МОЛБИОЛ 2014-лекции / ООФ / Л05_РЕПАРАЦИЯ

Повреждения, которые могут возникать в ДНК спонтанно или под действием разных агентов

Системы репарации ДНК обеспечивают исправление 999 повреждений из 1000

Заболевания, обусловленные дефектами системы репарации:

•Пигментная ксеродерма (пятна, короста, рак кожи) – наследственное нарушение репарации УФ–повреждений в результате дефектов в различных генах, продукты которых участвуют в эксцизионной и пострепликативной репарации.

•Синдром Блума - наследственное аутосомно-рецессивное заболевание, характеризуется глубокими поражениями капилляров на лице, задержкой роста, чувствительностью к ультрафиолету, хромосомной нестабильностью – мутация гена BLM, продукт которого имеет 3' → 5' хеликазную активность.

•Злокачественные перерождения – нарушение репарации неспаренных нуклеотидов.

Репарация повреждений одной цепи ДНК

•Прямая реактивация повреждений

-Pu-ДНК-инсертаза эукариот - фермент, способный во время репарации ДНК непосредственно присоединять к дезоксирибозе пуриновое основание в соответствии с правилом комплементарности - метилтрансферазы (все типы организмов)

-ДНК фотолиаза (у бактерий)

•Эксцизионная репарация (excision – отсекание, вырезание):

-Эксцизия основания (base excision repair, BER)

-Эксцизия нуклеотидов (nucleotide excision repair, NER) (в случае

повреждений, заметно нарушающих вторичную структуру),

•Индуцируемая репарация с исправлением ошибок:

-индукция SOS–системы при УФ-облучении,

-индукция генов ada (метилтрансфераза) и alkA (ДНК-N- гликозилаза) при алкилировании

•Индуцируемая репарация с мутагенным эффектом с участием системы umu DC

Некоторые типы прямой реактивации повреждений ДНК:

метилтрансферазы (все типы организмов)

Метилтрансфераза деалкилирует остаток гуанина в положении О6 -удаляет метильную (или этильную) группу, присоединенную под действием мутагенов. При репарации метильный остаток переносится на SH –группу Cys321 фермента, и фермент необратимо инактивируется. В строгом смысле метилтрансфераза - не фермент, поскольку для каждого акта прямой репарации О6-meG нужна новая молекула белка. Но модифицированный фермент внутри клетки активирует собственную транскрипцию, и за счет этого накапливается несколько тысяч молекул метилтрансфераз.

Некоторые типы прямой реактивации повреждений ДНК: удаление циклобутановых димеров ДНК фотолиазой

(у бактерий)

Фотореактивация: видимый свет (300-600 нм) активирует

дезоксирибопиримидинфотолиазу (фотолиазу), которая распознает пиримидиновые димеры в облученной ДНК, присоединяется к ним и разрывает возникшие между пиримидиновыми кольцами связи. Это единственная известная ферментативная реакция, в которой фактором активации служит не химическая энергия, а энергия видимого света.

Эксцизионная репарация основания (base excision reparation, или BER) с участием ДНК-N-гликозилаз и АР-эндонуклеазы

•Основной путь удаления модифицированных оснований (метилG, метилА, дигидроТ, дигидроксиТ) и включенного по ошибке урацила.

•Различные ДНК-гликозилазы адресно узнают и удаляют поврежденное основание, разрезая гликозидную связь. При этом возникает AP (апуриновый/апиримидиновый) сайт. У E.coli – около 20 различных ДНК-N-гликозилаз, у человека – 8.

•Одна из нескольких существующих в клетке АРэндонуклеаз разрезает фосфодиэфирный остов ДНК рядом с AP-сайтом (образованным ДНК-N-гликозилазой или возникшим спонтанно)

•AP-звено цепи ДНК удаляется экзонуклеазой, «брешь» застраивается ДНК-полимеразой, и цепь сшивается лигазой.

•Восстановление участка на матрице ненарушенной цепи у Е. coli выполняется ДНК-полимеразой I, у человека - ДНК-полимеразой бета.

Эксцизия основания (BER)

«Брешь» застраивается ДНК-полимеразой, и цепь сшивается лигазой.

Удаляется один поврежденный нуклеотид

Эксцизия основания (BER):

механизм действия ДНК-N-гликозилаз

ДНК гликозилазы «выворачивают» модифицированное основание наружу и отщепляют его от сахаро-фосфатного остова

Эксцизия

нуклеотидов

(NER) у E.coli

с участием системы uvrABCD

(продолжение)

• хеликаза uvrD высвобождает вырезанный 12членник (додекамер). У эукариот длина вырезаемого фрагмента - 24-32 н.

• восстановление участка на матрице ненарушенной цепи при участии ДНКполимеразы I и ДНКлигазы.

Удаляется олигонуклеотидный фрагмент цепи с повреждением