Эксцизионная репарация ведущий способ восстановления изменений структуры ДНК

Основной механизм репарации большинства дефектов получил название эксцизионной репарации, в основе которой лежит удаление измененного основания или нуклеотида. Различают два принципа такой репарации - эксцизионная репарация оснований (ЭРО) и эксцизионная репарация нуклеотидов (ЭРН). Биологическая функция ЭРО заключается в восстановлении исходной структуры модифицированных оснований ДНК. Эта система высокоспецифична и состоит из специализированных ДНК-N-гликозилаз, которые опознают и удаляют поврежденные основания, АР-эндонуклеаз или АР-лиаз, которые, соответственно, расщепляют нить ДНК с 5'- или 3'-конца апуринового или апиримидинового (АР) участка; фосфодиэстераз (соответственно 5'или 3'), которые выщепляют дезоксирибофосфатный остаток, и, наконец, ДНК-полимеразы и ДНК-лигазы. К концу 90-х г.г. из бактерий (E. coli, Micrococcus luteus и др.) выделено до 8 различных N-гликозилаз, способных репарировать все известные модификации оснований. Несколько различных N гликозилаз обнаружены и в клетках человека. В целом, система ЭРО - чрезвычайно действенный барьер мутациям оснований. Обычно цепь реакций ЭРО начинается с обнаружения и удаления одного из оснований, катализируемого соответствующим ферментом группы AP-эндонуклеаз типа II (апуриновых / апиримидиновых эндонуклеаз). Затем происходит гидролитическое расщепление 3'-фосфоэфирной связи, причем фосфат остается в 5'-положении уходящей цепи ДНК. Далее с 3'-концом в месте расщепления цепи связывается b -ДНК-полимераза, катализирующая гидролитическое удаление дезоксирибозилфосфатного остатка, таким образом освобождая 3'-конец для включения соответствующего канонической паре нуклеотида. Далее, после включения в освободившееся положение соответствующего нуклеотидного остатка, ДНК-лигаза воссоединяет непрерывную цепь ДНК. Как в любой другой репаративной реакции, в системе ЭРО завершающим является ресинтетический этап, восстанавливающий правильность спаривания с помощью ДНК-полимеразы I (у E. coli) и ДНК-лигазы. Генетических заболеваний, сопряженных с нарушением системы ЭРО пока не обнаружено.

В отличие от реакций ЭРО, которые специфичны для достаточно узкого круга повреждений ДНК, система ЭРН, хотя и с разной эффективностью, удаляет все возможные повреждения, и потому роль ее в поддержании стабильности генома велика. ЭРН детально изучена у E. coli и активно изучается в клетках дрожжей и человека, причем у человека благодаря раскрытию генетической природы таких заболеваний, как пигментная ксеродерма (XP), синдром Кокейна (СS) и трихотиодистрофия (ТТD) Стратегия ЭРН во всех случаях, от бактерии до человека одинакова, хотя по мере усложнения объекта количество задействованных в реакции генов и их продуктов возрастает с 6-8 у E. coli до 30 у человека. Основные этапы ЭРН подобны ЭРО.

1) узнавание повреждения и изменения конформации ДНК вокруг него;

2) раскручивание участка ДНК в области повреждения;

