացիա է տեղի ունենում։ Այսպիսով, բակտերիաների փոխակերպման ժամանակ հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի գործընթացը հիմնարար նմանություններ ունի մեյոզի ժամանակ հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի հետ:

## Վիրուսներում
Հոմոլոգ ռեկոմբինացիա տեղի է ունենում վիրուսների մի քանի խմբերում: ԴՆԹ-ի վիրուսներում, ինչպիսին է հերպեսի վիրուսը, ռեկոմբինացիան տեղի է ունենում ճեղքման և վերամիավորման մեխանիզմի միջոցով, ինչպես բակտերիաներում և էուկարիոտներում: Կան նաև ապացույցներ որոշ ՌՆԹ վիրուսների, մասնավորապես դրական զգացողությամբ միաշղթա ՌՆԹ վիրուսների, ինչպիսիք են ռետրովիրուսները, պիկորնավիրուսները և կորոնավիրուսները, ռեկոմբինացիայի վերաբերյալ: Տարաձայնություններ կան այն հարցի շուրջ, թե արդյոք հոմոլոգ ռեկոմբինացիա տեղի է ունենում բացասական զգացողությամբ միաշղթա ՌՆԹ վիրուսներում, ինչպիսին է գրիպը:

ՌՆԹ վիրուսների դեպքում հոմոլոգ ռեկոմբինացիան կարող է լինել կամ ճշգրիտ կամ ոչ ճշգրիտ: ՌՆԹ-ՌՆԹ ռեկոմբինացիայի ճշգրիտ տիպում տարբերություն չկա ծնողական ՌՆԹ-ի երկու հաջորդականությունների և ստացված տրամախաչված ՌՆԹ շրջանի միջև: Դրա պատճառով հաճախ դժվար է որոշել տրամախաչային իրադարձությունների գտնվելու վայրը երկու վերամիավորվող ՌՆԹ հաջորդականությունների միջև: ՌՆԹ-ի ոչ ճշգրիտ հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի դեպքում տրամախաչման շրջանը որոշակի տարբերություն ունի ծնողական ՌՆԹ-ի հաջորդականությունների հետ, ինչը պայմանավորված է նուկլեոտիդների ավելացումով, ջնջմամբ կամ այլ փոփոխությամբ: Տրամախաչման ճշգրտության մակարդակը վերահսկվում է ՌՆԹ-ի երկու վերամիավորվող շղթաների հաջորդականության համատեքստով. ադենինով և ուրացիլով հարուստ հաջորդականությունները նվազեցնում են տրամախաչման ճշգրտությունը:

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան կարևոր է վիրուսների էվոլյուցիան հեշտացնելու համար: Օրինակ, եթե տարբեր անբարենպաստ մուտացիաներով երկու վիրուսների գենոմները ենթարկվում են ռերակոմբինացման, ապա նրանք կարող են վերականգնել լիովին ֆունկցիոնալ գենոմը: Որպես այլընտրանք, եթե երկու նմանատիպ վիրուսներ վարակել են նույն ընդունող բջիջը, ապա հոմոլոգ ռեկոմբինացիան կարող է թույլ տալ այդ երկու վիրուսներին փոխանակել գեները և այդպիսով զարգացնել իրենց ավելի հզորարբերակները:

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան առաջարկված մեխանիզմն է, որի միջոցով ԴՆԹ վիրուսը մարդու հերպեսի վիրուս-6-ն ինտեգրվում է մարդու թելոմերներին:

Երբ երկու կամ ավելի վիրուսներ, որոնցից յուրաքանչյուրը պարունակում է մահացու գենոմային վնաս, վարակում են նույն ընդունող բջիջը, վիրուսի գենոմները հաճախ կարող են զուգակցվել միմյանց հետ և ենթարկվել հոմոլոգ ռեկոմբինացիոն վերանորոգման՝ կենսունակ սերունդ առաջացնելու համար: Այս գործընթացը, որը հայտնի է որպես բազմակի վերաակտիվացում, ուսումնասիրվել է մի քանի բակտերիոֆագերի, այդ թվում՝ T4 ֆագի մոտ: T4 ֆագի դեպքում ռեկոմբինացիոն վերականգնման համար օգտագործվող ֆերմենտները ֆունկցիոնալորեն հոմոլոգ են բակտերիաների և էուկարիոտների ռեկոմբինացիոն վերանորոգման մեջ օգտագործվող ֆերմենտների հետ: Մասնավորապես, ինչ վերաբերում է շղթայի փոխանակման ռեակցիայի համար անհրաժեշտ գենին, որը հոմոլոգ ռեկոմբինացիոն վերականգնման առանցքային քայլ է, կա վիրուսներից մարդկանց ֆունկցիոնալ հոմոլոգիա (այսինքն՝ *uvsX* ֆագում T4; *recA* E. coli-ում և այլ բակտերիաներում, և *rad51* և *dmc1* խմորասնկի և այլ էուկարիոտների, ներառյալ մարդկանց մեջ)։ Բազմապատկության վերաակտիվացումը նույնպես ցուցադրվել է բազմաթիվ պաթոգեն վիրուսների դեպքում:

### Կորոնավիրուս
Կորոնավիրուսները ունակ են գենետիկ ռեկոմբինացիայի, երբ առնվազն երկու վիրուսային գենոմ կա նույն վարակված բջջում։ ՌՆԹ-ի ռեկոմբինացիան, ըստ երևույթին, հիմնական շարժիչ ուժն է (1) CoV տեսակի գենետիկական փոփոխականությունը որոշելու համար, (2) CoV տեսակի մի հյուրընկալողից մյուսը անցնելու կարողությունը և (3) հազվադեպ՝ նոր CoV-ների առաջացումը: CoV-ներում ռեկոմբինացիայի մեխանիզմը, ամենայն հավանականությամբ, ներառում է կաղապարի փոխարկումը գենոմի վերարտադրության ժամանակ: ՌՆԹ վիրուսներում ռեկոմբինացիան, ըստ երևույթին, հարմարեցում է գենոմի վնասը հաղթահարելու համար:

SARS-CoV-2 համաճարակի ընկալիչների հետ կապող ամբողջ մոտիվը, ըստ երևույթին, ներդրվել է պանգոլինների կորոնավիրուսներից ռեկոմբինացիայի միջոցով: Նման ռեկոմբինացիոն իրադարձությունը կարող է կարևոր քայլ լինել SARS-CoV-2-ի՝ մարդկանց վարակելու ունակության էվոլյուցիայում: Ռեկոմբինացիոն իրադարձությունները, հավանաբար, հիմնական քայլերն են էվոլյուցիոն գործընթացում, որը հանգեցնում է նոր մարդկային կորոնավիրուսների առաջացմանը:

