Репарация повреждений ДНК

В молекуле ДНК под действием внешних и внутренних факторов постоянно происходят повреждения в структуре – мутации. Они в большинстве своем являются нежелательными для клетки, а накопление их в больших количествах может оказаться губительным и привести к необратимым изменениям, в результате которых клетка не сможет выполнять свое предназначение или вообще перестанет существовать. Таким образом, чтобы клетка могла нормально функционировать, нарушения, возникающие в структуре ДНК, должны исправляться. Функция исправления ошибок в ДНК возложена на многочисленные, так называемые, системы репарации. В клетке происходят разнообразные повреждения ДНК.

1.Апуринизация. Под апуринизацией понимают гидролитическое отщепление пурина из полинуклеотидной цепи:

Результатом апуринизации является образование АР-сайта.

Ежедневно клетка человека теряет около 5000 – 10000 пуринов. Образование АР-сайта может также произойти и при удалении пиримидинов.

2.Дезаминирование азотистых оснований. Дезаминированию в клетке подвергается цитозин, аденин и гуанин. При дезаминировании цитозина образуется урацил:

Наиболее часто дезаминированию подвергается цитозин, в клетке человека в течение суток дезаминируется около 100 этих азотистых оснований. Дезаминирование цитозина приводит к появлению в молекуле ДНК неспаренных оснований, т.к. образовавшийся урацил комплементарен аденину, а не гуанину. В клетках эукариот цитозин может подвергаться метилированию, в результате которого образуется 5-метилцитозин:

Дезаминирование 5-метилцитозина опасно, поскольку может привести к мутации, так как после репликации в одной из двух дочерних молекул ДНК пара ЦГ будет заменена на ТА.

1.Алкилирование.При участии алкилирующих факторов может происходить алкилирование азотистых оснований. В результате алкилирования гуанина может образоваться, например, ⁶О-метилгуанин или 7-этилгуанин:

Алкилированные азотистые основания могут образовывать неканонические пары, например, 7-этилгуанин с тимином, а также способствовать апуринизации. Образование тиминовых димеров может происходить под действием ультрафиолетового света:

Окисление азотистых оснований происходит при участии активных форм кислорода (супероксиданион-радикала О^2-, одноэлектронного гидроксила ОН и др.). Например, в результате окисления цитозина образуется 5-гидроксицитозин и 5-гидроксиурацил:

Окисленные азотистые основание способны образовывать неканонические пары. Окислении азотистых основание может привести к размыканию пуринового кольца:

В ДНК также могут возникать одноцепочечные и двухцепочечные разрывы ДНК, и межцепочечные сшивки.

ПРЯМАЯ РЕПАРАЦИЯ

В случае прямой репарации восстановление исходной структуры ДНК происходит в одну стадию.

А) Фотореактивация.В этом типе репарации ключевая роль принадлежит ферменту –фотолиазе. Фотолиаза, активированная светом, распознает тимидиновый димер в ДНК, образует с ним комплекс и разрывает возникшие между пиримидиновыми кольцами ковалентные связи:

После этого фотолиаза теряет сродство к ДНК и отделяется. Структура ДНК восстановлена.

Б) Репарация алкилированных оснований.Данную репарацию осуществляет метилтрансфераза. Этот фермент удаляет метильные или этильные группы с модифицированных оснований и благодаря этому восстанавливает исходную структуру ДНК:

Метилтрансфераза, переносит метильную или этильную группу на один из своих остатков цистеина, при этом фермент инактивируется.

В) Репарация одноцепочечных разрывов ДНК.Репарацию одноцепочечных разрывов осуществляет ДНК-лигаза. Она соединяет разорванные цепи в молекуле ДНК (рис).

Г) Репарация АР-сайтов.Образовавшиеся в результате удаления пурина АР-сайты могут быть залечены ферментами инсертазами (от англ. insert – вставлять).

Эти ферменты могут встраивать в брешь, присоединив к дезоксирибозе, такое же основание, какое было до поражения (рис). В результате структура ДНК восстанавливается.

Эксцизионная репарация

В результате эксцизионной репарации, вначале поврежденные участки удаляются из цепи ДНК (термин «эксцизионная репарация» происходит от англ. excision – вырезание), а затем происходит восстановление исходной структуры ДНК.