Mitotické křížení je druh genetické rekombinace , která se může odehrávat v somatických buňkách během mitotických dělení u jak pohlaví, tak u nepohlavních organismů (například některé jednobuněčné houby , u kterých není pohlavní proces znám ). V případě asexuálních organismů je mitotická rekombinace jediným klíčem k pochopení genové vazby , protože u takových organismů je to jediný způsob genetické rekombinace [1] . Navíc mitotická rekombinace může vést k mozaikové expresi recesivních znaků u heterozygotního jedince . Taková exprese je důležitá v onkogenezi, umožňuje také studium letálně recesivních mutací [1] [2] .
Objev mitotické rekombinace učinil Kurt Stern v roce 1936 jako výsledek studie Drosophila , která byla heterozygotní pro dva geny umístěné na stejném chromozomu X a určující snadno zaznamenané rysy: barvu těla a tvar štětin. Recesivní alela prvního genu y dávala žlutou barvu těla, recesivní alela sn (singed) dávala spálené štětiny. Studovaní diheterozygoti s genotypem y+//+sn měli divoký fenotyp pro oba znaky, ale občas se na těle některých much objevily dvojité skvrny. V takových skvrnách byla jedna polovina žlutá a s normálními sety (dominantní) a druhá polovina byla normálně šedá (dominantní), ale s opálenými sety. Takové skvrny byly poprvé zaznamenány již v roce 1925 , ale teprve později Kurt Stern vysvětlil jejich výskyt mitotickým křížením ve stadiu 4 chromatid [3] [4] .
Mitotická rekombinace může nastat v jakémkoli lokusu , ale její výsledek je viditelný pouze tehdy, když je jedinec pro tyto lokusy heterozygotní. V důsledku mitotického křížení, kdy se chromozomy oddělují, by se v polovině případů měly vytvořit dvojité skvrny, protože ve dvou ze čtyř případů bude jedna z páru chromatid normální a druhá rekombinantní.
Jinými slovy, fenotyp dceřiné buňky závisí na tom, jak se chromozomy oddělují podél metafázové desky . Pokud dvě rekombinantní chromatidy obsahující různé alely stojí na plotně proti sobě, pak bude dceřiná buňka navzdory rekombinaci heterozygotní a s normálním fenotypem (protože se zdá, že se rekombinantní oblasti vzájemně kompenzují). Pokud se stane normální vůči rekombinantní chromatidě, pak bude buňka homozygotní pro rekombinantní lokus. Výsledkem toho bude vznik dvojité skvrny, kde některé buňky budou vykazovat homozygotní recesivní fenotyp a jiné homozygotní dominantní (divoký) fenotyp. Pokud takové dceřiné buňky pokračují v proliferaci a dělení , dvojité skvrny porostou, což povede k novým fenotypům.
Během interfáze dochází k mitotické rekombinaci . Bylo navrženo, že k rekombinaci dochází během G 1 fáze , kdy chromozom ještě není duplikován [5] . Nedávno bylo navrženo, že mitotické překřížení nastává v důsledku opravy homologní rekombinací poškození dvouvláknové DNA a samotný proces probíhá ve fázi G1 , ale to je v rozporu se skutečností, že oprava homologní rekombinací dochází především po replikaci [6] .
Molekulární mechanismy zapojené do mitotického přechodu jsou podobné mechanismům zapojeným do meiotického přechodu . Patří mezi ně: tvorba heteroduplexů , homologní rekombinace zahájená dvouvláknovými zlomy DNA, tvorba hemichiasmata a Hollidayových struktur . Je také možné, i když s mnohem nižší pravděpodobností, že mechanismy opravy poškození DNA jsou zahrnuty nehomologní rekombinací [6] [7] [8] .
Existuje několik teorií vysvětlujících, jak dochází k mitotickému křížení. V nejjednodušším modelu křížení se dvě chromatidy překrývají nebo sbíhají na konstitutivních křehkých místech , která jsou náchylná k rozbití. Když na křehkém místě dojde k dvouřetězcovému zlomu [9] , je eliminován opravou na základě jedné ze dvou sesterských chromatid druhého chromozomu. To umožňuje dvěma chromozomům vyměnit si oblasti. V jiném modelu tvoří dva překrývající se chromozomy Hollidayovy struktury na společném opakujícím se místě. Poté je tato křížová struktura rozřezána tak, že jeden chromozom vymění část jedné z chromatid za část chromatidy jiného homologního chromozomu. V obou modelech je mitotický přechod pouze jedním z možných výsledků.
Na druhou stranu ke křížení může dojít během opravy DNA [10] , pokud chromozom sloužil jako templát pro opravu homologního poškozeného chromozomu.
Mitotický přechod byl pozorován u D. melanogaster , v některých nepohlavně se rozmnožujících houbách a v lidských a myších somatických buňkách. V druhém případě může mitotický přechod vést k buňkám exprimujícím recesivní pro-onkogenní mutace, predisponující k rakovině. Na druhou stranu se buňka může stát také homozygotní mutantou pro tumor supresorový gen, což povede ke stejnému výsledku [2] . Například Bloomův syndrom je způsoben mutací v helikáze RecQ , která hraje roli při replikaci a opravě DNA. U myší vede tato mutace ke zvýšení frekvence mitotické rekombinace, což následně zvyšuje incidenci rozvoje nádoru [11] .
Mitotické křížení může mít zároveň pozitivní vliv i na organismus, ve kterém jsou dominantní alely v homozygotním stavu funkčnější než v heterozygotním stavu [2] .
Pro experimenty s genomy modelových organismů, jako je Drosophila, může být mitotické křížení indukováno uměle pomocí rentgenového záření a FLP-FRT rekombinace [12] .