Evolution of homologous recombination mechanisms

同源重组机制的进化

基本信息

项目摘要

ABSTRACT Homologous recombination reshuffles genetic information between parental chromosomes generating genetic diversity and driving evolution. Recombination predominantly occurs at a set of genomic locations called recombination hotspots. In most mammals, including humans, hotspot locations are defined by the sequence- specific binding of the PRDM9 protein, which trimethylates lysine 4 of the histone H3 at the sites where recombination is later initiated. In Prdm9 knockout mice DSBs are targeted to gene promoters and enhancers, which also carry the H3K4 trimethylation mark. Therefore, PRDM9 directs recombination away from functional genomic elements. This role is important as data indicate mutagenic effects of recombination both on the local nucleotide level and in gross chromosomal rearrangements. Nevertheless, some species do not have the Prdm9 gene or have lost canonical Prdm9 through evolution. In most of such species, recombination hotspots still exist, but they form at the H3K4me3-marked gene promoters and other genomic regions with accessible DNA. In contrast, nematodes and dipterans do not have recombination hotspots. Why promoters are not targeted by the DSB machinery in such species is not understood. In this study we propose to answer this question with the example of the marsupial Monodelphis Domestica, the first vertebrate species that, according to our preliminary data, lacks recombination hotspots. In addition to the prominent role of homologous recombination in evolution, recombination per se is essential for proper segregation of homologous chromosomes during gametogenesis. Recombination defects are invariably associated with infertility, miscarriage and aneuploidy-related birth defects. Defining the mechanisms that control genetic recombination will eventually aid in detection, prevention and/or treatment of aneuploidy-related infertility and birth defects.
抽象的 同源重组对产生遗传的父母染色体之间的遗传信息 多样性和驱动进化。重组主要发生在一组称为的基因组位置 重组热点。在包括人类在内的大多数哺乳动物中,热点位置都是由序列定义的 PRDM9蛋白的特异性结合,该蛋白将组蛋白H3的赖氨酸4位于该位点 后来开始重组。在PRDM9敲除小鼠中,DSB针对基因启动子和增强子, 还带有H3K4三甲基化标记。因此,PRDM9将重组远离功能 基因组元素。该角色很重要,因为数据表明重组对局部的诱变作用 核苷酸水平和总染色体重排。然而,有些物种没有 PRDM9基因或通过进化失去了规范的PRDM9。在大多数此类物种中,重组热点 仍然存在,但它们在H3K4me3标记的基因启动子和其他基因组区域形成 脱氧核糖核酸。相比之下,线虫和双胞胎没有重组热点。为什么发起人不是 该物种中的DSB机械的靶向尚不清楚。在这项研究中,我们建议回答这个问题 以有袋动物单纤维为例的典范,这是第一个脊椎动物物种 对于我们的初步数据,缺乏重组热点。除了同源的重要作用 在进化中重组,重组本身对于正确分离同源是必不可少的 配子发生过程中的染色体。重组缺陷总是与不育相关, 流产和非整倍性相关的先天缺陷。定义控制基因重组的机制 最终将有助于检测,预防和/或治疗非整倍性相关的不育症和先天缺陷。

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