Επιδιόρθωση DNA

Γενικές πληροφορίες

Παράγοντες που βλάπτουν το DNA

Ακτινοβολία

1. Ιοντίζουσα ακτινοβολία (ακτίνες γάμμα, ακτίνες Χ)

2. Η υπεριώδης ακτινοβολία (ειδικά ~260 nm, σε αυτήν την περιοχή συμβαίνει η μέγιστη απορρόφηση του DNA)

Οι αντιδραστικές ρίζες οξυγόνου σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής κυτταρικής αναπνοής σε διάφορες βιοχημικές οδούς.
Περιβαλλοντικά χημικά.

Πολλοί υδρογονάνθρακες.

Χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στην αντικαρκινική χημειοθεραπεία.

Τύποι βλάβης του DNA

1. Και οι τέσσερις βάσεις στο DNA (A, T, C, G) μπορούν να τροποποιηθούν ομοιοπολικά σε διαφορετικές θέσεις.
Το πιο συνηθισμένο είναι η απώλεια μιας αμινομάδας (απαμίνωση) - σε αυτήν την περίπτωση, το C μετατρέπεται σε U.
Η λανθασμένη ενσωμάτωση των βάσεων συμβαίνει λόγω σφαλμάτων στη λειτουργία των πολυμερασών DNA κατά την αντιγραφή.
Η πιο κοινή προσθήκη είναι η ουρακίλη αντί για τη θυμίνη.
Παραβιάσεις της δομής.
Μπορεί να συμβούν σπασίματα στο DNA. Τα σπασίματα μπορεί να είναι μονόκλωνα ή και οι δύο κλώνοι DNA μπορούν να σπάσουν.

Η ιονίζουσα ακτινοβολία μπορεί να είναι μια κοινή αιτία τέτοιων ρήξεων.
Ένας ομοιοπολικός δεσμός μπορεί να σχηματιστεί μεταξύ γειτονικών βάσεων και ο δεσμός μπορεί να σχηματιστεί μεταξύ γειτονικών βάσεων στον ίδιο κλώνο ή μεταξύ δύο κλώνων DNA.
είδη βλάβης του DNA
αλλαγή μιας βάσης
απουρινοποίηση
αντικαθιστώντας το C με το Y
αντικαθιστώντας το Α με υποξανθίνη
αλκυλίωση βάσης
εισαγωγή ή διαγραφή ενός νουκλεοτιδίου
ενσωματώνοντας παρόμοια βάση
αλλαγή δύο βάσεων
σχηματισμός διμερών θυμίνης
διασταυρούμενη σύνδεση με ένα διλειτουργικό αλκυλιωτικό παράγοντα
σπάσιμο της αλυσίδας
ιοντίζουσα ακτινοβολία
ραδιενεργή καταστροφή των στοιχείων του πυρήνα
διασυνδέσεις
ανάμεσα στις βάσεις ενός νήματος ή δύο παράλληλων νημάτων
μεταξύ DNA και μορίων πρωτεΐνης, όπως οι ιστόνες

Επισκευή κατεστραμμένων βάσεων

Τα κατεστραμμένα θεμέλια μπορούν να επισκευαστούν με διάφορους τρόπους:
Άμεση χημική αποκατάσταση της ζημιάς.

Επισκευή εκτομής (ER), κατά την οποία αφαιρείται η κατεστραμμένη βάση και αντικαθίσταται με νέα. Υπάρχουν τρία μοντέλα επισκευής εκτομής, το καθένα χρησιμοποιεί το δικό του σύνολο ενζύμων.
Επισκευή εκτομής βάσης (BER).
Επιδιόρθωση νουκλεοτιδικής εκτομής (NER).
Επισκευή ασυμφωνίας (MMR).

Άμεση αποκατάσταση ζημιών.

Η πιο κοινή αιτία σημειακών μεταλλάξεων στον άνθρωπο είναι η αυθόρμητη προσθήκη μιας μεθυλομάδας, ενός τύπου αλκυλίωσης. Τέτοιες τροποποιήσεις διορθώνονται από ένζυμα που ονομάζονται γλυκοσυλάσες, τα οποία διορθώνουν το σφάλμα χωρίς να καταστρέφουν τον κλώνο του DNA.

Ορισμένα φάρμακα που χρησιμοποιούνται στη χημειοθεραπεία βλάπτουν επίσης το DNA μέσω αλκυλίωσης.
Το πρόβλημα με την επισκευή είναι ότι με ένα περιορισμένο σύνολο ενζύμων και μηχανισμών, το κύτταρο πρέπει να αντιμετωπίσει πολλές βλάβες που προκαλούνται από μια μεγάλη ποικιλία χημικών και φυσικών παραγόντων.

Επισκευή βασικής εκτομής (BER)

Κύρια βασικά γεγονότα:

1. Αφαίρεση κατεστραμμένης βάσης (συμβαίνει ~20.000 φορές την ημέρα σε κάθε κύτταρο του ανθρώπινου σώματος) γλυκοζυλάση DNA. Οι άνθρωποι έχουν τουλάχιστον 8 γονίδια που κωδικοποιούν διαφορετικές γλυκοζυλάσες DNA, καθένα από τα οποία αναγνωρίζει ένα διαφορετικό σύνολο βλαβών βάσης.
2. Η αφαίρεση του δεοξυριβοφωσφορικού έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό κενού στο DNA.
3. Αντικατάσταση με το σωστό νουκλεοτίδιο. Αυτή η λειτουργία στους ανθρώπους εκτελείται από την DNA πολυμεράση βήτα.
4. Σύνδεση του σπασίματος της αλυσίδας. Υπάρχουν δύο ένζυμα, και τα δύο απαιτούν ATP.

Επιδιόρθωση νουκλεοτιδικής εκτομής (NER)

Το NER διαφέρει από το BER με πολλούς τρόπους.
Χρησιμοποιώντας διάφορα ενζυμικά συστήματα.
Ακόμα κι αν το σφάλμα είναι σε ένα νουκλεοτίδιο, πολλά νουκλεοτίδια στην περιοχή της βλάβης αφαιρούνται ταυτόχρονα.

Κύρια βασικά γεγονότα του NER:
1. Η ζημιά αναγνωρίζεται από έναν ή περισσότερους παράγοντες που σχετίζονται με το σημείο της ζημιάς.
2. Το DNA ξετυλίγεται στο σημείο της βλάβης. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει
διάφοροι μεταγραφικοί παράγοντες IIH, TFIIH, (οι οποίοι επίσης λειτουργούν κατά τη διάρκεια της κανονικής μεταγραφής).
3. Το DNA κόβεται στα άκρα 3" και 5" της βλάβης, με αποτέλεσμα να αφαιρείται το θραύσμα DNA που περιέχει το κατεστραμμένο νουκλεοτίδιο.
4. Μια νέα αλυσίδα DNA ολοκληρώνεται χρησιμοποιώντας το πρότυπο μιας άθικτης αλυσίδας DNA από πολυμεράσες δέλτα ή έψιλον.
5. Οι λιγάσες διασυνδέουν το νεοσυντιθέμενο άκρο της αλυσίδας.

Xeroderma pigmentosum (XP)
Το XP είναι μια σπάνια κληρονομική ασθένεια του ανθρώπου που εκδηλώνεται με δερματικές βλάβες όταν εκτίθεται στο φως, η οποία τελικά οδηγεί στην ανάπτυξη καρκίνου του δέρματος και στο θάνατο του ασθενούς.
Η ασθένεια εμφανίζεται λόγω μεταλλάξεων σε γονίδια που εμπλέκονται στην επιδιόρθωση του NER. Για παράδειγμα:
Το XPA κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη που δεσμεύεται στο σημείο του τραυματισμού και βοηθά στη συναρμολόγηση του συμπλέγματος επισκευής.
XPB και XPD, τα οποία αποτελούν μέρη του μεταγραφικού παράγοντα TFIIH. Ορισμένες μεταλλάξεις στα XPB και XPD μπορεί επίσης να προκαλέσουν πρόωρη γήρανση.
Το XPF κόβει τον κλώνο DNA από το άκρο 5" της βλάβης.

Το XPG κόβει την αλυσίδα από το άκρο των 3".

Αποκατάσταση αναντιστοιχίας (MMR)

Η επιδιόρθωση ασυμφωνίας διορθώνει τις άθικτες άθικτες βάσεις που δεν σχηματίζουν κανονικό ζεύγος Watson-Crick (A T, C G). Τέτοια σφάλματα συμβαίνουν κατά τη λειτουργία της πολυμεράσης DNA κατά την αντιγραφή.
Η επιδιόρθωση ασυμφωνίας περιλαμβάνει ένζυμα που εμπλέκονται τόσο στην επιδιόρθωση του BER όσο και στο NER, καθώς και σε εξειδικευμένα ένζυμα.
Η σύνθεση DNA κατά την επιδιόρθωση ασυμφωνίας πραγματοποιείται από πολυμεράσες DNA δέλτα ή έψιλον.
Το σύστημα επιδιόρθωσης ασυμφωνιών εμπλέκεται στην αύξηση της ακρίβειας του ανασυνδυασμού κατά τη διάρκεια της μείωσης.

Επιδιόρθωση θραύσης DNA

Η ιονίζουσα ακτινοβολία και ορισμένες χημικές ουσίες μπορούν να σπάσουν έναν ή δύο κλώνους DNA.
Μονόκλωνα σπασίματα (SSB)
Τα σπασίματα σε έναν από τους κλώνους του DNA επιδιορθώνονται συχνά από ένζυμα που εμπλέκονται στην επιδιόρθωση του BER.
Διακοπές διπλού κλώνου (DSB)
Υπάρχουν δύο μηχανισμοί που μπορούν να εξαλείψουν τις θραύσεις του δίκλωνου DNA:
Απευθείας σύνδεση σπασμένων άκρων. Αυτή η διαδικασία απαιτεί ειδικές
ένζυμα που αναγνωρίζουν και συνδέουν τα σπασμένα άκρα και στη συνέχεια τα συρράπτουν μεταξύ τους. Εάν το σπασμένο DNA έχει αμβλεία άκρα και η ένωση δύο θραυσμάτων DNA συμβαίνει τυχαία, τότε αυτή η επιδιόρθωση ονομάζεται NHEJ. Η πρωτεΐνη Ku απαιτείται για το NHEJ. Το Ku είναι μια ετεροδιμερής υπομονάδα που αποτελείται από δύο πρωτεΐνες Ku70 και Ku80.
Τα σφάλματα που προκύπτουν κατά την άμεση προσάρτηση μπορεί να προκαλέσουν μετατοπίσεις.
Πολυνουκλεοτιδική λιγκάση- ανακαινισμένο μονοκύκλωμα Το DNA σπάει

Ομόλογος ανασυνδυασμός

Ο ομόλογος ανασυνδυασμός είναι ικανός να επιδιορθώσει τα σπασμένα άκρα των χρωμοσωμάτων χρησιμοποιώντας το DNA μιας άθικτης αδελφής χρωματίδης που διατίθεται μετά τον διπλασιασμό των χρωμοσωμάτων.
Τα γονίδια που απαιτούνται για τον ομόλογο ανασυνδυασμό είναι τα BRCA-1 και BRCA-2.

Γονιδιακή μετατροπή
Ο νέος δότης γονιδίου μπορεί να είναι:
ομόλογο χρωμόσωμα (κατά τη διάρκεια της μείωσης)
αδελφή χρωματίδα (επίσης κατά τη διάρκεια της μείωσης)
ένα διπλό γονίδιο στο ίδιο χρωμόσωμα (κατά τη διάρκεια της μίτωσης)

Διόρθωση σφαλμάτων που οφείλονται σε δραστηριότητα εξωνουκλεάσης 3'-5' της πολυμεράσης κατά την αντιγραφή (μόνο σε προκαρυώτες) (μετάλλαξη E. coli mutD-mutator-αλλαγή - υπομονάδα DNA-pol.III)
Διμερή θυμίνης, γονίδιο ενζύμου φωτολυάσης-phr (σε κατώτερους ευκαρυώτες)
Αφαίρεση συνδεδεμένων ομάδων αλκυλίου και μεθυλίου - τρανσφεράση Ο-6-μεθυλγουανίνης (γονίδιο ada) - αφαιρεί την Ο-6-μεθυλγουανίνη
excisional r. βάσεις [E.coli] [ανθρώπινος | αναγνώριση βλάβης Πρωτεΐνη XPA σε συνδυασμό με RPA | εμπλέκεται η μεταγραφή f-r. TFIIH (δραστηριότητα ελικάσης P52, P34, P44, P62, XPB-XPD) | ERCC1-XPF, XPG – νουκλεάσες, κόβουν το DNA και στις δύο πλευρές της βλάβης. | DNA πολυμεράση και βοηθητικό. Οι πρωτεΐνες RFC και PCNA καλύπτουν το χάσμα]
R. Η αζωτούχα βασική γλυκοζυλάση αφαιρεί βασική.
Θέση AP (απουρινική, απυριμιδινική) | Η ενδονουκλεάση AP αναγνωρίζει το χάσμα, το κόψιμο. 5' DNA
μετα-αναπαραγωγικός ρ. (PRR)
SOS-r. πρωτεϊνών συν. με πολυμεράση DNA, έγγρ. Το DNA χτίζεται απέναντι από τη ζημιά. DNA

Συντομογραφίες.
BER - Base Excision Repair

NER - Nucleotide Excision Repair
MMR - Επιδιόρθωση ασυμφωνίας
NHEJ - Μη ομόλογη Τελική Σύνδεση

Αποκατάσταση αναντιστοιχίας

Κατά τη διαδικασία αντιγραφής, ως αποτέλεσμα σφαλμάτων πολυμεράσης, μπορούν να εισαχθούν μη συμπληρωματικά νουκλεοτίδια, τα οποία μπορούν να οδηγήσουν σε μεταλλάξεις στον θυγατρικό κλώνο του DNA. Οι μη ζευγαρωμένες βάσεις αναγνωρίζονται από ένζυμα επιδιόρθωσης ασυμφωνίας και αντικαθιστούν τα αταίριαστα νουκλεοτίδια.

Τα ένζυμα αυτού του συστήματος εξασφαλίζουν ομόλογο ανασυνδυασμό, καθώς και διακοπή του κυτταρικού κύκλου ως απόκριση σε βλάβη του DNA.
Το σύστημα επιδιόρθωσης ασυμφωνίας E. coli, χρησιμοποιώντας τις πρωτεΐνες MutHLS, αναγνωρίζει και επιδιορθώνει όλα τα μη συμπληρωματικά ζεύγη βάσεων εκτός από το C–C. Επιπλέον, αυτό το σύστημα επιδιορθώνει μικρές εισαγωγές σε έναν από τους κλώνους DNA που προκύπτουν από σφάλματα αντιγραφής, το μήκος των οποίων δεν υπερβαίνει τα τέσσερα νουκλεοτίδια.
Τυπικά, το E. coli έχει μεθυλιωμένο DNA Φράγμα μεθυλάσηςανά τοποθεσία GATC. Ωστόσο, μετά την ολοκλήρωση της αντιγραφής, η θυγατρική αλυσίδα DNA παραμένει μη μεθυλιωμένη για κάποιο χρονικό διάστημα.
Αυτό το σύστημα μπορεί να ανασυσταθεί in vitro χρησιμοποιώντας
DNA με έναν μεθυλιωμένο κλώνο ως υπόστρωμα, στον οποίο προστίθενται καθαρισμένες πρωτεΐνες MutH, MutL, MutS, UvrD (ελικάση II), ολοένζυμο DNA πολυμεράσης III, DNA λιγάση, πρωτεΐνη SSB και μία από τις εξωνουκλεάσες: ExoI, ExoVII ή RecJ. Η διαδικασία επιδιόρθωσης ξεκινάει εισάγοντας ένα σπάσιμο μονής έλικος στον μη μεθυλιωμένο κλώνο κοντά στη μερικώς μεθυλιωμένη θέση GATC, που ακολουθείται από υδρόλυση του κλώνου DNA και πλήρωση του προκύπτοντος μονόκλωνου κενού. Σε αυτή την περίπτωση, η πρωτεΐνη MutS συνδέεται με λανθασμένα ζευγαρωμένα νουκλεοτίδια. Η πρωτεΐνη MutL δεν έχει ενζυματική δραστηριότητα, αν και αλληλεπιδρά με το MutS και είναι απαραίτητη για την ενεργοποίηση της MutH, μιας ενδονουκλεάσης που πραγματοποιεί σπασίματα DNA μονής έλικος. Έτσι, το σύμπλεγμα MutS–MutL, που συναρμολογείται σε μια θέση DNA με ένα λανθασμένο νουκλεοτίδιο, διεγείρει τη δραστηριότητα ενδονουκλεάσης (νικάσης) του MutH. Το σύστημα χωρίς κύτταρα δεν απαιτεί την παρουσία MutH παρουσία ρήξης μονής έλικος στο υπόστρωμα DNA. Το σύστημα επισκευής MutHLS μπορεί
χρησιμοποιήστε μερικώς μεθυλιωμένες αλληλουχίες GATC που βρίσκονται ανάντη και κατάντη της κατεστραμμένης περιοχής DNA. Ταυτόχρονα, στο
Εκτός από την ελικάση II, η εκτομή ενός νουκλεοτιδίου που περιλαμβάνεται λανθασμένα περιλαμβάνει μία από τις εξωνουκλεάσες: ExoI (3'-exo), ExoVII (3'- και 5'-exo) ή RecJ (5'-exo), ανάλογα με την θέση της θέσης GATC σε σχέση με το διορθωμένο νουκλεοτίδιο. Μετά την εκτομή νουκλεοτιδίου, το προκύπτον μονόκλωνο κενό γεμίζεται με ολοένζυμο DNA πολυμεράσης III παρουσία πρωτεΐνης SSB και λιγάσης DNA. Θα πρέπει να τονιστεί ότι η χρήση της πρωτεΐνης MutH και της μεθυλάσης Dam για την αναγνώριση του θυγατρικού κλώνου του αντιγραφόμενου DNA είναι μια μοναδική ιδιότητα των Gram-αρνητικών βακτηρίων. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια δεν μεθυλιώνουν τους κλώνους του DNA για σκοπούς σήμανσης. Όταν οι θέσεις GATC είναι πλήρως μεθυλιωμένες, το σύστημα επιδιόρθωσης MutHLS E. coli τροποποιεί τα αταίριαστα νουκλεοτίδια και στις δύο έλικες DNA με την ίδια αποτελεσματικότητα.
Το E. coli έχει τουλάχιστον άλλα δύο συγκεκριμένα
μονοπάτια για την επιδιόρθωση μη ταιριασμένων νουκλεοτιδίων. Το σύστημα VSP (πολύ σύντομη διαδρομή επιδιόρθωσης ενημερωμένης έκδοσης κώδικα) επιδιορθώνει μη συμπληρωματικά ζεύγη G–T, αντικαθιστώντας τα με G–C. Πιστεύεται ότι τέτοια ζεύγη σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της απαμίνωσης της 5-μεθυλκυτοσίνης σε θέσεις όπου τα υπολείμματα C μεθυλιώνονται με μεθυλάση Dcm. Με χαμηλότερη απόδοση, το ίδιο σύστημα αντικαθιστά τα ζεύγη G–U με G–C. Ένα άλλο εξαρτώμενο από το MutY σύστημα επισκευής εξαλείφει ειδικά τις συνέπειες της οξειδωτικής βλάβης στη γουανίνη. Εάν το dGTP οξειδωθεί για να σχηματίσει 8-οξο-dGTP, η πρωτεΐνη MutT διασπά το τελευταίο, εμποδίζοντας την ενσωμάτωσή του στο DNA. Εάν παρόλα αυτά περιλαμβάνεται απέναντι από το υπόλειμμα C, τότε η γλυκοζυλάση Fpg (MutM) αφαιρεί αυτήν την τροποποιημένη βάση. Στην περίπτωση που το 8-oxo-G παραμένει στο DNA, στον επόμενο γύρο αντιγραφής ζευγαρώνει με το A, και ως αποτέλεσμα μπορεί να συμβεί η μετατροπή G–C>T–A. Σε αυτή την περίπτωση, η πρωτεΐνη MutY δρα ως γλυκοζυλάση DNA, αφαιρώντας το υπόλειμμα Α από ένα εσφαλμένο ζεύγος και ως λυάση AP, εισάγοντας μια μονόκλωνη
κενό δίπλα στην τοποθεσία AP. Αυτό ακολουθείται από τις διαδικασίες που έχουν ήδη συζητηθεί παραπάνω σε σχέση με τη λειτουργία του συστήματος επισκευής BER. Η αλληλουχία των αντιδράσεων που περιλαμβάνει το MutY επιδιορθώνει επίσης μη συμπληρωματικά ζεύγη A-G και A-C για να σχηματίσουν ζεύγη C-G και G-C, αντίστοιχα. Η επιδιόρθωση των ασυμβίβαστων βάσεων στους ευκαρυώτες συμβαίνει όταν
τη συμμετοχή ενός συμπλέγματος πρωτεϊνών παρόμοιων με το βακτηριακό σύστημα MutHLS. Η ανθρώπινη πρωτεΐνη GTBP είναι ομόλογο της βακτηριακής πρωτεΐνης MutS και στη ζύμη η πρωτεΐνη Msh6 παίζει αντίστοιχο ρόλο. Η αναγνώριση αταίριαστων νουκλεοτιδίων στους ανθρώπους πραγματοποιείται από το ετεροδιμερές MSH2-GTBP. Τα ομόλογα MutL στα κύτταρα S. cerevisiae είναι οι πρωτεΐνες MLH1 και PMS2, οι οποίες υπάρχουν επίσης ως ετεροδιμερή σύμπλοκα. Οι μεταλλάξεις στα γονίδια που κωδικοποιούν αυτές τις πρωτεΐνες στον άνθρωπο συνοδεύονται από το σχηματισμό ενός μεταλλακτικού φαινοτύπου και την ανάπτυξη κληρονομικού μη πολυπωτικού καρκίνου του παχέος εντέρου (σύνδρομο HNPCC).

Άμεση αποκατάσταση

Υπάρχουν δύο κύριες οδοί για την επιδιόρθωση αλκυλιωμένων βάσεων: επισκευή εκτομής βάσης (BER) και επιδιόρθωση άμεσης εκτομής βάσης. Στο BER, οι γλυκοσυλάσες DNA διασπούν κυτταροτοξικές αλκυλιωμένες βάσεις στο DNA στο πρώτο βήμα με το σχηματισμό μιας θέσης AP και την επακόλουθη επεξεργασία της. Στην περίπτωση της άμεσης επιδιόρθωσης, εφαρμόζονται δύο μέθοδοι: επιδιόρθωση με αλκυλοτρανσφεράσες ή οξείδωση της αλκυλομάδας, σε Και στις δύο περιπτώσεις συμβαίνει αναγέννηση ανέπαφων βάσεων. Εάν η επιδιόρθωση λαμβάνει χώρα από αλκυλοτρανσφεράσες (στα θηλαστικά, μόνο η O6-αλκυλογουανίνη επιδιορθώνεται μέσω αυτής της οδού), τότε η τρανσφεράση O6-αλκυλογουανίνης (AGT) μεταφέρει μια μεθυλική ή αιθυλική ομάδα από την O6-αλκυλγουανίνη σε ένα από τα δικά της υπολείμματα κυστεΐνης . Μια πρωτεΐνη που αλκυλιώνεται ως αποτέλεσμα της δικής της δραστηριότητας αδρανοποιείται, αλλά μπορεί να χρησιμεύσει ως ρυθμιστής της δραστηριότητας του γονιδίου της και πολλών άλλων. Σε αντίθεση με τις αυτοκτονικές τρανσφεράσες O 6-μεθυλγουανίνης, οι οποίες ειδικά απομεθυλιώνουν εξαιρετικά μεταλλαξιογόνες και τοξικές
Η βλάβη της Ο6-μεθυλγουανίνης, η AlkB από το E. coli και τα ανθρώπινα αντίστοιχα hABH2 και hABH3 οξειδώνουν τις μεθυλομάδες της 1-μεθυλαδενίνης (1-meA) και της 3-μεθυλκυτοσίνης (3-meC) στο DNA για να αναγεννήσουν τις μη τροποποιημένες βάσεις αδενίνη και κυτοσίνη.

Τρανσφεράση Ο6-αλκυλογουανίνης

Η δραστικότητα της τρανσφεράσης της Ο6-αλκυλογουανίνης βρίσκεται στους περισσότερους οργανισμούς και παρεμβαίνει στη μεταλλαξιογόνο δράση της Ο6-αλκυλγουανίνης. Το AGT μετατρέπει την Ο6-αλκυλογουανίνη σε γουανίνη μεταφέροντας μια ομάδα αλκυλίου από το DNA σε ένα αντιδραστικό υπόλειμμα κυστεΐνης στην πρωτεΐνη σε μια μη αναστρέψιμη αντίδραση.

