Mitotisk korsning är en typ av genetisk rekombination som kan äga rum i somatiska celler under mitotiska delningar i både könsbestämda och asexuella organismer (till exempel vissa encelliga svampar , där den sexuella processen inte är känd ). I fallet med asexuella organismer är mitotisk rekombination den enda nyckeln till att förstå genkoppling , eftersom detta i sådana organismer är det enda sättet för genetisk rekombination [1] . Dessutom kan mitotisk rekombination leda till mosaikuttryck av recessivegenskaper hos en heterozygot individ . Sådant uttryck är viktigt i onkogenes, det tillåter också studier av dödliga recessiva mutationer [1] [2] .
Upptäckten av mitotisk rekombination gjordes av Kurt Stern 1936 som ett resultat av en studie av Drosophila , som var heterozygota för två gener som var belägna på samma X-kromosom och bestämmer lätt registrerade egenskaper: kroppsfärg och borstform. Den recessiva allelen av den första genen y gav en gul kroppsfärg, den recessiva allelen sn (singed) gav brända borst. De studerade diheterozygoterna med genotypen y+//+sn hade en vild fenotyp för båda egenskaperna, men ibland uppträdde dubbla fläckar på kroppen av några flugor. I sådana fläckar var ena halvan gul och med normal setae (dominant), och den andra halvan var normal grå (dominant), men med singed setae. Sådana fläckar märktes först så tidigt som 1925 , men först senare förklarade Kurt Stern deras utseende genom mitotisk korsning vid 4-kromatidstadiet [3] [4] .
Mitotisk rekombination kan ske på vilket ställe som helst , men dess resultat är endast synligt när individen är heterozygot för dessa ställen. Som ett resultat av mitotisk korsning, när kromosomerna separerar, bör dubbla fläckar bildas i hälften av fallen, eftersom i två av fyra fall kommer en av kromatidsparet att vara normal och den andra rekombinant.
Med andra ord beror dottercellens fenotyp på hur kromosomerna separeras längs metafasplattan . Om två rekombinanta kromatider som innehåller olika alleler står på plattan mitt emot varandra, så kommer dottercellen att vara heterozygot och med en normal fenotyp, trots rekombination (eftersom de rekombinanta regionerna verkar ömsesidigt kompensera varandra). Om det blir normalt mot den rekombinanta kromatiden kommer cellen att vara homozygot för det rekombinanta stället. Resultatet av detta blir uppkomsten av en dubbel fläck, där vissa celler kommer att visa en homozygot recessiv fenotyp och andra kommer att visa en homozygot dominant (vild) fenotyp. Om sådana dotterceller fortsätter att föröka sig och dela sig kommer de dubbla fläckarna att växa, vilket resulterar i nya fenotyper.
Mitotisk rekombination inträffar under interfas . Det har föreslagits att rekombination sker under G 1 -fasen , när kromosomen ännu inte är duplicerad [5] . På senare tid har det föreslagits att mitotisk korsning sker som ett resultat av reparation genom homolog rekombination av dubbelsträngad DNA-skada, och själva processen sker i G 1 -fasen, men detta motsägs av det faktum att reparation genom homolog rekombination sker främst efter replikering [6] .
De molekylära mekanismerna som är involverade i mitotisk korsning liknar de som är involverade i meiotisk korsning . Dessa inkluderar: bildning av heteroduplexer , homolog rekombination initierad av DNA-dubbelsträngsbrott, bildning av hemichiasmata och Holliday-strukturer . Det är också möjligt, fastän med en mycket lägre sannolikhet, att DNA-skadareparationsmekanismer är involverade av icke-homolog rekombination [6] [7] [8] .
Det finns flera teorier som förklarar hur mitotisk korsning sker. I den enklaste modellen för överkorsning överlappar eller konvergerar två kromatider vid konstitutiva brytbara platser som är benägna att gå sönder. När ett dubbelsträngat brott inträffar på ett ömtåligt ställe [9] elimineras det genom reparation baserat på en av de två systerkromatiderna i den andra kromosomen. Detta gör att två kromosomer kan byta regioner. I en annan modell bildar två överlappande kromosomer Holliday-strukturer på ett gemensamt repeterande ställe. Sedan dissekeras denna korsformade struktur så att en kromosom byter ut en sektion av en av kromatiderna med en sektion av kromatiden på en annan homolog kromosom. I båda modellerna är mitotisk korsning bara ett av de möjliga resultaten.
Å andra sidan kan korsning ske under DNA-reparation [10] om kromosomen fungerade som en mall för reparation av en homolog skadad kromosom.
Mitotisk korsning har observerats i D. melanogaster , i vissa asexuellt reproducerande svampar och i somatiska celler från människa och mus. I det senare fallet kan mitotisk korsning leda till att celler uttrycker recessiva pro-onkogena mutationer, vilket predisponerar för cancer. Å andra sidan kan en cell också bli en homozygot mutant för en tumörsuppressorgen, vilket kommer att leda till samma resultat [2] . Till exempel orsakas Blooms syndrom av en mutation i RecQ helicase , som spelar en roll i DNA-replikation och reparation. Hos möss leder denna mutation till en ökning av frekvensen av mitotisk rekombination, vilket i sin tur ökar förekomsten av tumörutveckling [11] .
Samtidigt kan mitotisk överkorsning också ha en positiv effekt på en organism där dominanta alleler i det homozygota tillståndet är mer funktionella än i det heterozygota tillståndet [2] .
För experiment med genomen av modellorganismer, såsom Drosophila, kan mitotisk korsning induceras artificiellt genom röntgenstrålar och FLP-FRT-rekombination [12] .