Репарация повреждений ДНК. Фотореактивация

Репарация может осуществляться как конститутивно с помощью специфического набора ферментов, постоянно присутствующих в нормально функционирующих клетках (фотореактивационная, эксцизионная и пострепликативная), так и в ответ на повреждение ДНК или прекращение ее синтеза (путем активации группы генов, контролирующих различные клеточные функции, так называемая SOS-репарация). Повреждения ДНК могут индуцироваться внешними воздействиями: ультрафиолетом, рентгеновскими лучами, химическими соединениями и т.д. Например, УФ-облучение вызывает сшивку соседнихтиминовых оснований в цепи ДНК. Образующиеся при этом тиминовые димеры препятствуют нормальной репликации. Митомицин С, некоторые ипритыи псоралены приводят к сшивке двух цепей ДНК. Эффективность ее зависит от уровня рН, температуры и физиологического состояния клетки. Восстановительный эффект при фотореактивации связан с действием фермента — дезоксирибозидпиримидинфотолиазы, представляющего собой полипептид, ассоциированный для его активности с небольшой молекулой РНК (10-15 нуклеотидов). Этот фермент расщепляет димеры двух соседних пиримидинов циклобутанового типа в одной цепи ДНК, образующиеся под влиянием УФ-лучей, действие которых подробнее рассмотрено в нашей статье. Каждый из димеров задерживает репликацию примерно на 10 секунд. Фермент присоединяется к ним и в темноте, и на свету, но реакция расщепления связей, объединяющих две молекулы пиримидинов, энергетически зависит от действия видимого света с большей длиной волны. На свету пиримидиновые димеры расщепляются, за счет разрыва ковалентных связей происходит мономеризация и таким образом восстанавливается нативная структура ДНК. Фотореактивации подвергаются только циклобутановые димеры. Надо отметить, что это пока почти единственная, известная ферментная реакция, в которой фактором активации служит не химическая энергия, а энергия видимого света. Дезоксирибозидпиримидинфотолиаза широко распространена у разных органических форм и представлена даже у таких примитивных микроорганизмов, как микоплазмы. Она есть у всех изученных бактерий, кроме Micrococcus radiodurans, которые чрезвычайно устойчивы к действию УФ-лучей и выдерживают дозы в 1 000 раз более высокие, чем те, что детальны для E.coli. Фотолиаза обнаружена в клетках многих растений и животных, в том числе и у человека. По-видимому, наибольшее значение фотореактивация имеет у растений.

Механизмы эксцизионной репарации. Эксцизионная репарация бывает 2 видов: репарация оснований и нуклеотидов.

Есть повреждение ДНК, которое узнает, а затем вырезает ДНК-гликозилаза. После ее действия остается АП-сайт, который разрезает АП-эндонуклеаза. Экзонуклеаза удалят поврежденный участок, но в некоторых случаях ДНК-полимераза 1 благодаря своей 3-5-эзонукл активности удаляет это основание, а полимеразная активность заполняет брешь. Разрывы сшивает ДНК-лигаза.

Есть повреждение. Эндонуклеаза UvrABC разрывает фосфодиэфирные связи с дух сторон от повреждения, а хеликаза UvrD удаляет поврежденный участок. Днк-пол. Днк-лигаза.

Постреплекативная репарация. Рекомбинантная (пострепликативная) репарация

В тех случаях, когда по тем или иным причинам системы репарации оказываются нарушенными, в цепях ДНК могут образовываться бреши (недорепарированные участки), имеющие иногда весьма существенные размеры, что чревато нарушением системы репликации и может привести к гибели клеток. В этом случае клетка в состоянии использовать для репарации одной молекулы ДНК другую полученную после репликации молекулу ДНК, т. е. привлечь для этой цели механизм рекомбинации. У бактерий в рекомбинантной репарации принимает участие белок Rec А. Он связывается с одноцепочечным участком ДНК и вовлекает его в рекомбинацию с гомологичными участками неповрежденных цепей другой молекулы ДНК. В результате и разорванная (содержащая бреши), и неповрежденная цепи репарируемой молекулы ДНК оказываются спаренными с неповрежденными комплементарными участками ДНК, что открывает возможность репарации путем вышеохарактеризованных систем. При этом могут происходить вырезание определенного фрагмента и заполнение с его помощью бреши в дефектной цепи. Возникающие при этом пробелы и разрывы в цепях ДНК восполняются с участием ДНК-полимеразы I и ДНК-лигазы.

