Репарация2009 March.pdf

Повреждение ДНК – это не мутация.Мутация – это наследственное изменениев нуклеотидной последовательностигенома организма.

Повреждение ДНК – это неотъемлемыйаспект жизни в биосфере.Большая часть повреждений ДНКвосстанавливается репаративнымисистемами.

Репарация генетических повреждений –свойство живых организмов восстанавливатьповреждения, возникшие в ДНК в результатеошибок репликации, а также при воздействииразнообразных эндогенных и экзогенныхмутагенных факторов.

Основные повреждения ДНК

Некоторые ферменты, участвующие в репарацииФерментЭндонуклеазыСвойстваГидролизуют фосфодиэфирную связьвнутри одной из цепей ДНК, образуяоднонитевой разрыв

Некоторые ферменты, участвующие в репарацииФерментЭндонуклеазыСвойстваГидролизуют фосфодиэфирную связьвнутри одной из цепей ДНК, образуяоднонитевой разрывЭкзонуклеазыУдаляют нуклеотиды по одному с 3’- или5’-конца полинуклеотидной цепи

Некоторые ферменты, участвующие в репарацииФерментЭндонуклеазыСвойстваГидролизуют фосфодиэфирную связьвнутри одной из цепей ДНК, образуяоднонитевой разрывЭкзонуклеазыУдаляют нуклеотиды по одному с 3’- или5’-конца полинуклеотидной цепиДНКполимеразыЗаполняют бреши, образованныеэкзонуклеазами

Некоторые ферменты, участвующие в репарацииФерментДНК-лигазаСвойстваВосстанавливает разорваннуюфосфодиэфирную связь

Некоторые ферменты, участвующие в репарацииФерментДНК-лигазаСвойстваВосстанавливает разорваннуюфосфодиэфирную связьДНК-хеликазыРасплетают цепи ДНК

Некоторые ферменты, участвующие в репарацииФерментДНК-лигазаСвойстваВосстанавливает разорваннуюфосфодиэфирную связьДНК-хеликазыРасплетают цепи ДНКДНКгликозилазыУдаляют поврежденное основание собразованием АП-сайта

Механизмы репарации1. Восстановление исходной структуры2. Эксцизионная репарацияа) Вырезание основанийб) Вырезание нуклеотидовв) Репарация неспаренных оснований3. Пострепликативная репарацияа) Рекомбинационная репарацияб) SOS-репарация – мутагенный или«ошибочный» путь репарации

Репарация ДНК путем восстановления нарушений

Репарация ДНК путем восстановления нарушений

Эксцизионная репарацияу E.coli

Эксцизионная репарацияу E.coli

Некоторые ферменты, участвующие в репарацииДНКгликозилазыУдаляют поврежденный нуклеотид собразованием АП-сайта

Вырезание поврежденных основанийОсуществляется гликозилазами.В результате образуется АП-сайт.АП-сайт распознается АП-эндонуклеазой, котораявводит в нить ДНК разрыв.Фосфодиэстераза отщепляет от ДНКсахарофосфатную группу, к которой неприсоединено основание.Брешь размеров в 1 н. застраивается ДНКполимеразойи концы ДНК соединяются ДНКлигазой.

Вырезание поврежденных основанийДНК-гликозилаза узнаетповрежденное основание иудаляет его. В результатеобразуется АП-сайт.

Вырезание поврежденных основанийАП-сайт распознаетсяАП-эндонуклеазой, котораявводит в нить ДНК разрыв.

Вырезание поврежденных основанийФосфодиэстераза отщепляетот ДНК сахарофосфатнуюгруппу, к которой неприсоединено основание.

Вырезание поврежденных основанийДНК-полимераза инициируетрепаративный синтез ДНК,удаляя с помощью 5’-3’-экзонуклеазной активностичасть поврежденной цепи.

Вырезание поврежденных основанийДНК-лигазазашивает разрыв.

Вырезание нуклеотидов у E.coliБелковый комплексUvrA-2UvrB-UvrC(эксисома) узнаетповрежденныйучасток (димер),присоединяется кнему и вносит дваоднонитевых разрывас обеих сторон отдимера.

Вырезание нуклеотидов у E.coliКороткий фрагментдлиной в 12нуклеотидоврасплетается спомощью хеликазиказы(UvrD)) и отсоединяется.

Эксцизионная репарация нуклеотидов у E.coliОбразовавшаяся брешьдлиной 12 нуклеотидовзастраивается ДНК-полимеразой I(репаративный синтезДНК).

Эксцизионная репарация нуклеотидов у E.coliЛигаза соединяет концы.

Эксцизионная репарация нуклеотидов у E.coliuvrA, uvrB, uvrC и uvrD -мутаторы

Репарация неспаренныхоснований

Репарация неспаренных основанийПеред репликацией ДНК находится в метилированнойформе, вновь синтезированная цепь - неметилирована

Основная роль в метилировании ДНК у E.coliпринадлежит метилазе DamРепликацияМетилирование

Репарация неспаренных основанийС неправильнымоснованиемсвязывается белокMutS, , с которымзатем связываютсябелки MutL и MutH.Образуетсярепарационныйкомплекс с затратой1 молекулыАТР.

