A mitotikus átkelés a genetikai rekombináció egy fajtája, amely a szomatikus sejtekben ivaros és ivartalan szervezetek (például egyes egysejtű gombák , amelyeknél az ivaros folyamat nem ismert ) mitotikus osztódása során . Az ivartalan szervezetek esetében a mitotikus rekombináció az egyetlen kulcs a génkapcsolatok megértéséhez , mivel az ilyen szervezetekben ez az egyetlen módja a genetikai rekombinációnak [1] . Ezenkívül a mitotikus rekombináció a recesszív mozaik expressziójához vezethet tulajdonságok heterozigóta egyedben . Az ilyen expresszió fontos az onkogenezisben, lehetővé teszi a letális recesszív mutációk tanulmányozását is [1] [2] .
A mitotikus rekombinációt Kurt Stern fedezte fel 1936-ban a Drosophila tanulmányozása eredményeként , amely heterozigóta volt két, ugyanazon az X-kromoszómán található génre nézve, és meghatározta a könnyen rögzíthető jellemzőket: a test színét és a sörte alakját. Az y első gén recesszív allélja sárga testszínt, az sn recesszív allél (singed) perzselt sörtéket adott. A vizsgált y+//+sn genotípusú diheterozigóták mindkét tulajdonságra vad fenotípust mutattak, de esetenként kettős foltok jelentek meg egyes legyek testén. Az ilyen foltokban az egyik fele sárga volt és normál sörtékkel (domináns), a másik fele normál szürke (domináns), de szálkás fürtökkel. Az ilyen foltokat először már 1925 -ben észlelték , de Kurt Stern csak később magyarázta megjelenésüket a 4 kromatid stádiumban bekövetkező mitotikus kereszteződéssel [3] [4] .
A mitotikus rekombináció bármely lókuszban előfordulhat , de eredménye csak akkor látható, ha az egyed heterozigóta ezekre a lókuszokra. A mitotikus keresztezés eredményeként a kromoszómák szétválása során az esetek felében kettős foltok képződhetnek, mivel négyből két esetben a kromatidpárok egyike normális, a másik rekombináns.
Más szavakkal, a leánysejt fenotípusa attól függ, hogy a kromoszómák hogyan válnak el a metafázis lemez mentén . Ha két különböző allélt tartalmazó rekombináns kromatid áll egymással szemben a lemezen, akkor a leánysejt heterozigóta és normális fenotípusú lesz a rekombináció ellenére (hiszen a rekombináns régiók kölcsönösen kompenzálják egymást). Ha normálissá válik a rekombináns kromatiddal szemben, akkor a sejt homozigóta lesz a rekombináns lókuszra nézve. Ennek eredménye egy kettős folt megjelenése lesz, ahol egyes sejtek homozigóta recesszív fenotípust, mások homozigóta domináns (vad) fenotípust mutatnak. Ha az ilyen leánysejtek tovább szaporodnak és osztódnak , a kettős foltok növekedni fognak, ami új fenotípusokat eredményez.
A mitotikus rekombináció az interfázis során megy végbe . Feltételezték, hogy a rekombináció a G 1 fázisban megy végbe , amikor a kromoszóma még nem duplikálódott [5] . Újabban felmerült, hogy a mitotikus átkelés a kettős szálú DNS-károsodás homológ rekombinációjával történő javítás eredményeként megy végbe, és maga a folyamat a G 1 fázisban megy végbe, de ennek ellentmond az a tény, hogy a homológ rekombinációval történő javítás . főleg replikáció után fordul elő [6] .
A mitotikus átkelésben részt vevő molekuláris mechanizmusok hasonlóak a meiotikus átkelésben részt vevő mechanizmusokhoz . Ezek közé tartozik a heteroduplexek képződése , a DNS kettős szálú törései által elindított homológ rekombináció, a hemichiasmata és a Holliday-struktúrák kialakulása . Az is lehetséges, bár sokkal kisebb valószínűséggel, hogy a DNS-károsodást javító mechanizmusok nem homológ rekombinációban vesznek részt [6] [7] [8] .
Számos elmélet magyarázza, hogyan történik a mitotikus átkelés. Az átkelés legegyszerűbb modelljében két kromatid átfedi vagy összefolyik olyan törékeny helyeken , amelyek hajlamosak a törésre. Ha egy törékeny helyen kettős szál szakadás következik be [9] , azt a másik kromoszóma két testvérkromatidájának egyikén alapuló javítással szüntetik meg. Ez lehetővé teszi két kromoszóma régiók cseréjét. Egy másik modellben két átfedő kromoszóma alkot Holliday-struktúrákat egy közös ismétlődő helyen. Ezután ezt a keresztes szerkezetet feldarabolják úgy, hogy az egyik kromoszóma kicserélje az egyik kromatid egy szakaszát egy másik homológ kromoszóma kromatidjának egy szakaszával. Mindkét modellben a mitotikus átkelés csak az egyik lehetséges kimenetel.
Másrészt a DNS-javítás során előfordulhat keresztezés [10] , ha a kromoszóma templátként szolgál egy homológ sérült kromoszóma helyreállításához.
Mitotikus kereszteződést figyeltek meg D. melanogasterben , néhány ivartalanul szaporodó gombában, valamint emberi és egér szomatikus sejtekben. Ez utóbbi esetben a mitotikus átkelés olyan sejtekhez vezethet, amelyek recesszív pro-onkogén mutációkat fejeznek ki, ami rákra hajlamosít. Másrészt egy sejt homozigóta mutánssá is válhat egy tumorszuppresszor gén számára, ami ugyanerre az eredményre vezet [2] . Például a Bloom-szindrómát a RecQ helikáz mutációja okozza , amely szerepet játszik a DNS replikációjában és javításában. Egerekben ez a mutáció a mitotikus rekombináció gyakoriságának növekedéséhez vezet, ami viszont növeli a daganatok kialakulásának gyakoriságát [11] .
Ugyanakkor a mitotikus átkelés pozitív hatással lehet egy olyan szervezetre is, amelyben a domináns allélok homozigóta állapotban jobban funkcionálnak, mint heterozigóta állapotban [2] .
Modell organizmusok, például a Drosophila genomjával végzett kísérleteknél a mitotikus keresztezés mesterségesen indukálható röntgensugárzással és FLP-FRT rekombinációval [12] .