2020 թվականին COVID-19 համաճարակի ժամանակ ավստրալիական SARS-CoV-2 մեկուսացման գենոմային շատ հաջորդականություններ ունենում են ջնջումներ կամ մուտացիաներ (29742G>A կամ 29742G>U; «G19A» կամ «G19U») Coronavirus 3' ցողունային հանգույցում II- ինչպես մոտիվը (s2m), ՌՆԹ-ի մոտիվ վիրուսի գենոմի 3' չթարգմանված հատվածում, ինչը ենթադրում է, որ ՌՆԹ-ի ռեկոմբինացիայի իրադարձությունները կարող են տեղի ունենալ SARS-CoV-2-ի s2m-ում: 1319 Ավստրալիայի SARS‐CoV‐2 հաջորդականությունների հաշվարկային վերլուծության հիման վրա՝ օգտագործելով Recco ալգորիթմը (https://recco.bioinf.mpi-inf.mpg.de/ ), 29742G («G19»), 29744G («G21») և 29751G («G28») կանխատեսվել էին որպես ռեկոմբինացիոն թեժ կետեր:
մինի|s2m ՌՆԹ-ի երկրորդական կառուցվածքի սխեմատիկ ներկայացում, երրորդային կառուցվածքային փոխազդեցություններով, որոնք նշված են որպես երկարաժամկետ կոնտակտներ:
SARS-CoV-2-ի բռնկումը Diamond Princess նավի վրա, ամենայն հավանականությամբ, առաջացել է կամ մեկ անձից, որը վարակվել է վիրուսի տարբերակով, որը նույնական է Ուհանի WIV04 մեկուսացվածներին, կամ միաժամանակ մեկ այլ առաջնային դեպքի հետ, որը վարակված է 11083G > T մուտացիա պարունակող վիրուսով: Կապի անհավասարակշռության վերլուծությունը հաստատեց, որ ՌՆԹ-ի ռեկոմբինացումը 11083G > T մուտացիայի հետ նույնպես նպաստել է վիրուսային սերունդների շրջանում մուտացիաների ավելացմանը: Գտածոները ցույց են տալիս, որ SARS-CoV-2-ի 11083G > T մուտացիան տարածվել է նավի կարանտինի ժամանակ և առաջացել է նոր ՌՆԹ-ի ռեկոմբինացման միջոցով՝ դրական ընտրության ճնշման ներքո: Բացի այդ, այս նավարկության երեք հիվանդների մոտ երկու մուտացիա՝ 29736G > T և 29751G > T («G13» և «G28») նույնպես տեղաբաշխված են եղել Coronavirus 3′ ցողունային հանգույց II-ի նմանվող մոտիվում (s2m), որպես «G28»: կանխատեսվում էր որպես ավստրալական SARS-CoV-2 մուտանտների ռեկոմբինացիոն թեժ կետեր: Չնայած s2m-ը համարվում է ՌՆԹ-ի մոտիվ, որը խիստ պահպանված է բազմաթիվ կորոնավիրուսային տեսակների մեջ, այս արդյունքը նաև ենթադրում է, որ SARS-CoV-2-ի s2m-ը ավելի շուտ ՌՆԹ-ի ռեկոմբինացիայի/մուտացիայի թեժ կետ է:

## Դիսֆունկցիայի հետևանքները
աջից|մինի|'''Նկար 9'''. Միակողմանի կրկնակի շղթայի ընդմիջումների միացումը կարող է հանգեցնել վերադասավորումների
Առանց պատշաճ հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի, քրոմոսոմները հաճախ սխալ են դասավորվում մեյոզի բջիջների բաժանման առաջին փուլի համար: Սա հանգեցնում է նրան, որ քրոմոսոմները չեն կարողանում պատշաճ կերպով տարանջատվել մի գործընթացում, որը կոչվում է ոչ տարանջատում: Իր հերթին, չտարանջատումը կարող է հանգեցնել սերմնահեղուկի և ձվաբջիջների չափազանց քիչ կամ շատ քրոմոսոմների: Դաունի համախտանիշը, որն առաջանում է 21-րդ քրոմոսոմի լրացուցիչ պատճենից, շատ աննոմալիաներից մեկն է, որոնք առաջանում են մեյոզում հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի նման ձախողման հետևանքով.:

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի թերությունները խիստ կապված են մարդկանց մոտ քաղցկեղի առաջացման հետ: Օրինակ, քաղցկեղի հետ կապված հիվանդություններից յուրաքանչյուրը Բլումի համախտանիշը, Վերների համախտանիշը և Ռոթմունդ-Թոմսոնի համախտանիշը պայմանավորված են RecQ հելիկազի գեների անսարքությամբ, որոնք ներգրավված են հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի կարգավորման մեջ՝ համապատասխանաբար BLM, WRN և RECQL4: Բլումի սինդրոմով հիվանդների բջիջներում, որոնց բացակայում է BLM սպիտակուցի աշխատանքային օրինակը, կա հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի բարձր մակարդակ: BLM-ի անբավարարություն ունեցող մկների վրա իրականացված փորձերը ցույց են տվել, որ մուտացիան առաջացնում է քաղցկեղ՝ հետերոզիգոտության կորստի պատճառով, որն առաջանում է հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի ավելացման հետևանքով: Հետերոզիգոտության կորուստը վերաբերում է գենի երկու տարբերակներից մեկի կամ ալելների կորստին: Եթե ​​կորցրած ալելներից մեկն օգնում է ճնշել ուռուցքները, ինչպես օրինակ ռետինոբլաստոմայի սպիտակուցի գենը, ապա հետերոզիգոտության կորուստը կարող է հանգեցնել քաղցկեղի:

