Генная конверсия

В основе генной конверсии лежит процесс репарации молекулы ДНК по механизму гомологичной рекомбинации. Этот механизм задействован в процессе восстановления нити ДНК, в которой произошел двуцепочечный разрыв. Когда в ходе гомологичной рекомбинации происходит комплементарное спаривание между двумя гомологичными последовательностями, в местах несоответствия двух цепочек образуется гетеродуплекс, что запускает активацию репарации неспаренных оснований. Эта система и корректирует одну цепочку по матрице другой как по образцу.

Здесь можно отметить, что вероятность замен одних нуклеотидов на другие неодинакова. Если в одной из цепочек находится нуклеотид Г или Ц, а во второй А или Т, то вероятность замещения нуклеотида во второй цепочке по матрице первой выше, чем наоборот. Это явление называют асимметрией конверсии (по-английски conversion bias). Это приводит к тому, что, например, в области горячих точек рекомбинации, где события конверсии происходят особенно часто, наблюдается повышенная концентрация нуклеотидов Г и Ц по сравнению с геномом в целом[3]. Также на вероятность конверсии той или иной цепочки может влиять то, какой из участков более активно вовлекается в процесс транскрипции: выше вероятность коррекции менее активной цепочки по матрице более активной, чем наоборот[4]. Адаптивный смысл такой работы системы репарации достаточно очевиден: слабее экспрессирующийся фрагмент ДНК, вероятно, может содержать мутацию, нарушающую его работоспособность, а конверсия замещает этот вариант на более работоспособный.

В ряде случаев организмам требуется иметь очень высокое разнообразие определенных классов последовательностей. В первую очередь это касается работы систем, задействованных в различении «свой-чужой». К примеру, нам необходимо строить разнообразные иммуноглобулины и антитела, обеспечивающие защиту от разнообразных вторгающихся инфекционных микроорганизмов, сами микроорганизмы же, со своей стороны, нуждаются в возможности быстро заменять поверхностные антигены, дабы успешно избегать атаки иммунной системы хозяина. В подобных системах генная конверсия активно используется клетками в качестве механизма генерирования огромного разнообразия рабочих последовательностей. Суть механизма следующая. Необходимый организму белок производится за счёт работы определенного гена, который находится под активным промотором и экспрессируется. Также в геноме присутствуют множественные и разнообразные паралогичные последовательности, которые не экспрессируются, но периодически в случайном порядке используются в качестве матрицы для конверсии активной последовательности. Именно так, к примеру, генерируется разнообразие сменяющих друг друга поверхностных антигенов паразита трипаносомы (одноклеточного возбудителя сонной болезни)[5]. В этом случае весь процесс запрограммирован на генетическом уровне. Цепочка событий начинается с образования двуцепочечного разрыва вблизи активного гена, но этот разрыв появляется не случайно как повреждение, а вносится высокоспецифичным ферментом эндонуклеазой, который активируется в ответ на определенные внутриклеточные сигналы.