Тема 5. Репарация днк и ее биологическое значение
(по В.Д. Жестянникову)
В 50е годы ХХ века была открыта феноменальная способность ДНК восстанавливаться после повреждения лучевыми и химическими факторами.
Репарация ДНК – важнейший фактор естественной резестентности (устойчивости) клеток к действию излучений и химических ДНК-тропных агентов.
Биологический смысл репарации ДНК – поддержание целостности и сохранности генотипа в условиях нормальной жизнедеятельности клетки.
Механизмы репарации выработались в процессе эволюции и присущи всем живым организмам, включая вирусы.
Механизмы репарации ДНК
Ферментативная фотореактивация (ФФР).
Эксцизионная репарация (ЭР).
Репарация однонитевых разрывов ДНК.
Репарация повреждений, захватывающих обе нити ДНК в одной области (двунитевых разрывов, поперечных сшивок).
Дорепликативная репарация ДНК.
Пострепликативная репарация ДНК.
«Сверх быстрая репарация», осуществляется ферментами (ДНК-лигазами) непосредственно «под лучом» и др., также называется» SOS репарация».
Механизм ферментативной фотореактивации заключается в расщеплении димеров пиримидиновых оснований ферментом фотореактивации (фотолиазой) при действии неионизирующего излучения с длиной волны иной, ультрафиолетового света (360-450 нм).
Эксцизионная репарация, идущая по принципу «вырезанияе -ресинтез».
Вырезание осуществляется ферментами ректристазами, который вырезает с большим запасом и идет без света.
ДНК-нуклеинами расщепляется, ДНК-синтетаза замещается.
Репарация однонитевых разрывов ДНК осуществляется с участием двух ферментов: ДНК-полимераза и ДНК-лигаза.
Определяется по профилям седиментации в щелочных градиентах сахарозы ДНК-ниток, леченных до облучения.
1 5 10
Репарация повреждений, захватывающих обе нити ДНК («тяжелые повреждения» ДНК)
а
)
репарация поперечных сшивок:
Ферменты разрушают и выстилают поврежденный участок.
б
)
репарация двух нитевого
разрыва
Дорепликативная репарация ДНК.
Пострепрекативная репарация ДНК – если сама репликация произошла с ошибкой.
Сверх быстрая репарация осуществляется ферментами ДНК-лигазами, совершается под лучом.
Выводы: Данные о репарации поврежденных ДНК у вирусов и в клетках про- и эукариотических организмов является доказательством обратимости повреждений ДНК после действия радиации и химического ДНК-агента.
Репарация днк в нормальной жизнедеятельности и ее роль в поддержании генетической стабильности клетки
Для решения этой проблемы необходимо ответить на три вопроса:
Образуется ли в неповрежденной (интактной) клетке упомянутые повреждения ДНК.
Имеются ли в неповрежденной клетке необходимые механизмы репарации.
Каковы последствия нарушения системы репарации ДНК в интактной клетке.
Ответы:
Периодическое образование однонитевых разрывов ДНК обусловлено необходимостью движения частей хромосом.
Однонитевые разрывы образуются при репликации и транскрипции. Они репарируются таким же образом, как при образовании однонитевых пробелов после действия повреждающих агентов.
Источником однонитевого разрыва ДНК служат процессы, связанные с обменом генетическим материалом – рекомбинация, сестринские хромотидные обмены, кроссинговер.
Наиболее существенными спонтанными повреждениями ДНК являются:
депуризация – отщепление перимидиновых оснований (аденин, гуанин). Перимидиновые основания (цитезин, тимин ДНК, урацил РНК. А=Т Г=Ц);
дипиримидинизация – отщепление перимидиновых оснований (тимин ДНК, урацил РНК, цитезин);
дезаминирование оснований – отщепление амидной группы.
Эти повреждения устраняются с помощью ферментативного аппарата.
Нарушения в системах репарации ДНК приводят к понижению жизнеспособности клеток:
а) болезни возникают с нестабильностью хромосом (синдромы ломкости хромосом).
Например: наследственные заболевания человека с дефектами репарации ДНК:
- пигментная ксеродерма;
- анемия Фанкони;
- синдром Блюма и др.
Пигментная ксеродерма – характеризуется высокой кожной чувствительностью к солнечному свету и передается по наследству как аутосомная рецессивная мутация. Клинические формы:
- кожные проявления (пигментация);
- неврологические симптомы;
- слепота;
- микроцефалия;
- умственная отсатолсть;
- задержки роста;
- задержки полового развития;
- мозжечковая атаксия.
Заболевания затягиваются развитием кожного рака, приводящего к ранней смерти больных. Кариотипов при пигментной ксеродерме не уменьшается.
Анемия Фанкони – редкие молекулярные заболевания, передающиеся по наследству как аутосомная рецессивная мутация. Клинические проявления:
- нарушение пигментации кожи;
- аномалии скелета и внутренних органов;
- задержки роста и умственного развития.
Больные умирают в детстве от кровоизлияний или в молодом возрасте от злокачественных новообразований.