3) эксцизия поврежденного участка ДНК и

4) ресинтетический этап, осуществляемый ДНК-полимеразой и ДНК-лигазой

Хотя детали процесса ЭРН у человека не ясны, так как не определена роль целого ряда генов, в первом приближении он выглядит так. Белок ХРА в комплексе с белком связывающим одноцепочечные ДНК RPA (репликационным белком А), перемещаясь вдоль одноцепочечной ДНК, опознает конформационнoе повреждениe. Взаимодействуя через другой участок белка ХРА с базальным фактором транскрипции TFIIH (две из субъединиц которого, белки ХРВ и ХРD, обладают геликазной активностью с противоположной ориентацией раскручивания двухцепочечной ДНК), они образуют комплекс, который расплетает ДНК в области повреждения (в состав этого комплекса входит и белок ХРС с неясными функциями). Через третий участок белка ХРА к комплексу примыкает гетеродимер ERCC1-XPF, который вносит однонитевой разрыв в ДНК с 5'-конца на расстоянии 16-25 нуклеотидных пар. от повреждения, тогда как белок XPG, входящий в комплекс белков эксцинуклеазы через взаимодействие с белком RPA, делает надрез с 3'-конца на расстоянии 2-9 нуклеотидных пар. (в разрезании принимает участие и белок ХРС, а белок ХРЕ активирует реакцию). В результате бимодальной инцизии участок ДНК размером около 29 нуклеотидов. высвобождается, а образующаяся брешь ресинтезируется с помощью e ДНК-полимеразы или d ДНК-полимеразы, сопутствующего репликации фактора PCNА, репликационного фактора C-RFС и ДНК-лигазы I. Представленная картина во многом основана на реконструировании процесса в открытой системе с участием 10 хорошо очищенных белков и не охватывает всех возможных участников этого процесса.

Димеры пиримидинов в ДНК удаляются двумя механизмами.

УФ облучение индуцирует образование пиримидин-пиримидиновых пар, чаще всего между тиминами расположенными рядом в одной цепи ДНК. Для удаления таких димеров используются 2 механизма репарации: ЭРН и фотореактивационная репарация. В последнем случае участвует специальный фермент ДНК фотолиаза или фотореактивируемый фермент. Этот фермент связывается в темноте с димерами тимина и затем под действием света активируется и исправляет повреждение.

Одноцепочечные разрывы ДНК репарируются непосредственно с участием ДНК-лигазы или с участием рекомбинации.

Таким образом, в клетке действует несколько систем репарации, позволяющих сохранять генетическую информацию. Нарушение работы таких систем приводит к заболеваниям.

Пигментная ксеродермия. Аутосомно-рецессивное наследственное заболевание. Существуют две основные клинических формы проявления XP, одна из них сопровождается прогрессирующими дегенеративным изменениям в глазах и коже, а другая, кроме того, сопровождается прогрессирующей неврологической дегенерацией. Одним их тяжелых осложнений этого заболевания является рак кожи. Причины развития заболевания связывают с дефектами ферментов, участвующих в репарации тиминовых димеров, однако генетические нарушения при этом заболевании насчитывают девять комплементационных групп, что указывает на сложность причин вызывающих это заболевание.

Синдром Кокейна – заболевание подобно пигментной ксеродермии, сопровождается чувствительностью к свету, дегенеративными изменениями нервной системы, но значительно более низкой склонностью к опухолям кожи.

Атаксия телеангиэктазия (АТ) - аутосомно-рецессивное заболевание, проявляющееся в мозжечковой атаксии и нарушении иммунной системы, что сопровождается склонностью к инфекционным болезням. Больные проявляют высокую чувствительность к рентгеновскому облучению, что предполагает возможность дефекта систем репарации у таких людей. Известны и другие заболевания, вызываемые нарушением системы репарации.

Транскрипция – первый шаг на пути экспрессии генетической информации в клетке.

Рис 8-30.Центральная «догма» молекулярной биологии.

хранения генетической информации. Однако молекула ДНК не используется в качестве непосредственной матрицы в процессах фенотипической экспрессии генетической информации в клетке. Поток генетической информации идет в следующем направлении

Первый шаг, копирование информации с ДНК на РНК, назван транскрипцией, что ассоциируется с работой средневековых монахов, проводивших свою жизнь в кельях за копированием символ за символом, старых Латинских рукописей. При этом чаще всего переписывались рукописи не целиком, а отдельными главами и хотя символы и слова в новой версии - те же, что и в старой, однако они написаны уже другой рукой и тем самым имели несколько иной вид.

Второй шаг, при котором аминокислоты полимеризуются согласно информации, записанной в РНК, назван трансляцией. Продолжая аналогию с жизнью монахов, этот процесс напоминает работу других монахов (уже много столетий спустя), которые, пользуясь переписанными прежде рукописями, находят эквиваленты старых латинских слов на других языках (например, белорусском или английском) и создают новые рукописи, написанные на отличающемся от исходного языке, в данном случае на языке аминокислотной последовательности.

Настоящий раздел посвящен первому этапу – транскрипции.

Поиск по сайту: