Но как система репарации должна узнать, какая цепь матричная, а какая вновь синтезированная и несет ошибки?
Оказалось, что у некоторых бактерий, включая E. сoli, репарация неправильного спаривания основана на метилировании ДНК. К каждому остатку аденина присоединяется метильная группа, и такая модификация сохраняется в течение всего клеточного цикла. С началом следующей репликации ДНК вновь синтезированная цепь оказывается неметилированной, и эндонуклеазы вырезают основания, неправильно встроенные как с 5’, так и 3’ конца этой цепи.
Пострепликативная репарация и система SOS-репарации
Известны другие типы репарации – одна из них - пострепликативная репарация была обнаружена у E. coli
М. Редманом. Пострепликационная репарация происходит в тех случаях, когда ДНК не репарируется после повреждений и не полностью реплицирована. Во время репликации ДНК с повреждением или ошибкой ДНК-полимераза перескакивает через это повреждение, и на вновь синтезированной цепи остается брешь. Для устранения бреши происходит рекомбинация с участием соответствующего белка, так что в пустой участок встраивается комплементарный участок из неповрежденной донорской цепи, брешь на которой застраивается в процессе репаративного синтеза в процессе репликации. Пострепликативную репарацию называют также репарацией гомологичной рекомбинации.
Пострепликационная репарация.
1. Повреждения ДНК (такие, как тиминовые димеры) могут вызвать разрыв на вновь синтезированной цепи во время репликации.
Пострепликационная репарация :
2. Белок RecA E. coli катализирует рекомбинацию с другой, неповрежденной родительской цепью.
Пострепликационная репарация :
3. Новый разрыв заполняется ДНК- полимеразой и ДНК- лигазой.
Эта пострепликационная репарация также называется репарацией гомологичной рекомбинации.
У E. coli обнаружена также система SOS-репарации, исправляющая повреждения ДНК другим способом. Если при пострепликативной репарации ДНК- полимераза перескакивает через повреждение, то в данном случае с помощью специфичных белков фермент пересекает повреждение и продолжает репликацию, не оставляя бреши в синтезированной цепи, поэтому точность репликации снижается, и эту систему иногда называют склонной к ошибкам.
В SOS-системе участвуют продукты более 20 генов.
Репарация разрывов двойной спирали у млекопитающих
Была рассмотрена репарация повреждений в пределах одной цепи ДНК. Как происходит репарация обоих цепей ДНК, например, при повреждении ионизирующей радиацией? Двуцепочечные разрывы часто встречаются у бактерий, они исправляются с помощью особой системы репарации двуцепочечных разрывов ДНК, которая отвечает за воссоединение двух фрагментов молекулы. Дефектность этой системы приводит к гиперчувствительности клеток к Х-лучам и к иммунодефициту.
Как и при пострепликативной репарации, при репарации двуцепочечных разрывов происходит гомологичная рекомбинация, поскольку поврежденный участок ДНК рекомбинирует и замещается неповрежденным гомологичным участком. При разрыве сразу двух цепей в молекуле ДНК не остается неповрежденного гомологичного участка, поэтому ферменты заимствуют его из гомологичного участка сестринской или несестринской хроматиды, а затем он встраивается на место поврежденного участка.
Мобильные генетические элементы
Мобильные генетические элементы транспозоны – генетические модули, способные перемещаться по геному. Передвижение мобильных элементов из одного локуса в другой часто нарушает функции гена и проявляется в изменчивости фенотипов. В этом отношении транспозиции сходны с мутациями.
Мобильные элементы кукурузы были описаны Б. МакКлинток более полувека назад. После открытия мобильных элементов у других организмов и изучения молекулярных основ транспозиции оказалось, что это явление характерно для многих геномов.