Репаративные механизмы: связь с мутагенезом

Системы репарации ДНК представляют собой многоуровневую защиту структуры ДНК, но тем не менее последняя оказывается уязвимой. И даже рецессивные повреждения одного из аллелей репарационного гена могут быть причиной наследственных заболеваний у человека или инициировать мутагенный процесс, приводящий к развитию злокачественных новообразований .

Действительно, рецессивное повреждение может не иметь прямого фенотипического проявления в виде отсутствия продукта данного гена. Количественно оно может быть выражено в недостаточном или избыточном синтезе белка, последствия которого могут быть отдаленными.

Пример грубого нарушения баланса репаративных белков, действующих в клетке, приведен в исследовании последствий повышенного производства белка hMsh3 в устойчивой к метотрексату линии HL-60 промиелоцитарного лейкоза [ Drummond J.T., ea, 1997 ].

В этом случае значительная часть белка hMsh2 оказывается в гетеродимерном комплексе hMutS ( hMsh2+hMsh3 ), что нарушает баланс при образовании другого важного комплекса hMutS ( hMsh2+hMsh6 ), следствием чего является нарушение коррекции неспаренных оснований. Последствия менее грубого нарушения баланса репаративных белков могут быть менее ярко выраженными, но иметь не менее драматические последствия для организма.

РЕКОМБИНАЦИЯ ГОМОЛОГИЧНАЯ (HR)

Рекомбинации гомологичная: введение

У E. coli описаны два механизма гомологичной рекомбинации. Один - recA-зависимый , т.е. основанный на уникальных свойствах АТР-зависимой синаптазы - белка RecA [ Kowalczykowski S.C., ea, 1994 ], другой - recA-независимый, ключевым ферментом которого является АТР-независимая аннилаза - белок RecT [ Hall S.D., ea, 1993 ].

Последний отжигает комплементарные участки ДНК взаимодействующих молекул так, что становится возможной репарация двунитевых разрывов ДНК, предусматриваемая известной моделью [ Szostak J.W., ea, 1983 ].

На первый взгляд, рекомбинационная система, реализующая второй механизм, должна быть наиболее близка к системе гомологичной рекомбинации у эукариот, в которой рекомбиногенными являются именно двунитевые разрывы в ДНК. Однако именно RecA-подобные белки выявленны во всех трех главных царствах живой природы: архебактериях, прокариотах и эукариотах, включая и человека [ Roca A., Cox M., 1997 ], что вполне оправдано многообразной ролью белка RecA в прокариотической клетке.

Рекомбинации гомологичная: механизм

Рекомбинационный процесс условно может быть разбит на 3 стадии: предсинаптическую, синаптическую и постсинаптическую [ Lavery P.E., Kowalczykovski S.C., 1992 ].

Первая включает подготовку ДНК-субстрата, инициирующего реакцию рекомбинации, т.е. онДНК. Как правило, конец днДНК атакуется нуклеазой RecBCD, которая за счет свой сильной геликазной активности (скорость расплетания до 1 т. п. н /с, процессивность до 30 т. п н.) расплетает ДНК вплоть до рекомбинационного сайта "chi" , находящегося в строго определенной ориентации (5'-GCTGGTGG). При этом фермент RecBCD действует и как частощепящая с 3'-конца и редкощепящая с 5'-конца экзонуклеаза.

Связываясь с сайтом chi, нуклеаза RecBCD модифицирует субъединицу RecD [ Anderson D.G., Kowalczykowski S.C., 1997 ], теряя при этом свою 3'- и, наоборот, активируя 5'-экзонуклеазную активность, в результате чего и образуется онДНК с 3'-концом. Последняя покрывается белком RecA, что создает рекомбинационно активный филамент RecA::ATP::онДНК с атакующим 3'-концом. В принципе, любая онДНК в клетке может инициировать рекомбинацию. Однако в нормальной клетке баланс ферментов таков, что образующиеся в ходе репликации однонитевые пробелы (между фрагментами Оказаки) не являются рекомбиногенными. В ходе индукции SOS-функций, вероятно, именно эти пробелы и обеспечивают аномально высокую частоту инициирования рекомбинационных обменов. Как видим, RecBCD обладает несколькими важными для рекомбинации активностями, которые, однако, проявляются лишь при взаимодействии с рекомбинационным сайтом chi, что превращает "ДНК-деградазу" в "рекомбиназу" RecBCD. В случае инактивации этого фермента на его замену приходят 5'-3'-экзонуклеазы RecE или RecJ, которые совместно с геликазой RecQ способны создавать онДНК с 3'-концом [ Kowalczykowski S.C., ea, 1994 ].

Вторая стадия рекомбинации включает гомологичное спаривание на уровне трехнитевой ДНК внутри спирального филамента, переключение спаривания и расширение спаренного участка за счет так называемой "миграции ветви" ДНК, осуществляемой геликазами RuvAB и/или RecG. Эта миграция приводит к вытеснению лишней нити ДНК, которая, в свою очередь, спаривается с комплементарной нитью партнера по рекомбинации, что приводит к образованию "полухиазмы Холидея" - четырехнитевой структуры ДНК, у которой две нити одной полярности находятся в перекресте. Третья стадия - "разрешение полухиазмы Холидея", опознаваемой топоизомеразой RuvABC, в которой эндонуклеаза RuvC (субъединица этой топоизомеразы) вносит координированные разрывы в нити ДНК одной полярности. Таким в общих чертах представляется процесс recA-зависимой рекомбинации у бактерий.