Recombinación genética

Existen varios tipos de recombinación genética en las [[célula]]s eucariotas:

En células B

Véanse también: Recombinación V(D)J e Inmunoglobulina.

Las células B del sistema inmunitario realizan una recombinación genética llamada cambio de clase de inmunoglobulinas. Es un mecanismo biológico que cambia un anticuerpo de una clase a otra, por ejemplo, de un isotipo llamado IgM a otro llamado IgG.[8]

Ilustración de entrecruzamiento cromosómico por Thomas Hunt Morgan (1916).[9]

La recombinación genética es catalizada por varias enzimas. Las recombinasas son las enzimas clave que catalizan la etapa de transferencia de la hebra durante la recombinación. La RecA (recombinasa encontrada en Escherichia coli) es responsable de la reparación de las roturas de cadena doble en el ADN. En levaduras y otros organismos eucariotas es necesario utilizar dos recombinasas para la reparación de las roturas de cadena doble en el ADN. La proteína RAD51 es necesaria para la recombinación mitótica y meiótica, mientras que la proteína de reparación del ADN, DMC1, es específica para la recombinación meiótica. En las arqueas, el ortólogo de la proteína bacteriana RecA es la RadA.[11]

En la ingeniería genética, la recombinación también puede referirse a la recombinación artificial y deliberada de fragmentos de ADN, a menudo de diferentes organismos, creando lo que se llama ADN recombinante. Un ejemplo de recombinación genética es el gene targeting, que puede usarse para añadir, eliminar o cambiar los genes de un organismo. Esta técnica es importante para los investigadores biomédicos, ya que les permite estudiar los efectos de genes específicos. Técnicas basadas en recombinación genética también se aplican en la ingeniería de proteínas para desarrollar nuevas proteínas de interés biológico.[3]

Los modelos moleculares de recombinación meiótica han evolucionado a lo largo de los años proporcionando así una gran cantidad de evidencia. La comprensión fundamental del mecanismo de la recombinación meiótica es crucial para resolver el problema de la función adaptativa del sexo, una cuestión que no ha sido resuelta en la biología. Un modelo que refleja la comprensión actual fue presentado por Anderson y Sekelsky[12] y se describe en la primera figura de este artículo. La figura muestra que dos de las cuatro cromátidas presentes en la meiosis (profase I) están emparejadas entre sí y son capaces de interactuar. La recombinación, en esta versión del modelo, se inicia por una ruptura de doble cadena que se muestra en la molécula de ADN (cromátida). Sin embargo, otros tipos de daño del ADN también pueden iniciar la recombinación. Por ejemplo, una reticulación entre hebras (causada por la exposición a un agente reticulante tal como mitomicina C) puede ser reparada por HRR.[11]

Como se indica en la primera figura, arriba, se producen dos tipos de producto recombinante. En el lado derecho se encuentra un tipo "cross over" (CO), donde se intercambian las cromátidas de los cromosomas homólogos y en el lado izquierdo, un tipo "no crossover" (NCO) donde las cromátidas no se intercambian. El tipo de recombinación de CO implica la formación intermedia de dos "Holliday Junction" indicadas en la parte inferior derecha de la figura por dos estructuras en forma de X en cada una de las cuales hay un intercambio de hebras individuales entre las dos cromátidas participantes. Esta vía está etiquetada en la figura como la vía Double Holliday Junction (DHJ).[12]

Los recombinantes NCO (ilustrados a la izquierda en la figura) se producen mediante un proceso denominado Synthesis-dependent strand annealing (SDSA). Los eventos de recombinación del tipo NCO / SDSA parecen ser más comunes que el tipo CO / DHJ.[11] La vía de NCO / SDSA contribuye poco a la variación genética ya que los brazos de los cromosomas que flanquean el evento de recombinación permanecen en la configuración parental. Por lo tanto, las explicaciones de la función adaptativa de la meiosis que se centran exclusivamente en el cross over son inadecuados para explicar la mayoría de los eventos de recombinación.[11]

La reparación recombinante requiere la presencia de una secuencia idéntica o casi idéntica que sea utilizada como plantilla para reparar la rotura. La maquinaria enzimática responsable de este proceso es casi idéntica a la maquinaria responsable del cruce cromosómico durante la meiosis. Esta ruta permite que un cromosoma dañado sea reparado utilizando una cromátida hermana (disponible en G2 después de la replicación del ADN) o un cromosoma homólogo como plantilla.[13]

Durante la mitosis y la meiosis, los daños del ADN causados por una variedad de agentes exógenos (por ejemplo, luz UV, rayos X, agentes reticulantes químicos) pueden repararse mediante reparación recombinante homóloga (HRR del inglés Homologous Recombinational Repair). Estos hallazgos sugieren que los daños del ADN que surgen de procesos naturales, como la exposición a especies reactivas del oxígeno (ROS) que son subproductos del metabolismo normal, también son reparados por HRR. En humanos y roedores, problema en los genes necesarios para HRR durante la meiosis causan infertilidad.[11] Mientras que en los seres humanos problema en los genes como BRCA1 y BRCA2, aumentan el riesgo de cáncer.[13]

En las bacterias, la transformación es un proceso de transferencia génica que ocurre normalmente entre células individuales de la misma especie bacteriana. La transformación implica la integración del ADN del donante en el cromosoma receptor mediante recombinación. Este proceso parece ser una adaptación para la reparación de daños en el DNA del cromosoma receptor por HRR.[13] La transformación puede proporcionar un beneficio a las bacterias patógenas al permitir la reparación del daño del ADN.

Cuando dos o más virus, cada uno de ellos con daños genómicos letales infectan a la misma célula huésped, los genomas del virus a menudo pueden emparejarse entre sí y son reparados mediante HRR para poder producir una progenie viable. Este proceso denominado reactivación de multiplicidad ha sido estudiado en bacteriófagos T4 y lambda,[14] así como en varios virus patógenos. En el caso de los virus patógenos, la reactivación de la multiplicidad puede ser un beneficio adaptativo para el virus, ya que permite la reparación de los daños del ADN causados por la exposición al medio oxidante producido durante la infección del huésped.[13]

• Intercambio de Cassette Recombinasa Mediada
• Evolución del sexo
• Transferencia horizontal de genes
• Transposón

• Web explicativa (en inglés).
• Video, recombinación entre dos cadenas de DNA bicatenario.
• Imagen, recombinación en meiosis.