Αυτή η ομοιοπολική προσθήκη μιας αλκυλομάδας σε ένα υπόλειμμα κυστεΐνης απενεργοποιεί το ένζυμο. Επομένως, το AGT είναι ένα ένζυμο αυτοκτονίας που υφίσταται πρωτεολυτική αποικοδόμηση μετά από μία
αντιδράσεις τρανσαλκυλίωσης. Οι δομικές μελέτες αποκαλύπτουν ότι το ενεργό κέντρο του AGT βρίσκεται εντός του μεγαλύτερου μέρους του ενζύμου σε κάποια απόσταση από τη θέση δέσμευσης του DNA. Το ένζυμο πιστεύεται ότι «λειτουργεί» μέσω ενός μηχανισμού «αναστροφής νουκλεοτιδίων» για να φέρει τη βάση του υποστρώματος και την πυρηνόφιλη ενεργή θέση του AGT σε κοντινή απόσταση.

Η σημασία του AGT στην προστασία των θηλαστικών από τις τοξικές και μεταλλαξιογόνες επιδράσεις των αλκυλιωτικών παραγόντων έχει αποδειχθεί σε ποντίκια. Τα διαγονιδιακά ποντίκια που υπερέκφραζαν AGT εμφάνισαν σημαντικά χαμηλότερα ποσοστά έναρξης όγκου ως απόκριση στον παράγοντα μεθυλίωσης Ν-μεθυλ-Ν-νιτροζουρία, ενώ τα ποντίκια με έλλειψη AGT ήταν πολύ πιο ευαίσθητα στην έναρξη του όγκου και στις τοξικές επιδράσεις αυτού του παράγοντα. . Το AGT είναι ένα σημαντικό ένζυμο στην αντικαρκινική θεραπεία καθώς ανταγωνίζεται τις κυτταροτοξικές επιδράσεις της κατηγορίας αντικαρκινικών παραγόντων της χλωροαιθυλνιτροζουρίας (CENU), π.χ.
BCNU (Ν,Ν-δις(2-χλωροαιθυλ)Ν-νιτροζουρία) ή τεμοζολομίδιο. Έχει αποδειχθεί ότι η ποσότητα στην οποία η AGT είναι παρούσα στους όγκους καθορίζει σε μεγάλο βαθμό πόσο ευνοϊκό θα είναι το αποτέλεσμα της αντικαρκινικής θεραπείας με χρήση CENU. Το CENU αρχικά αντιδρά με την Ο6-καρβονυλομάδα της γουανίνης για να σχηματίσει την ένωση 4 , το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε N 1 , O 6 - αιθανογουανίνη 5 . Χημική ένωση 5 ανασυγκροτείται μέσα σε λίγες ώρες σε φυσιολογικά ενεργό ICL 6 . Το AGT παρεμβαίνει στο σχηματισμό 6 όταν αλληλεπιδρούν με 4 ή 5 , ανανέωση γουανίνης ή σχηματισμός προσθήκης πρωτεΐνης DNA 8 . Ελήφθη πειραματική επιβεβαίωση του σχηματισμού προσθήκης 8 , αλλά απομονώθηκε σε πολύ μικρή ποσότητα για τη λεπτομερή περιγραφή του. Κατά τη διάρκεια μιας βιοχημικής μελέτης αυτού του προβλήματος, εισήχθη Ν1,Ο6-αιθανοξανθίνη
9 ως σταθερό ανάλογο 5 στο DNA. Αιθανοξανθίνη 9 αντιδρά με το AGT για να σχηματίσει ένα σταθερό προϊόν προσθήκης DNA-πρωτεΐνης 7 . Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε τον σχηματισμό ενός ομοιοπολικά συνδεδεμένου προϊόντος προσθήκης AGT-DNA 10 σε μεγάλες ποσότητες, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της δομής του AGT που συνδέεται με το DNA. Η αλληλεπίδραση του AGT και της θεραπείας αλκυλίωσης οδήγησε στην αναζήτηση αναστολέων AGT που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θεραπεία του καρκίνου σε συνδυασμό με αλκυλιωτικούς παράγοντες. Μέχρι σήμερα έχουν δημιουργηθεί αναστολείς, κυρίως παράγωγα γουανίνης με υποκαταστάτες στη θέση Ο 6. O6-βενζυλγουανίνη 2 έχει βρεθεί ότι είναι ο τυπικός αναστολέας AGT με τον οποίο συγκρίνονται νέα μόρια. Η αποτελεσματικότητα του O 6 -BzG στην ενίσχυση της κυτταροτοξικότητας του CENU έχει αποδειχθεί σε ζωικά μοντέλα. Ο περιοριστικός παράγοντας αυτής της θεραπευτικής προσέγγισης είναι η τοξικότητα σε υγιή όργανα, εν μέρει στο μυελό των οστών. Μερικοί
Μια ομάδα επιστημόνων στοχεύει να παρακάμψει αυτό το πρόβλημα δημιουργώντας μια παραλλαγή ATG που είναι ανθεκτική στην αναστολή O 6 -BzG, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προστασία του μυελού των οστών χρησιμοποιώντας μεταφορά γονιδίων.

Οξειδοαναγωγάσες AlkB, hABH2 και hABH3

Ένας άλλος τρόπος άμεσης επιδιόρθωσης των αλκυλιωμένων βάσεων είναι η οξείδωση της αλκυλομάδας με την αναγέννηση μιας ανέπαφης αζωτούχου βάσης. Το ένζυμο AlkB στο Escherichia coli και δύο ανθρώπινα ανάλογα hABH2 και hABH3 απομεθυλιώνουν ειδικά την 1-μεθυλαδενίνη και την 3-μεθυλκυτοσίνη στο DNA. Αλλά σε αντίθεση με το AGT, αυτά τα ένζυμα έχουν ειδικότητα υποστρώματος που κατευθύνεται προς την επιφάνεια των ζευγών βάσεων G:C και A:T. Βλάβη στην 1-αλκυλαδενίνη
και η 3-μεθυλκυτοσίνη σχηματίζονται όταν η αδενίνη και η κυτοσίνη βρίσκονται σε μονόκλωνη δομή (κατά την αντιγραφή ή τη μεταγραφή) και είναι υποστρώματα για τα AlkB, hABH2 και hABH3. Οξειδώνουν τις μεθυλ ομάδες της 1-μεθυλαδενίνης (1-meA) και της 3-μεθυλκυτοσίνης (3-meC) στο DNA για να αναγεννήσουν τις αζωτούχες βάσεις αδενίνη και κυτοσίνη. Το AlkB έχει επίσης αποδειχθεί ότι προστατεύει από τοξικές βλάβες - προστίθεται με την ομάδα αιθυλίου και μετατρέπει την 1-αιθυλαδενίνη σε αδενίνη στο DNA, παράγοντας ακεταλδεΰδη ως αποτέλεσμα της αντίδρασης. Με αυτόν τον τρόπο, αποκαθίσταται η βλάβη στο γνωστό μεταλλαξιογόνο και καρκινογόνο αιθυλενοξείδιο, το οποίο σχηματίζεται ενδογενώς κατά τον μεταβολισμό του αιθυλενίου και χρησιμοποιείται ευρέως και ως υποκαπνιστικό για την αποστείρωση. Τα προϊόντα προσθήκης υδροξυαιθυλίου που παράγονται από το οξείδιο του αιθυλενίου βρίσκονται στο κυτταρικό DNA. Άλλα μικρά αλκυλιωτικά εποξείδια χρησιμοποιούνται επίσης σε μεγάλες ποσότητες στη χημική παραγωγή. Το AlkB έχει αποδειχθεί ότι μειώνει τις τοξικές επιδράσεις των παραγόντων που βλάπτουν το DNA που παράγουν υδροξυαιθυλένιο.
προϊόντα προσθήκης προπυλίου και υδροξυπροπυλίου. Το AlkB επιδιορθώνει τα αλκυλιωμένα τριφωσφορικά με 1-me-dATP ενεργά αλλά αναποτελεσματικά. Έχει προταθεί ότι αυτή η ικανότητα μπορεί να μειώσει το επίπεδο ενσωμάτωσης αλκυλιωμένων τριφωσφορικών κατά τη σύνθεση του DNA. Επιπλέον, το θραύσμα Klenow της DNA πολυμεράσης Ι στο Ε. coli μπορεί να χρησιμοποιήσει το 1-me-dATP ως πρόδρομο για τη σύνθεση DNA in vitro. Τα ανθρώπινα ένζυμα hABH2 και hABH3 απομεθυλίωσαν επίσης υπολείμματα 1-μεθυλαδενίνης στο πολυ(dA), αλλά ήταν αναποτελεσματικά σε βραχέα υποστρώματα. Έτσι, το hABH3 είχε πολύ χαμηλή δραστικότητα στο τριμερές d(Tp1-meApT), ενώ δεν ανιχνεύθηκε δραστηριότητα για το hABH2.

Το AlkB και τα ανθρώπινα αντίστοιχα αποτελούν μέρος της εξαρτώμενης από β-κετογλουταρικό/Fe(II) υπεροικογένειας διοξυγενασών και η διαδικασία επιδιόρθωσης περιλαμβάνει έναν συνδυασμό αποκαρβοξυλίωσης του β-κετογλουταρικού και οξειδωτικής απομεθυλίωσης της κατεστραμμένης βάσης. Οι βλάβες 1-meA και 3-meC σχηματίζονται κυρίως σε μονόκλωνο DNA και πιθανώς
εμφανίζονται στη διχάλα αντιγραφής και σε ενεργά μεταγραφόμενα γονίδια όπου μπορούν να μπλοκάρουν τις πολυμεράσες DNA και RNA. Στην πραγματικότητα, τα AlkB, hABH2 και hABH3 επιδιορθώνουν αυτές τις βλάβες στο μονόκλωνο DNA, αλλά η επιδιόρθωση λαμβάνει χώρα επίσης σε ολιγονουκλεοτίδια που συγκολλούνται στον συμπληρωματικό κλώνο μετά την αλκυλίωση. Η αποτελεσματικότητα της επιδιόρθωσης της 1-μεθυλαδενίνης από το AlkB δεν εξαρτάται από την πολυνουκλεοτιδική δομή, αλλά απαιτείται η παρουσία μιας νουκλεοτιδικής 5"-φωσφορικής ομάδας. ήταν αναποτελεσματικές σε κοντά υποστρώματα Επιπλέον, οι βλάβες που περιείχαν θετικό φορτίο (οι ριβονουκλεοσίδες 1-meA και 3-meC έχουν pKa = 9,3 και 9,6, αντίστοιχα) επιδιορθώθηκαν καλύτερα από τις μη φορτισμένες βάσεις (1-meG και 3-meT). Ωστόσο, δεδομένου ότι το 1-meG (και σε μικρότερο βαθμό το 3-meT) επισκευάστηκε από το AlkB, τότε το επίσημο θετικό φορτίο της βάσης δεν είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη λειτουργία του AlkB. Από αυτή την άποψη
Δεν είναι σαφές εάν αυτό το αποτέλεσμα οφείλεται στο ότι οι θετικά φορτισμένες βάσεις αναγνωρίζονται καλύτερα μέσω ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων με το AlkB ή εάν οι θετικά φορτισμένες βάσεις απλώς κάνουν το DNA καλύτερη αποχωρούσα ομάδα μετά την υδροξυλίωση της μεθυλικής ομάδας.

