X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Уже на ранних стадиях эволюции ДНК заменила РНК в качестве носителя генетической информации. Но несмотря на свои «преимущества», ДНК постоянно подвергается химическим изменениям, как спонтанным, так и индуцируемым мутагенами и даже клеточными метаболитами. Еще одна обычная причина повреждений ДНК – радиация и ультрафиолетовое облучение. Большинство происходящих с ДНК изменений недопустимы: они либо приводят к вредным мутациям, либо блокирую репликацию ДНК и вызывают гибель клеток. Поэтому все клетки имеют специальные системы исправления повреждений, репарации ДНК. Нарушение этих систем губительно. Принципы репарации ДНК у различных организмов сходны, поэтому эти принципы рассматриваются на примере E. coli, у которой они хорошо изучены.Цель

Рассмотреть репарации повреждений ДНК

ПОНЯТИЕ РЕПАРАЦИИРепарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки.

Системы репарации существуют не только у микроорганизмов, но также в клетках животных и человека, у которых они изучаются на культурах тканей. Известен наследственный недуг человека — пигментная ксеродерма, при котором нарушена репарация. Источники и типы повреждения ДНК *УФ излучения *Химические вещества, радиация *Ошибки репликации, ДНК * Апуринизация — отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова * Дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания

РЕПАРАЦИЯ НЕОБЪЕМНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ДНК

Прямое исправление поврежденийЧастая причина точечных мутаций у человека: это спонтанное добавление метильной группы — один из типов алкилирования. Такие модификации исправляются без разрушения цепи ДНК ферментами — гликозилазами. Фермент О-6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераз (MGMT) защищает клетку от токсических эффектов, производимых алкилирующими агентами, переводя для этого метильную группу из О-6-метилгуанин-ДНК в цистеиновый остаток в MGMT.

Эксцизионная репарация оснований (ЭРО) Основным механизмом удаления необъемных повреждений ДНК является ЭРО. Существует два основных пути ЭРО: «короткоза- платочный» (short-path) и «длиннозаплаточный» (long-path). В ходе «короткозаплаточного» пути про- исходит замещение только одного поврежденного ну- клеотида, тогда как при «длиннозаплаточном» уда- ляются 2–8 нуклеотидов .

ЭРО в коррекции нуклеотидов, спаренных с поврежденными основаниями ДНК Интересны механизмы предотвращения возникнове- ния мутаций и коррекции повреждений с помощью «мисматч»-специфичных ДНК-гликозилаз, уча- ствующих в удалении неповрежденных азотистых оснований, спаренных с поврежденными нуклеоти- дами.

Инцизионная репарация нуклеотидов (ИРН) Альтернативным путем удаления повреждений с участием АП-эндонуклеаз является инцизионная репарация нуклеотидов (ИРН, Nucleotide Incision Repair, NIR). В этом процессе удаление поврежденного нуклеотида происходит без участия ДНК-гликозилаз и без образования по- тенциально мутагенных промежуточных продук- тов – АП-сайтов.

Прямое восстановление структуры ДНК (ПВ) В удалении ряда «необъемных» повреждений так- же участвуют ферменты, способные непосредствен- но восстанавливать структуру азотистых оснований . К таким ферментам относятся диоксигеназы (окислительные деметилазы) семейства AlkB и алкил- трансферазы, участвующие в репарации алкилиро- ванных азотистых оснований ДНК

РЕПЛИКАЦИЯ ПОВРЕЖДЕННЫХ УЧАСТКОВ ДНК СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫМИ ДНК-ПОЛИМЕРАЗАМИ

Не все повреждения могут быть быстро удалены из генома ферментами репарации. Большое количество нерепарированных повреждений нарушают работу высокоточных репликативных ДНКП Pol α, Pol δ и Pol, блокируют репликацию, что приводит к остановке клеточного цикла, хромосомной нестабильности или гибели клеток. Важнейшим механизмом преодоления репликатив ного блока служит вовлечение в репликацию поврежденной ДНК спецДНКП, которые относятся к разным семействам и специализируются на репликации разных повреждений.

Основная функция Pol η в клетке состоит в эффективной и точной репликации через фотопродукты (тимин-тиминовые циклобутановые димеры) и защите клеток от ультрафиолетового из- лучения. Тем не менее, Pol η эффективно включает нуклеотиды напротив некоторых других «необъемных» повреждений.

Pol ζ состоит из четырех субъединиц: каталитической Rev3 и регуляторных Rev7, p50 и p66. Препараты Pol ζ из S. cerevisiae c высокой эффективностью про- должают синтез ДНК от некомплементарных концов праймеров и праймеров, спаренных с повреждениями.

В 2013 году была открыта спецДНКП нового типа – праймаза-полимераза PrimPol, которая обладает одновременно ДНК-полимеразной и праймазной активностями, но отличается от Pol α-праймазы способностью к инициации синтеза ДНК с использованием dNMP. PrimPol не относится ни к одному из семейств известных ДНКП эукариот, а принадлежит AEP-семейству праймаз. Нокаут гена PRIMPOL вызывает чувствительность клеток к повреждениям ДНК и замедляет скорость движения репликативной вилки в отсутствие экзогенных повреждающих фак- торов.

Источники

•  
  Алиханян С.И и др. Общая генетика. М., 1985

  Генетика. Под ред. Иванова В.И.М.,2006

  Скосарева Л.В., Лебедева Н.А., Лаврик О.И., Речкунова Н.И. // Молекуляр. биология. 2013. Т. 47. № 5. С. 731–742.

  Косова A.A., Лаврик О.И., Ходырева С.Н. // Молекуляр. биология. 2015. Т. 49. № 1. C. 67–74.

  Жестяников В.Д. Репликация ДНК и ее биологическое значение. Л.,1979