同源重组的分子机制
同源重组修复的分子机制和应用
同源重组修复的分子机制和应用同源重组修复（Homologous Recombination，简称HR）是细胞见于DNA双链断裂后进行的一种高保真修复方式。
经HR修复的损伤位点通常具有高度同源性，即已经断裂的某一DNA分子和其他未断裂的染色体上存在一段较为相似的DNA序列。
在HR修复过程中，这段相同的DNA序列与断裂位点发生配对，然后进行基因重组，形成一根新的DNA链，进而完成修复过程。
HR是人体内最主要的两种DNA双链断裂修复方式之一，另一种则为非同源端接（Non-homologous End Joining，简称NHEJ）。
HR是一个复杂的分子机制，包括了细胞内许多不同的蛋白质、DNA序列和细胞信号通路参数。
这些蛋白质主要涉及到DSB （Double strand break）识别、同源序列搜寻、DNA配对、DNA链转化、负向调控、结构复选识别、DNA透析等过程。
DSB识别：在HR的启动过程中，特定的DSB识别蛋白会发现DNA双链断裂位点，并进行下一步的操作。
同源序列搜寻：接下来，蛋白会朝向有相似的DNA序列的其他染色体进行搜索。
一旦找到相同的DNA序列，它就会开始尝试与该序列配对，并试图形成一个三联体结构。
DNA配对：这个过程中，配对的蛋白会调控两根不同DNA链的伸缩，使它们可以相互匹配。
这个过程的成功需要调节蛋白的正确组装。
DNA链转化：接下来，两根链之间的电子密度开始转移，产生一个相互连接的DNA链。
负向调控：这个过程需要结果DNA分子的精确剪切，以便它们可以重新形成一个连续的DNA分子。
结构复选识别：在转化完成后，一个高质量的DNA链新生的脱氧核糖核酸基团可以通过一个结构复选蛋白的帮助，得到正确的定序，从而避免它们可能发生的错误。
DNA透析：最终，DNA链的合成是由一个DNA合成酶完成的。
这个酶确保产生的DNA链是高质量、高同源性的。
应用方面，HR是一个非常有用的分子技术，它被广泛用于生命科学、医学等诸多领域。
同源重组的分子机制
方记向的相同重的组一条，单它链们； 都含有•3 一个异源双链区。
3. 切开的单链交换重接;
4. 形成交联桥结构； 5. 分支迁移：形成一大段异源 •4
双链DNA(Holliday结构)
•5
6. 绕交联桥旋转1800，形成
Holliday异构体；
• •7
7. 切开与重接：
左右切，形成非重组体
上下切，形成重组体。
•(2). 一个杂种分子得到校正，另一条未校正，有丝分裂后 分离形成 5:3 或 3:5 的分离比，属于半染色单体转变；
•(3). 两个杂种分子都被校正到同一种类型，有丝分裂后分 离形成 6:2或2:6 的分离比，属于染色单体转变；
•(4). 两个杂种分子都被校正到不同类型，有丝分裂后分离 形成 4:4 分离比，未出现基因转变；
哈工大-遗传学
同源重组的分子机制
(二)、基因转变及其分子机理
1、异常分离与基因转变 粗糙脉孢菌： pdxp：酸度敏感的VB6依赖型 pdx： 酸度不敏感的VB6依赖型
哈工大-遗传学
同源重组的分子机制
+ pdxp
× pdx +
•585个子囊中
孢子对
①
子囊
②
③
④
1 2
•? + pdxp pdx +
+ + pdx +
•-
•-
•-
因的遗传+ 学现象（源于-基因内重组）。+
•+
•+
•+
+
+
+
•+ -
••+-+-
••+-+-
同源重组法分子克隆 -回复
同源重组法分子克隆 -回复同源重组法是分子克隆技术中的一种重要方法，其基本原理是利用DNA的同源性重组来插入外源DNA序列到宿主DNA中。
同源重组法在基因克隆、遗传工程等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍同源重组法的原理、步骤及应用。
一、同源重组法的原理同源重组法的原理基于DNA分子的自身结构和功能，DNA分子在某些条件下能够进行重组、修复和重复。
同源重组是指两个DNA分子之间具有相似序列（同源）的区域进行交换而形成的DNA分子重组。
同源重组法基于此原理，通过在宿主DNA中引入重组的同源片段，将外源DNA序列插入到宿主DNA中。
同源重组法的原理可以分为两个步骤：相互间接断裂和互补配对。
两个DNA分子的同源片段同时发生间接断裂，获得可供基因重组的末端。
接下来，由于互补配对的作用，从两个DNA分子中间的同源片段在一定条件下进行配对，形成插入、缺失、互换等不同类型的重组产物。
1. 构建载体DNA：载体DNA是将外源DNA插入到宿主DNA中的重要工具，构建载体DNA 需要选择有适当限制酶切位点的载体和外源DNA。
一般来说，常用的载体包括质粒、噬菌体、噬菌体样颗粒等。
2. 制备DNA片段：外源DNA片段可以通过PCR扩增、酶切和DNA合成等技术制备。
需要注意的是，PCR扩增要确保扩增的DNA片段与宿主DNA具有一定的同源性。
3. 利用限制酶切割载体和外源DNA：根据预定的酶切位点设计限制酶切位点并进行酶切。
4. 进行杂交和拼接：将外源DNA片段与载体DNA杂交，并通过互补配对将DNA片段与载体DNA进行拼接。
5. 转化大肠杆菌：利用化学方法或电击法将构建好的载体DNA转化到大肠杆菌中，转化后得到含外源DNA的菌落。
6. 筛选阳性菌落：利用选择性培养基和荧光素酯分析方法等技术筛选阳性菌落。
7. 测序鉴定：对筛选出的阳性菌落进行测序，并鉴定插入的外源DNA序列是否正确。
同源重组法是分子克隆领域中一种非常实用的技术。
同源重组技术的原理和应用
同源重组技术的原理和应用同源重组技术（Homologous recombination technology，HRT）是一种常用的基因编辑技术，它能够在特定部位改变DNA序列，用于治疗某些遗传性疾病、研究基因表达调控和蛋白质结构等方面。
本文将介绍同源重组技术的原理和应用。
1. 同源重组技术的原理同源重组技术是利用质粒、病毒等载体携带的外源基因通过靶向指向的方式将其导入到细胞或生物体中，从而达到改变生物体基因组的目的。
具体来说，同源重组技术是基于DNA的相互作用原理进行的。
DNA由四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）构成，它们之间形成了氢键，使得两条互补的DNA链可以通过这些氢键相互结合。
在同源重组中，DNA分子的另一端则通过DNA酶和锌指核酸酶来实现切割和精准定位。
一旦发现了具备相同序列的区域，这些酶就会将外源基因定向到位点，与染色体上的同源序列组成DNA双链，从而取代了原有的序列，以达到修复或替换某些基因的效果。
2. 同源重组技术的应用同源重组技术的应用广泛，其中最重要的是对基因的编辑和修复。
以下将介绍几种常见的同源重组技术应用：(1)质粒介导同源重组质粒介导同源重组是一种常用的基因工程技术。
这种技术主要是利用菌单倍体的同源重组能力，通过转化质粒来实现有选择性地在DNA的特定区域插入新基因。
这种技术特别适用于菌类以及一些单细胞真菌和原生生物。
(2)病毒介导同源重组病毒介导同源重组则运用了病毒自身的重组机制特征，对其进行了改造，使其能够以带选择性的方式在目标细胞中整合外源基因。
这种方法目前已经广泛应用于人类基因治疗领域，尤其在修复致病基因和引入新基因方面取得了显著进展。
(3)基因组编辑基因组编辑技术可以通过同源重组来治疗遗传性疾病。
比如，在用于治疗Friedreich's ataxia（FA）的基因治疗研究中，研究团队采用基因克隆技术构建了能够靶向FA基因的重组质粒，并通过同源重组的方式将其导入细胞中。
同源重组和相同的DNA修复机制
同源重组和相同的DNA修复机制DNA是构成生命体的基础，也是遗传信息的载体，但是在DNA复制和细胞分裂过程中，会出现许多突变和错误，因此细胞需要一套完善的机制来修复DNA，同时也需要一些特殊的机制来保证在细胞分裂时基因组的稳定性。
同源重组和相同的DNA修复机制就是其中两个非常重要的机制。
一、同源重组机制同源重组是一种重要的基因修复机制，主要发生在有性生殖的生物中。
在染色体发生断裂或受到多种损害的情况下，同源重组机制可以把损坏的DNA修复完整。
同源重组是指两条相同的DNA分子发生互相配对、断裂和重组的过程。
它需要两个相同的DNA分子在某些区域上具有完全相同的序列，即同源序列。
同源重组机制主要有两种形式：交叉连锁重组和非同源重组。
交叉连锁重组发生在有性生殖中，受交叉点的影响，在两条染色体的相同区域，交换杂交合子的DNA片段。
非同源重组则是发生在细胞中，DNA损伤时，细胞会短暂停止复制，启动同源重组，使恢复DNA的完整性。
同源重组机制在细胞遭遇致命DNA损伤时起着重要的角色，例如辐射、化学致癌剂、紫外线等。
同源重组机制除了能够修复DNA，还可以使DNA序列多样化，对物种的进化也起着非常重要的作用。
二、相同的DNA修复机制DNA修复机制是细胞保持基因组完整性的重要机制。
现有的DNA修复机制主要有四种：直接损伤修复、错配修复、基础切割修复和同源重组修复。
这些机制在基本原理上相似，它们的共同目标是清除损伤的DNA和重建功能完整的DNA双链。
相同的DNA修复机制是指在两个不同的细胞中，进行基本相同的DNA修复方案。
相同的DNA修复机制经常发生在原核和真核生物的细胞中，如细菌和哺乳动物细胞的DNA修复机制基本上是相同的。
DNA修复机制在生命的演化过程中起着至关重要的作用，它不仅可以减少DNA突变的发生，还能使DNA序列得以多样化。
此外，DNA修复机制对生命组织的功能、表现异同以及物种演化等都有一定的影响和意义。
同源重组对细胞DNA修复的影响研究
同源重组对细胞DNA修复的影响研究同源重组是一种基因重组方式，它能够在细胞分裂过程中发挥重要的作用。
该机制与DNA修复之间的联系是非常紧密的。
对同源重组在DNA修复中的影响进行研究，有助于加深我们对基因组稳定性和肿瘤发生机制的认识。
一、同源重组的基本原理同源重组是指两条相似的DNA分子在某些相同的区域发生交换，从而形成新的组合。
通常这两条DNA分子来自于染色体的不同部位，但具有相同的段落（称为同源序列）。
这种现象发生在细胞分裂过程中的染色体重组、染色体修复和重组修复等过程中。
同源重组的过程可以简单地追溯到三步：切割、粘贴和合并。
首先，一个酶复合物切割了某一条DNA分子上的一段序列。
该序列携带着细胞所需的信息，或者在分裂时出现了错误。
然后，这个酶复合物将切下的DNA分子与与其同源的另一条DNA分子的相应区域做粘接。
最后，经过一系列复杂的过程，这两个DNA分子被合并在一起。
这样，DNA序列得到了更新或修复，细胞分裂能够继续进行。
二、同源重组在细胞DNA修复中的作用DNA本身存在着各种自我修复机制，但当DNA发生严重的损伤时，这些自我修复机制就显得十分有限。
这时，就需要依靠其他机制，如同源重组，来修复损伤。
基于同源重组的DNA修复途径主要有两种：相互重组和非同侧重组。
相互重组指的是两条同源DNA分子在某一段区域发生切割和交错，形成新的组合。
非同侧重组则是通过同源重组的机制，在DNA双链断裂时使另一条同源染色体的DNA序列参与合并，从而对受损的DNA分子进行修复。
同源重组的作用不仅局限于DNA修复，它还能够在细胞周期中发挥调节作用。
一些先前的研究表明，同源重组失调可能会导致染色体不稳定、癌症等疾病的发生。
因此，深入研究同源重组的分子机制及其在细胞周期中的作用，对防治某些疾病具有重要的意义。
三、同源重组对DNA修复的影响研究同源重组在DNA修复中的重要作用已经得到了广泛的关注。
最近的研究显示，某些蛋白质对同源重组在DNA修复中的发挥具有重要作用。
染色体同源重组中的机制与调控
染色体同源重组中的机制与调控染色体同源重组是指两条同源染色体之间的重组过程，是生物基因组进化和遗传变异的重要机制之一。
同源重组可以发生在几乎所有生物中，包括真核生物和原核生物。
同源重组对于维持基因组稳定性、增加生物遗传变异、提升适应性等方面都有重要作用。
同源重组的机制同源重组主要涉及两个过程：DNA剪切和DNA连接。
在染色体同源重组过程中，DNA剪切是由核酸内切酶（endonuclease）介导的，通过切割同源染色体上的两条DNA链，从而形成单链DNA。
单链DNA在脱氧核糖核酸合成酶的作用下，反转录成DNA丝，再通过碱催化酶促进配对和连接来完成同源重组。
同源重组具有互换位置、替代性和修复损伤等功能。
在它的过程中，同源重组的前体分子间形成四刀形结构体，这样可以调节DNA链上的局部拓扑结构。
这些过程都涉及到DNA的精细控制和调节。
同源重组的调控同源重组过程中，大量的酶类蛋白在调控这个过程中发挥关键作用。
这些酶类蛋白可以被划分为DNA加工酶和DNA结构酶。
DNA加工酶主要负责DNA链上的剪切和连接，以及DNA分子的旋转和解旋。
DNA结构酶则负责调控单链分别和DNA链之间的互动并构形成四刀形结构，从而实现同源重组的细致调控。
外界环境的因素也可以影响染色体同源重组。
例如，放射线等DNA损伤因素可以刺激同源重组的发生。
而细胞内的信号通路则可以控制DNA结构与功能，从而改变同源重组的发生机制与效率。
研究同源重组的意义深入研究同源重组的机制与调控有助于我们理解细胞基因组稳定性的维持，基因遗传变异的形成，以及细胞DNA损伤应对机制的规范。
这些研究对于解决生物体的基因遗传变异、对抗严重的基因疾病、创造经济价值等方面都有巨大作用。
结语染色体同源重组是一种基础研究领域中的重要课题，需要多学科交叉学习和多方面研究。
当前，同源重组的机理和调控的研究正在迅速发展，带动了多个应用领域的发展。
因此研究这个领域不仅具有重要的科学价值，而且深入理解染色体同源重组的机制与调控还具有巨大的应用价值。
DNA同源重组修复的分子机制
・综述・作者单位:300192 天津,中国医学科学院放射医学研究所DNA 同源重组修复的分子机制王勇 樊飞跃 电离辐射直接造成生物靶分子细胞DNA 的损伤,DNA 的损伤类型很多,其中以DNA 双链断裂(double strand break ,DS B )最为严重。
DNA DS B 的修复较其他类型的DNA 损伤更加困难,不修复则可能导致染色体断裂和细胞死亡,而修复不当则可能导致染色体缺失、重排、转位和倒置等,从而易于形成肿瘤等疾病[1]。
DNA 损伤的不完全修复可导致基因组不稳定,机体细胞为了对抗损伤,发展出多个修复系统来保证基因组的完整性,同源重组修复(hom olog ous recombinationrepair ,HRR )是DNA DS B 损伤修复的主要方式,对于保持哺乳动物细胞的基因组完整性十分重要[2]。
重组即遗传物质的重排,同源重组是指发生在同源DNA 序列间的重组,主要是利用DNA 序列间的同源性来识别,而负责配对和重组的蛋白质因子并无碱基序列特异性。
本文综述了国外近来对HRR 分子机制的研究进展,包括引发HRR 的DNA 损伤机制;HRR 的基本修复过程和多条修复通路;HRR 关键分子重要功能的实现机制;HRR 与细胞周期调控等其他事件的相互关系;辐射和HRR 及其与肿瘤之间的关系。
11DNA 损伤的感受识别:HRR 参与的蛋白质有RAD51,RAD51b ,c ,d ,RAD52,RAD54,BRC A1,BRC A2,XRCC2,XRCC3和MRN 复合物等,另外还需大量起始和损伤应激感受分子,包括AT M ,ATR 和DNA 2PK cs [3]。
细胞在受到电离辐射照射后,一系列重组或修复蛋白及复合物重新定位形成核焦点,以应答DNA 损伤。
这些蛋白有γ2H2AX ,AT M ,RAD51,BRC A1,BRC A2,NBS1,RPA 和MRN ,它们相互作用,完成DNA 损伤信号的接受功能并转导信号给其他蛋白质,介导并协调包括周期检控点、凋亡、修复的损伤应答。
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同源重组的分子机制
一、断裂重接模型（breakage joining model）
C．D．Darlington 1936年提出。
在同源染色体联会时，由于染色体的缠绕而产生张力，两个相对染色单体在同一位置断裂，然后彼此和另一染色单体重新连接起来从而形成重组并消除这种张力。
二、基因转换现象
Olive等广泛研究粪生粪壳菌g座位，g-决定子囊孢子灰色，g+决定子囊孢子的黑色，在g+×g-的杂交中，他们分析了20万子囊，发现0.06%是5∶3分离，0.05%是6∶2分离，0.008％是3∶1∶1∶3（或异常4∶4）分离。
图示． (1)一个孢子中的两个孢子有着不同的基因型。
(2)分离比例不是4∶4。
(3)邻近的基因A/a都呈现正常分离。
断裂重接模型则无法解释异常现象。
1930年，德国遗传学家H．温克勒把这种不规则分离现象解释为减数分裂过程中同源染色体联会时一个基因使相对位置上基因发生相应的变化所致，因而称就基因转变。
好象是由于一个基因转换为另一等位基因，所以称为基因转换（gene conversion）。
以后由于发现一个基因发生基因转变时，它两旁的基因常同时发生重组：在5∶3和6∶2分离的子囊中，大约有30%也在g座位的这边或那边发生重组；有基因转换的子囊中，基因转换和遗传重组都发生在同样两个单体的子囊比例竟高达90%。
所以认为基因转变是某种形式的染色体交换的结果。
因此，基因转变的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。
三、同源重组的Holliday模型
1964年，R. Holliday提出了重组的杂合DNA模型(hybrid DNA mode)，并作修正。
图示．过程：
A．同源的非姊妹染色体的DNA配对。
B-C．同源非姊妹染色单体DNA中两个方向相同的单链在DNA内切酶的作用下，在相同位置上同时切开。
D．切开单链交换重接，形成交联桥结构（cross-bridged structure）。
E．交联桥的位置可以靠拉链式活动，沿着配对DNA分子“传播”—桥迁（Bridge migration），其中互补碱基间形成的氢键从一条链改变另一条链。
于是在两个亲本DNA分子间造成一段异源双链DNA。
这种结构又称为Holliday structure。
F-H．绕交联桥旋转，形成Holliday结构的异构体。
I-J．通过两种方式切断DNA单链以消除交联桥，恢复两个线形DNA分子。
K．进行DNA修补合成。
I-K．如果是左右切断，出现中间包含杂合双链的两旁基因是非重组（AB．ab）的双链DNA 分子;如果上下切断，将出现中间包含杂合双链并且两旁基因发生重组（Ab，aB）的双链DNA。
不管Holliday结构怎样产生，是否导致两侧遗传标记重组，它们都含有一个异源双链DNA区。
四、基因转变及其分子机制
1．两个杂种分子都未校正，子囊孢子分离为3∶1∶1∶3
在3∶1∶1∶3的子囊中，减数分裂的4个产物中，两个产物的一半出现基因转换，所以是半染色单体转换，分离一定发生在减数分裂后的有丝分裂中，所以叫做减数后分离。
2．一个杂种分子校正为+，子囊孢子出现5∶3分离。
在5∶3的子囊中，减数分裂的4个产物中，有一个产物的一半出现基因转换，所以是半染色单体转换，分离一定发生在减数分裂后的有丝分裂中，所以叫做减数后分离。
3．两个杂种分子都校正到+（或-）子囊孢子出现6∶2分离，如果校正相反，子囊孢子分离正常。
在6∶2（或2∶6）子囊，减数分裂的4个产物中，有一个产物发生基因转换，所以是染色单体的转换。
两种校正方式：不配对的碱基对由核酸外切酶切除，新合成的互补短链在连接酶的作用下连接上去。
由于切除的不配对区段的不同，校正后或出现野生型或出现突变型。
五、环状DNA分子的重组
1．重组过程
图示．
首先两个环状DNA分子在任意两个同源区域之间配对、断裂、重接，形成8字形的中间物。
8字形结构的切断也有不同方式：如在2和4对应链切断就产生两个亲本环状DNA分子，每个含有一段异源双链区；如在1和3对应链切断则形成一个由两个亲本DNA分子首尾共价连接而成大的单体环，单体环又可在任何同源区之间发生重组；如1和2或3和4切断，则产生滚环结构。
2．Chi结构的出现直接证明了细胞内重组过程中异源双链DNA和Holliday结构及其异构体的存在。
六、Meselson-Radding模型
1、问题的提出
在Holliday模型中，两个非姊妹染色单体中央的杂合双链是对称的。
如果我们考虑这两个杂合双链中一个被校正而另一个则进行减数后分离的情况，由于两个杂种分子+/g中哪一个被校正为＋应该是随机的，所以三型子囊和四型于囊的数目应是相等的，即
同样，杂合双链＋/g校正为g的情况应该也是如此。
换言之，第2个分子校正为＋还是第3个分子校正为＋的机会应相同。
对于有8个子囊孢子的子囊来讲，5＋：3g的情况就是连续排列的＋＋＋＋＋ggg；而四型子囊则是不连续的+++g++gg排列。
2、M-R模型
从步骤5及其以后的过程中，任何时间两个重叠单链断裂时，这个“过程”便会终止。
这一事件发生得愈早，则会出现众多的三型子囊，因为分支迁移将形成四型子囊。
也由于异构化难于实现，因此四型子囊必然少于三型。