15.4. Чекпойнты, вызванные повреждениями днк и репарация двунитевых разрывов

   Широко распространенное мнение о том, что чекпойнты способствуют репарации ДНК кажется очевидным, но это никогда не было строго доказано. Представляется ясным, что чекпойнт – это не только «период ожидания» внутри клеточного цикла. Для того, чтобы оценить репарацию потенциально летальных повреждений, были использованы различные экспериментальные подходы, затрагивающие время задержек в клеточном цикле. Рассматривая чекпойнты, вызванные повреждением ДНК, и процессы репарации ДНК, можно попытаться объединить их с основными событиями нормального клеточного цикла. Дискуссия обычно ведется вокруг двунитевых разрывов ДНК и их репарации, но может быть распространена и на другие типы ДНК-повреждений. То есть, регулируемые переходы из фазы в фазу клеточного цикла, связанные с чекпойнтами, должны приводить ДНК в состояние, удобное для репарации двунитевых разрывов. Двунитевые разрывы ДНК могут индуцироваться во всех фазах клеточного цикла, но их репарация оптимально происходит только в некоторых, так как на них могут накладываться изменения хроматина, связанные с прохождением клеточного цикла. Таким образом чекпойнт-ответ может быть полезен в нескольких направлениях: (1) оставить время для репарации в тех фазах клеточного цикла, в которых двунитевые разрывы ДНК образовались; (2) позволить частичный процессинг повреждений и допустить переход в следующую фазу, в которой эти повреждения ДНК будут оптимально репарированы; (3) препятствовать угрожающему изменению конформации хроматина, которое может усложнить правильную репарацию.

   Нужно напомнить, что репарация двунитевых разрывов в основном (1:1500) происходит путем негомологического воссоединения концов, и лишь небольшая часть DSBs удаляется из генома крайне важным для понимания радиочувствительности клеток методом гомологической рекомбинации. Негомологическое воссоединение концов – процесс быстрый, 75 % разрывов зашиваются в течение первых 20 минут, к тому же этот процесс активен во всех фазах клеточного цикла, включая S-фазу. Неприятно, но очевидно, что этот процесс нельзя рассматривать как зависимый от чекпойнт-ответа на повреждения, так как сам чекпойнт-ответ достигает максимума только через 1–2 часа. Итак, репарация двунитевых разрывов путем негомологического воссоединения концов является чекпойнт-независимым процессом.

   С другой стороны, накоплено много данных, подтверждающих зависимость от чекпойнт-ответа репарации путем гомологической рекомбинации. В ней участвуют многие белки, вовлеченные в чекпойнт-ответ, к тому же медленное протекание этого процесса соответствует времени чекпойнт-ответа.

   В настоящее время предложена модель-идея, что негомологическое воссоединение концов – это только первый шаг процесса репарации двунитевых разрывов, цель которого просто сохранить целостность генома, несмотря на низкую точность. За ним следует процесс гомологической рекомбинации, цель которого восстановить, так как это принципиально важно, точную последовательность нуклеотидов вокруг разрыва. Эта вторая фаза репарации таким же образом может восстанавливать точность всех репарационных процессов. По этой (весьма спекулятивной) теории, репарация двунитевых разрывов ДНК – процесс многоступенчатый, начинающийся с синапсиса концов и завершающийся восстановлением точной последовательности ДНК. Быстрый начальный шаг NHEJ крайне чувствителен к изменениям конформации хроматина, которые происходят при вхождении клетки в S-фазу и в митоз, и могут приводить к разделению концов, усложняя их правильное воссоединение. Последующие шаги чекпойнт-ответа, кажется, более тесно связаны с дальнейшими ступенями репарации и могут приводить ДНК в состояние, при котором репарация путем гомологической рекомбинации будет идти более эффективно. В тоже время они могут блокировать биохимические процессы, связанные с репликацией ДНК и делением.