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի արագության նվազումը հանգեցնում է ԴՆԹ-ի անարդյունավետ վերականգնման, որը կարող է նաև հանգեցնել քաղցկեղի: Դա վերաբերում է BRCA1-ին և BRCA2-ին՝ երկու նմանատիպ ուռուցքային ճնշող գեներին, որոնց անսարքությունը կապված է կրծքագեղձի և ձվարանների քաղցկեղի առաջացման ռիսկի զգալիորեն մեծացման հետ: BRCA1 և BRCA2 բացակայող բջիջները ունեն հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի նվազում և իոնացնող ճառագայթման նկատմամբ զգայունության բարձրացում, ինչը ենթադրում է, որ հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի նվազումը հանգեցնում է քաղցկեղի նկատմամբ զգայունության բարձրացման: Քանի որ BRCA2-ի միակ հայտնի գործառույթը հոմոլոգ ռեկոմբինացիա սկսելն է, հետազոտողները ենթադրել են, որ BRCA2-ի դերի ավելի մանրամասն իմացությունը հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի մեջ կարող է լինել կրծքագեղձի և ձվարանների քաղցկեղի պատճառները հասկանալու բանալին:

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի անբավարարությամբ ուռուցքները (ներառյալ BRCA արատները) նկարագրվում են որպես հոմոլոգ ռեկոմբինացիայով օժտված-դրական:

## Էվոլյուցիոն պահպանություն
[alt=Graphic showing proteins from each domain of life. Each protein is shown horizontally, with homologous domains on each protein indicated by color.|մինի|325x325փքս|'''Նկար 10.''' Հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի հետ կապված սպիտակուցներում սպիտակուցային տիրույթները պահպանված են կյանքի երեք հիմնական խմբերում՝ [արքեաներ, բակտերիաներ և էուկարիոտներ:]]
Թեև ուղիները կարող են մեխանիկորեն տարբերվել, օրգանիզմների հոմոլոգ ռեկոմբինացում կատարելու ունակությունը համընդհանուր պահպանված է կյանքի բոլոր ոլորտներում: Հիմնվելով նրանց ամինաթթուների հաջորդականությունների նմանության վրա՝ մի շարք սպիտակուցների հոմոլոգներ կարելի է գտնել կյանքի բազմաթիվ տիրույթներում, ինչը ցույց է տալիս, որ դրանք վաղուց են զարգացել և այդ ժամանակվանից շեղվել են ընդհանուր նախնիների սպիտակուցներից:

RecA ռեկոմբինազի ընտանիքի անդամները հայտնաբերված են գրեթե բոլոր օրգանիզմներում RecA-ով բակտերիաներում, Rad51 և DMC1՝ էուկարիոտներում, RadA՝ արքեայում և UvsX՝ T4 ֆագում:

Հարակից միաշղթա կապող սպիտակուցներ, որոնք կարևոր են հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի և շատ այլ գործընթացների համար, նույնպես հայտնաբերված են կյանքի բոլոր տիրույթներում:

Rad54, Mre11, Rad50 և մի շարք այլ սպիտակուցներ նույնպես հայտնաբերվել են ինչպես արքեայում, այնպես էլ էուկարիոտներում:

### RecA ռեկոմբինազ ընտանիք
Ենթադրվում է, որ RecA ռեկոմբինազների ընտանիքի սպիտակուցները սերում են ընդհանուր նախնի ռեկոմբինազից: RecA ռեկոմբինազների ընտանիքը պարունակում է RecA սպիտակուցներ բակտերիայից, Rad51 և Dmc1 սպիտակուցներ էուկարիոտներից և RadA՝ արքեայից և ռեկոմբինազ պարալոգ սպիտակուցներ: Rad51, Dmc1 և RadA սպիտակուցների միջև էվոլյուցիոն հարաբերությունները մոդելավորող ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ դրանք մոնոֆիլետիկ են կամ ունեն ընդհանուր մոլեկուլային նախահայր: Այս սպիտակուցային ընտանիքում Rad51-ը և Dmc1-ը խմբավորված են RadA-ից առանձին կլադի մեջ: Այս երեք սպիտակուցները միասին խմբավորելու պատճառներից մեկն այն է, որ նրանք բոլորն ունեն փոփոխված պարույր-շրջադարձ-պարույր մոտիվ, որն օգնում է սպիտակուցներին միանալ ԴՆԹ-ին՝ դեպի իրենց N-տերմինալ ծայրերը: Որպես ժամանակակից RAD51 և DMC1 գեների հավանական ծագում առաջարկվել է էուկարիոտիկ RecA գենի գեների կրկնօրինակման հնագույն իրադարձություն և դրան հաջորդող մուտացիա։

Սպիտակուցներն ընդհանուր առմամբ ունեն երկար պահպանված տարածք, որը հայտնի է որպես RecA/Rad51 տիրույթ: Այս սպիտակուցային տիրույթում կան երկու հաջորդական մոտիվներ՝ Walker A մոտիվը և Walker B մոտիվը: Walker A և B մոտիվները թույլ են տալիս RecA/Rad51 սպիտակուցների ընտանիքի անդամներին ներգրավվել ԱԵՖ-ի կապում և ԱԵՖ հիդրոլիզում:

### Մեյոզին հատուկ սպիտակուցներ
Dmc1-ի հայտնաբերումը *Giardia*-ի մի քանի տեսակների մեջ, որը ամենավաղ պրոտիստներից էր, որը տարբերվում էր որպես էուկարիոտ, ենթադրում է, որ մեյոտիկ հոմոլոգ վերահամակցումը, և, հետևաբար, ինքը՝ մեյոզը, առաջացել է էուկարիոտների էվոլյուցիայի շատ վաղ շրջանում: Ի լրումն Dmc1-ի վերաբերյալ հետազոտությունների, Spo11 սպիտակուցի վերաբերյալ ուսումնասիրությունները տեղեկատվություն են տրամադրել մեյոտիկ վերակոմբինացիայի ծագման մասին: Spo11-ը, II տիպի տոպոիզոմերազը, կարող է մեյոզում սկսել հոմոլոգ ռեկոմբինացիա՝ ԴՆԹ-ում կրկնակի շղթայական նպատակային ընդմիջումներ կատարելով։ Ֆիլոգենետիկ ծառերը, որոնք հիմնված են կենդանիների, սնկերի, բույսերի, պրոտիստների և արխեաների SPO11-ին նման գեների հաջորդականության վրա, գիտնականներին ստիպել են ենթադրել, որ ներկայումս էուկարիոտներում Spo11 տարբերակը առաջացել է էուկարիոտների և արքեաների վերջին ընդհանուր նախնուց:

## Տեխնոլոգիական կիրառություններ
### Գենային թիրախավորում
[alt=A mouse with a white coat blotched with brown is shown on the right, with two smaller brown mice to the immediate left.|մինի|'''Նկար 11.''' Որպես զարգացող սաղմ, այս քիմերային մկնիկը ունեցել է ագուտի ծածկույթի գույնի գենը, որը ներմուծվել է իր ԴՆԹ-ում գենային թիրախավորման միջոցով: Նրա սերունդները [Հոմոզիգոտություն|հոմոզիգոտ են ագուտի գենի համար:]]
ԴՆԹ-ի հաջորդականությունները օրգանիզմներ ներմուծելու շատ մեթոդներ՝ ռեկոմբինանտ ԴՆԹ և գենետիկորեն ձևափոխված օրգանիզմներ ստեղծելու համար, օգտագործում են հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի գործընթացը։ Նաև կոչվում է գենային թիրախավորում, մեթոդը հատկապես տարածված է խմորասնկերի և մկների գենետիկայի մեջ: Գենային թիրախավորման մեթոդը նոկաուտ մկների մոտ օգտագործում է մկների սաղմնային ցողունային բջիջները՝ արհեստական ​​գենետիկական նյութ առաքելու համար (հիմնականում բուժական հետաքրքրություն է ներկայացնում), որը ճնշում է մկան թիրախային գենը հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի սկզբունքով: Այդպիսով մկնիկը գործում է որպես աշխատանքային մոդել՝ հասկանալու կոնկրետ կաթնասունների գենի ազդեցությունը: Ի ճանաչում իրենց հայտնագործության, թե ինչպես կարելի է հոմոլոգ ռեկոմբինացիա օգտագործել սաղմնային ցողունային բջիջների միջոցով մկների մեջ գենետիկ մոդիֆիկացիաներ ներմուծելու համար՝ Մարիո Կապեկին, Մարտին Էվանսը և Օլիվեր Սմիթիսը արժանացան 2007թվականի Նոբելյան մրցանակի ֆիզիոլոգիայի կամ բժշկության ոլորտում:

Գենային թիրախավորման տեխնոլոգիաների առաջընթացը, որն խաթարում է բջիջների հոմոլոգ ռեկոմբինացման մեխանիզմը, այժմ հանգեցնում է մարդու հիվանդությունների ավելի ճշգրիտ, իզոգեն մոդելների նոր ալիքի զարգացմանը: Ենթադրվում է, որ այս մշակված մարդկային բջիջների մոդելները ավելի ճշգրիտ արտացոլում են մարդու հիվանդությունների գենետիկան, քան մկների մոդելները: Սա հիմնականում պայմանավորված է նրանով, որ հետաքրքրող մուտացիաները ներմուծվում են էնդոգեն գեներում, ճիշտ այնպես, ինչպես դրանք տեղի են ունենում իրական հիվանդների մոտ, և քանի որ դրանք հիմնված են ոչ թե առնետների, այլ մարդու գենոմի վրա: Ավելին, որոշ տեխնոլոգիաներ հնարավորություն են տալիս բախվել որոշակի մուտացիայի, այլ ոչ թե պարզապես նոկաուտների՝ կապված հին գեների թիրախավորման տեխնոլոգիաների հետ:

### Սպիտակուցային ճարտարագիտություն
Սպիտակուցների ճարտարագիտությունը հոմոլոգ ռեկոմբինացիայով զարգացնում է քիմերային սպիտակուցներ՝ բեկորները երկու ծնողական սպիտակուցների միջև փոխանակելով: Այս տեխնիկան օգտագործում է այն փաստը, որ ռեկոմբինացիան կարող է ներկայացնել հաջորդականության բարձր աստիճանի բազմազանություն՝ միաժամանակ պահպանելով սպիտակուցի կարողությունը ծալվելու իր երրորդական կառուցվածքի կամ եռաչափ ձևի մեջ։ Սա հակադրվում է սպիտակուցների ճարտարագիտության այլ մեթոդների, ինչպիսիք են պատահական կետային մուտագենեզը, որի դեպքում սպիտակուցի ֆունկցիան պահպանելու հավանականությունը էքսպոնենցիալ նվազում է ամինաթթուների փոխարինման ավելացման հետ մեկտեղ։ Ռեկոմբինացիայի տեխնիկայի միջոցով արտադրված քիմերաներն ի վիճակի են պահպանել ծալվելու իրենց կարողությունը, քանի որ նրանց փոխված ծնողական բեկորները կառուցվածքային և էվոլյուցիոն առումով պահպանված են: Այս ռեկոմբինանտ «շինանյութերը» պահպանում են կառուցվածքային կարևոր փոխազդեցությունները, ինչպիսիք են սպիտակուցի կառուցվածքում տարբեր ամինաթթուների միջև ֆիզիկական շփման կետերը: Հաշվողական մեթոդները, ինչպիսիք են SCHEMA-ն և վիճակագրական զուգավորում վերլուծությունը, կարող են օգտագործվել՝ բացահայտելու կառուցվածքային ստորաբաժանումները, որոնք հարմար են ռեկոմբինացման համար:

Տեխնիկաները, որոնք հիմնված են հոմոլոգ ռեկոմբինացման վրա, օգտագործվել են նոր սպիտակուցներ մշակելու համար: 2007 թվականին հրապարակված ուսումնասիրության մեջ հետազոտողները կարողացան ստեղծել երկու ֆերմենտների քիմերաներ, որոնք ներգրավված են իզոպրեոիդների կենսասինթեզում, միացությունների բազմազան դասի, այդ թվում՝ հորմոնների, տեսողական պիգմենտների և որոշ ֆերոմոնների: Քիմերային սպիտակուցները ձեռք բերեցին էական ռեակցիա կատալիզացնելու հատկություն իզոպրեոիդային կենսասինթեզի մեջ՝ բնության մեջ հայտնաբերված կենսասինթեզի ամենատարբեր ուղիներից մեկը, որը բացակայում էր մայր սպիտակուցներում: Սպիտակուցների ինժեներիան ռեկոմբինացման միջոցով նաև արտադրել է քիմերային ֆերմենտներ՝ նոր ֆունկցիայով սպիտակուցների խմբի անդամների մոտ, որը հայտնի է որպես ցիտոքրոմ P450 ընտանիք, որը մարդկանց մոտ ներգրավված է օտար միացությունների դետոքսիկացման մեջ, ինչպիսիք են դեղամիջոցները, սննդային հավելումները և կոնսերվանտները:

### Քաղցկեղի բուժում
Հոմոլոգ ռեկոմբինացիայով օժտված (HRP) քաղցկեղի բջիջներն ի վիճակի են վերականգնել ԴՆԹ-ի վնասը, որն առաջանում է քիմիաթերապիայի արդյունքում, ինչպիսին է ցիսպլատինը: Այսպիսով, հոմոլոգ ռեկոմբինացիայով օժտված քաղցկեղը դժվար է բուժել: Ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ հոմոլոգ ռեկոմբինացիան կարող է թիրախավորվել c-Abl արգելակման միջոցով: BRCA մուտացիաներով քաղցկեղի բջիջներն ունեն հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի թերություններ, և այդ թերությունները շահագործելու համար դեղամիջոցները մշակվել և հաջողությամբ օգտագործվել են կլինիկական փորձարկումներում: Օլապարիբը՝ PARP1 ինհիբիտորը, կրճատել կամ դադարեցրել է կրծքագեղձի, ձվարանների և շագանակագեղձի քաղցկեղի ուռուցքների աճը, որոնք առաջացել են BRCA1 կամ BRCA2 գեների մուտացիաների հետևանքով, որոնք անհրաժեշտ են հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի համար: Երբ BRCA1-ը կամ BRCA2-ը բացակայում է, ԴՆԹ-ի վերականգնող մեխանիզմների այլ տեսակներ պետք է փոխհատուցեն հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի պակասը, ինչպես օրինակ՝ բազային հեռացման վերանորոգումը (BER) ընդհատվող վերարտադրման պատառաքաղների համար կամ ոչ հոմոլոգ ծայրի միացումը (NHEJ)՝ կրկնակի շղթայի ճեղքերի դեպքում: Արգելակելով BER-ը հոմոլոգ ռեկոմբիանցիայի-դեֆիցիտի բջիջում, օլապարիբը կիրառում է սինթետիկ մահացության գաղափարը հատուկ թիրախավորված քաղցկեղային բջիջների համար: Թեև PARP1 ինհիբիտորները ներկայացնում են քաղցկեղի թերապիայի նոր մոտեցում, հետազոտողները զգուշացրել են, որ դրանք կարող են անբավարար լինել ուշ փուլի մետաստատիկ քաղցկեղը բուժելու համար: Քաղցկեղի բջիջները կարող են դառնալ դիմացկուն PARP1 ինհիբիտորի նկատմամբ, եթե դրանք ենթարկվեն BRCA2 մուտացիաների ջնջման, որը խաթարում է դեղամիջոցի սինթետիկ մահացությունը՝ վերականգնելով քաղցկեղի բջիջների՝ ԴՆԹ-ն հոմոլոգ ռեկոմբինացիայով վերականգնելու կարողությունը:

## Տես նաև
* Տրամախաչում

## Ծանոթագրություններ

## Արտաքին հղումներ

* Animations&nbsp;– homologous recombination: Animations showing several models of homologous recombination
* Homologous recombination: Tempy & Trun: Animation of the bacterial RecBCD pathway of homologous recombination

Կատեգորիա:Բջջածագումնաբանություն
Կատեգորիա:Բջջային գործընթացներ
Կատեգորիա:Գենետիկա
Կատեգորիա:ԴՆԹ
Կատեգորիա:ԴՆԹ-ի ռեպարացիա
Կատեգորիա:Կենսաբանություն
Կատեգորիա:Մոլեկուլային կենսաբանություն