Συντομογραφίες:

• AGT - τρανσφεράση αλκυλγουανίνης
• BER - επισκευή εκτομής βάσης
• DNA - δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ
• RNA - ριβονουκλεϊκό οξύ
• BCNU - Ν,Ν-δις(2-χλωροαιθυλ)Ν-νιτροζουρία
• CENU - χλωροαιθυλνιτροζουρία
• O6-BzG-O6-βενζυλγουανίνη
• 1-meA - 1-μεθυλαδενίνη
• 1-meG - 1-μεθυλγουανίνη
• 3-meC - 3-μεθυλκυτοσίνη
• 3-meT - 3-μεθυλθυμίνη

Βιβλιογραφία:

» Orlando D. Scharer (2003) Angew. Chem. Int. Εκδ. 42, 2946-2974
» James C. Delaney και John M. Essigmann Μεταλλαξιγένεση, γονοτοξικότητα και επιδιόρθωση της 1-μεθυλαδενίνης, 3-αλκυλοκυτοσινών, 1-μεθυλγουανίνης και 3-μεθυλθυμίνης στο alkB Escherichia coli
» Pertti Koivisto, Tod Duncan, Tomas Lindahl και Barbara Sedgwick Ελάχιστο μεθυλιωμένο υπόστρωμα και εκτεταμένο εύρος υποστρώματος πρωτεΐνης Escherichia coli AlkB, μια διοξυγενάση 1-μεθυλαδενίνης-DNA*
» Duncan, T., Trewick, S. C., Koivisto, P., Bates, P. A., Lindahl, T. & Sedgwick, B. (2002) Proc. Natl. Ακαδ. Sci. ΗΠΑ 99, 16660-16665. 5. Aas, P. A., Otterlei, M., Falnes, P. O., Vagbo, C. B., Skorpen, F., Akbari, M., Sundheim, O., Bjoras, M., Slupphaug, G., Seeberg, E., et. al. (2003) Nature 421, 859-863.
" Hollis, Τ., Lau, Α., and Ellenberger, Τ. (2000) Mutat. Res. 460, 201-210
" Daniels, D. S., and Tainer, J. A. (2000) Mutat. Res. 460, 151-163
" Trewick, S. C., Henshaw, T. F., Hausinger, R. P., Lindahl, T., and Sedgwick, B. (2002) Nature 419, 174-178
» Falnes, P. O., Johansen, R. F., and Seeberg, E. (2002) Nature 419, 178-181
» Duncan, T., Trewick, S. C., Koivisto, P., Bates, P. A., Lindahl, T., and Sedgwick, B. (2002) Proc. Natl. Ακαδ. Sci. U.S.A. 99, 16660-16665
» Aas, P. A., Otterlei, M., Falnes, P. O., Vagbo, C. B., Skorpen, F., Akbari, M., Sundheim, O., Bjoras, M., Slupphaug, G., Seeberg, E. και Krokan , Η. Ε. (2003) Nature 421, 859-863
» Aravind, L., and Koonin, E. V. (2001) Genome Biology 2, 0007.1-0007.8
" Bodell, W. J., and Singer, Β. (1979) Biochemistry 18, 2860-2863
» Boiteux, S., and Laval, J. (1982) Biochimie (Paris) 64, 637-641
» Larson, Κ., Sahm, J., Shenkar, R., and Strauss, Β. (1985) Mutat. Res. 150, 77-84
» Dinglay, S., Trewick, S. C., Lindahl, Τ., and Sedgwick, Β. (2000) Genes Dev. 14, 2097-2105

Επιδιόρθωση θραύσης DNA

Φωτοεπανενεργοποίηση

Η απορρόφηση της ενέργειας της υπεριώδους ακτινοβολίας από τα μόρια του DNA οδηγεί στο σχηματισμό διαφόρων τύπων βλαβών. Αν και μπορεί να συμβούν σπασίματα μονής και διπλής αλυσίδας και διασταυρώσεις DNA-πρωτεΐνης, η πλειονότητα των βλαβών που προκαλούνται από την υπεριώδη ακτινοβολία οφείλεται στην τροποποίηση των αζωτούχων βάσεων, με το σχηματισμό διμερών κυκλοβουτάνης πυριμιδίνης (CPD) και φωτοπροϊόντων πυριμιδίνης-πυριμιδόνης (6 -4PP) είναι οι πιο συνηθισμένοι τύποι φωτοφθοράς.

Τα διμερή πυριμιδίνης είναι αναστολείς τόσο της αντιγραφής όσο και της μεταγραφής, γεγονός που επιβραδύνει την ανάπτυξη και οδηγεί σε μεταλλαξογένεση κατά την αντιγραφή του DNA, εάν αυτή η βλάβη παραμείνει μη επισκευασμένη.

Για να αφαιρέσουν τη βλάβη του DNA που προκαλείται από το φως, πολλοί οργανισμοί χρησιμοποιούν ένζυμα που συνδέονται ειδικά με την CPD (CPD φωτολυάση) ή το 6-4PP (6-4PP φωτολυάση) και διορθώνουν αυτές τις βλάβες. Οι φωτολυάσες CPD βρίσκονται σε βακτήρια, μύκητες, φυτά, ασπόνδυλα και πολλά σπονδυλωτά· φωτολυάσες 6-4PP βρίσκονται μέχρι στιγμής μόνο σε Drosophila, μεταξοσκώληκες, Xenopus laevis και κροταλίες, αλλά όχι σε Escherichia coli ή μαγιά. Οι φωτολυάσες δεν έχουν ανιχνευθεί σε ανθρώπους. Οι φωτολυάσες περιέχουν FAD ως καταλυτικό συμπαράγοντα και ένα επιπλέον χρωμοφόρο ως κεραία συλλογής φωτός.

Πρόσθετα χρωμοφόρα είναι είτε το 5,10-μεθενυλοτετραϋδροφολικό (MTHF) είτε η 8-υδροξυ-5-αποαζοριβοφλαβίνη (8-HDF), με μέγιστα απορρόφηση σε μήκη κύματος 380 και 440 nm, αντίστοιχα. Οι κρυσταλλικές δομές των φωτολυασών CPD από το E. coli και το Anacystis nidulans προτείνουν ότι για τη σύνδεση του DNA, τα ένζυμα περιστρέφουν το διμερές πυριμιδίνης από το διπλό σε ένα φρεάτιο που περιέχει τον καταλυτικό συμπαράγοντα. Ο δακτύλιος κυκλοβουτανίου στη συνέχεια διασπάται με μεταφορά ηλεκτρονίων που προκαλείται από το φως. Οι φωτολυάσες CPD αναγνωρίζουν εκλεκτικά τις CPD, παρόμοιες με τις πρωτεΐνες που δεσμεύουν το DNA. Το λευκό φως ή η ακτινοβολία UV-B επάγουν την έκφραση των φωτολυασών CPD. Σε αντίθεση με τις φωτολυάσες CPD, οι φωτολυάσες 6-4PP εκφράζονται σταθερά και δεν ρυθμίζονται ούτε από το λευκό φως ούτε από την ακτινοβολία UV-B.

Σχηματική αναπαράσταση φωτοαντιενεργοποίησης στη χρωματίνη. Τα οκταμερή Gitone είναι μπλε, το DNA είναι μαύρο. Η φωτολυάση συνδέεται με διμερή κυκλοβουτάνης πυριμιδίνης (CPDs), περιστρέφει το διμερές πυριμιδίνης και αναγεννά τις φυσικές πυριμιδίνες σε μια αντίδραση που εξαρτάται από το φως. Η φωτολυάση επιδιορθώνει κατά προτίμηση τα CPD στο DNA του δεσμού. Η επιδιόρθωση στα νουκλεοσώματα είναι αργή και πιθανώς διευκολύνεται από τις δυναμικές ιδιότητες των νουκλεοσωμάτων που μετακινούν τη βλάβη του DNA στην περιοχή του συνδετικού DNA.

Μια κατηγορία φωτολυασών ειδικών για CDP από μικροοργανισμούς, που ορίζονται ως φωτολυάσες κατηγορίας Ι, ήταν το πρώτο χαρακτηρισμένο μέλος της οικογένειας των φωτολυασών. Πρόσφατα ανακαλύφθηκε μια στενά συγγενής κατηγορία φωτολυασών 6-4 ειδικών για φωτοπροϊόντα· μέλη αυτής της οικογένειας έχουν βρεθεί σε Drosophila melanogaster, Xenopus laevis και Arabidopsis thaliana. Τα κρυπτοχρώματα, τα οποία είναι φωτοϋποδοχείς για το ιώδες τμήμα του φάσματος φωτός που βρίσκεται σε φυτά και άλλους οργανισμούς, σχετίζονται επίσης στενά με τις φωτολυάσες κατηγορίας Ι.

Μια πιο απομακρυσμένη οικογένεια φωτολυασών CPD, που ονομάζονται φωτολυάσες κατηγορίας II, έχει εντοπιστεί σε πολλά είδη, συμπεριλαμβανομένων των ζώων, των Archaebacterium, Eubacterium και ανώτερων φυτών. Όλες οι χαρακτηρισμένες φωτολυάσες έχουν αποδειχθεί ότι περιέχουν μειωμένη FAD και οι περισσότερες περιέχουν δευτερεύοντα χρωμοφόρα, ανάλογα με το είδος, είτε του MTHF είτε του 8-HDF. Ένας παρόμοιος μηχανισμός αντίδρασης έχει προταθεί και για τις δύο κατηγορίες φωτολυασών CPD. Το χρωμοφόρο MTHF ή 8-HDF είναι σαν μια κεραία που απορροφά το ιώδες φως και χρησιμοποιεί την απορροφούμενη ενέργεια για την αναγέννηση του FADH-.

Η σύνθεση του φυτικού συμπαράγοντα φωτολυάσης δεν είναι πλήρως κατανοητή, αν και πρόσφατα αποδείχθηκε ότι οι φωτολυάσες CPD από το Arabidopsis που περιέχουν μόνο FADH είχαν ενζυματική δράση.

Βιβλιογραφία:

» Fritz Thoma, Ανοιχτό και σκοτεινό στην επισκευή χρωματίνης: επιδιόρθωση βλαβών DNA που προκαλούνται από την υπεριώδη ακτινοβολία με επισκευή εκτομής φωτολυάσης και νουκλεοτιδίων, Institut fur Zellbiologie, ETH-Zurich, Honggerberg, CH-8093 Ζυρίχη, Ελβετία
» Χαρακτηρισμός των ενζύμων φωτολυάσης Arabidopsis και ανάλυση του ρόλου τους στην προστασία από την υπεριώδη ακτινοβολία Β, Wanda M. Waterworth 1, Qing Jiang, Christopher E. West, M. Nikaido και Clifford M. Bray

Ιστορία της ανακάλυψης

Βλάβη μονόκλωνου και δίκλωνου DNA

Η μελέτη της αποκατάστασης ξεκίνησε με το έργο του A. Kelner (Η.Π.Α.), ο οποίος ανακάλυψε το φαινόμενο της φωτοενεργοποίησης (PR) - μείωση της βλάβης σε βιολογικά αντικείμενα που προκαλούνται από τις υπεριώδεις (UV) ακτίνες με επακόλουθη έκθεση σε έντονο ορατό φως ( ελαφριά αποκατάσταση).

Επισκευή εκτομής

Η μετα-αντιγραφική επισκευή ανακαλύφθηκε στα κύτταρα E.Coli, δεν μπορεί να διασπάσει διμερή θυμίνης. Αυτός είναι ο μόνος τύπος επισκευής που δεν έχει στάδιο αναγνώρισης ζημιών.

Σημειώσεις

Ίδρυμα Wikimedia. 2010.

Δείτε τι είναι η "επισκευή DNA" σε άλλα λεξικά:

Επιδιόρθωση ελαττωμάτων στο DNA που προκύπτουν από μετάλλαξη ή ανασυνδυασμό. Διεξάγεται από ένα σύστημα επανορθωτικών ενζύμων, μερικά από τα οποία καθορίζουν το σημείο της βλάβης, άλλα το «κόβουν», άλλα συνθέτουν τις κατεστραμμένες περιοχές και άλλα... ... Λεξικό μικροβιολογίας

Επιδιόρθωση DNA- Διόρθωση "σφαλμάτων" στην πρωτογενή δομή του DNA ως αποτέλεσμα της δράσης ειδικών επισκευαστικών ενζύμων ... Σύντομο λεξικό βιοχημικών όρων

Επιδιόρθωση DNA- - Θέματα βιοτεχνολογίας EN Επιδιόρθωση DNA ... Οδηγός Τεχνικού Μεταφραστή

Επιδιόρθωση DNA- DNR reparacija statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis DNR struktūros atsikūrimas po pažeidimo. ατιτικμενύς: αγγλ. Επιδιόρθωση DNA rus. Επιδιόρθωση DNA... Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

ΕΠΙΣΚΕΥΗ DNA- Αποκατάσταση της αρχικής δομής στο μόριο DNA, δηλ. σωστή αλληλουχία νουκλεοτιδίων... Όροι και ορισμοί που χρησιμοποιούνται στην αναπαραγωγή, τη γενετική και την αναπαραγωγή ζώων εκτροφής

Επιδιόρθωση DNA- * Επιδιόρθωση DNA * Επιδιόρθωση DNA Ενζυματική διόρθωση σφαλμάτων στη νουκλεοτιδική αλληλουχία ενός μορίου DNA. Μηχανισμοί DNA σελ. προστατεύστε τις γενετικές πληροφορίες του σώματος από βλάβες που προκαλούνται από μεταλλαξιογόνους παράγοντες του περιβάλλοντος (π.χ. υπεριώδες,... ...

