Der Hauptunterschied zwischen homologer Rekombination und nichthomologer Rekombination besteht darin, dass homologe Rekombination durch Stranginvasion stattfindet, um rekombinante Chromosomen zu produzieren, während nichthomologe Rekombination durch Endverarbeitung stattfindet, um Doppelstrangbrüche zu versiegeln.
Rekombination ist ein wichtiger Prozess für die genomische Evolution und Diversifizierung. Der Prozess, durch den beschädigte DNA repariert wird, ist der Mechanismus der genetischen Rekombination. Die homologe Rekombination besteht aus einer Reihe miteinander verbundener Wege, die dabei helfen, doppelsträngige DNA-Brüche und Quervernetzungen zwischen den Strängen zu reparieren. Nicht-homologe Rekombination ist ein Weg, der auch mit der Reparatur von DNA-Doppelsträngen verbunden ist, insbesondere bei höheren Eukaryoten.
Was ist homologe Rekombination?
Homologe Rekombination ist eine Art der genetischen Rekombination, die während der Meiose stattfindet. Die gepaarten Chromosomen von männlichen und weiblichen Eltern richten sich während der homologen Rekombination aus, so dass ähnliche DNA-Sequenzen von gepaarten Chromosomen einander kreuzen. Dies wird als Stranginvasion bezeichnet. Solche Kreuzungen führen zum Mischen von genetischem Material, was zu genetischen Variationen unter den Nachkommen führt. Homologe Rekombination wird hauptsächlich verwendet, um schädliche Brüche zu reparieren, die in der DNA durch einen Prozess namens homologe Rekombinationsreparatur auftreten. Eine solche DNA-Reparatur führt tendenziell zu Nicht-Crossover-Produkten, wodurch das beschädigte DNA-Molekül wieder so hergestellt wird, wie es vor dem Doppelstrangbruch war.
Abbildung 01: Homologe Rekombination
Homologe Rekombination wird während des horizontalen Gentransfers verwendet, um genetisches Material zwischen verschiedenen Bakterien- und Virenstämmen auszutauschen. Homologe Rekombination ist zwischen allen Domänen sowie in DNA- und RNA-Viren konserviert. Daher ist die homologe Rekombination ein nahezu universeller biologischer Mechanismus. Dies ist stark mit einer erhöhten Anfälligkeit für Krebs, Gen-Targeting und Gentherapie verbunden. Es ist essentiell für die Zellteilung in Eukaryoten. Homologe Rekombination repariert DNA-Schäden, die durch ionisierende Strahlung oder schädliche Chemikalien verursacht wurden. Zusätzlich zur DNA-Reparatur hilft es auch, genetische Vielf alt durch meiotische Zellteilung zu produzieren, um spezialisierte Gametenzellen zu werden.
Was ist nicht-homologe Rekombination?
Nicht-homologe Rekombination ist ein Weg, der DNA-Doppelstrangbrüche repariert. Es wird als nicht-homolog bezeichnet, da die Bruchenden direkt ligiert werden, ohne dass eine homologe Matrize erforderlich ist. Dieser Weg wird normalerweise durch kurze DNA-Sequenzen, sogenannte Mikrohomologien, gesteuert. Diese existieren in einzelsträngigen Überhängen an den Enden von DNA-Doppelstrangbrüchen.
Abbildung 02: Nicht-homologe Rekombination
Nicht-homologe Rekombination repariert den Bruch genau, wenn diese Überhänge perfekt kompatibel sind. Unangemessene nicht-homologe Rekombination führt zu Translokation und Telomerfusion in Tumorzellen. Ein nicht-homologer Rekombinationsweg existiert in fast allen biologischen Systemen und ist der vorherrschende Doppelstrangbruch-Reparaturweg bei Säugetieren. Während der Inaktivierung dieses Weges werden die Doppelstrangbrüche durch einen fehleranfälligeren Weg repariert. Reparaturen über diesen Weg führen zur Deletion von DNA-Sequenzen zwischen Mikrohomologien. Archaeen und Bakterien fehlt ein nicht-homologer Weg. Im Gegensatz dazu verwenden Eukaryoten eine Reihe von Proteinen während des nicht-homologen Rekombinationswegs. Dies erfolgt in Schritten wie Endbindung und -anbindung, Endverarbeitung und Ligation.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen homologer Rekombination und nicht-homologer Rekombination?
- Homologe und nicht-homologe Rekombination sind genetische Rekombinationswege.
- Beide reparieren Doppelstrangbrüche in der DNA.
- Bei beiden Prozessen findet eine Rekombination zwischen DNA-Strängen statt.
- Außerdem finden sie hauptsächlich in Eukaryoten statt.
- Sie sind wichtig für das Gen-Targeting und die Gentherapie.
Was ist der Unterschied zwischen homologer Rekombination und nicht-homologer Rekombination?
Homologe Rekombination findet durch Stranginvasion statt, um rekombinante Chromosomen zu produzieren, während nicht-homologe Rekombination durch Endprozessierung stattfindet, um Doppelstrangbrüche zu versiegeln. Dies ist also der Hauptunterschied zwischen homologer Rekombination und nicht-homologer Rekombination. Außerdem findet homologe Rekombination zwischen langen DNA-Strängen statt, während nicht-homologe Rekombination durch kurze DNA-Sequenzen geleitet wird. Darüber hinaus findet homologe Rekombination in Eukaryoten, Bakterien und Viren statt, während nicht-homologe Rekombination hauptsächlich in Eukaryoten stattfindet.
Die folgende Infografik zeigt die Unterschiede zwischen homologer Rekombination und nicht-homologer Rekombination in tabellarischer Form zum direkten Vergleich.
Zusammenfassung – Homologe vs. nicht-homologe Rekombination
Homologe Rekombination ist eine Art der genetischen Rekombination, die während der Meiose stattfindet und eine Vorlage benötigt. In der Zwischenzeit ist die nicht-homologe Rekombination ein Weg, der DNA-Doppelstrangbrüche repariert. Es wird als nicht-homolog bezeichnet, da die Bruchenden direkt ligiert werden, ohne dass eine homologe Matrize erforderlich ist. Darüber hinaus findet homologe Rekombination durch Stranginvasion statt, um rekombinante Chromosomen zu produzieren. Wohingegen die nicht-homologe Rekombination durch Endbearbeitung stattfindet, um doppelsträngige Brüche abzudichten. Außerdem findet homologe Rekombination zwischen langen DNA-Strängen und in Eukaryoten, Bakterien und Viren statt. Die nicht-homologe Rekombination wird jedoch von kurzen DNA-Sequenzen geleitet und findet hauptsächlich in Eukaryoten statt. Dies fasst also den Unterschied zwischen homologer Rekombination und nicht-homologer Rekombination zusammen.
