XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

SOS – репарация — форма индуцированной репарации, проявляющейся в способности клетки реагировать на большие повреждения ДНК (SOS-ответ). Сигналом для SOS-репарации является повреждение ДНК, препятствующие репликации ДНК и клеточному делению. [1]

Основная задача этой системы – пройти дефектный участок ДНК так, чтобы не нарушалась работа фермента репликации - ДНК - полимеразы. Итогом деятельности этой системы является спасение клетки от гибели на данном этапе и может обеспечить митоз, хотя повышается риск мутагенеза и гибели клетки. [2]

Система SOS – репарации в клетке активируется в тот момент, когда в ДНК появляются летальные дефекты, останавливающие работу фермента ДНК – полимеразы в процессе репликации. Этими дефектами могут быть пиримидиновые димеры, AP – сайты, одноцепочечные разрывы и другие. Эта система состоит из набора специфических белков - RecA, LexA, UmuD, UmuC и другие. Когда эти белки переходят в активное состояние, они способствуют формированию фермента полимеразы V, для которого характерна низкая комплементарность к материнской цепи ДНК. Эта особенность данного фермента позволяет ему интегрировать в дочернюю цепь нуклеотид, не комплементарный нуклеотиду материнской цепи, преодолевать место дефекта и продолжать процесс репликации. В неповрежденной молекуле ДНК экспрессия генов, ответственных за синтез фермента полимеразы V, блокируется белком LexA. [4]

Стадии SOS – репарации

1 – В нуклеотидной цепи ДНК образуется повреждение, непроходимое для фермента полимеразы III, и это ведет к остановке репликации.

3’ 5’

Полимераза – III

5’ 3’

Пиримидиновый димер

2 – Благодаря этим структурным перестройкам в клетке начинается синтез белка RecA (гомологом этого белка у человека является Rad51). Этот белок взаимодействует с белком LexA, который блокирует экспрессию генов, ответственных за синтез фермента полимеразы V. После этого запускается синтез белков, способствующих SOS - репарации.

3 - вновь синтезированный белок RecA спирализуется вокруг одноцепочечной ДНК, чтобы стабилизировать молекулу;

4 – происходит активация синтеза белков UmuD, UmuC и других.

5 - синтезированные белки UmuD и UmuC соединяются со спиралью, образованной RecA, и формируют комплекс (UmuD’) 2 – UmuC (полимераза V). Основная его задача – преодолеть сложный дефект без формирования бреши напротив дефекта. После привлечения комплекса (UmuD’) 2 – UmuC к месту повреждения он занимает место одного из структурных компонентов полимеразы V, начиная интенсивную полимеризацию случайных нуклеотидов на поврежденной цепи ДНК. Итогом данных структурных перестроек является повышение выживаемости клетки (SOS - репарация). Однако появление большого количества случайных нуклеотидов в цепи создают условия и для возникновения мутации (SOS - мутагенез).

Комплекс белков UmuD и UmuC со спиралью RecA

6 - после того, как поврежденный участок устранен, полимераза V отщепляется от цепи ДНК, и полимераза III вновь начинает свою работу, благодаря чему возобновляется процесс репликации.

Полимераза

Пиримидиновый димер

В ходе осуществления механизма SOS – репарации создаются условия для эволюции бактерий, так как происходит рекомбинация и становятся возможными различные мутации. SOS - системы участвуют в формировании бактериальной устойчивости к антибиотикам. Например, обработка бактерий антибактериальными препаратами группы фторхинолов ведет к ингибированию фермента ДНК - гиразы, что приводит к двунитевым разрывам ДНК. Комплекс белков RecBC обеспечивает сборку RecA - филамента на месте дефекта, что ведет к началу SOS - ответа. На одном из этапов гомологичной рекомбинации поврежденный фрагмент ДНК и матричная нить становятся доступными для воздействия SOS - индуцированных полимераз. Они несовершенны в своем действии и могут пропускать дефектные участки в молекуле ДНК и включать случайные нуклеотиды в дочернюю цепь. Из – за возникновения особых мутаций появляются бактерии, устойчивые к ингибированию фермента ДНК - гиразы.[3]

На основе современных исследований можно с уверенностью сказать, что SOS – система - далеко не единственная совокупность механизмов, помогающая бактериям адаптироваться к воздействию различных негативных факторов. Кроме того, эти системы взаимосвязаны между собой.[2]

Таким образом, можно сделать вывод, что репарация – это важнейший процесс, без которого невозможна нормальная жизнедеятельность организма и его структурная надежность. Если восстановительная способность отсутствует, то обнаруживаются болезни, становятся возможными отрицательные мутации и прочие отклонения. В настоящее время выделяют много заболеваний, причина которых кроется в сбоях работы систем репарации ДНК. Это, например, такие патологии, как синдром Кокейна, ксеродерма, неполипозный рак толстой кишки, трихотиодистрофия.

Используемая литература:

Тарантул В. Толковыйсловарьпомолекулярнойиклеточной биотехнологии. Русско-английский / Explanatory Dictionary of Molecular and Cellular Biotechnology: Russian-English: том 2 / В.Тарантул : Языкиславянскойкультуры. – 2016. - 1040 с.

Гуцол Л.О. Пострадиационное восстановление ДНК / Л.О. Гуцол, С.Ф.Непомнящих. – Иркутск: ИГМУ, 2015.- 55с.

Кребс Дж. Гены по Льюину / Дж. Кребс, Э. Голдштейн, С. Килпатрик. – Москва: Лаборатория знаний, 2017. - 919 с.

Абилев С.К. Мутагенез с основами генотоксикологии / С.К. Абилев, В. М. Глазер. – Москва: МГУ, 201. -360 с.

Код для цитирования: Скопировать