Homologna rekombinacija
Homologna rekombinacija je tip genetiče rekombinacije u kojoj se genetičke informacije razmjenjuju između dvije slične ili identične molekule dvolančanih ili jednolančanih nukleinskih kiselina (obično DNK kao u ćelijskim organizmima, ali može biti i RNK u virusima. Ćelije je naširoko koriste za precizno popravljanje štetnih prekida koji se javljaju na oba lanca DNK, poznatih kao dvolančani prelomi (DSB), u procesu koji se naziva homologna rekombinacijska popravka (HRR). Homologna rekombinacija također stvara nove kombinacije sekvenci DNK tokom mejoze, procesa kojim eukarioti stvaraju gametne ćelije, poput spermatozoida i jajnih ćelija u životinja. Ove nove kombinacije DNK predstavljaju genetičku varijaciju kod potomaka, što zauzvrat omogućava populacijama da se adaptiraju tokom evolucije. Homologna rekombinacija se takođe koristi za horizontalni prenos gena u razmenu genetičkog materijala između različitih sojeva i vrsta bakterija i virusa. Iako se homologna rekombinacija uveliko razlikuje među različitim organizmima i tipovima ćelija, za dvolančanu DNK (dsDNK) većina oblika uključuje iste osnovne korake. Nakon što dođe do dvostrukog pucanja, dijelovi DNK oko 5'kraja prekidaju se odsijecanjem u procesu koji se naziva resekcija krajeva DNK . U koraku invazije lanaca, koji slijedi, nadvisivanje 3' kraja prekinute molekule DNK zatim "napada" sličnu ili identičnu molekulu DNK koja nije slomljena . Nakon invazije niti, dalji slijed događaja može biti bilo koji od dva glavna puta: DSBR (dvostruko popravljanje pukotina) putanja ili SDSA (sinteza zavisnih fokusa niti). Homologna rekombinacija koja se dogodi tokom popravljanja DNK obično rezultira proizvodima koji se ne ukrštaju, u stvari obnavljajući oštećenu molekulu DNK, kakva je postojala prije prekida dvostrukog lanca. Homologna rekombinacija je konzervirana kroz sva tri domena života, kao i DNK i RNA virus, što sugerira da je to gotovo univerzalni biološki mehanizam. Otkriće gena za homolognu rekombinaciju u protisti ma – raznolikoj grupi eukariotskih mikroorganizama – protumačeno je kao dokaz da se mejoza pojavila rano u evoluciji eukariota. Budući da je njihova disfunkcija snažno povezana s povećanom osjetljivošću na nekoliko tipova karcinoma, proteini koji olakšavaju homolognu rekombinaciju teme su aktivnog istraživanja. Homologna rekombinacija se također koristi u ciljanje gena, tehniku za uvođenje genetičkih promjena u ciljne organizme. Za svoj razvoj ove tehnike, Mario Capecchi, Martin Evans i Oliver Smithies nagrađeni su 2007. Nobelovom nagradom za fiziologiju ili medicinu; Capecchi i Smithies neovisno su otkrili primjene na matičnim ćelijama mišjih embriona, ali visoko konzervirani mehanizmi u osnovi modela popravka DSB-a, uključujući jednoliku homolognu integraciju transformirane DNK (genska terapija), prvi put pokazali su Orr-Weaver, Szostack i Rothstein u eksperimentima s plazmidima. Istraživanje DSB-a izazvanog plazmidima, pomoću γ-zračenja, u 1970-im i 1980-im, doveli su do kasnijih eksperimenata pomoću endonukleaza (npr. I-SceI) za rezanje hromosoma za genetičko inženjerstvo sisarskih ćelija, gdje je nehomologna rekombinacija češća nego kod kvasca.