Метилирование ДНК позволяет различить матричную и вновь синтезированную цепь. МutLSH репарация: на полуметилированной цепи есть неспаренное основание, кот обнаруживает, а затем связывается МutLS. Он протаскивает ДНК через себя до первого метилированного аденозина, а затем MutH разрезает комплементарную цепь, именно ту, где ошибочное основание. Затем мех-зм может пойти по двум направлениям: 1) 5-3 экзонукл разрезает цепь (после разрыва, а ДНК-пол 3 достраивает; 2) 3-5 экзонукл(до разрыва), ДНК-пол.

У эукариот все тоже самое, только нет MutH. Сам комплекс удаляет.

СОС-репарация. Если клетка имеет повреждения, с кот не могут справиться иные системы репарации, то включается SOS- репарация. Начало определяется взаимодействием белка RecA с белком – LexA, который выполняет функцию репрессора. Ответ клетки на повреждающее воздействие начинается с активации белка RecA (связывается с одноцепочными участками). RecA меняет свою конформацию, а затем связывается с LexA. Увеличение RecA, что приводит к протеолизу: разрезается LexA на маленькие кусочки. Ошибки исправляются. Прекращение действия индуцирующего сигнала вызывает потерю протеазной активности белком RecA. Однако к этому моменту ген lexA имеет очень высокий уровень экспрессии, поэтому при потере RecA-белком своей протеазной активности в клетке быстро накапливается необходимое количество активного LexA-репрессора, что приводит к выключению SOS-ответа. Именно такими взаимоотношениями белков RecA и LexA можно объяснить легкую обратимость SOS-ответа в клетке.

Аппарат общей (гомологичной) репарации. Гомологичная рекомбинация происходит при условии, что в последовательностях ДНК есть гомологичные участки протяженностью сотни и тысячи пар нуклеотидов, кроссинговер может произойти в любой точке гомологии.

Вносится двуцепочечный разрыв, который познее расширяется экзонуклеазами, однако цепи со свободными 3'-концами деградируют меньше, чем с 5'-концами, что приводит к тому, что 3'-конец выступает сильнее. Этот свободный 3'-конец спаривается с комплементарным участком гомологичной молекулы ДНК, вытесняя вторую цепь. Внедрившийся 3'-конец удлиняется ДНК-полимеразой, параллельно происходит процесс миграции ветвей, в результате чего образуется молекула ДНК с двумя точками кроссинговера – структкра Холлидея. После этого репликация восстанавливает ДНК отсутствующую в области исходного двунитевого разрыва. Проведенные in vitro эксперименты показали, что для осуществления процесса гомологичной рекомбинации достаточно 5 белков:

Если при репликации поврежденной ДНК образуется цепь с пробелом, то RecA обеспечивает обмен цепями и образование структуры Холлидея. ДНК-полимераза I застраивает одноцепочечные участки.

RuvAB обеспечивает быструю миграцию ветвей. А RuvC разрешает структуру Холлидея.

Белок RecA способен осуществить процесса замена ветвей, если субстратами являются кольцевая одноцепочечная ДНК или двунитевая кольцевая с пробелом в одной цепи и двунитевая линейная молекула с двуцепочечным разрывом. В процессе реакции образуются разветвленный интермедиаты, процесс требует энергии АТФ. Белковый комплекс RecBCD обладает хеликазной и нуклеазной активностью. Связываясь с концом двуцепочечной молекулы ДНК, он деградирует обе цепи с затратой АТФ. Дойдя до специфической последовательности – chi-сайта (встречается каждые 5-10 тысяч п.н.), деградация 5'-конца ускоряется, а 3'-конца замедляется, что приводит к образованию свободного 3'-конца. С этим свободным 3'-концом связывается белок RecA, это взаимодействие приводит к возможности атаки гомологичного участка двуцепочечной молекулы ДНК.

Быструю миграцию точки перекреста обеспечивает комплекс RuvAB. Два тетрамера RuvA связываются с 4 цепями ДНК, гексамер RuvB связывается вокруг гетеродуплекса и протаскивает ДНК через себя. RuvC обеспечивает разрешение структуры Холлидея, внося разрывы.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: