การรวมตัวกันใหม่ที่เหมือนกัน: ฟังก์ชันกลไกและการใช้งาน - ชีววิทยา - 2026

การรวมตัวกันใหม่แบบ homologousเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนโมเลกุลของดีเอ็นเอระหว่างส่วนที่คล้ายกันหรือเหมือนกันของจีโนม เซลล์ใช้การรวมตัวกันใหม่ที่คล้ายคลึงกันเป็นหลักเพื่อซ่อมแซมส่วนแบ่งในสารพันธุกรรมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในประชากร

โดยทั่วไปการรวมตัวกันใหม่ที่เหมือนกันจะเกี่ยวข้องกับการจับคู่ทางกายภาพระหว่างพื้นที่ที่คล้ายคลึงกันของสารพันธุกรรมตามด้วยการแตกของโซ่ที่กำลังจะเกิดการแลกเปลี่ยนและในที่สุดการรวมกันของโมเลกุลดีเอ็นเอที่รวมกันใหม่

การรวมกันใหม่ระหว่างโครโมโซมที่เหมือนกันสองตัว
ที่มา: Emw

ต้องซ่อมแซม DNA โดยเร็วและมีประสิทธิภาพที่สุด เมื่อความเสียหายไม่ได้รับการซ่อมแซมผลที่ตามมาอาจร้ายแรงและถึงแก่ชีวิตได้ ในแบคทีเรียหน้าที่หลักของการรวมตัวกันที่เหมือนกันคือการซ่อมแซมการแตกเหล่านี้ในสารพันธุกรรม

การรวมตัวกันเป็นเนื้อเดียวกันถือเป็นหนึ่งในกลไกหลักที่ช่วยให้เกิดเสถียรภาพของจีโนม มีอยู่ในทุกโดเมนของชีวิตและแม้แต่ในไวรัสดังนั้นจึงน่าจะเป็นกลไกสำคัญที่ปรากฏในช่วงต้นของวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

มุมมองทางประวัติศาสตร์

หลักการที่เกี่ยวข้องมากที่สุดข้อหนึ่งที่เสนอโดย Gregor Mendel ประกอบด้วยความเป็นอิสระในการแยกตัวละคร ตามกฎหมายนี้ยีนที่แตกต่างกันจะถูกส่งต่อจากพ่อแม่ไปสู่ลูกโดยอิสระ

อย่างไรก็ตามในปี 1900 การมีอยู่ของข้อยกเว้นที่ชัดเจนสำหรับหลักการนี้ปรากฏชัด นักพันธุศาสตร์ชาวอังกฤษ Bateson และ Punnett แสดงให้เห็นว่าหลาย ๆ ครั้งลักษณะบางอย่างได้รับการถ่ายทอดร่วมกันและสำหรับลักษณะเหล่านี้หลักการที่ระบุโดย Mendel นั้นไม่ถูกต้อง

การวิจัยในเวลาต่อมาสามารถอธิบายการมีอยู่ของกระบวนการรวมตัวใหม่ได้โดยที่เซลล์สามารถแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมได้ ในกรณีที่ยีนที่สืบทอดร่วมกันดีเอ็นเอจะไม่ถูกแลกเปลี่ยนเนื่องจากความใกล้ชิดทางกายภาพระหว่างยีน

homologous recombination คืออะไร?

Homologous recombination เป็นปรากฏการณ์ของเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนลำดับดีเอ็นเอทางกายภาพระหว่างโครโมโซมสองชุด การรวมตัวกันใหม่เกี่ยวข้องกับชุดของยีนที่เรียกว่ายีนรับภาพ รหัสเหล่านี้สำหรับเอนไซม์ต่าง ๆ ที่เข้าร่วมในกระบวนการ

โมเลกุลของ DNA ถือเป็น "homologous" เมื่อพวกมันแบ่งลำดับที่เหมือนกันหรือเหมือนกันมากกว่า 100 คู่เบส ดีเอ็นเอมีบริเวณเล็ก ๆ ที่แตกต่างกันได้และสายพันธุ์เหล่านี้เรียกว่าอัลลีล

ในสิ่งมีชีวิต DNA ทั้งหมดถือเป็น recombinant DNA การแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมระหว่างโครโมโซมเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องการผสมและการจัดเรียงยีนบนโครโมโซมใหม่

กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างชัดเจนในไมโอซิส โดยเฉพาะในระยะที่โครโมโซมจับคู่กันในการแบ่งเซลล์ครั้งแรก ในขั้นตอนนี้จะเกิดการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมระหว่างโครโมโซม

ในอดีตกระบวนการนี้ถูกกำหนดไว้ในวรรณคดีโดยใช้คำแองโกล - แซกซอนข้ามไป เหตุการณ์นี้เป็นหนึ่งในผลลัพธ์ของการรวมตัวกันใหม่ที่เหมือนกัน

ความถี่ของการข้ามระหว่างยีนสองยีนที่มีโครโมโซมเดียวกันขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างพวกเขาเป็นหลัก ยิ่งระยะห่างทางกายภาพระหว่างกันน้อยลงความถี่ของการแลกเปลี่ยนก็จะยิ่งลดลง

หน้าที่และผลที่ตามมาของการรวมกันใหม่ที่คล้ายคลึงกัน

สารพันธุกรรมได้รับความเสียหายอย่างต่อเนื่องซึ่งเกิดจากแหล่งภายนอกและจากภายนอกเช่นรังสีเป็นต้น

เซลล์ของมนุษย์คาดว่าจะมีรอยโรคของดีเอ็นเอจำนวนมากโดยเรียงลำดับตั้งแต่สิบถึงร้อยต่อวัน รอยโรคเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการซ่อมแซมเพื่อหลีกเลี่ยงการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายการจำลองแบบและบล็อกการถอดความและความเสียหายที่ระดับโครโมโซม

จากมุมมองทางการแพทย์ความเสียหายของดีเอ็นเอที่ไม่ได้รับการซ่อมแซมอย่างถูกต้องส่งผลให้เกิดเนื้องอกและพยาธิสภาพอื่น ๆ

การรวมตัวกันใหม่แบบ Homologous เป็นเหตุการณ์ที่ช่วยในการซ่อมแซม DNA ทำให้สามารถกู้คืนลำดับที่สูญหายได้โดยใช้ DNA อีกเส้น (homologous) เป็นแม่แบบ

กระบวนการเผาผลาญนี้มีอยู่ในทุกรูปแบบของชีวิตโดยมีกลไกความเที่ยงตรงสูงที่ช่วยซ่อมแซม "ช่องว่าง" ใน DNA การแบ่งเกลียวสองชั้นและการเชื่อมโยงข้ามระหว่างสายดีเอ็นเอ

หนึ่งในผลที่เกี่ยวข้องมากที่สุดของการรวมตัวกันใหม่คือการสร้างรูปแบบทางพันธุกรรมใหม่ นอกจากการกลายพันธุ์แล้วยังเป็นกระบวนการสองอย่างที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสิ่งมีชีวิตโปรดจำไว้ว่าการเปลี่ยนแปลงเป็นวัตถุดิบสำหรับวิวัฒนาการ

นอกจากนี้ยังมีกลไกในการรีเซ็ตส้อมการจำลองแบบที่เสียหาย

ในแบคทีเรีย

ในแบคทีเรียมักมีเหตุการณ์การถ่ายทอดยีนในแนวนอน สิ่งเหล่านี้จัดเป็นการผันคำกริยาการแปลงและการแปลงสัญญาณ ที่นี่โปรคาริโอตรับดีเอ็นเอจากสิ่งมีชีวิตอื่นและแม้กระทั่งจากสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน

ในระหว่างกระบวนการเหล่านี้การรวมตัวที่เหมือนกันจะเกิดขึ้นระหว่างเซลล์ผู้รับและเซลล์ผู้บริจาค

กลไก

การรวมตัวกันใหม่แบบ Homologous เริ่มต้นด้วยการแตกในเส้นใดเส้นหนึ่งของโมเลกุลดีเอ็นเอของโครโมโซม ต่อไปนี้ขั้นตอนที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์หลายตัวจะเกิดขึ้น

จุดสิ้นสุด 3 'ที่เกิดการตัดถูกรุกรานโดยดีเอ็นเอสองเส้นที่คล้ายคลึงกัน กระบวนการบุกรุกเป็นสิ่งสำคัญ โดย "homologous chain" เราหมายถึงส่วนของโครโมโซมที่มียีนเหมือนกันในลำดับเชิงเส้นแม้ว่าลำดับนิวคลีโอไทด์จะไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน

ไซแนปส์

การบุกรุกของเส้นใยนี้ทำให้โครโมโซมที่เป็นเนื้อเดียวกันหันหน้าเข้าหากัน ปรากฏการณ์ของเธรดการประชุมนี้เรียกว่าไซแนปส์ (เพื่อไม่ให้สับสนกับไซแนปส์ในเซลล์ประสาทคำนี้ใช้กับความหมายอื่น)

ไซแนปส์ไม่จำเป็นต้องหมายถึงการสัมผัสโดยตรงระหว่างลำดับที่คล้ายคลึงกันทั้งสองดีเอ็นเอสามารถเคลื่อนที่ต่อไปได้สักพักจนกว่าจะพบส่วนที่คล้ายคลึงกัน กระบวนการค้นหานี้เรียกว่าการจัดตำแหน่งที่เหมือนกัน

การสร้าง D-loop

จากนั้นเหตุการณ์ที่เรียกว่า โครโมโซมเป็นเกลียวคู่ของดีเอ็นเอ ในการรวมตัวกันใหม่ที่เหมือนกันโครโมโซมสองตัวจะมองหาลำดับที่คล้ายคลึงกัน ในเกลียวเส้นหนึ่งเส้นจะแยกออกจากกันและเส้นใยนี้ "บุกรุก" โครงสร้างเกลียวคู่ทำให้เกิดโครงสร้างที่เรียกว่าห่วง D

สาย D-loop ถูกแทนที่โดยการบุกรุกของเกลียวที่แตกและจับคู่กับเกลียวเสริมของเกลียวคู่เดิม

การสร้างทางแยกวันหยุด

ขั้นตอนต่อไปคือการจัดตั้งสหภาพแรงงานฮอลิเดย์ ที่นี่ปลายของเกลียวที่แลกเปลี่ยนจะถูกมัดเข้าด้วยกัน สหภาพนี้มีความสามารถในการเคลื่อนย้ายไปในทิศทางใดก็ได้ ข้อต่อสามารถแตกหักและก่อตัวได้หลายครั้ง

กระบวนการสุดท้ายของการรวมตัวกันใหม่คือความละเอียดของสหภาพแรงงานเหล่านี้และมีสองวิธีหรือวิธีที่เซลล์จะบรรลุสิ่งนี้ หนึ่งในนั้นคือความแตกแยกของสหภาพหรือโดยกระบวนการที่เรียกว่าการสลายตัวตามแบบฉบับของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต

ในกลไกแรกการทำลายทางแยก Holliday จะสร้างโซ่สองเส้นขึ้นมาใหม่ ในเหตุการณ์ "การสลายตัว" อื่น ๆ การล่มสลายเกิดขึ้นในสหภาพ

โปรตีนที่เกี่ยวข้อง

โปรตีนที่สำคัญในกระบวนการรวมตัวใหม่เรียกว่า Rad51 ในเซลล์ยูคาริโอตและ RecA ใน Escherichia coli ทำงานในขั้นตอนต่างๆของการรวมตัวกันใหม่: ก่อนระหว่างและหลังไซแนปส์

โปรตีน Rad51 ช่วยอำนวยความสะดวกในการสร้างความเชื่อมโยงทางกายภาพระหว่างดีเอ็นเอที่บุกรุกและดีเอ็นเอที่มีอารมณ์ ในกระบวนการนี้จะสร้างดีเอ็นเอเฮเทอโรดูเพล็กซ์

Rad51 และหน่วยงาน RecA กระตุ้นการค้นหาดีเอ็นเอที่คล้ายคลึงกันและการแลกเปลี่ยนสายดีเอ็นเอ โปรตีนเหล่านี้มีความสามารถในการจับคู่กับดีเอ็นเอสายเดี่ยว

นอกจากนี้ยังมียีน paralogue (เกิดจากเหตุการณ์การทำสำเนายีนในเชื้อสายของสิ่งมีชีวิต) ของ Rad51 เรียกว่า Rad55 และ Rad57 ในมนุษย์มีการระบุยีน Rad51 paralogue ห้ายีนที่เรียกว่า Rad51B, Rad51C, Rad51D, Xrcc2 และ Xrcc3

ความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการรวมตัวใหม่

เนื่องจากการรวมตัวกันใหม่จำเป็นต้องมีการผูกมัดทางกายภาพกับโครโมโซมจึงเป็นขั้นตอนสำคัญในการแยกตัวที่เหมาะสมในระหว่างไมโอซิส หากไม่เกิดการรวมตัวกันใหม่อย่างเหมาะสมผลลัพธ์อาจเป็นพยาธิสภาพที่สำคัญ

การไม่ทำงานร่วมกันของโครโมโซมหรือข้อผิดพลาดในการแยกเป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการแท้งบุตรและความผิดปกติของแหล่งกำเนิดโครโมโซมเช่น trisomy ของโครโมโซม 21 ซึ่งเป็นสาเหตุของดาวน์ซินโดรม

แม้ว่าโดยปกติการรวมตัวกันใหม่จะเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างแม่นยำ แต่บริเวณของจีโนมที่ทำซ้ำและยีนที่มีสำเนาหลายชุดทั่วทั้งจีโนมนั้นมีแนวโน้มที่จะเกิดการครอสโอเวอร์ที่ไม่สม่ำเสมอ

การผสมข้ามพันธุ์นี้ก่อให้เกิดลักษณะที่เกี่ยวข้องทางคลินิกที่แตกต่างกันรวมถึงโรคที่พบบ่อยเช่นธาลัสซีเมียและออทิสติก

แอปพลิเคชันการรวมตัวใหม่

นักชีววิทยาระดับโมเลกุลได้ใช้ประโยชน์จากความรู้เกี่ยวกับกลไกของการรวมตัวกันใหม่ที่คล้ายคลึงกันเพื่อสร้างเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน หนึ่งในสิ่งเหล่านี้ช่วยให้สามารถสร้างสิ่งมีชีวิตที่ "น่าพิศวง" ได้

สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมเหล่านี้ทำให้สามารถอธิบายการทำงานของยีนที่สนใจได้

หนึ่งในวิธีการที่ใช้ในการสร้างสิ่งที่น่าพิศวงประกอบด้วยการยับยั้งการแสดงออกของยีนที่เฉพาะเจาะจงโดยการแทนที่ยีนเดิมด้วยเวอร์ชันที่แก้ไขหรือ "เสียหาย" ยีนถูกแลกเปลี่ยนกับเวอร์ชันที่กลายพันธุ์โดยวิธีการรวมตัวกันใหม่ที่คล้ายคลึงกัน

การรวมตัวกันใหม่ประเภทอื่น ๆ

นอกจากการรวมตัวกันที่เหมือนกันหรือถูกต้องตามกฎหมายแล้วยังมีการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมประเภทอื่น ๆ

เมื่อพื้นที่ของ DNA ที่แลกเปลี่ยนวัสดุเป็นไม่ใช่อัลลิลิก (โครโมโซมที่เหมือนกัน) ผลลัพธ์ก็คือการทำซ้ำหรือลดจำนวนยีน กระบวนการนี้เรียกว่าการรวมตัวกันใหม่แบบไม่เหมือนกันหรือการรวมตัวใหม่ที่ไม่เท่ากัน

นอกจากนี้ยังสามารถแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมระหว่างโครมาทิดน้องสาวบนโครโมโซมเดียวกันได้ด้วย กระบวนการนี้เกิดขึ้นในทั้งการแบ่งไมโอติกและไมโทติกและเรียกว่าการแลกเปลี่ยนที่ไม่เท่ากัน

อ้างอิง

1. Baker, TA, Watson, JD และ Bell, SP (2003) อณูชีววิทยาของยีน สำนักพิมพ์ Benjamin-Cummings
2. Devlin, TM (2004) ชีวเคมี: ตำราที่มีการใช้งานทางคลินิก ฉันย้อนกลับ
3. Jasin, M. , & Rothstein, R. (2013). การซ่อมแซมเส้นแบ่งโดยการรวมตัวกันใหม่ที่เหมือนกัน มุมมองของ Cold Spring Harbor ในชีววิทยา, 5 (11), a012740
4. Li, X. และ Heyer, WD (2008) การรวมตัวกันใหม่ที่เหมือนกันในการซ่อมแซมดีเอ็นเอและความทนทานต่อความเสียหายของดีเอ็นเอ การวิจัยเซลล์, 18 (1), 99-113.
5. Murray, PR, Rosenthal, KS และ Pfaller, MA (2017) จุลชีววิทยาทางการแพทย์. วิทยาศาสตร์สุขภาพเอลส์เวียร์
6. Nussbaum, RL, McInnes, RR และ Willard, HF (2015) พันธุศาสตร์ทอมป์สันและทอมป์สันใน e-book ยา วิทยาศาสตร์สุขภาพเอลส์เวียร์
7. Virgili, RO, & Taboada, JMV (2006). จีโนมมนุษย์: ความก้าวหน้าใหม่ในการวิจัยการวินิจฉัยและการรักษา ฉบับ Universitat Barcelona