DNA parandamine

Üldine informatsioon

DNA-d kahjustavad ained

Kiirgus

1. ioniseeriv kiirgus (gammakiirgus, röntgenikiirgus)

2. Ultraviolettkiirgus (eriti ~260 nm, just selles piirkonnas toimub DNA maksimaalne neeldumine)

Reaktiivsed hapnikuradikaalid, mis tekivad normaalse rakuhingamise käigus erinevatel biokeemilistel radadel.
Keskkonnakemikaalid.

palju süsivesinikke.

Vähivastases keemiaravis kasutatavad kemikaalid.

DNA kahjustuste tüübid

1. Kõiki nelja DNA alust (A, T, C, G) saab kovalentselt modifitseerida erinevates positsioonides.
Kõige tavalisem on aminorühma kadu (deamineerimine) - sel juhul muutub C U-ks.
Aluse vale inkorporatsioon, mis on tingitud DNA polümeraaside töös replikatsiooni ajal esinevatest vigadest.
Kõige sagedamini lisatakse tümiini asemel uratsiili.
Struktuuri rikkumised.
DNA-s võivad tekkida katkestused. Katkestused võivad olla üheahelalised või katkeda võivad mõlemad DNA ahelad.

Ioniseeriv kiirgus võib olla selliste rebenemiste tavaline põhjus.
Kovalentne side võib moodustuda külgnevate aluste vahel ja side võib tekkida samas ahelas külgnevate aluste vahel või kahe DNA ahela vahel.
DNA kahjustuste tüübid
üks baasvahetus
apuriniseerumine
muuda s-lt y-ks
hüpoksantiini A asendamine
aluse alküülimine
nukleotiidi sisestamine või deletsioon
sarnase aluse kinnistamine
kahe aluse muutmine
tümiini dimeeri moodustumine
ristsidumine bifunktsionaalse alküüliva ainega
keti katkemine
ioniseeriv kiirgus
tuumaelementide radioaktiivne hävitamine
ristlingid
ühe keerme või kahe paralleelse keerme aluste vahel
DNA ja valgu molekulide, näiteks histoonide vahel

Kahjustatud aluste remont

Kahjustatud aluseid saab kinnitada mitmel viisil:
Otsene keemiliste kahjustuste parandamine.

Ekstsisiooniremont (ER), mille käigus eemaldatakse kahjustatud alus ja asendatakse uuega. On kolm väljalõikamise parandamise mudelit, millest igaüks kasutab oma ensüümide komplekti.
Aluse väljalõikamise remont (BER).
Nukleotiidide ekstsisiooni parandamine (NER).
Mittevastavuse parandamine (MMR).

Kahjustuse otsene parandamine.

Kõige tavalisem punktmutatsioonide põhjus inimestel on metüülrühma spontaanne lisamine, üks alküülimise tüüp. Selliseid modifikatsioone korrigeerivad ensüümid, mida nimetatakse glükosülaasideks, mis parandavad vea ilma DNA ahelat hävitamata.

Mõned keemiaravis kasutatavad ravimid kahjustavad DNA-d ka alküülimise teel.
Parandamise probleem seisneb selles, et piiratud hulga ensüümide ja mehhanismidega peab rakk toime tulema paljude erinevate keemiliste ja füüsikaliste mõjurite põhjustatud kahjustustega.

Aluse väljalõikamise remont (BER)

Peamised võtmesündmused:

1. Kahjustatud aluse eemaldamine (esineb ~20 000 korda päevas igas inimorganismi rakus) DNA glükosüülamiin. Inimestel on vähemalt 8 geeni, mis kodeerivad erinevaid DNA glükosülaase, millest igaüks tunneb ära erineva baaskahjustuse komplekti.
2. Desoksüribofosfaadi eemaldamine viib DNA-s tühimiku moodustumiseni.
3. Asendamine õige nukleotiidiga. Seda funktsiooni täidab inimestel betta DNA polümeraas.
4. Ketikatkestuse ligeerimine. On kaks ensüümi, mõlemad nõuavad ATP-d.

Nukleotiidide ekstsisiooni parandamine (NER)

NER erineb BER-st mitmel viisil.
Erinevate ensüümsüsteemide kasutamine.
Isegi kui viga on ühes nukleotiidis, eemaldatakse kahjustuse piirkonnas korraga palju nukleotiide.

NERi peamised võtmesündmused:
1. Kahju tuvastatakse ühe või mitme kahjustuskohaga seotud teguri põhjal.
2. DNA rullub kahjustuskohas lahti. See protsess hõlmab
erinevad transkriptsioonifaktorid IIH, TFIIH, (mis toimivad ka normaalses transkriptsioonis).
3. DNA läbilõige toimub kahjustuse 3" ja 5" otsast, mille tulemusena eemaldatakse kahjustatud nukleotiidi sisaldav DNA fragment.
4. Uus DNA ahel valmib intaktse DNA ahela matriitsi järgi delta või epsilon polümeraaside abil.
5. Ligaasid ristsiduvad ahela äsja sünteesitud otsa.

Pigmentaarne kseroderma (XP)
XP on haruldane pärilik inimese haigus, mis põhjustab valgusega kokkupuutel nahakahjustusi, mis lõppkokkuvõttes põhjustab nahavähi arengut ja patsiendi surma.
Haigus esineb NER-i parandamisega seotud geenide mutatsioonide tõttu. Näiteks:
XPA kodeerib valku, mis seondub vigastuskohaga ja aitab kokku panna paranduskompleksi.
XPB ja XPD, mis on transkriptsioonifaktori TFIIH osad. Teatud mutatsioonid XPB-s ja XPD-s võivad samuti põhjustada enneaegset vananemist.
XPF lõikab DNA ahela kahjustuse 5-tollisest otsast.

XPG lõikab keti 3-tollisest otsast.

Mittevastavuse parandamine (MMR)

Ebakõla parandamine parandab ekslikult manustatud terved alused, mis ei moodusta tavalist Watson-Cricki sidumist (AT, C G). Sellised vead tekivad DNA polümeraasi töö käigus replikatsiooni ajal.
Mittevastavuse parandamine hõlmab nii BER-i kui ka NER-i parandamises osalevaid ensüüme, aga ka spetsiaalseid ensüüme.
DNA sünteesi mittevastavuse parandamise ajal viivad läbi DNA polümeraasid delta või epsilon.
Mittevastavuse parandamise süsteem on seotud rekombinatsiooni täpsuse suurendamisega meioosi ajal.

DNA katkestuse parandamine

Ioniseeriv kiirgus ja mõned kemikaalid võivad katkestada ühe või kaks DNA ahelat.
Üheahelalised katkestused (SSB)
Ühe DNA ahela katkestusi parandavad sageli BER-i parandamises osalevad ensüümid.
Kaheahelalised katkestused (DSB)
DNA kaheahelaliste katkestuste kõrvaldamiseks on kaks mehhanismi:
Katkiste otste otseühendus. See protsess nõuab erilist
ensüümid, mis tunnevad ära ja seovad katkised otsad nende järgneva õmblemisega. Kui katkisel DNA-l on tömbid otsad ja kahe DNA fragmendi ühendamine toimub juhuslikult, siis nimetatakse sellist parandustööd NHEJ-ks. Ku-valk on NHEJ jaoks hädavajalik. Ku on heterodimeerne subühik, mis koosneb kahest valgust Ku70 ja Ku80.
Translokatsioonide põhjuseks võivad olla vead, mis ilmnevad otsese sidumise ajal.
Polünukleotiidligaas- taastatud. üheahelaline DNA katkeb

Homoloogne rekombinatsioon

Homoloogne rekombinatsioon on võimeline parandama kromosoomide purunenud otsad, kasutades DNA-d, mis pärineb pärast kromosoomi dubleerimist.
Homoloogiliseks rekombinatsiooniks vajalikud geenid on BRCA-1 ja BRCA-2.

geeni muundumine
Uue geeni doonoriks võib olla:
homoloogne kromosoom (meioosi ajal)
sõsarkromatiid (ka meioosi ajal)
dubleeritud geen samas kromosoomis (mitoosi ajal)

Polümeraasi 3'-5' eksonukleaasi aktiivsusest tingitud vigade korrigeerimine replikatsiooni ajal (ainult prokarüootides) (E. coli mutD-mutaator-muutus-DNA-pol.III subühiku mutatsioon)
Tümiini dimeerid, fotolüaasi ensüümi geen-phr (madalamatel eukarüootidel)
Seotud alküül- ja metüülrühmade eemaldamine - O-6-metüülguaniini transferaas (ada geen) - eemaldab O-6-metüülguaniini
ekstsisiooniline r. alused [E.coli] [mees | kahju äratundmine. XPA valk koos RPA-ga | kaasatud f-r transkr. TFIIH (P52, P34, P44, P62, XPB-XPD-helikaasi aktiivsus) | ERCC1-XPF, XPG - nukleaasid, lõikavad DNA mõlemalt poolt kahjustust. | DNA polümeraas- ja abiaine. valgud RFC ja PCNA täidavad tühimiku]
R. lämmastikku sisaldavad aluselised.-glükosülaas eemaldab aluselisi.
AP sait (apuriniin, apürimidiin) | AP-endonukleaas tunneb ära tühimiku, lõike. 5'-DNA
replikatiivne r. (PRP)
SOS-r. valgud komp. DNA polümeraasiga, tütar. DNA koguneb kahjustuste eest. DNA

Lühendid.
BER – baasi väljalõikamise remont

NER – Nucleotide Excision Repair
MMR – mittevastavuse parandamine
NHEJ – mittehomoloogne lõppliitmine

ebakõla heastamine

Replikatsiooni käigus võib polümeraasi vigade tulemusena sisestada mittekomplementaarsed nukleotiidid, mis võivad viia mutatsioonideni tütar-DNA ahelas. Paarutamata alused tunnevad ära sobimatust parandavad ensüümid ja asendavad sobimatud nukleotiidid.

Selle süsteemi ensüümid tagavad homoloogse rekombinatsiooni, samuti rakutsükli viivituse vastuseks DNA kahjustusele.
E. coli ebakõla parandamise süsteem, mis kasutab MutHLS valke, tunneb ära ja parandab kõik mittekomplementaarsed aluspaarid, välja arvatud C–C. Lisaks parandab see süsteem ühes DNA ahelas replikatsioonivigadest tulenevaid väikseid inserte, mille pikkus ei ületa nelja nukleotiidi.
Tavaliselt on E. coli DNA metüülitud Dam-metülaas saitide järgi GATC. Kuid pärast replikatsiooni lõppu jääb DNA tütarahel mõnda aega metüleerimata.
Seda süsteemi saab rekonstrueerida in vitro kasutades
Substraadiks ühe metüleeritud ahelaga DNA, millele on lisatud puhastatud valgud MutH, MutL, MutS, UvrD (helikaas II), DNA polümeraas III holoensüüm, DNA ligaas, SSB valk ja üks eksonukleaasidest: ExoI, ExoVII või RecJ . Parandusprotsess käivitatakse üheahelalise katkestuse sisseviimisega metüleerimata ahelasse osaliselt metüleeritud GATC saidi lähedal, millele järgneb DNA ahela hüdrolüüs ja tekkinud üheahelalise tühimiku täitmine. Sel juhul seondub MutS valk mittevastavate nukleotiididega. MutL-valgul puudub ensümaatiline aktiivsus, kuigi see interakteerub MutS-iga ja on vajalik MutH, endonukleaasi, mis teostab üheahelalisi DNA katkestusi, aktiveerimiseks. Seega stimuleerib DNA saidile mittevastava nukleotiidiga kokku pandud MutS-MutL kompleks MutH endonukleaasi (nikaasi) aktiivsust. Rakuvaba süsteem ei nõua MutH olemasolu DNA substraadi üheahelalise katkestuse korral. MutHLS-i remondisüsteem saab
kasutada osaliselt metüülitud GATC järjestusi, mis asuvad kahjustatud DNA piirkonna kohal ja all. Samal ajal sisse
ekslikult sisestatud nukleotiidi väljalõikamisel osaleb lisaks helikaas II-le üks eksonukleaasidest: ExoI (3'-ekso), ExoVII (3'- ja 5'-ekso) või RecJ (5'-ekso), olenevalt GATC saidi asukoha suhtes korrigeeritud nukleotiidi suhtes. Pärast nukleotiidi väljalõikamist täidetakse tekkinud üheahelaline tühimik DNA polümeraas III holoensüümiga SSB valgu ja DNA ligaasi juuresolekul. Tuleb rõhutada, et MutH valgu ja Dam metülaasi kasutamine replitseeritud DNA tütarahela äratundmiseks on gramnegatiivsete bakterite ainulaadne omadus. Grampositiivsed bakterid ei metüleeri DNA ahelaid märgistamise eesmärgil. Kui GATC saidid on täielikult metüülitud, muudab E. coli MutHLS-i parandussüsteem mõlema DNA ahela mittevastavaid nukleotiide võrdse efektiivsusega.
E. coli'l on veel vähemalt kaks spetsiifilist
Sobimatud nukleotiidide parandamise teed. VSP (very short patchrepair pathway) süsteem parandab mitte-komplementaarsed G-T paarid, asendades need G-C-ga. Arvatakse, et sellised paarid moodustuvad 5-metüültsütosiini deamineerimise tulemusena kohtades, kus C-jäägid metüülitakse Dcm-metülaasiga. Madalama efektiivsusega asendab sama süsteem G-U paarid G-C-ga. Teine MutY-sõltuv parandussüsteem pöörab konkreetselt ümber guaniini oksüdatiivse kahjustuse mõju. Kui dGTP oksüdeeritakse, moodustades 8-okso-dGTP, lõikab MutT valk viimase, takistades selle liitumist DNA-ga. Kui see siiski lülitab sisse vastupidise jäägi C, eemaldab Fpg glükosülaas (MutM) selle modifitseeritud aluse. Juhul, kui 8-okso-G jääb DNA-sse, paaritub see järgmises replikatsioonivoorus A-ga ja selle tulemusena võib toimuda G-C>T-A transversioon. Sel juhul toimib MutY valk DNA glükosülaasina, eemaldades valest paarist A-jäägi, ja AP-lüaasina, viies sisse üheahelalise.
murda AP saidi naabruses. Järgnevalt on toodud protsessid, millest BER parandussüsteemi toimimisega seoses juba eespool juttu oli. MutY-ga seotud reaktsioonide jada parandab ka mitte-komplementaarseid A-G ja A-C paare, moodustades vastavalt C-G ja G-C paarid. Sobimatu aluse parandamine eukarüootides toimub siis, kui
MutHLS-i bakterisüsteemiga sarnase valkude kompleksi osalemine. Inimese GTBP valk on bakteriaalse MutS valgu homoloog, samas kui pärmis mängib vastavat rolli Msh6 valk. Inimestel mittevastavate nukleotiidide tuvastamine toimub MSH2-GTBP heterodimeeri abil. MutL homoloogid S. cerevisiae rakkudes on MLH1 ja PMS2 valgud, mis eksisteerivad samuti heterodimeersete kompleksidena. Neid valke kodeerivate geenide mutatsioonidega inimestel kaasneb mutaatori fenotüübi moodustumine ja päriliku mittepolüpoosse käärsoolevähi (HNPCC sündroom) areng.

Otsene heastamine

Alküülaluste parandamiseks on kaks peamist viisi: aluse ekstsisiooni parandamine (BER) ja kahjustatud aluste otsene parandamine. BER käigus lõhustavad DNA glükosülaasid DNA-s tsütotoksilisi alküülitud aluseid esimeses etapis koos AP saidi moodustumisega ja selle järgneva töötlemisega.Otsereparatsiooni korral rakendatakse kahte meetodit: parandamine alküültransferaaside abil või alküülrühma oksüdeerimine, mõlemal juhul toimub tervete aluste regenereerimine. Kui parandus toimub alküültransferaaside abil (imetajatel parandatakse seda teed mööda ainult O 6-alküülguaniin), siis O 6-alküülguaniini transferaas (AGT) kannab metüül- või etüülrühma O 6-alküülguaniinist ühele omaenda tsüsteiinijääkidest. . Enda aktiivsuse tulemusena alküülitud valk inaktiveeritakse, kuid võib toimida oma ja mitmete teiste geenide aktiivsuse regulaatorina. Erinevalt suitsiidsetest O 6-metüülguaniini transferaasidest, mis demetüleerivad väga mutageenseid ja mürgiseid
O 6 -metüülguaniini kahjustus, E. coli AlkB ja selle inimese analoogid hABH2 ja hABH3 oksüdeerib DNA 1-metüüladeniini (1-meA) ja 3-metüültsütosiini (3-meC) metüülrühmad, et regenereerida modifitseerimata adeniini ja tsütosiini aluseid.

O6-alküülguaniini transferaas

O 6-alküülguaniini transferaasi aktiivsust leidub enamikus organismides ja see takistab O 6-alküülguaniini mutageenset toimet. AGT muudab O6-alküülguaniini guaniiniks, viies pöördumatu reaktsiooni käigus alküülrühma DNA-st valgu reaktiivsele tsüsteiinijäägile.

See alküülrühma kovalentne sidumine tsüsteiinijäägiga inaktiveerib ensüümi. Seetõttu on AGT suitsiidne ensüüm, mis pärast ühte proteolüütilist lagunemist läbib
transalküülimisreaktsioonid. Struktuuriuuringud näitavad, et AGT aktiivne sait asub ensüümi mahus teatud kaugusel DNA-d siduvast saidist. Arvatakse, et ensüüm "töötab" "nukleotiidide ümberpööramise" mehhanismi abil, et viia substraadi alus AGT nukleofiilse aktiivse saidi lähedale.

AGT tähtsust imetajate kaitsmisel alküülivate ainete toksiliste ja mutageensete mõjude eest on näidatud hiirtel. AGT-d üleekspresseerivatel transgeensetel hiirtel on vastusena metüleeriva aine N-metüül-N-nitrosouurea toimele oluliselt väiksem tuumori teke, samas kui AGT-puudulikud hiired olid kasvaja initsiatsioonile ja selle aine toksilisele toimele palju vastuvõtlikumad. metsikutele hiirtele. AGT on oluline ensüüm kasvajavastases ravis, kuna see häirib kloroetüülnitrosouurea (CENU) klassi kasvajavastaste ainete tsütotoksilist toimet, nt.
BCNU (N,N-bis(2-kloroetüül)N-nitrosouurea) või temosolomiid. On näidatud, et AGT kogus kasvajates määrab peamiselt selle, kui soodsad on CENU-ga kasvajavastase ravi tulemused. CENU reageerib algselt guaniini O 6 karbonüülrühmaga, moodustades ühendi 4 , mis seejärel muundatakse N1,O6-etanoguaniiniks 5 . Ühend 5 rühmitub mõne tunni jooksul uuesti füsioloogiliselt aktiivseks ICL-iks 6 . AGT segab haridust 6 suhtlemisel 4 või 5 , uuendades guaniini või moodustades DNA-valgu adukti 8 . Adukti moodustumise katseline kinnitus 8 , kuid seda eraldati üksikasjaliku kirjeldamise jaoks liiga väikeses koguses. Selle probleemi biokeemilises uuringus võeti kasutusele N 1, O 6 -etanoksantiin
9 stabiilse kolleegina 5 DNA-s. Etanoksantiin 9 reageerib AGT-ga, moodustades stabiilse DNA-valgu adukti 7 . See lähenemine võimaldas moodustada kovalentselt seotud AGT-DNA adukti 10 suurtes kogustes, mida saab kasutada DNA-ga seotud AGT struktuuri määramiseks. AGT ja alküülimisravi koostoime on viinud AGT inhibiitorite otsimiseni, mida saab kasutada vähiravis koos alküülivate ainetega. Praeguseks on loodud inhibiitoreid, peamiselt guaniini derivaate, mille asendajad on asendis O 6. O6-bensüülguaniin 2 leiti, et see on tüüpiline AGT inhibiitor, millega võrreldakse uusi molekule. O6-BzG efektiivsust CENU tsütotoksilisuse suurendamisel on demonstreeritud loommudelites. Selle ravimeetodi piiravaks teguriks on toksilisus tervetele organitele, osaliselt luuüdile. Mõned
Rühm teadlasi püüab sellest probleemist mööda hiilida, luues O 6 -BzG inhibeerimise suhtes resistentse ATG variandi, mida saab kasutada luuüdi kaitsmiseks geeniülekande kaudu.

AlkB, hABH2 ja hABH3 oksidoreduktaasid

Teine viis alküülaluste otseseks parandamiseks on alküülrühma oksüdeerimine koos puutumatu lämmastikaluse regenereerimisega. Escherichia coli AlkB ensüüm ja kaks inimese analoogi, hABH2 ja hABH3, demetüleerivad 1-metüüladeniini ja 3-metüültsütosiini DNA-s sihipäraselt. Kuid erinevalt AGT-st on neil ensüümidel substraadi spetsiifilisus suunatud G: C ja A: T aluspaaride pinnale. 1-alküüladeniini kahjustus
ja 3-metüültsütosiin moodustuvad siis, kui adeniin ja tsütosiin on üheahelalises struktuuris (replikatsiooni või transkriptsiooni ajal) ja on AlkB, hABH2 ja hABH3 substraadid. Nad oksüdeerivad DNA-s 1-metüüladeniini (1-meA) ja 3-metüültsütosiini (3-meC) metüülrühmi, et regenereerida adeniini ja tsütosiini lämmastikualuseid. Samuti on selgunud, et AlkB kaitseb toksiliste kahjustuste eest – etüülrühmaga adukt ja muudab DNA-s 1-etüüladeniini adeniiniks, mis tekitab reaktsiooni tulemusena atseetaldehüüdi. Nii parandatakse teadaoleva mutageeni ja kantserogeense etüleenoksiidi kahjustused, mis tekivad endogeenselt etüleeni metabolismi käigus ja mida kasutatakse laialdaselt ka steriliseerimisel fumigandina. Etüleenoksiidi poolt tekitatud hüdroksüetüüladukte leidub raku DNA-s. Keemiatööstuses kasutatakse suurtes kogustes ka teisi väikeseid alküülivaid epoksiide. On näidatud, et AlkB vähendab DNA-d kahjustavate ainete toksilisi mõjusid, mis tekitavad hüdroksüetüüli,
propüül- ja hüdroksüpropüüladuktid. AlkB parandab alküülitud 1-me-dATP trifosfaate aktiivselt, kuid ebaefektiivselt. Eeldati, et see võime võib vähendada alküültrifosfaatide liitumise taset DNA sünteesi ajal; lisaks võib E. coli DNA polümeraasi I Klenowi fragment kasutada 1-me-dATP-d in vitro DNA sünteesi eelkäijana. Inimese ensüümid hABH2 ja hABH3 demetüleerisid ka 1-metüüladeniini jääke polü(dA)-s ja olid lühikestel substraatidel ebaefektiivsed. Seega oli hABH3 aktiivsus d(Tp1-meApT) trimeeril väga madal, samas kui hABH2 puhul aktiivsust ei leitud.

AlkB ja selle inimese analoogid on osa α-ketoglutaraadist/Fe(II)-sõltuvast dioksügenaaside superperekonnast ning parandusprotsessi käigus toimuvad koos β-ketoglutaraadi dekarboksüülimine ja kahjustatud aluse oksüdatiivne demetüleerimine. 1-meA ja 3-meC kahjustused moodustuvad peamiselt üheahelalises DNA-s ja arvatavasti
esinevad replikatsioonikahvlis ja aktiivselt transkribeeritud geenides, kus nad võivad blokeerida DNA ja RNA polümeraase. Tõepoolest, AlkB, hABH2 ja hABH3 parandavad need kahjustused üheahelalises DNA-s, kuid pärast alküülimist komplementaarse ahelaga anniilitud oligonukleotiidid parandavad ka. AlkB 1-metüüladeniini parandamise efektiivsus ei sõltu polünukleotiidi struktuurist, kuid vajalik on nukleotiid-5'-fosfaatrühma olemasolu, samuti demetüleerisid inimese ensüümid hABH2 ja hABH3 1-metüüladeniini jäägid polü(dA-ks), need olid ebaefektiivne lühikestel substraatidel. Lisaks paranesid positiivselt laetud kahjustused (vastavalt ribonukleosiidid 1-meA ja 3-meC, pKa = 9,3 ja 9,6) paremini kui laenguta alused (1-meG ja 3-meT). kraadi 3-meT remonditud AlkB poolt, siis pole aluse formaalne positiivne laeng AlkB toimimise vajalik tingimus.
pole veel selge, kas see tulemus sõltub sellest, kas positiivselt laetud alused on AlkB-ga elektrostaatilise interaktsiooni kaudu paremini äratuntavad või muudavad positiivselt laetud alused pärast metüülrühma hüdroksüülimist DNA-st lihtsalt paremaks lahkuvaks rühmaks.

Lühendid:

• AGT - alküülguaniini transferaas
• BER - aluse ekstsisiooni remont
• DNA - desoksüribonukleiinhape
• RNA - ribonukleiinhape
• BCNU – N,N-bis(2-kloroetüül)N-nitrosouurea
• CENU – kloroetüülnitrosouurea
• O6-BzG-O6-bensüülguaniin
• 1-meA - 1-metüüladeniin
• 1-meG - 1-metüülguaniin
• 3-meC - 3-metüültsütosiin
• 3-met-3-metüültüümiin

Kirjandus:

» Orlando D. Scharer (2003) Angew. Chem. Int. Ed. 42, 2946-2974
» James C. Delaney ja John M. Essigmann 1-metüüladeniini, 3-alküültsütosiinide, 1-metüülguaniini ja 3-metüültümiini mutagenees, genotoksilisus ja parandamine bakteris alkB Escherichia coli
» Pertti Koivisto, Tod Duncan, Tomas Lindahl ja Barbara Sedgwick Escherichia coli AlkB valgu, 1-metüüladeniini DNA dioksügenaasi, minimaalselt metüleeritud substraat ja laiendatud substraadi valik*
» Duncan, T., Trewick, S. C., Koivisto, P., Bates, P. A., Lindahl, T. & Sedgwick, B. (2002) Proc. Natl. Acad. sci. USA 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. jt al. (2003) Nature 421, 859-863.
» Hollis, T., Lau, A. ja Ellenberger, T. (2000) Mutat. Res. 460, 201-210
» Daniels, D. S. ja Tainer, J. A. (2000) Mutat. Res. 460, 151-163
» Trewick, S. C., Henshaw, T. F., Hausinger, R. P., Lindahl, T. ja Sedgwick, B. (2002) Nature 419, 174-178
» Falnes, P. O., Johansen, R. F. ja Seeberg, E. (2002) Nature 419, 178-181
» Duncan, T., Trewick, S. C., Koivisto, P., Bates, P. A., Lindahl, T. ja Sedgwick, B. (2002) Proc. Natl. Acad. 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. ja Krokan , H. E. (2003) Nature 421, 859-863
» Aravind, L. ja Koonin, E. V. (2001) Genome Biology 2, 0007.1-0007.8
» Bodell, W. J. ja Singer, B. (1979) Biochemistry 18, 2860-2863
» Boiteux, S. ja Laval, J. (1982) Biochimie (Paris) 64, 637-641
» Larson, K., Sahm, J., Shenkar, R. ja Strauss, B. (1985) Mutat. Res. 150, 77-84
» Dinglay, S., Trewick, S. C., Lindahl, T. ja Sedgwick, B. (2000) Genes Dev. 14, 2097-2105

DNA katkestuse parandamine

Fotoreaktiveerimine

UV-kiirguse energia neeldumine DNA molekulide poolt põhjustab erinevat tüüpi kahjustuste teket. Kuigi võib esineda ühe- ja kaheahelalisi katkestusi ning DNA-valgu ristsidemeid, on suurem osa UV-kiirguse põhjustatud kahjustustest tingitud lämmastikualuste modifikatsioonist, mille käigus moodustuvad tsüklobutaanpürimidiini dimeerid (CPD) ja pürimidiin-pürimidoon. fototooted (6-4PP) kui kõige levinumad fotokahjustused.

Pürimidiini dimeerid on nii replikatsiooni kui ka transkriptsiooni inhibiitorid, mis aeglustab kasvu ja põhjustab DNA replikatsiooni ajal mutageneesi, kui selline kahjustus jääb parandamata.

Ensüüme, mis seonduvad spetsiifiliselt CPD (CPD fotolüaas) või 6-4PP (6-4PP fotolüaas) ja parandavad neid kahjustusi, kasutatakse valguse poolt põhjustatud DNA kahjustuste parandamiseks paljudes organismides. CPD fotolüaase on leitud bakteritest, seentest, taimedest, selgrootutest ja paljudest selgroogsetest, 6-4PP fotolüaase on seni leitud ainult Drosophilal, siidiussil, Xenopus laevisel ja lõgismadudel, kuid mitte Escherichia colis ega pärmis. Inimestel ei ole fotolüaasi leitud. Fotolüaasid sisaldavad FAD-i katalüütilise kofaktorina ja täiendavat kromofoori valguse kogumise antennina.

Täiendavad kromofoorid on kas 5,10-metenüültetrahüdrofolaat (MTHF) või 8-hüdroksü-5-deasoriboflaviin (8-HDF), mille neeldumismaksimumid on vastavalt 380 ja 440 nm juures. E. coli ja Anacystis nidulans CPD fotolüaaside kristallstruktuurid kinnitavad, et ensüümid pööravad pürimidiini dimeeri dupleksist katalüütilist kofaktorit sisaldavasse süvendisse, et seonduda DNA-ga. Seejärel lõhustatakse tsüklobutaani tsükkel elektronide valguse indutseeritud ülekandega. CPD fotolüaasid tunnevad CPD-d selektiivselt ära, sarnaselt DNA-d siduvatele valkudele. Valge valgus või UV-B kiirgus kutsub esile CPD fotolüaaside ekspressiooni. Erinevalt CPD fotolüaasidest ekspresseerub 6-4PP fotolüaas stabiilselt ja seda ei reguleeri valge valgus ega UV-B kiirgus.

Fotoreaktivatsiooni skemaatiline kujutis kromatiinis. Gitoni oktameerid on sinised, DNA on must. Fotolüaas seondub tsüklobutaan-pürimidiini dimeeridega (CPD), pöörab pürimidiini dimeeri ja regenereerib natiivseid pürimidiine valgusest sõltuvas reaktsioonis. Fotolüaas parandab eelistatavalt CPD-d link-DNA-s. Nukleosoomide paranemist aeglustavad ja arvatavasti hõlbustavad nukleosoomide dünaamilised omadused, mis viivad DNA kahjustuse linker-DNA piirkonda.

Mikroorganismide CDP-spetsiifiliste fotolüaaside klass, mis on määratletud kui I klassi fotolüaasid, oli esimene fotolüaasi perekonna liige, mida iseloomustati. Hiljuti avastati tihedalt seotud 6-4-fotoproduktidele spetsiifiline fotolüaasi klass, selle perekonna liikmeid on leitud Drosophila melanogaster'ist, Xenopus laevis'est ja Arabidopsis thaliana'st. Krüptokroomid, mis on taimedes ja teistes organismides leiduva valgusspektri violetse osa fotoretseptorid, on samuti tihedalt seotud I klassi fotolüaasidega.

Kaugemalt seotud CPD fotolüaaside perekond, mida nimetatakse II klassi fotolüaasideks, on tuvastatud mitmel liigil, sealhulgas loomadel, arhebakteritel, eubakteritel ja kõrgematel taimedel. On näidatud, et kõik iseloomustatud fotolüaasid sisaldavad vähendatud FAD-i ja enamik neist sisaldavad olenevalt liigist sekundaarseid kromofoore, kas MTHF-i või 8-HDF-i. Mõlema CPD fotolüaasi klassi jaoks on välja pakutud sarnane reaktsioonimehhanism. MTHF või 8-HDF kromofoor on nagu antenn, mis neelab violetset valgust ja kasutab neeldunud energiat FADH- taastamiseks.

Taime fotolüaasi kofaktori koostist ei mõisteta täielikult, kuigi hiljuti on näidatud, et Arabidopsise CPD fotolüaasidel, mis sisaldavad ainult FADH-d, oli ensümaatiline aktiivsus.

Kirjandus:

» Fritz Thoma, Hele ja tume kromatiini parandamisel: UV-kiirgusest põhjustatud DNA kahjustuste parandamine fotolüaasi ja nukleotiidide eemaldamise teel, Institut fur Zellbiologie, ETH-Zürich, Honggerberg, CH-8093 Zürich, Šveits
» Arabidopsise fotolüaasi ensüümide iseloomustus ja nende rolli analüüs ultraviolett-B kiirguse eest kaitsmisel, Wanda M. Waterworth 1, Qing Jiang, Christopher E. West, M. Nikaido ja Clifford M. Bray

Avastamise ajalugu

Ühe- ja kaheahelalise DNA kahjustus

Remondiuuringu algatas A. Kellner (USA), kes avastas fotoreaktivatsiooni (PR) fenomeni – ultraviolettkiirte (UV) kiirte poolt põhjustatud bioloogiliste objektide kahjustuste vähenemise, millele järgneb kokkupuude ereda nähtava valgusega ( kerge remont).

Ekstsisiooni remont

Rakkudes on avastatud replikatiivne paranemine E. Coli ei suuda tümiinidimeere lõhustada. See on ainus remonditüüp, millel puudub kahjustuste tuvastamise etapp.

Märkmed

Wikimedia sihtasutus. 2010 .

Vaadake, mis on "DNA parandamine" teistes sõnaraamatutes:

Mutatsioonist või rekombinatsioonist tulenevate DNA defektide parandamine. Seda teostab reparatiivsete ensüümide süsteem, millest mõned määravad kahjustuse koha, teised "lõikavad selle välja", teised sünteesivad kahjustatud piirkondi, neljandad ... ... Mikrobioloogia sõnaraamat

dna remont- - DNA primaarstruktuuri "vigade" parandamine spetsiaalsete reparatiivsete ensüümide toimel ... Kokkuvõtlik biokeemiliste terminite sõnastik

DNA parandamine- — Biotehnoloogia teemad ET DNA parandamine … Tehnilise tõlkija käsiraamat

DNA parandamine- DNR reparacija statusas T valdkond augalininkystė apibrėžtis DNR struktūros atsikūrimas po pažeidimo. vastavusmenys: engl. DNA parandamine DNA parandamine... Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

DNA REMONT- Algse struktuuri taastamine DNA molekulis, s.o. õige nukleotiidide järjestus... Põllumajandusloomade aretuses, geneetikas ja paljundamises kasutatavad terminid ja määratlused

DNA parandamine- * DNA parandamine * DNA parandamine Ensümaatiline veaparandus DNA molekuli nukleotiidjärjestuses. DNA mehhanismid r. kaitsta keha geneetilist teavet keskkonna mutageenide (nt ultraviolettvalgus, ... ...

DNA-sõltuv DNA polümeraas DNA polümeraas- DNA-sõltuv DNA polümeraas, DNA polümeraas * DNA-sõltuv DNA polümeraas, DNA polümeraas * DNA-sõltuv DNA polümeraas või DNA polümeraas, mis katalüüsib desoksüribonukleosiidtrifosfaatide polümerisatsiooni (vt) polümeeriks ... ... Geneetika. entsüklopeediline sõnaraamat

- (hilisladinakeelsest sõnast reparatio restaureerimine), mis on omane kõikidele elusorganismide rakkudele, DNA algse (natiivse) struktuuri taastamine selle rikkumise korral. DNA struktuuri kahjustus võib viia DNA replikatsiooni blokeerimiseni (surmav ... ... Keemia entsüklopeedia

Parandamine: DNA parandamine on rakkude võime parandada DNA molekulide keemilisi kahjustusi ja katkestusi. Hüvitis on rahvusvahelise õiguse subjekti materiaalse vastutuse vorm tema poolt toimepandud rahvusvahelise teo tagajärjel tekitatud kahju eest ... ... Wikipedia

Süsteem nukleotiidide insertsioonide, lünkade ja mittevastavuste tuvastamiseks ja parandamiseks, mis tekivad DNA replikatsiooni ja rekombinatsiooni käigus, samuti teatud tüüpi DNA kahjustuste tagajärjel. Juba ainuüksi mittevastavuse fakt ei võimalda ... ... Wikipedia

Raamatud

• DNA metüülimine taimedes. Mehhanismid ja bioloogiline roll, BF Vanyushin. See erinevate organismide DNA metüülimise uurimise ühe pioneeri ja kuulsa maailma liidri lugemine kirjeldab üldise bioloogilise probleemi hetkeseisu, ...

Kahjustatud normaalse DNA biosünteesi käigus rakus või kokkupuutel füüsikaliste või keemiliste reaktiividega. Seda viivad läbi raku spetsiaalsed ensüümsüsteemid. Mitmed pärilikud haigused (nt xeroderma pigmentosum) on seotud parandamissüsteemide kahjustusega.

Avastamise ajalugu

Remondiuuringute alguse sai Albert Kellneri (USA) töö, kes avastas 1948. aastal fotoreaktivatsiooni fenomeni – ultraviolettkiirte (UV) kiirte poolt põhjustatud bioloogiliste objektide kahjustuste vähenemise koos järgneva ereda nähtava valgusega. ( kerge remont).

R. Setlow, K. Rupert (USA) ja teised tegid peagi kindlaks, et fotoreaktivatsioon on fotokeemiline protsess, mis toimub spetsiaalse ensüümi osalusel ja viib UV-kvanti neeldumisel DNA-s moodustunud tümiini dimeeride lõhustumiseni.

Hiljem, uurides bakterite tundlikkuse geneetilist kontrolli UV-valguse ja ioniseeriva kiirguse suhtes, avastati tume remont- rakkude omadus kõrvaldada DNA kahjustused ilma nähtava valguse osaluseta. UV-valgusega kiiritatud bakterirakkude tumeparanemise mehhanismi ennustas A. P. Howard-Flanders ning 1964. aastal kinnitasid eksperimentaalselt F. Hanawalt ja D. Petitjohn (USA). Näidati, et bakterites lõigatakse pärast kiiritamist välja muudetud nukleotiididega kahjustatud DNA lõigud ja tekkinud tühikutes sünteesitakse DNA uuesti.

Parandussüsteemid ei eksisteeri mitte ainult mikroorganismides, vaid ka loomade ja inimeste rakkudes, kus neid uuritakse koekultuurides. Inimese pärilik haigus on teada - xeroderma pigmentosa, mille paranemine on häiritud.

DNA kahjustuse allikad

DNA kahjustuste peamised tüübid

Remondisüsteemi seade

Iga parandussüsteem sisaldab järgmisi komponente:

• DNA helikaas – ensüüm, mis "tunneb ära" keemiliselt muudetud lõigud ahelas ja katkestab ahela kahjustuse läheduses;
• DNaas (desoksüribonukleaas) - ensüüm, mis "lõikab" 1 DNA ahela (nukleotiidide jada) mööda fosfodiestersidemeid ja eemaldab kahjustatud ala: eksonukleaas töötab terminaalsetel nukleotiididel 3` või 5`, endonukleaas töötab muudel nukleotiididel kui terminaalsed;
• DNA polümeraas - ensüüm, mis sünteesib DNA ahela vastava lõigu, et asendada kustutatud;
• DNA ligaas on ensüüm, mis sulgeb polümeeri ahela viimase sideme ja taastab seeläbi selle järjepidevuse.

Reparatsiooni liigid

Otsene heastamine

Otsene parandamine on lihtsaim viis DNA kahjustuste kõrvaldamiseks, mis hõlmab tavaliselt spetsiifilisi ensüüme, mis suudavad kiiresti (tavaliselt ühes etapis) kõrvaldada vastava kahjustuse, taastades algse nukleotiidi struktuuri. Nii toimib näiteks O6-metüülguaniin-DNA metüültransferaas, mis eemaldab metüülrühma lämmastikualusest ühele enda tsüsteiinijäägile.

