МОЛБИОЛ 2014-лекции / ООФ / Л05_РЕПАРАЦИЯ

Лекция 5

ДНК-лигаза репарирует дефект хромосомы

Репарация ДНК

Репарация,

или исправление повреждений в ДНК

Репарация генетических повреждений - способность живых организмов восстанавливать повреждения, возникшие в ДНК уже после ее синтеза

•От того, как клетки справляются с повреждениями ДНК, зависят такие кардинальные процессы, как появление наследственных болезней и раковых опухолей, а также старение.

•Ферменты репарации исправляют как ошибки, возникшие при репликации, так и не зависящие от репликации.

•Ферментативные системы репарации по сложности приближаются к репликационному ферментативному аппарату.

•Системы репарации и репликации имеют много общих компонентов.

•Принципы репарации ДНК у различных организмов сходны.

Дефекты ДНК после репликации

Этапы контроля последовательности дочерней цепи ДНК при репликации:

•Первичный отбор нуклеотидов идет по принципу комплементарности. Способностью к этому виду

отбора обладают все ДНК-полимеразы благодаря полимеризующей 5' 3' активности.

•Редактирующий отбор. Его проводят все ДНК-

полимеразы благодаря экзонуклеазной активности 3'

5'.

•Первичный и редактирующий отбор допускают примерно 1 ошибку на 109 включенных в ДНК нуклеотидов.

•Исправление ошибок в уже синтезированной ДНК. Этим занимаются ферменты репарации.

Повреждающие изменения в ДНК

Точечные мутации

Как возникают повреждения ДНК, не зависящие от репликации?

1.Спонтанно.

2.При индукции мутагенами (химические вещества окружающей среды, многие углеводороды, реагенты, используемые в противоопухолевой химиотерапии) и

даже клеточными метаболитами (например, активные радикалы кислорода, образуемые во время нормального клеточного дыхания в различных биохимических путях).

3.Под действием ионизирующей радиации (гамма-лучи,

рентгеновские лучи).

4.Под действием ультрафиолетового излучения

(особенно ~260 нм, именно в этой области происходит максимальное поглощение ДНК).

1а. Спонтанные повреждения ДНК: апуринизация

•Происходит разрыв N-гликозидной связи между пуриновым основанием и дезоксирибозой.

•ДНК каждой клетки человека теряет за сутки 5 000-10 000 пуринов (!). В ДНК образуются апуриновые сайты (АР-сайты).

•Причины апуринизации: изменение рН, ионизирующее

излучение, повышение температуры и т.д.

•Пиримидины тоже могут отщепляться, но скорость этого процесса на два порядка ниже.

•Под AP-сайтом сейчас понимается апуриновый/апиримидиновый сайт.

2. Повреждения ДНК под действием мутагенов: алкилирование (например, метилирование)

• Гуанин может быть метилирован до О6метилгуанина, что дает мутагенный эффект:

O6-MeG образует пару с Т

(G-C -> O6-MeG –Т).

• Другие частые продукты метилирования –

7-метилгуанин и

3-метиладенин – легко подвергаются

апуринизации вследствие лабилизации N-гликозидной связи между основанием и сахаром.

гуанин О6-метилгуанин

3. Повреждения ДНК под действием ионизирующей

радиации (воздействие гамма-лучей, рентгеновских лучей)

•Возникновение разрывов (двух- и одноцепочечных) в ДНК. Двухцепочечные разрывы - это фактически разрывы хромосом (главная причина летального действия ионизирующей радиации).

•Возникновение дефектов в ДНК (разрыв пуринового кольца, фрагментация оснований, окисление апуринового сайта).

•Радиационно-индуцированная нестабильность генома (РИНЦ): возникновение de novo множественных генетических нарушений неклонального характера у 10-30% потомков облучённых клеток, выживших после облучения.

Радиационно-индуцированная нестабильность генома пepeдaётcя мнoгим пoкoлeниям клeтoк, пpи этом гeнeтичecкиe измeнeния, нaблюдaeмыe в клeткax дoчepниx пoкoлeний, oтличaютcя oт вoзникшиx в caмoй oблyчённoй клeткe.

РИНЦ - повышение вероятности возникновения непредсказуемых спонтанных дефектов.

4.Повреждения ДНК под действием ультрафиолетого света: образование пиримидиновых димеров