Genová konverze je nahrazení jedné sekvence DNA homologní sekvencí tak, aby se sekvence staly identickými. Genová konverze může být buď alelická, což znamená, že jedna alela genu nahrazuje jinou alelu stejného genu, nebo nealelická/ektopická [1] , kdy jedna paralogní sekvence DNA převádí jinou. [2]
Paralogní jsou takové sekvence, které jsou přítomny ve stejném genomu, ale vznikají v evoluci duplikací (zdvojením) primární sekvence. Paralogní geny tvoří rodiny genů a konverzní události mezi geny stejné rodiny jsou poměrně časté [1] . Konverze může nastat mezi funkčními genovými sekvencemi, které kódují proteiny; také mezi pseudogeny - úseky genomu, které jsou sekvenčně homologní s některým funkčním genem, ale ztratily schopnost poskytovat produkt ve formě RNA nebo proteinu; může dojít i ke konverzi funkčního genu na sekvenci pseudogenu (a to v některých případech vede k rozvoji embryonální vývojové patologie v důsledku ztráty genu potřebného k práci), nebo naopak ke konverzi pseudogenu podle vzorek funkční genové sekvence.
Konverze může ovlivnit různě dlouhé úseky, někdy je konverze ovlivněna jedna část genu při zachování jedinečnosti sekvencí v části druhé (v tomto případě hovoří o segmentální genové konverzi).
Z hlediska zachování stability genomu hraje konverze dvojí roli: na jedné straně může pomoci nahradit mutantní verzi genu s patogenními vlastnostmi normální verzí stejného genu. Ale na druhou stranu může dojít i k opačné konverzi při nahrazení normální verze tou patogenní. V tomto případě může dojít k homozygotizaci genotypu pro patogenní recesivní variantu a projevu recesivního onemocnění u dítěte, na rozdíl od očekávání na základě genotypizace rodičů. Genová konverze tedy může narušit standardní mendelovské segregace v dědičnosti. U nádorových buněk byla také zaznamenána konverze a homozygotizace pro mutace v onkogenech .
Genová konverze je založena na procesu opravy molekuly DNA mechanismem homologní rekombinace . Tento mechanismus se podílí na procesu opravy řetězce DNA, ve kterém došlo k dvouřetězcovému zlomu. Když dojde ke komplementárnímu párování mezi dvěma homologními sekvencemi během homologní rekombinace, vytvoří se heteroduplex v mismatch mezi dvěma řetězci , což spustí aktivaci opravy mismatch . Tento systém koriguje jeden řetězec podle matice druhého jako modelu.
Zde lze poznamenat, že pravděpodobnost nahrazení jednoho nukleotidu jiným není stejná. Pokud jeden z řetězců obsahuje nukleotid G nebo C a druhý obsahuje A nebo T, pak pravděpodobnost nahrazení nukleotidu ve druhém řetězci podle šablony prvního je vyšší než naopak. Tento jev se nazývá konverzní asymetrie (v angličtině conversion bias). To vede k tomu, že např. v oblasti rekombinačních hot spots, kde dochází nejčastěji ke konverzním událostem, je pozorována zvýšená koncentrace nukleotidů G a C oproti genomu jako celku [3] . Také pravděpodobnost konverze toho či onoho řetězce může být ovlivněna tím, které z míst je aktivněji zapojeno do procesu transkripce: pravděpodobnost korekce méně aktivního řetězce podle aktivnější šablony je vyšší než naopak [4] . Adaptivní význam takové operace opravného systému je zcela zřejmý: méně exprimovaný fragment DNA může pravděpodobně obsahovat mutaci, která narušuje jeho výkon, a konverze nahradí tuto variantu účinnější.
V některých případech se vyžaduje, aby organismy měly velmi vysokou diverzitu určitých tříd sekvencí. Především se to týká provozu systémů zapojených do rozlišení „přítel nebo nepřítel“. Potřebujeme například vytvořit různé imunoglobuliny a protilátky, které poskytují ochranu proti různým invazním infekčním mikroorganismům, zatímco samotné mikroorganismy potřebují schopnost rychle nahradit povrchové antigeny, aby se úspěšně vyhnuly napadení hostitelem. imunitní systém. V takových systémech je genová konverze aktivně využívána buňkami jako mechanismus pro generování obrovského množství pracovních sekvencí. Podstata mechanismu je následující. Protein nezbytný pro tělo je produkován díky práci určitého genu, který je pod aktivním promotorem a je exprimován . V genomu jsou také přítomny mnohočetné a různé paralogní sekvence, které nejsou exprimovány, ale jsou periodicky náhodně používány jako templát pro konverzi aktivní sekvence. Takto vzniká například celá řada po sobě jdoucích povrchových antigenů parazita trypanosoma (jednobuněčného původce spavé nemoci) [5] . V tomto případě je celý proces naprogramován na genetické úrovni. Řetězec událostí začíná vytvořením dvouřetězcového zlomu v blízkosti aktivního genu, ale tento zlom se neobjevuje náhodně jako léze, ale je zaveden vysoce specifickým endonukleázovým enzymem , který je aktivován v reakci na určité intracelulární signály.