DNA-εξαρτώμενη από DNA πολυμεράση DNA πολυμεράση- εξαρτώμενη από DNA πολυμεράση DNA, πολυμεράση DNA * εξαρτώμενη από DNA πολυμεράση DNA, πολυμεράση DNA * εξαρτώμενη από DNA πολυμεράση DNA ή DNA πολυμεράση ένα ένζυμο που καταλύει τον πολυμερισμό (βλ.) τριφωσφορικών δεοξυριβονουκλεοσιδίων σε πολυμερές... ... Γενεσιολογία. εγκυκλοπαιδικό λεξικό

- (από την ύστερη λατ. reparatio αποκατάσταση), χαρακτηριστικό όλων των κυττάρων των ζωντανών οργανισμών, αποκατάσταση της αρχικής (εγγενούς) δομής του DNA σε περίπτωση παραβίασης του. Η βλάβη στη δομή του DNA μπορεί να οδηγήσει σε παρεμπόδιση της αντιγραφής του DNA (θανατηφόρα... ... Χημική εγκυκλοπαίδεια

Επιδιόρθωση: Η επιδιόρθωση του DNA είναι η ικανότητα των κυττάρων να επιδιορθώνουν χημικές βλάβες και σπασίματα στα μόρια του DNA. Οι αποζημιώσεις είναι μια μορφή οικονομικής ευθύνης ενός υποκειμένου του διεθνούς δικαίου για ζημίες που προκλήθηκαν ως αποτέλεσμα διεθνούς... ... Wikipedia

Ένα σύστημα ανίχνευσης και επιδιόρθωσης εισαγωγών, παραλείψεων και λανθασμένων ζευγαρώσεων νουκλεοτιδίων που συμβαίνουν κατά τη διαδικασία αντιγραφής και ανασυνδυασμού του DNA, καθώς και ως αποτέλεσμα ορισμένων τύπων βλάβης του DNA Το ίδιο το γεγονός της εσφαλμένης σύζευξης δεν επιτρέπει... ... Βικιπαίδεια

Βιβλία

• Μεθυλίωση DNA στα φυτά. Μηχανισμοί και βιολογικός ρόλος, B. F. Vanyushin. Αυτή η ανάγνωση ενός από τους πρωτοπόρους και διάσημους παγκόσμιους ηγέτες στη μελέτη της μεθυλίωσης του DNA σε διάφορους οργανισμούς εκθέτει λεπτομερώς την τρέχουσα κατάσταση του γενικού βιολογικού προβλήματος...

Κατεστραμμένο κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής βιοσύνθεσης του DNA στο κύτταρο ή ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε φυσικά ή χημικά αντιδραστήρια. Διεξάγεται από ειδικά ενζυμικά συστήματα του κυττάρου. Ορισμένες κληρονομικές ασθένειες (π.χ. ξηρόδερμα μελάγχρωση) σχετίζονται με διαταραχές των συστημάτων αποκατάστασης.

Ιστορία της ανακάλυψης

Η μελέτη της αποκατάστασης ξεκίνησε με το έργο του Άλμπερτ Κέλνερ (ΗΠΑ), ο οποίος το 1948 ανακάλυψε το φαινόμενο της φωτοενεργοποίησης - μείωση της βλάβης σε βιολογικά αντικείμενα που προκαλούνται από τις υπεριώδεις ακτίνες (UV) κατά την επακόλουθη έκθεση σε έντονο ορατό φως ( ελαφριά αποκατάσταση).

Οι R. Setlow, K. Rupert (ΗΠΑ) και άλλοι σύντομα διαπίστωσαν ότι η φωτοαντιδραστηριοποίηση είναι μια φωτοχημική διαδικασία που λαμβάνει χώρα με τη συμμετοχή ενός ειδικού ενζύμου και οδηγεί στη διάσπαση των διμερών θυμίνης που σχηματίζονται στο DNA κατά την απορρόφηση ενός κβαντικού UV.

Αργότερα, όταν μελετήθηκε ο γενετικός έλεγχος της ευαισθησίας των βακτηρίων στο υπεριώδες φως και την ιονίζουσα ακτινοβολία, ανακαλύφθηκε σκοτεινή επισκευή- την ικανότητα των κυττάρων να εξαλείφουν τη βλάβη στο DNA χωρίς τη συμμετοχή του ορατού φωτός. Ο μηχανισμός της σκοτεινής επιδιόρθωσης βακτηριακών κυττάρων που ακτινοβολήθηκαν με υπεριώδες φως προβλέφθηκε από τον A. P. Howard-Flanders και επιβεβαιώθηκε πειραματικά το 1964 από τους F. Hanawalt και D. Petitjohn (ΗΠΑ). Έχει αποδειχθεί ότι στα βακτήρια, μετά την ακτινοβόληση, αποκόπτονται κατεστραμμένα τμήματα DNA με αλλοιωμένα νουκλεοτίδια και επανασυντίθεται DNA στα προκύπτοντα κενά.

Συστήματα επιδιόρθωσης δεν υπάρχουν μόνο σε μικροοργανισμούς, αλλά και σε ζωικά και ανθρώπινα κύτταρα, στα οποία μελετώνται σε καλλιέργειες ιστών. Υπάρχει μια γνωστή κληρονομική ασθένεια στον άνθρωπο - η μελαγχρωματική ξηροδερμία, στην οποία η αποκατάσταση είναι εξασθενημένη.

Πηγές βλάβης στο DNA

Κύριοι τύποι βλάβης του DNA

Η δομή του συστήματος αποκατάστασης

Κάθε σύστημα επισκευής περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία:

• Η ελικάση DNA είναι ένα ένζυμο που «αναγνωρίζει» χημικά αλλοιωμένες θέσεις σε μια αλυσίδα και σπάει την αλυσίδα κοντά στη ζημιά.
• Η DNase (δεοξυριβονουκλεάση) είναι ένα ένζυμο που «κόβει» 1 αλυσίδα DNA (αλληλουχία νουκλεοτιδίων) σε έναν φωσφοδιεστερικό δεσμό και αφαιρεί το κατεστραμμένο τμήμα: η εξωνουκλεάση δρα στα τερματικά νουκλεοτίδια 3` ή 5`, η ενδονουκλεάση - σε νουκλεοτίδια άλλα από τα τερματικά.
• Η DNA πολυμεράση είναι ένα ένζυμο που συνθέτει το αντίστοιχο τμήμα της αλυσίδας DNA για να αντικαταστήσει το αφαιρεθέν.
• Η DNA λιγάση είναι ένα ένζυμο που κλείνει τον τελευταίο δεσμό σε μια πολυμερή αλυσίδα και έτσι αποκαθιστά τη συνέχειά του.

Είδη αποκατάστασης

Άμεση αποκατάσταση

Η άμεση επιδιόρθωση είναι ο απλούστερος τρόπος για την εξάλειψη της βλάβης στο DNA, η οποία συνήθως περιλαμβάνει συγκεκριμένα ένζυμα που μπορούν γρήγορα (συνήθως σε ένα βήμα) να εξαλείψουν την αντίστοιχη βλάβη, αποκαθιστώντας την αρχική δομή των νουκλεοτιδίων. Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, με τη μεθυλτρανσφεράση Ο6-μεθυλγουανίνης-DNA, η οποία αφαιρεί μια μεθυλική ομάδα από μια αζωτούχα βάση σε ένα από τα δικά της υπολείμματα κυστεΐνης.

Επισκευή εκτομής

Η επιδιόρθωση της εκτομής (αγγλ. εκτομή - κοπή) περιλαμβάνει την αφαίρεση κατεστραμμένων αζωτούχων βάσεων από το DNA και την επακόλουθη αποκατάσταση της φυσιολογικής δομής του μορίου κατά μήκος της συμπληρωματικής αλυσίδας. Το ενζυματικό σύστημα αφαιρεί μια σύντομη μονόκλωνη αλληλουχία δίκλωνου DNA που περιέχει αταίριαστα ή κατεστραμμένα βάσεις και τις αντικαθιστά συνθέτοντας μια αλληλουχία συμπληρωματική προς τον υπόλοιπο κλώνο.

Η επιδιόρθωση με εκτομή είναι η πιο κοινή μέθοδος για την επιδιόρθωση τροποποιημένων βάσεων DNA. Βασίζεται στην αναγνώριση μιας τροποποιημένης βάσης από διάφορες γλυκοσυλάσες, οι οποίες διασπούν τον Ν-γλυκοσιδικό δεσμό αυτής της βάσης με τη ραχοκοκαλιά σακχάρου-φωσφορικού του μορίου DNA. Ταυτόχρονα, υπάρχουν γλυκοσυλάσες που αναγνωρίζουν συγκεκριμένα την παρουσία ορισμένων τροποποιημένων βάσεων στο DNA (υδροξυμεθυλουρακίλη, υποξανθίνη, 5-μεθυλουρακίλη, 3-μεθυλαδενίνη, 7-μεθυλγουανίνη κ.λπ.). Για πολλές γλυκοσυλάσες, ο πολυμορφισμός που σχετίζεται με την αντικατάσταση ενός από τα νουκλεοτίδια στην κωδικοποιητική αλληλουχία του γονιδίου έχει τώρα περιγραφεί. Ένας αριθμός ισομορφών αυτών των ενζύμων έχει συσχετιστεί με αυξημένο κίνδυνο καρκίνου [Chen, 2003].

Η υψηλή σταθερότητα του DNA εξασφαλίζεται όχι μόνο από τη διατήρηση της δομής του και την υψηλή ακρίβεια αντιγραφής του, αλλά και από την παρουσία ειδικών συστημάτων στα κύτταρα όλων των ζωντανών οργανισμών αποζημιώσεις, εξαλείφοντας τη βλάβη του DNA που συμβαίνει σε αυτό.

Η δράση διαφόρων χημικών ουσιών, ιονίζουσας ακτινοβολίας και υπεριώδους ακτινοβολίας μπορεί να προκαλέσει τις ακόλουθες βλάβες στη δομή του DNA:

· βλάβη σε μεμονωμένες βάσεις (απαμίνωση που οδηγεί στη μετατροπή της κυτοσίνης σε ουρακίλη, της αδενίνης σε υποξανθίνη, αλκυλίωση βάσεων, συμπερίληψη αναλόγων βάσεων, εισαγωγή και διαγραφή νουκλεοτιδίων).

· βλάβη σε ζεύγη βάσεων (σχηματισμός διμερών θυμίνης).

· Διακοπές κυκλώματος (μονό και διπλό).

· σχηματισμός σταυροδεσμών μεταξύ βάσεων, καθώς και διασυνδέσεων DNA-πρωτεΐνης.

Μερικές από αυτές τις διαταραχές μπορεί να εμφανιστούν και αυθόρμητα, δηλ. χωρίς τη συμμετοχή επιζήμιων παραγόντων.

Οποιοσδήποτε τύπος βλάβης οδηγεί σε διαταραχή της δευτερογενούς δομής του DNA, η οποία προκαλεί μερικό ή πλήρη αποκλεισμό της αντιγραφής. Τέτοιες διαμορφωτικές διαταραχές χρησιμεύουν ως στόχοι για συστήματα επισκευής. Η διαδικασία αποκατάστασης της δομής του DNA βασίζεται στο γεγονός ότι οι γενετικές πληροφορίες αντιπροσωπεύονται στο DNA σε δύο αντίγραφα - ένα σε κάθε μια από τις κλώνους της διπλής έλικας. Χάρη σε αυτό, η βλάβη σε μία από τις αλυσίδες μπορεί να αφαιρεθεί από ένα επισκευαστικό ένζυμο και αυτό το τμήμα της αλυσίδας συντίθεται εκ νέου στην κανονική του μορφή λόγω των πληροφοριών που περιέχονται στην άθικτη αλυσίδα.

Επί του παρόντος, έχουν εντοπιστεί τρεις κύριοι μηχανισμοί επιδιόρθωσης του DNA: η φωτοαντίδραση, η εκτομή και η μετα-αντιγραφική επιδιόρθωση. Οι δύο τελευταίοι τύποι ονομάζονται επίσης σκοτεινή επισκευή.

Φωτοεπανενεργοποίησηαποτελείται από την πέψη από ένα ένζυμο φωτολυάση, που ενεργοποιούνται από το ορατό φως, διμερή θυμίνης που εμφανίζονται στο DNA υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας.

ΕκτομήΗ αποκατάσταση συνίσταται στην αναγνώριση της βλάβης του DNA, στην εκτομή της κατεστραμμένης περιοχής, στην επανασύνθεση του DNA χρησιμοποιώντας το πρότυπο της άθικτης αλυσίδας, στην αποκατάσταση της συνέχειας της αλυσίδας του DNA. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται επίσης επιδιόρθωση από τον τύπο της εκτομής-αντικατάστασης, ή πιο μεταφορικά, ο μηχανισμός «cut-patch». Η επισκευή εκτομής είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων και αποτελείται από:

1) "αναγνώριση" της ζημίας.

