МОЛБИОЛ 2014-лекции / ООФ / Л05_РЕПАРАЦИЯ
.pdf
Эксцизионная репарация нуклеотидов (NER) у человека
NER человека распознает и удаляет поврежденные нуклеотиды, как
сильно, так и слабо нарушающие вторичную структуру ДНК, одиночные ошибочно спаренные нуклеотиды, а также петли длиной в 1-3 нуклеотида.
Основные ключевые события:
1.В процессе распознавания участвуют белковые комплексы XPA/RPA, связывающимиеся с местом повреждения.
2.ДНК раскручивается в месте повреждения. В этом процессе участвует транскрипционный фактор TFIIH (обладает АTP-зависимой ДНКхеликазной активностью). Транскрибируемая ДНК репарируется быстрее, чем транскрипционно неактивная.
3.Разрезание ДНК происходит с 3' и 5'-концов от повреждения, в результате чего удаляется 29-членный фрагмент ДНК, содержащий поврежденный нуклеотид.
4.Новая цепь ДНК достраивается по матрице неповрежденной цепи ДНК полимеразами дельта или эпсилон.
5.Лигазы сшивают вновь синтезированный конец цепи.
Сравнение двух основных путей эксцизионной репарации ДНК: с вырезанием основания (А) и нуклеотидов (В)
Удаляется один поврежденный нуклеотид |
|
Удаляется фрагмент одной цепи с повреждеиием |
|
|
|
Индуцируемая репарация:
индукция SOS–системы E.coli при УФ-облучении
SOS-ответ – это глобальный ответ на повреждение ДНК, при котором индуцируется репарация и мутагенез.
При росте числа повреждений в ДНК блокируется деление клеток и происходит индукция дополнительных репаративных ресурсов клетки:
•Cначала индуцируется синтез белка recA (у эукариот Rad51). Белок recA, стимулируемый однонитевыми фрагментами ДНК, включается в инактивацию репрессора LexA, хотя его уровень также растет.
•При еще большем количестве повреждений ДНК происходит индукция генов umuC и umuD. Их белковые продукты работают совместно с recA и определяют мутагеный эффект SOS-системы.
Забегая вперед: репрессия бактериального оперона
LexA
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
однонитевые фрагменты ДНК в комплексе с recA
8 
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
Оперон — функциональная единица генома у прокариот, в состав которой входят гены, кодирующие совместно или последовательно работающие белки.
1.РНК-полимераза, осуществляющая транскрипцию
2.Репрессор (в нашем случае LexA)
– ДНК-связывающий белок, который подавляет транскрипцию генов, связываясь с оператором
3.Промотор – место связывания РНК-полимеразы;
4.Оператор – регуляторная область ДНК, примыкающая к промотору, с которой могут взаимодействовать белкирегуляторы (в нашем случае репрессор LexA) (Жакоб и М)
5, 6, 7 – структурные гены, кодирующие белки (в нашем случае ферменты репарации).
8.Индуктор, запускающий транскрипцию (в нашем случае однонитевые фрагменты ДНК в комплексе с recA), «выключает»
LexA.
.
•Активация SOS-генов происходит после образования одноцепочечных фрагментов ДНК
•RecA связывается с одноцепочечными фрагментами ДНК (процесс идёт с затратой АТФ) и активируется.
•Ко-протеаза RecA
взаимодействует с репрессором LexA и индуцирует его аутопротеазную активность.
• Ген RecA – под этим
промотором.
SOS-система репарации
Индуцируемая репарация при участии системы umu DC с мутагенным эффектом
• Без RecA ДНК-полимераза III
застывает перед повреждением ~ на 10 сек, а затем «перескакивает» поврежденный участок;
•RecA-белок связывается с поврежденным участком матрицы и подавляет корректирующую активность ε- субъединицы ДНК-Рol III;
•Белки umuC и umuD
позволяют ДНК-Рol III удлинять затравку, последний нуклеотид которой не связан с матрицей.
Система umu DC определяет мутагенный эффект УФ-облучения и химического мутагенеза Мутагенез – активный процесс
Репарация неспаренных обычных нуклеотидов
(mismatch repair)
Неспаренные нуклеотиды (mismatch) появляются в ДНК:
•в результате ошибок при репликации и при репарации;
•когда при гомологичной рекомбинации образуются гетеродуплексы из двух комплементарных цепей, исходно принадлежащих разным молекулам ДНК.
Система репарации ошибок репликации должна различать родительскую и новосинтезированную цепь с тем, чтобы в неспаренном участке заменить ошибочно включенный нуклеотид.
Как системы репарации узнают, какой неспаренный нуклеотид «неправильный» (т.е. принадлежит дочерней цепи)?
•ДНК метилирована по двум цепям, а сразу после репликации метилирована только материнская нить: репарация дочерней нити, зависящая от метилирования, системой mut HLS
•После репликации и репарации в дочерней цепи могут оставаться одноцепочечные разрывы (бреши): репарация дочерней нити, зависящая от одноцепочечных разрывов (брешей) – rec F, mut S
Пострепликативное метилирование ДНК у E. coli
метилаза dam
•Ферментативное метилирование
-оснований (А и С у бактерий) дочерней цепи происходит после репликации ДНК и катализируется сайт-специфическими ДНКметилтрансферазами с использованием S- аденозилметионина в качестве донора метильной группы.
•У Е. coli – метилазы dam и dcm. Dam -
метилаза вносит метильную группу в позицию N6 остатка аденина в последовательности GATC, а dcm - метилаза модифицирует остаток цитозина в положении C5 в
последовательности CCA.
ДНКметилаза
ДНК метилазы «выворачивают» метилируемое основание наружу
Репарация неспаренных нуклеотидов (mismatch) у E. coli, зависящая от метилирования, системой mut HLS
•Метилирование оснований А и С используется в системах репарации неспаренных нуклеотидов для мечения матричной нити ДНК.
•Cистема mut HLS репарирует неметилированную дочернюю цепь ДНК.
•MutH вносит разрыв в дочернюю нить против метилированного основания.
MutL+MutS проводят эксцизионную репарацию нуклеотидов (NER) дочерней цепи. Она достраивается по матрице материнской цепи.