¿Cruce y barajado de exón?

Campbell Biology 10e, al discutir las funciones de los intrones, escribe:

La presencia de intrones en un gen puede facilitar la evolución de proteínas nuevas y potencialmente beneficiosas como resultado de un proceso conocido como barajado de exones. Los intrones aumentan la probabilidad de cruce entre los exones de los alelos de un gen, simplemente proporcionando más terreno para los cruces sin interrumpir las secuencias de codificación. Esto podría resultar en nuevas combinaciones de exones y proteínas con estructura y función alteradas. También podemos imaginar la mezcla y combinación ocasional de exones entre genes completamente diferentes (no alélicos). La combinación aleatoria de exones de cualquier tipo podría conducir a nuevas proteínas con nuevas combinaciones de funciones. Si bien la mayor parte de la mezcla daría lugar a cambios no beneficiosos, de vez en cuando podría surgir una variante beneficiosa.

Hasta ahora, había percibido el entrecruzamiento como la mezcla de alelos entre dos cromosomas homólogos, no de partes de alelos. Es decir, las rupturas en el ADN durante la sinapsis ocurrirían entre loci, no dentro de ellos. ¿Me equivoco al pensar eso? Mis libros me dicen que, con respecto a la evolución, las fuentes de variación genética incluyen mutaciones y recombinación genética. La recombinación genética incluye la fertilización aleatoria, la variedad independiente de homólogos y el entrecruzamiento; sin embargo, solo las mutaciones pueden producir nuevo material genético. Si se cruzaran los exones, se formarían nuevos alelos, ¿no es así? ¿Es este un tipo de mutación? (No recuerdo haber estudiado un caso tan específico de mutaciones).

Respuestas (2)

El entrecruzamiento ocurre principalmente debido a la recombinación homóloga (HR). Desde el punto de vista molecular, puede ocurrir entre cualquier región homóloga y no es necesario cruzar un alelo completo. Durante el proceso de HR, se produce una ruptura de doble cadena de ADN. A esto le sigue la resección (degradación exonucleolítica de una de las hebras, 5'→3', desde el punto de ruptura) por el complejo MRX que conduce a la formación de extremos de ssDNA. La longitud de estos extremos de ssDNA determina la longitud total de la región de cruce.

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Tomado de : Branzei, Dana y Marco Foiani. " Regulación de la reparación del ADN a lo largo del ciclo celular " . Nature Reviews Molecular cell biology 9.4 (2008): 297-308.

Esta longitud puede ser de alrededor de 1,5 kb a más de 10 kb dependiendo de la cinética de reparación con posiblemente un promedio de 3 kb (más de la mitad de los casos) [ 1 , 2 ] . Por lo tanto, el autor especula que la probabilidad de cruce entre genes aumentaría con el aumento de la longitud del intrón. Sin embargo, que yo sepa, no hay informes recientes que validen esta hipótesis.

Editar:

Volviendo a la pregunta original. No es necesario cruzar alelos enteros. Generalmente, el genoma tiene algunos "puntos calientes" de recombinación flanqueados por lo que se conoce como bloques LD (desequilibrio de ligamiento). Un bloque LD no necesita cubrir un gen completo, como observaron Twells et al. (2003) [ 3 ] :

LD se rompe en la región LRP5 g.5257T → G–LRP5 g.28149C → T, en el intrón 1 del gen LRP5. Se observa un segundo bloque de LD muy fuerte (‖D'‖ > 0,9), LRP5 g.28149C → T–LRP5 g.45704G → A, que abarca 17,6 kb del intrón 1 al intrón 3 del gen LRP5.

Referencias:

  1. Chung, Woo-Hyun, et al. " La resección defectuosa en las roturas de doble cadena de ADN conduce a la formación de telómeros de novo y mejora la selección de genes " . PLoS Genet 6.5 (2010): e1000948.

  2. Zhou, Yi, et al. " Cuantificación de intermedios de resección de ruptura de doble cadena de ADN en células humanas " . Investigación de ácidos nucleicos (2013): gkt1309.

  3. Twells, Rebecca CJ, et al. " Estructura de haplotipos, bloques LD y recombinación desigual dentro del gen LRP5 " . Genome Research 13.5 (2003): 845-855.

1) ¿Ocurre entrecruzamiento entre loci de genes, o puede ocurrir dentro de ellos?

Los eventos de cruce pueden ocurrir dentro de genes en intrones y/o exones y aun así dar lugar a gametos viables. El texto afirma que es el aumento de la longitud de los intrones lo que aumenta la probabilidad de un evento cruzado allí, lo cual es básicamente cierto. Esto está simplificado y hay puntos críticos para cruzar y áreas de baja probabilidad. La mezcla de exones entre genes completamente diferentes no se produciría mediante el entrecruzamiento; hay otros mecanismos que conducirían a este tipo de reordenamientos estructurales en los gametos.

2) ¿Se formaría un nuevo alelo por un cruce entre exones, y es este un tipo de mutación?

Se podría formar un nuevo alelo si una disposición de exones es el alelo 1, otra es el alelo 2 y el cruce entre 1 y 2 es únicamente el alelo 3. Si esto sucede por un evento cruzado, no es una mutación. Además, no hay material genético "nuevo" en el alelo3 aunque podría considerarse un alelo nuevo; es solo una nueva combinación de secuencia que existía en 1 y 2.

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