Репарация неспаренных основанийБелок MutH разрезаетнеметилированнуюнить ДНК по сайтуGATC, которыйможет располагатьсяпо любую сторону отнеправильногооснования.

Репарация неспаренных основанийЗатем ДНК-хеликаза II(MutU=UvrD)расплетаетнадрезанную нитьДНК между надрезоми неспареннымоснованием (включаяего) и вытесняет ее изгетеродуплекса.

Репарация неспаренных основанийЗатем образовавшаясябрешь застраиваетсяДНК-полимеразой IIIв присутствии SSB-белка.Наконец, ДНК-лигазавосстанавливаетфосфодиэфирнуюсвязь.

Репарация неспаренных основанийЭкзонуклеаза I – 3’-5’-активностьЭкзонуклеаза VII – 5’-3’-активностьХеликаза II = UvrD=MutUdam, mutH, mutL, mutS, uvrD -мутаторы

Пострепликативнаярекомбинационнаярепарация

Пострепликативная рекомбинационная репарацияСинтез ДНК (ДНК-полимераза III)останавливается передучастком, содержащимповреждение ивозобновляется позади него.В результате участокдочерней цепи ДНК содержитбрешь длиной иногданесколько тысяч нуклеотидов.Эта брешь залечивается спомощью рекомбинации.

Пострепликативная рекомбинационная репарацияБелок RecAИз матричной(родительской) цепиДНК с помощью белкаRecA вырезаетсяучасток равный подлине бреши ивстраивается в брешь(рекомбинация).

Пострепликативная рекомбинационная репарацияБелок RecAТаким образомликвидируется брешь вдочерней нити,но при этом образуетсябрешь в материнской нити.

Пострепликативная рекомбинационная репарацияБелок RecAБрешь, оставшаяся послевырезания участка изматеринской нитизастраивается ДНК-полимеразами I и II(репаративный синтез).

Пострепликативная рекомбинационная репарацияБелок RecAЛигаза соединяет концы

SOS-репарация

SOS-репарация5’3’5’SOS-индукцияО - ошибка5’3’О5’ДНК-полимераза V(2UmuD’-UmuC)Функционирует при участиибелков RecA и SSBДНК-полимераза IV(DinB)

SOS-репарация5’3’5’3’ООшибки5’ 3’TAAGTCTGACCACATTCAGACCTGTG3’ 5’5’SOS-индукция5’О - ошибкаДНК-полимераза V(2UmuD’-UmuC)Функционирует при участиибелков RecA и SSBДНК-полимераза IV(DinB)

SOS-репарация5’3’5’5’3’ООшибки5’ 3’TAAGTCTGACCACATTCAGACCTGTG3’ 5’SOS-индукция5’ДНК-полимераза V(2UmuD’-UmuC)Функционирует при участиибелков RecA и SSBДНК-полимераза IV(DinB)

SOS-репарацияДНК-полимераза V(2UmuD’-UmuC)Функционирует при участиибелков RecA и SSBДНК-полимераза IV(DinB)В штаммах E.coli, дефектных по генамumuD’, umuC или dinB УФ-индуцированныймутагенез отсутствуетSOS-система является комплексной – в неёвовлечены продукты, по крайней мере,25 генов

Вывод:Процессы репарации являютсяодним из важнейших механизмовподдержания стабильностигенетического материала

Факт:Системы репарации не функционируютсо 100% эффективностью.В результате часть предмутационныхповреждений реализуется в мутации.

Поддержание стабильностигенетического материаланеобходимо не только в филогенезедля стабильного сохранения вида,но также и в онтогенезе.

Чувствительность uvr-мутантовE.coliк летальному действию некоторых мутагенов

Некоторые наследственные заболевания человека,вызванные нарушениями систем репарацииПигментнаяксеродермаНарушена эксцизионнаярепарация.Клинические проявления:- дерматозы под действием солнечного света- рак кожи- неврологические нарушения- дефекты роста и развития- преждевременное старение различных систем

Некоторые наследственные заболевания человека,вызванные нарушениями систем репарацииКлинические проявления:- умственная отсталость- повышенная фоточувствительность- ихтиоз (чешуйчатая кожа)- неврологические нарушения- дефекты роста и развитияТрихотиодистрофияНарушена эксцизионная репарация.

Некоторые наследственные заболевания человека,вызванные нарушениями систем репарацииСиндром БлумаПодавлен репаративный синтез.Дефект ДНК-хеликазы.Высокая частота хромосомныхаберраций.Клинические проявления:- задержка роста и развития- нарушения иммунной системы- предрасположенность к раковым заболеваниям- предрасположенность к инфекционнымзаболеваниям- свето-индуцируемое поражение капилляров кожи

Некоторые наследственные заболевания человека,вызванные нарушениями систем репарацииТелангиэктазия – расширениекапилляров.Атаксия-телангиэктазияПодавлен репаративный синтез.Высокая частота хромосомных аберраций.Высокая чувствительность к мутагенам.Клинические проявления:- неврологические дефекты (церебральная атаксия)- нарушения иммунной системы- предрасположенность к раковым заболеваниям- прогрессирующая умственная отсталость- спонтанные хромосомные аберрации

Рекомендуемая литератураСойфер В.Н. Репарация генетическихповреждений.Современное естествознание.Энциклопедия. Т.8, 32 - 42.