2) κοπή ενός κλώνου DNA κοντά στη βλάβη (τομή).

3) αφαίρεση της κατεστραμμένης περιοχής (εκτομή).

4) Ανασύνθεση DNA στη θέση της διαγραμμένης θέσης.

5) αποκατάσταση της συνέχειας της επισκευασμένης αλυσίδας λόγω του σχηματισμού φωσφοδιεστερικών δεσμών μεταξύ νουκλεοτιδίων
(Εικόνα 6.2)

Ρύζι. 6.2 Σχέδιο επισκευής εκτομής

Η αποκατάσταση ξεκινά με την προσάρτηση DNA-Ν-γλυκοζυλάσεςστην κατεστραμμένη βάση. Υπάρχουν πολλές DNA Ν-γλυκοζυλάσες ειδικές για διαφορετικές τροποποιημένες βάσεις. Τα ένζυμα διασπούν υδρολυτικά τον Ν-γλυκοσιδικό δεσμό μεταξύ της τροποποιημένης βάσης και της δεοξυριβόζης, αυτό οδηγεί στον σχηματισμό μιας θέσης AP (απουρινικό-απυριμιδινικό) στον κλώνο DNA (πρώτο βήμα). Η επισκευή τοποθεσίας AP μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο με τη συμμετοχή ενθέτες DNA, το οποίο προσθέτει μια βάση στη δεοξυριβόζη σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας. Σε αυτή την περίπτωση, δεν χρειάζεται να κόψετε τον κλώνο του DNA, να αφαιρέσετε το λανθασμένο νουκλεοτίδιο και να επιδιορθώσετε το σπάσιμο. Για πιο σύνθετη βλάβη στη δομή του DNA, είναι απαραίτητη η συμμετοχή ολόκληρου του συμπλέγματος των ενζύμων που εμπλέκονται στην επισκευή (Εικ. 6.2.): ΑΡ ενδονουκλεάσηαναγνωρίζει τη θέση AP και κόβει τον κλώνο του DNA κοντά του (στάδιο II). Μόλις συμβεί ένα διάλειμμα στο κύκλωμα, το AP εξωνουκλεάση, το οποίο αφαιρεί το θραύσμα DNA που περιέχει το σφάλμα (στάδιο III). DNA πολυμεράση βκαλύπτει το κενό που έχει προκύψει σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας (στάδιο IV). DNA λιγάσησυνδέει το 3¢ άκρο του νεοσυντιθέμενου θραύσματος με την κύρια αλυσίδα και ολοκληρώνει την αποκατάσταση της βλάβης (στάδιο V).

Μετα-αντιγραφικόΗ επιδιόρθωση ενεργοποιείται σε περιπτώσεις όπου η αποκατάσταση της εκτομής δεν μπορεί να αντιμετωπίσει την εξάλειψη όλων των βλαβών του DNA πριν από την αντιγραφή του. Σε αυτή την περίπτωση, η αναπαραγωγή κατεστραμμένων μορίων οδηγεί στην εμφάνιση DNA με μονόκλωνα κενά και η φυσική δομή αποκαθίσταται κατά τη διάρκεια του ανασυνδυασμού.

Τα συγγενή ελαττώματα του συστήματος αποκατάστασης είναι η αιτία κληρονομικών ασθενειών όπως η μελαγχρωματική ξηροδερμία, η αταξία-τελαγγειεκτασία, η τριχοθειοδυστροφία, η προγηρία.

ΕΠΙΣΚΕΥΗ DNA

Συστήματα αποκατάστασης

2 Επισκευή εκτομής. Παραδείγματα και τύποι

3 Επιδιόρθωση σφαλμάτων αντιγραφής DNA

4 Ανασυνδυασμένη (μετα-αντιγραφική) επιδιόρθωση σε βακτήρια

5 Αποκατάσταση SOS

Τα συστήματα επιδιόρθωσης DNA είναι αρκετά συντηρητικά στην εξέλιξη από βακτήρια στον άνθρωπο και έχουν μελετηθεί περισσότερο στο E. coli.

Δύο τύποι αποκατάστασης είναι γνωστοί:άμεσο και εκτομικό

Άμεση αποκατάσταση

Η άμεση επιδιόρθωση είναι ο απλούστερος τρόπος για την εξάλειψη της βλάβης στο DNA, η οποία συνήθως περιλαμβάνει συγκεκριμένα ένζυμα που μπορούν γρήγορα (συνήθως σε ένα στάδιο) να εξαλείψουν την αντίστοιχη βλάβη, αποκαθιστώντας την αρχική δομή των νουκλεοτιδίων.

1. Αυτό λειτουργεί, για παράδειγμα,Μεθυλτρανσφεράση Ο6-μεθυλγουανίνης DNA

(ένζυμο αυτοκτονίας), το οποίο αφαιρεί μια ομάδα μεθυλίου από μια αζωτούχα βάση σε ένα από τα δικά της υπολείμματα κυστεΐνης

Στο E. coli, μπορούν να συντεθούν έως και 100 μόρια αυτής της πρωτεΐνης σε 1 λεπτό. Μια πρωτεΐνη παρόμοια σε λειτουργία με τους ανώτερους ευκαρυώτες παίζει προφανώς σημαντικό ρόλο στην προστασία από τον καρκίνο που προκαλείται από εσωτερικούς και εξωτερικούς αλκυλιωτικούς παράγοντες.

DNA ένθετα

2. ενθέτες DNA

φωτολυάση

3. Τα διμερή θυμίνης «αποσυνδέονται» από άμεση αποκατάστασηπρωταγωνιστήςφωτολυάση, πραγματοποιώντας τον αντίστοιχο φωτοχημικό μετασχηματισμό. Οι φωτολυάσες του DNA είναι μια ομάδα ενζύμων που ενεργοποιούνται από το φως με μήκος κύματος 300 - 600 nm (ορατή περιοχή), για τα οποία έχουν ένα ειδικό φωτοευαίσθητο κέντρο στη δομή τους.

Είναι ευρέως διαδεδομένα στη φύση και βρίσκονται σε βακτήρια, μαγιά, έντομα, ερπετά, αμφίβια και ανθρώπους. Αυτά τα ένζυμα απαιτούν μια ποικιλία συμπαραγόντων (FADH, τετραϋδροφολικό οξύ κ.λπ.) που εμπλέκονται στη φωτοχημική ενεργοποίηση του ενζύμου. Η φωτολυσία του E. coli είναι μια πρωτεΐνη με μοριακό βάρος 35 kDa, στενά συνδεδεμένη με ολιγοριβονουκλεοτίδιο μήκους 10-15 νουκλεοτιδίωναπαραίτητο για την ενζυμική δραστηριότητα.

Παραδείγματα άμεσης αποκατάστασης

1. Μεθυλιωμένη βάσηΟ 6-mG διμεθυλιώνεται από το ένζυμο μεθυλοτρανσφεράσηΜεθυλτρανσφεράση Ο6-μεθυλγουανίνης DNA (ένζυμο αυτοκτονίας), το οποίο μεταφέρει μια ομάδα μεθυλίου σε ένα από τα υπολείμματά της

κυστεΐνη

2. Οι θέσεις AP μπορούν να επιδιορθωθούν με άμεση εισαγωγή πουρινών με τη συμμετοχή ενζύμων που ονομάζονταιενθέτες DNA(από το αγγλικό ένθετο - ένθετο).

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΟΣ ΑΜΕΣΗΣ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΖΗΜΙΑΣ ΣΤΟ DNA – μεθυλιωμένη βάση Ο6- mGαπομεθυλιώνεται από το ένζυμο μεθυλοτρανσφεράση, το οποίο μεταφέρει μια ομάδα μεθυλίου σε ένα από τα υπολείμματα αμινοξέων της κυστεΐνης.

3. Η φωτολυάση προσκολλάται στο διμερές θυμίνης και μετά από ακτινοβόληση αυτού του συμπλέγματος με ορατό φως (300-600 nm), το διμερές ξετυλίγεται

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΟΣ ΑΜΕΣΗΣ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΒΛΑΒΗΣ ΣΤΟ DNA – Φωτολυάση

προσκολλάται στο διμερές θυμίνης και, μετά από ακτινοβολία με το ορατό φάσμα φωτός, αυτό το διμερές ξετυλίγεται

Επισκευή εκτομής

(από το αγγλικό excision - cutting).

ΟΡΙΣΜΟΣ

Η επισκευή εκτομής περιλαμβάνει διαγραφήκατεστραμμένες αζωτούχες βάσεις από το DNA και επακόλουθη ανάκαμψηκανονική μοριακή δομή.

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ

Η αποκατάσταση της εκτομής συνήθως περιλαμβάνει πολλά ένζυμα και η ίδια η διαδικασία περιλαμβάνει

όχι μόνο κατεστραμμένο ,

αλλά και τα παρακείμενα νουκλεοτίδια .

ΣΥΝΘΗΚΕΣ

Η αποκατάσταση της εκτομής απαιτεί μια δεύτερη (συμπληρωματική) αλυσίδα DNA. Ένα γενικό απλοποιημένο διάγραμμα επισκευής εκτομής φαίνεται στο Σχ. 171.

ΒΗΜΑΤΑ

Το πρώτο βήμα στην επιδιόρθωση της εκτομής είναι η αφαίρεση μη φυσιολογικών αζωτούχων βάσεων. Καταλύεται από την ομάδαDNA-Ν-γλυκοζυλάση- ένζυμα που διασπούν τον γλυκοσιδικό δεσμό μεταξύ δεοξυριβόζης και αζωτούχου βάσης.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΣΗΜΕΙΩΣΗ:

UπρόσωποDNA-Ν-γλυκοσυλάσεςέχουν υψηλή ειδικότητα υποστρώματος: διαφορετικά ένζυμα αυτής της οικογένειας αναγνωρίζουν και κόβουν διάφορους ανώμαλους λόγους(8-οξογουανίνη, ουρακίλη, μεθυλπουρίνες κ.λπ.).

UβακτήριαDNA-Ν-γλυκοσυλάσεςδεν έχει τέτοια ειδικότητα υποστρώματος

ΚΟΙΝΗ ΕΝΖΥΜΑ ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗΣ ΕΚΤΟΜΗΣ

ΟΝΟΜΑ	ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ	ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ
DNA-Ν-γλυκοσυλάσες	εκτομή μη φυσιολογικών αζωτούχων βάσεων	διασπά τον γλυκοσιδικό δεσμό μεταξύ της δεοξυριβόζης και αζωτούχα βάση
ΑΡ ενδονουκλεάση	δημιουργεί συνθήκες για να λειτουργήσει το επόμενο ένζυμο - εξωνουκλεάσες	σπάει τη ραχοκοκαλιά σακχάρου-φωσφορικού του μορίου DNA στη θέση ΑΡ
εξωνουκλεάση	απελευθερώνει πολλά νουκλεοτίδια	αποκόπτει διαδοχικά πολλά νουκλεοτίδια από ένα κατεστραμμένο τμήμα ενός κλώνου DNA

ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΑ ΣΥΝΕΠΕΙΤΑ ΒΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΥ ΤΟΥ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ:

Ως αποτέλεσμα της δράσης DNA- Ν-γλυκοζυλάσησχηματίζεται μια θέση AP, η οποία προσβάλλεται από το ένζυμο ΑΡ ενδονουκλεάση. Σπάει τη ραχοκοκαλιά σακχάρου-φωσφορικού άλατος του μορίου DNA στη θέση AP και έτσι δημιουργεί συνθήκες για τη λειτουργία του επόμενου ενζύμου - εξωνουκλεάσες, το οποίο αποκόπτει διαδοχικά πολλά νουκλεοτίδια από το κατεστραμμένο τμήμα ενός κλώνου DNA.

Σε βακτηριακά κύτταρα ο κενός χώρος γεμίζει με τα αντίστοιχα νουκλεοτίδια με τη συμμετοχή DNA πολυμεράση Ι, προσανατολισμένο προς τον δεύτερο (συμπληρωματικό) κλώνο του DNA.

Δεδομένου ότι η DNA πολυμεράση Ι είναι ικανή να επεκτείνει το άκρο 3" ενός από τους κλώνους στη θέση θραύσης του δίκλωνου DNA και να αφαιρέσει νουκλεοτίδια από το άκρο 5" του ίδιου σπασίματος,

εκείνοι. συνειδητοποιώ “νικη εκπομπή” , αυτό το ένζυμο παίζει βασικό ρόλο στην επιδιόρθωση του DNA. Πραγματοποιείται η τελική ραφή των επισκευασμένων περιοχών DNA λιγάση.

Σε ευκαρυωτικά (θηλαστικά) κύτταρα

Η επιδιόρθωση της εκτομής DNA σε κύτταρα θηλαστικών συνοδεύεται από μια απότομη αύξηση της δραστηριότητας ενός άλλου ενζύμου -πολυ ΑρεΠολυμεράση R-ριβόζης . Αυτο συμβαινει ADP-ριβοζυλίωση πρωτεϊνών χρωματίνης(ιστόνες και μη ιστονικές πρωτεΐνες), γεγονός που οδηγεί σε αποδυνάμωση της σύνδεσής τους με το DNA και ανοίγει την πρόσβαση σε επισκευαστικά ένζυμα.

Δότης ADP-ριβόζηδρα σε αυτές τις αντιδράσειςNAD+, τα αποθέματα των οποίων εξαντλούνται σε μεγάλο βαθμό κατά την αποκατάσταση ζημιών που προκαλούνται από την ακτινοβολία με ακτίνες Χ:

Αρνητικά φορτισμένα υπολείμματα ADP-ριβόζηαπό την εσωτερική σύνθεση του μορίου NAD+προσθήκη μέσω ριζοσπαστικούγλουταμίνηοξύ ή φωσφοσερίνησε πρωτεΐνες χρωματίνης, γεγονός που οδηγεί σε εξουδετέρωση των θετικών φορτίων αυτών των πρωτεϊνών και εξασθένηση της επαφής τους με το DNA.

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΜΙΑ ΟΜΑΔΑ ΕΝΖΥΜΩΝ

DNA γλυκοζυλάσες

διασπά τον γλυκοσιδικό δεσμό μεταξύ της δεοξυριβόζης και της αζωτούχου βάσης

που έχει ως αποτέλεσμα την εκτομή μη φυσιολογικών αζωτούχων βάσεων

DNA γλυκοζυλάσες εμπλέκονται στην εξάλειψη της οξειδωτικής βλάβης του DNA στα κύτταρα προκαρυώτες και ευκαρυώτες, είναι πολύ διαφορετικοί και διαφέρουν ως προς την εξειδίκευση του υποστρώματος, τη χωρική δομή και τις μεθόδους αλληλεπίδρασης με το DNA.

Οι πιο μελετημένες γλυκοζυλάσες DNA περιλαμβάνουν:

ενδονουκλεάση III(EndoIII),

σχηματίζει γλυκοζυλάση DNA αμιδοπυριμιδίνης (Fpg),

Mut TΚαι

Mut Ycoli.

Ενδονουκλεάση IIIΤο E. coli «αναγνωρίζει» και συγκεκριμένα αποκόπτεται από το DNA οξειδώθηκε βάσεις πυριμιδίνης.

Αυτό το ένζυμο είναι μια μονομερής σφαιρική πρωτεΐνη που αποτελείται από 211 αμινοξέαυπολείμματα (γραμμομοριακή μάζα 23,4 kDa). Το γονίδιο που κωδικοποιεί το Endo III έχει προσδιοριστεί η αλληλουχία του και η νουκλεοτιδική του αλληλουχία έχει προσδιοριστεί. Endo III είναι πρωτεΐνη θείου σιδήρου [(4 Fe-4S )2+ πρωτεΐνη] που έχει το στοιχείο υπερδευτερογενής δομήΤύπος «ελληνικό κλειδί» (σπιράλ - φουρκέτα - σπιράλ), χρησιμεύει για τη σύνδεση με το DNA. Ένζυμα με παρόμοια εξειδίκευση υποστρώματος και παρόμοιες αλληλουχίες αμινοξέων έχουν επίσης απομονωθεί από βόεια και ανθρώπινα κύτταρα.

Σχηματίζουν γλυκοζυλάση DNA αμιδοπυριδίνης Το E. coli «αναγνωρίζει» και διασπά οξειδωμένες ετεροκυκλικές ενώσεις από το DNA πουρινικές βάσεις .

ΣΧΕΔΙΟ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΕΚΤΟΣΗΣ ΣΤΑΔΙΟ 1

DNAΝ

ΣΧΕΔΙΟ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΕΚΤΟΣΗΣ

1 DNAΝΗ γλυκοσιδάση αφαιρεί την κατεστραμμένη βάση

Η ενδονουκλεάση AP διασπά το DNA

2 Η εξωνουκλεάση αφαιρεί έναν αριθμό νουκλεοτιδίων

3 DNA πολυμεράση γεμίζει την κενή περιοχή με συμπληρωματική

μονονουκλεοτίδια

Η DNA λιγάση ράβει τον επιδιορθωμένο κλώνο DNA μαζί

Mut T- μια μικρή πρωτεΐνη με μοριακό βάρος 15 kDa με δραστηριότητα νουκλεοσιδικής τριφωσφατάσης, η οποία είναι κυρίως υδρολύει το dGTP σε dGMP και πυροφωσφορικό.

Ο βιολογικός ρόλος του Mut T είναι η πρόληψη του σχηματισμού μη κανονικών ζευγών κατά την αναπαραγωγήΑ:ΓΚαι Α: 8-οξο-Γ.

Τέτοια ζεύγη μπορούν να εμφανιστούν όταν οξειδωμένη μορφή

dGTP (8-oxo-dGTP)γίνεται υπόστρωμα DNA πολυμεράσες.

Mut Tυδρολύεται 8-οξο-dGTP10 φορές πιο γρήγορα από το dGTP.

Κάνει 8-οξο-dGTPτο πιο προτιμώμενο υπόστρωμαMutΤκαι εξηγεί τον λειτουργικό του ρόλο.

Mut Yείναι μια ειδική γλυκοζυλάση DNA αδενίνης που διασπά τον Ν-γλυκοσιδικό δεσμό μεταξύ αδενίνης και δεοξυριβόζης αδενοσίνη,σχηματίζοντας ένα μη κανονικό ζεύγος με τη γουανίνη.

Ο λειτουργικός ρόλος αυτού του ενζύμου είναι να αποτρέπει τη μετάλλαξη

T:A - G:A από διάσπαση του ανέπαφου υπολείμματος αδενίνηαπό το ζεύγος βάσεων Α: 8-οξο-Γ.

Επιδιόρθωση εκτομής νουκλεοτιδίων

(Μηχανισμός που εξαρτάται από το ATP για την αφαίρεση βλάβης στο DNA)

Πρόσφατα, στην επιδιόρθωση της εκτομής, έχει δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στον εξαρτώμενο από το ATP μηχανισμό για την αφαίρεση βλαβών από το DNA. Αυτός ο τύπος επιδιόρθωσης εκτομής ονομάζεται επιδιόρθωση εκτομής νουκλεοτιδίων (NER).

Περιλαμβάνει ΔΥΟ ΣΤΑΔΙΑ :

1. αφαίρεση από το DNAθραύσματα ολιγονουκλεοτιδίων που περιέχει ζημιές και

Εξνουκλεάση

2. μετέπειτα αναδόμηση της αλυσίδας του DNA με τη συμμετοχή ενός συμπλέγματος ενζύμων (νουκλεάσες, πολυμεράσες DNA, λιγάσες DNA κ.λπ.).

Γίνεται αφαίρεση ενός θραύσματος DNA και στις δύο πλευρές του κατεστραμμένουνουκλεοτίδιο. Το μήκος των αφαιρεθέντων ολιγονουκλεοτιδικών θραυσμάτων διαφέρει μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών.

Αφαίρεση θραύσματος DNA από προκαρυώτες

Έτσι, σε E. coli, B. subtilus, Micrococcus luteus, ένα μήκος θραύσματος 12-13 νουκλεοτίδια,

Αφαίρεση θραύσματος DNA σε ευκαρυώτες

και σε μαγιά, αμφίβια και ανθρώπους - ένα θραύσμα που αποτελείται από 24-32 νουκλεοτίδια.

Εξνουκλεάση– ένα ένζυμο που αφαιρεί θραύσματα DNA

Η διάσπαση ενός θραύσματος DNA πραγματοποιείται από ένα ένζυμοεξνουκλεάση(αποκλεάση). Στο E. coli, αυτό το ένζυμο αποτελείται από 3 διαφορετικά πρωτομερή -

uvrA

uvr B

uvr C

καθένα από τα οποία εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία κατά τη διάσπαση εκτομής ενός θραύσματος DNA. Τα ονόματα αυτών των πρωτεϊνών δίνονται από τα πρώτα γράμματα των λέξεων«επισκευή υπεριώδους».

Protomer uvr Aέχει δράση ΑΤΡάσης, συνδέεται με το DNA με τη μορφή διμερούς, πραγματοποιώντας

αρχική αναγνώριση της βλάβης και

δέσιμοuvr B

Protomer uvr Bέχει:

1 . Λανθάνων Δραστηριότητα ATPάσης και λανθάνουσας ελικάσης, απαραίτητη για την αλλαγή των διαμορφώσεων και το ξετύλιγμα της διπλής έλικας του DNA.

2. Ενδονουκλεάση δραστηριότητα, διάσπαση του διανουκλεοτιδικού (φωσφοδιεστερικού) δεσμού απόΖ"-τέλοςπελεκημένο θραύσμα.

Protomer uvr Cενεργεί σαν ενδονουκλεάση, εισάγοντας ένα σπάσιμο στον κλώνο DNA που επισκευάζεται με5" τελειώνεικομμένο θραύσμα.

Έτσι, πρωτομερήuvr A, uvr B, uvr Cαλληλεπιδρούν με το DNA σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία, πραγματοποιώντας μια εξαρτώμενη από το ATP αντίδρασηδιάσπαση ενός ολιγονουκλεοτιδικού θραύσματος από τον κλώνο DNA που επισκευάζεται.

Το κενό που προκύπτει στο μόριο DNA αποκαθίσταται με τη συμμετοχή της DNA πολυμεράσης Ι και της DNA λιγάσης. Ένα μοντέλο επιδιόρθωσης εκτομής που περιλαμβάνει τα παραπάνω ένζυμα φαίνεται στο Σχ. 172.

Επισκευές εκτομής σε ανθρώπους

Οι επισκευές εκτομής σε ανθρώπους εξαρτώνται επίσης από το ATP και περιλαμβάνουντρία κύρια στάδια :

αναγνώριση ζημίας,

κοπή διπλού κλώνου DNA

αναγωγική σύνθεση και

απολίνωση του επισκευασμένου κλώνου.

Ωστόσο, η επιδιόρθωση της εκτομής του ανθρώπινου DNA περιλαμβάνει

25 διαφορετικά πολυπεπτίδια ,

16 εκ των οποίων συμμετέχουν στη διάσπαση του ολιγονουκλεοτιδικού θραύσματος, όντας πρωτομερήεξνουκλεάσες,

και το υπόλοιπο 9 πραγματοποιήσει τη σύνθεση του επισκευασμένου τμήματος του μορίου.

Στο σύστημα επιδιόρθωσης του DNA στον άνθρωπο, οι πρωτεΐνες μεταγραφής παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο -

RNA πολυμεράση II Και

TF Δευτ- ένας από τους έξι κύριους παράγοντες μεταγραφής ευκαρυωτες.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η αποκατάσταση της εκτομής σε προκαρυώτες, όπως και στους ευκαρυώτες, εξαρτάται από τη λειτουργική κατάσταση του DNA:

Το μεταγραμμένο DNA επισκευάζεται πιο γρήγορα

παρά μεταγραφικά αδρανής.

Αυτό το φαινόμενο εξηγείται από τους ακόλουθους παράγοντες:

δομή χρωματίνης,

ομολογία των αλυσίδων των μεταγραμμένων τμημάτων DNA,

την επίδραση της βλάβης του κλώνου και την επίδρασή της στην RNA πολυμεράση.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΣΗΜΕΙΩΣΗ:

DNA CODING CHAIN ​​(αλυσίδα αποθήκευσης πληροφοριών)

DNA MATRIX CHAIN ​​(οι πληροφορίες αντιγράφονται από αυτό)

Είναι γνωστό ότι τόσο μεγάλες ζημιές όπως σχηματισμός διμερών θυμίνης, μπλοκάρουν τη μεταγραφή τόσο σε βακτήρια όσο και σε ανθρώπους, εάν εμφανιστούν αλυσίδα μήτρας DNA (βλάβη σε κωδικοποίησηαλυσίδες δεν επηρεάζουνστο μεταγραφικό σύμπλεγμα). Η RNA πολυμεράση σταματά στη θέση της βλάβης του DNA και εμποδίζει τη λειτουργία του συμπλέγματος μεταγραφής.

Συντελεστής σύνδεσης μεταγραφής-επιδιόρθωσης (TRCF) .

Στο E. coli, η αυξημένη μεταγραφική αποκατάσταση μεσολαβείται από μια ειδική πρωτεΐνη -παράγοντας σύνδεσης μεταγραφής-επιδιόρθωσης (TRCF) .

Αυτή η πρωτεΐνη προάγει :

1. αποκόλληση RNA πολυμεράσης από DNA

2. διεγείρει ταυτόχρονα το σχηματισμό συμπλόκου πρωτεϊνών,

Εκτέλεση αποκατάστασης της κατεστραμμένης περιοχής.

Μόλις ολοκληρωθεί η επισκευή, η RNA πολυμεράση επιστρέφει στην αρχική της θέση και η μεταγραφή συνεχίζεται (βλ. σχήμα).

Έτσι το γενικό σχήμα επισκευής εκτομής

1. DNA-Ν -Η γλυκοσυλάση αφαιρεί την κατεστραμμένη βάση

2. Η ενδονουκλεάση AP σπάει την αλυσίδα του DNA

3. Η εξωνουκλεάση αφαιρεί έναν αριθμό νουκλεοτιδίων

4. Η πολυμεράση DNA γεμίζει την κενή περιοχή

Συμπληρωματικά νουκλεοτίδια

5. Η DNA λιγάση ράβει τον επιδιορθωμένο κλώνο DNA μεταξύ τους

Επιδιόρθωση σφάλματος αντιγραφής DNA

με μεθυλίωση

Σφάλματα στο ζευγάρωμα αζωτούχων βάσεων κατά την αντιγραφή του DNA συμβαίνουν αρκετά συχνά (σε βακτήρια, μία φορά ανά 10 χιλιάδες νουκλεοτίδια), με αποτέλεσμαστον θυγατρικό κλώνο του DNA περιλαμβάνονται νουκλεοτίδια που δεν είναι συμπληρωματικά με τα νουκλεοτίδια της μητρικής αλυσίδας -αναντιστοιχίες(αγγλ. αναντιστοιχία ν ε αντιστοιχούν).

Αν καιDNA πολυμεράση Ιτα προκαρυωτικά έχουν την ικανότητα να αυτοδιορθώνουν, τις προσπάθειές τους να εξαλείψουν λανθασμένα συνδεδεμένα νουκλεοτίδια μερικές φορές δεν αρκούν, και στη συνέχεια κάποια λανθασμένα (μη συμπληρωματικά) ζεύγη παραμένουν στο DNA.

Σε αυτήν την περίπτωση, η επισκευή πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ένα συγκεκριμένο σύστημα που σχετίζεται μεΜεθυλίωση DNA . Η δράση αυτού του συστήματος επιδιόρθωσης βασίζεται στο γεγονός ότι μετά την αντιγραφή, μετά από ορισμένο χρόνο (αρκετά λεπτά), το DNA υφίσταται μεθυλίωση.

Στο E. coli μεθυλιωμένοως επί το πλείστον αδενίνη με την εκπαίδευση

Ν6-μεθυλ-αδενίνη (N6-mA).

Μέχρι αυτό το σημείο, πρόσφατα συντίθεται(θυγατρική)η αλυσίδα παραμένει μη μεθυλιωμένη.

Εάν μια τέτοια αλυσίδα περιέχει ασύζευκτα νουκλεοτίδια, τότε υφίσταται επιδιόρθωση: Έτσιη μεθυλίωση σηματοδοτεί το DNA και

περιλαμβάνει σύστημα διόρθωσης σφαλμάτων αντιγραφή.

Σε αυτό το σύστημα επισκευής, αναγνωρίζονται ειδικές κατασκευές:

ακολουθίαG-N6-mA-T-CΚαι Επόμενοπίσω από αυτό υπάρχει παραμόρφωση

στη διπλή έλικα όπου δεν υπάρχει συμπληρωματικότητα (Εικ. παρακάτω).

Στην εξάλειψη των ασύζευκτων νουκλεοτιδίων σε ημιμεθυλιωμένοΤο μόριο DNA περιλαμβάνει ένα αρκετά περίπλοκο σύμπλεγμα επισκευαστικών ενζύμων, το οποίο σαρώνει την επιφάνεια του μορίου DNA,κόβει ένα τμήμα παιδικής αλυσίδας καταφεύγοντας σε αναντιστοιχία, και στη συνέχεια δημιουργεί συνθήκες ανάπτυξης

τα απαραίτητα (συμπληρωματικά) νουκλεοτίδια του.

Διαφορετικά στοιχεία αυτού του συγκροτήματος έχουν διαφορετικές δραστηριότητεςνουκλεάση,

ελίκαση,

ΑΤΡάση,

απαραίτητο για την εισαγωγή σπασίματος στο DNA και τη διάσπαση των νουκλεοτιδίων, το ξετύλιγμα της διπλής έλικας του DNA και την παροχή ενέργειας για την κίνηση του συμπλέγματος κατά μήκος του επισκευασμένου τμήματος του μορίου.

Ένα σύμπλεγμα επισκευαστικών ενζύμων παρόμοιων στη δομή και τη λειτουργία έχει εντοπιστεί στους ανθρώπους.

Ανασυνδυαστική (μετα-αντιγραφική) επισκευή

Σε περιπτώσεις όπου, για τον έναν ή τον άλλον λόγο, διαταράσσονται τα προαναφερθέντα συστήματα επισκευής, μπορεί να δημιουργηθούν κενά (υποεπισκευασμένα τμήματα) στις αλυσίδες DNA, τα οποία έχουν μερικές φορές αρκετά σημαντικά μεγέθη, το οποίο είναι γεμάτο με διαταραχή του συστήματος αναπαραγωγής και μπορεί να οδηγήσει σε κυτταρικό θάνατο.

Σε αυτή την περίπτωση, το κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα άλλο μόριο DNA που λαμβάνεται μετά την αντιγραφή για να επιδιορθώσει ένα μόριο DNA, δηλαδή να προσελκύσει έναν μηχανισμό για το σκοπό αυτόανασυνδυασμός.

Σε βακτήρια

Στα βακτήρια, συμμετέχει στην επισκευή ανασυνδυασμού.πρωτεΐνη Rec A. Συνδέεται σε μια μονόκλωνη περιοχή του DNA και το εμπλέκει σε ανασυνδυασμό μεομόλογες περιοχές ανέπαφων κλώνων άλλου μορίου DNA .

Ως αποτέλεσμα, τόσο οι σπασμένοι (που περιέχουν κενά) όσο και οι άθικτοι κλώνοι του μορίου DNA που επισκευάζεται είναι ζευγαρώσειμε ανέπαφες συμπληρωματικές περιοχές DNA, γεγονός που ανοίγει τη δυνατότητα επιδιόρθωσης μέσω των συστημάτων που περιγράφηκαν παραπάνω.

Σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να υπάρχουν τομήένα ορισμένο θραύσμα και

πλήρωσημε τη βοήθειά του, κενά στο ελαττωματικό κύκλωμα.

Τα κενά και τα σπασίματα που προκύπτουν στις αλυσίδες του DNA συμπληρώνονται με τη συμμετοχήDNA πολυμεράση Ι και DNA λιγάση .

Αποζημίωση SOS

Η ύπαρξη αυτού του συστήματος υποβλήθηκε για πρώτη φορά από τον M. Radman το 1974. Έδωσε επίσης το όνομα σε αυτόν τον μηχανισμό συμπεριλαμβάνοντας σε αυτόν το διεθνές σήμα κινδύνου «SOS» (σώστε τις ψυχές μας).

Πράγματι, αυτό το σύστημα ενεργοποιείται όταν Η βλάβη του DNA γίνεται τόσο μεγάλη που απειλεί τη ζωή του κυττάρου. Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνει χώρα η επαγωγή της δραστηριότητας μιας διαφορετικής ομάδας γονιδίων που εμπλέκονται σε διάφορες κυτταρικές διεργασίες που σχετίζονται με την επιδιόρθωση του DNA.

Η συμπερίληψη ορισμένων γονιδίων, που καθορίζεται από την ποσότητα της βλάβης στο DNA, οδηγεί σε κυτταρικές αποκρίσεις διαφορετικής σημασίας (ξεκινώντας από το πρότυπο αποκατάσταση κατεστραμμένωννουκλεοτίδια και κατάληξη κατάπνιξηκυτταρική διαίρεση).

Οι περισσότεροι μελετημένοιΑποζημίωση SOSστο E. coli, οι κύριοι συμμετέχοντες του οποίου είναι οι πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται γονίδια Εγγραφή ΑΚαιΛεξ Α.

Το πρώτο από αυτά είναι ένα πολυλειτουργικόRec A πρωτεΐνη, συμμετέχοντας

V Ανασυνδυασμός DNA, και

V ρύθμιση της γονιδιακής μεταγραφής φάγος λάμδα, που επηρεάζει το E. coli,

και δεύτερον (Πρωτεΐνη Lex A)είναι καταστολέαςμεταγραφή μιας μεγάλης ομάδας γονιδίων που προορίζονται για Επιδιόρθωση DNAβακτήρια. Όταν αναστέλλεται ή επιλύεται η επισκευή είναι ενεργοποιημένη.

Δεσμευτικός Rec A με Lex Aοδηγεί στη διάσπαση του τελευταίουκαι ανάλογα με ενεργοποίηση γονιδίων επιδιόρθωσης.

Με τη σειρά του, η επαγωγή του βακτηριακού συστήματος SOS εξυπηρετείφάγος λάμδα σήμα κινδύνουκαι προκαλεί την αλλαγή του προφήτου από παθητική προς ενεργητική (λυτική) οδόύπαρξη, προκαλώντας έτσι θάνατο του κυττάρου ξενιστή.

Το σύστημα επισκευής SOS έχει εντοπιστεί όχι μόνο σε βακτήρια, αλλά και σε ζώα και ανθρώπους.

Γονίδια που εμπλέκονται στην επιδιόρθωση βλαβών του DNA SOS

Γονίδια	Συνέπειες γονιδιακής ενεργοποίησης
uvr A, B, C, D	Επιδιόρθωση βλάβης στη δομή του δευτερογενούς DNA
Εγγραφή Α	Μετα-αντιγραφική επισκευή, επαγωγή του συστήματος SOS
lex A	Απενεργοποίηση του συστήματος SOS
rec N,ruv	Επισκευή σπασίματος διπλού κλώνου
	Εξασφάλιση επισκευής ανασυνδυασμού
umu C, D	Μεταλλαξιγένεση που προκαλείται από αλλαγές στις ιδιότητες της DNA πολυμεράσης
σουλ Α	Καταστολή της κυτταρικής διαίρεσης

συμπέρασμα

Η αποκατάσταση της βλάβης του DNA σχετίζεται στενά με άλλες θεμελιώδεις μοριακές γενετικές διεργασίες: αντιγραφή, μεταγραφή και ανασυνδυασμό.Όλες αυτές οι διαδικασίες αποδεικνύονται ότι είναι διαπλέκονταισε ένα γενικό σύστημα αλληλεπιδράσεων, που εξυπηρετείται από μεγάλο αριθμό διαφορετικών πρωτεϊνών, πολλές από τις οποίες είναι πολυλειτουργικά μόρια που εμπλέκονται σε έλεγχο της εφαρμογής της γενετικής πληροφορίαςσε προ- και ευκαρυωτικά κύτταρα. Ταυτόχρονα είναι φανερό ότι η φύση "δεν τσιγκουνεύεται"σε στοιχεία ελέγχου, δημιουργώντας εξαιρετικά πολύπλοκα συστήματα για τη διόρθωση εκείνων των βλαβών στο DNA που είναι επικίνδυναγια το σώμα και ιδιαίτερα για τους απογόνους του. Από την άλλη πλευρά, σε περιπτώσεις όπου οι δυνατότητες επισκευής δεν επαρκούν για τη διατήρηση της γενετικής κατάστασης του οργανισμού, προκύπτει η ανάγκη για προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο -απόπτωση..

ΣΧΕΔΙΟ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ ΕΚΤΟΜΗΣ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΩΝ μι. COLIΜΕ ΤΗ ΣΥΜΜΕΤΟΧΗ ΤΗΣ EXINUCLEASE

1. ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ

2. ΕΞΑΡΤΗΜΕΝΟΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ

3. ΓΕΝΙΚΟ ΣΤΑΔΙΟ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ

ΘΡΥΛΟΣ

Α - πρωτεΐνηuvr ΕΝΑ

Β - πρωτεΐνηuvr ΣΕ

C - πρωτεΐνηuvr ΜΕ

μικρό μαύρο τρίγωνο - το σημάδι υποδεικνύει τη θέση της ζημιάς

ΣΧΕΔΙΟ ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΥΛΙΩΣΗ DNA