homològinė rekombinãcija, dviejų deoksiribonukleorūgšties (DNR) molekulių apsikeitimas homologiniais arba beveik homologiniais fragmentais. Būdinga beveik visiems organizmams pradedant virusais ir baigiant žmogumi. Naudinga dėl keitimosi genetine informacija tarp organizmų, galimybės užtaisyti DNR trūkius, kurie atsiranda dėl mutagenų poveikio, klaidų DNR replikacijos ir kituose procesuose. Įvairiuose organizmuose homologinė rekombinacija turi specifinių ypatumų. Pirmiausia ji skiriasi pagal tai, kaip į ląstelę patenka svetima, egzogeninė DNR. Virusų homologinei rekombinacijai būtina, kad 2 virusai patektų į tą pačią ląstelę, bet panaudojami homologinei rekombinacijai būtini ląstelės šeimininko fermentai. Bakterijos turi keletą būdų homologinei DNR patekti į ląstelę; tai vadinamoji bakterijų rekombinacija (pasinaudojama plazmidėmis), transdukcija, kai DNR fragmentą perneša virusas arba dažniausiai vyksta transformacija, kai DNR prasiskverbia pro ląstelės membraną iš kitų suirusių bakterijų ląstelių. Bakterijos yra pasiruošusios priimti svetimą DNR, turi specialius receptorius, ir tai yra būdas papildyti jų genomus nauja genetine informacija, prisitaikyti prie aplinkos (toksinų, antibiotikų), parazitinių bakterijų – prie šeimininko vykstant horizontaliai genų pernašai. Visi bakterijų egzogeninės DNR patekimo būdai panaudojami kuriant vektorius genų inžinerijai, ir nors transformacija gali vykti eukariotų ląstelėse natūraliai, ji reta ir neturi įtakos organizmų kart įvairovei. Reglamentuotas būdas keistis DNR su skirtinga genetine informacija yra lytinis procesas, kai susilieja tėvo ir motinos haploidinės ląstelės ir individas turi po 1 chromosomą, t. p. ir DNR molekulę iš motinos ir iš tėvo kiekvienoje homologinių chromosomų poroje. Skirtumai tarp tokių DNR molekulių yra alelinių genų dydžio. Antrąja homologine DNR pasinaudojama ne tik tada, kai įvyksta krosingoveris, bet ir rekombinacinė DNR reparacija. Vienas pagrindinių homologinę rekomendaciją vykdančių fermentų ir jį koduojantis genas recA rastas bakterijose, vėliau jo genai ortologai rasti kituose genomuose, tarp jų žmogaus. Šio baltymo molekulės apgaubia DNR trūkio galą, susidaro filamentas, kuris permetamas ant kitos DNR molekulės. Ten dalis DNR molekulės atsiknoja, susidaro vadinamoji D kilpa ir inicijuojama homologinė rekombinacija, kurios metu DNR trūkis užtaisomas pasinaudojant kitu DNR molekulės fragmentu. Nepriklausomai, kokie homologinės rekombinacijos tipai vyksta, kaip DNR trūkiai atsiranda (dėl mutagenų poveikio ar specialiai padaromi rekombinaciją vykdančių fermentų), yra vienos ar dviejų grandinių, procesui reikia ilgos ar trumpos homologinės sekos, pirminiai homologinės rekombinacijos įvykiai yra bendri, bet fermentai rekombinazės, inicijuojantys įvairius jos tipus, yra specifiniai. Žmogus ir kiti eukariotai turi 2 rekombinazes. Viena jų (Rad 51) yra bendra mitozei ir mejozei, kita (Dmc 1) – būdinga tik mejozei. Eukariotai turi ir labai specifinių rekombinazių, būdingų genomo pertvarkai, pvz., kai konstruojami imunoglobulinų ir T receptorių genai iš sudėtinių segmentų, vyksta vadinamoji V(D)J rekombinacija (permutacija), veikia 2 rekombinazės Rag1 ir Rag2.
Homologinės rekombinacijos pagrindinį mechanizmą numatė dar T. H. Morganas (Jungtinės Amerikos Valstijos) su bendradarbiais genetiniais metodais aptikę krosingoverį. Jis apibūdinamas kaip trūkis ir susijungimas, bet vyksta labai sudėtingai, ne visos detalės išaiškintos. Vis dar atrandama naujų genomo pertvarkos ir rekombinacijos būdų, pvz., specifinis homologinės rekombinacijos tipas, būdingas kartotinėms DNR sekoms, kurių itin gausu aukštesniųjų eukariotų genome, arba vienas iš telomeros prailginimo būdų. Skiriasi homologinės rekombinacijos mechanizmas ir pagal tai, kaip ir kokie atsiranda DNR trūkiai, būtini rekombinacijai. Kai DNR trūkis atsiranda nereglamentuotai, pvz., dėl mutagenų poveikio, dažniausiai jis užtaisomas homologinės rekombinacijos būdu, bet krosingoveris neįvyksta. Kitais atvejais yra specifinės nukleazės, kurios atpažįsta ir kerpa būdingas DNR sekas. Dažniausiai veikia sudėtingi homologinę rekombinaciją vykdantys baltymų kompleksai.
DNR nukleotidų sekų dydis, reikalingas atpažinti ir kontaktuoti 2 DNR molekulėms, lemia tolesnę rekombinacijos eigą, jos tipą. Kai vyksta vadinamoji sait specifinė rekombinacija (vienas iš pavyzdžių yra V(D)J rekombinacija) kontaktas vyksta trumpomis specifinėms rekombinacijos tipui sekomis. Kontaktuojant ilgomis homologinėmis DNR sekomis t. p. gali būti įvairovė. Lemia tai, kiek susidaro vadinamųjų Holliday jungčių: kai 1 – vyksta SDSA (anglų kalba synthesis dependent strand annealing) homologinė rekombinacija, kai 2 – vyksta DSBR (double-strand break repair) homologinė rekombinacija. Pirmasis tipas dažniausiai skirtas užtaisyti nereglamentuotus 1 grandinės trūkius, antrasis ypač svarbus, nes DSBR yra būtina normaliai mejozės eigai, tik DSBR padariniai gali būti trejopi: jokių pokyčių neįvyksta, jeigu apsikeičiama visiškai tapačiais DNR segmentais, kai jie skiriasi – įvyksta krosingoveris arba geno konversija, t. y. 1 alelis virsta kitu dėl heteroduplekso korekcijos, atsiradusių neteisingų nukleotidų porų pašalinimo. Prieš tai tik susidarius D kilpai vienoje kitos DNR molekulės grandinėjė kerpama DNR; tai t. p. atlieka specifinės nukleazės. Po to permestoji ir perkirptoji grandinė susikryžiuoja – tai ir yra Holliday jungtis, 1964 R. Holliday’o (Didžioji Britanija) atrasta grybe Ustilago. Specifiniai fermentai plečia homologinės (komplementarios) sąveikos tarp dviejų DNR molekulių sritį – tai vadinamoji heteroduplekso invazija, kuri vyksta tol, kol specifiniai fermentai perkerpa (pašalina) Holliday jungtis. Nuo to, kaip jos perkerpamos, priklauso, kas vyks – krosingoveris ar geno konversija.
Bet kurio geno, kuris koduoja homologinę rekombinaciją vykdančius fermentus, mutacija gali turėti sunkių padarinių organizmui. Pasireiškia genetinis nestabilumas, neteisingai pasiskirsto chromosomos tarp dukterinių ląstelių, atsiranda heteroploidija. Žmogui gali vystytis vėžys. Vėžį gali inicijuoti ir krosingoveris somatinėse ląstelėse. Dėl jo vėžį sukeliantys recesyviniai genai gali tapti homozigotinės būsenos ir, nenuslopinti dominuojančiųjų genų, pasireikšti.
3163