Ekstsisiooni remont

Ekstsisiooniparandus (inglise excision - cut) hõlmab kahjustatud lämmastikualuste eemaldamist DNA-st ja sellele järgnevat molekuli normaalse struktuuri taastamist mööda komplementaarset ahelat. Ensüümsüsteem eemaldab kaheahelalise DNA lühikese üheahelalise järjestuse, mis sisaldab sobimatuid või kahjustatud aluseid, ja asendab need, sünteesides ülejäänud ahelaga komplementaarse järjestuse.

Ekstsisiooniparandus on kõige levinum meetod modifitseeritud DNA aluste parandamiseks. See põhineb modifitseeritud aluse äratundmisel erinevate glükosülaaside poolt, mis lõhustavad selle aluse N-glükosiidsideme DNA molekuli suhkru-fosfaatkarkassiga. Samal ajal on glükosülaase, mis spetsiifiliselt tunnevad ära teatud modifitseeritud aluste (oksümetüüluratsiil, hüpoksantiin, 5-metüüluratsiil, 3-metüüladeniin, 7-metüülguaniin jne) olemasolu DNA-s. Paljude glükosülaaside puhul on praeguseks kirjeldatud polümorfismi, mis on seotud ühe nukleotiidi asendamisega geeni kodeerivas järjestuses. Nende ensüümide paljude isovormide puhul on kindlaks tehtud seos suurenenud onkoloogiliste haiguste riskiga [Chen, 2003].

DNA kõrge stabiilsuse tagavad mitte ainult selle struktuuri konservatiivsus ja replikatsiooni kõrge täpsus, vaid ka spetsiaalsete süsteemide olemasolu kõigi elusorganismide rakkudes. reparatsioonid mis eemaldavad DNA kahjustused.

Erinevate kemikaalide, ioniseeriva kiirguse ja ultraviolettkiirguse toime võib põhjustada DNA struktuuri järgmisi kahjustusi:

Üksikute aluste kahjustus (deamineerimine, mis viib tsütosiini muundamiseni uratsiiliks, adeniini hüpoksantiiniks; aluse alküülimine; aluse analoogide kaasamine, nukleotiidide insertsioonid ja deletsioonid);

aluspaari kahjustus (tüümiindimeeride moodustumine);

keti katkestused (ühe- ja kahekordsed);

ristsidemete moodustumine aluste vahel, samuti DNA-valgu ristsidemed.

Mõned neist rikkumistest võivad ilmneda ka spontaanselt, s.t. ilma kahjulike teguriteta.

Mis tahes tüüpi kahjustused põhjustavad DNA sekundaarse struktuuri rikkumist, mis on replikatsiooni osalise või täieliku blokeerimise põhjus. Sellised konformatsioonilised häired on remondisüsteemide sihtmärgiks. DNA struktuuri taastamise protsess põhineb asjaolul, et geneetiline informatsioon on DNA-s esindatud kahe koopiaga – üks igas kaksikheeliksi ahelas. Tänu sellele saab parandusensüümi abil eemaldada kahjustused ühes ahelas ja see ahela osa sünteesitakse uuesti normaalsel kujul, tänu kahjustamata ahelas sisalduvale teabele.

Praeguseks on tuvastatud kolm peamist DNA parandamise mehhanismi: fotoreaktivatsioon, ekstsisioon ja replikatsioonijärgne parandamine. Kaht viimast tüüpi nimetatakse ka pimedaks heastamiseks.

Fotoreaktiveerimine lagundatakse ensüümi toimel fotolüaas, mida aktiveerib nähtav valgus, tümiini dimeerid, mis esinevad DNA-s ultraviolettkiirguse toimel.

ekstsisiooniline parandamine seisneb DNA kahjustuse äratundmises, kahjustatud piirkonna väljalõikamises, DNA resünteesis terve ahela malli järgi koos DNA ahela järjepidevuse taastamisega. Seda meetodit nimetatakse ka tükeldamise - asendamise tüübi järgi parandamiseks või piltlikult öeldes "lõigake - plaaster" mehhanismiks. Ekstsisiooniremont on mitmeetapiline protsess ja koosneb:

1) kahju "tunnustamine";

2) ühe DNA ahela sisselõige kahjustuse läheduses (incision);

3) kahjustatud ala eemaldamine (ekstsisioon);

4) DNA resüntees eemaldatud koha kohas;

5) parandatud ahela järjepidevuse taastamine nukleotiidide vahel fosfodiestersidemete tekkimise tõttu
(Joonis 6.2)

Riis. 6.2 Ekstsisiooniremondi skeem

Reparatsioon algab liitumisest DNA-N-glükosülaas kahjustatud alusele. On palju DNA-N-glükosülaase, mis on spetsiifilised erinevatele modifitseeritud alustele. Ensüümid lõhustavad hüdrolüütiliselt N-glükosiidsideme muutunud aluse ja desoksüriboosi vahel, mis viib DNA ahelas AP (apuriin-apürimidiini) saidi moodustumiseni (esimene etapp). AP saidi remont saab toimuda ainult osalusel DNA insertaasid, mis lisab desoksüriboosile aluse vastavalt komplementaarsuse reeglile. Sel juhul puudub vajadus DNA ahela lõikamiseks, vale nukleotiidi väljalõikamiseks ja katkestuse parandamiseks. DNA struktuuri keerukamate kahjustuste korral on vajalik kogu parandusprotsessis osalevate ensüümide kompleksi osalemine (joonis 6.2.): AP-endonukleaas tunneb ära AP saidi ja lõikab selle lähedal oleva DNA ahela (II etapp). Niipea, kui ahelas tekib katkestus, tuleb töö mängu AP eksonukleaas, mis eemaldab viga sisaldava DNA fragmendi (III etapp). DNA polümeraas b ehitab üles tekkinud lõhe vastavalt komplementaarsuse põhimõttele (IV etapp). DNA ligaasühendab äsja sünteesitud fragmendi 3¢-otsa põhiahelaga ja viib kahjustuste parandamise lõpule (V etapp).

Replikatiivne remont lülitatakse sisse juhtudel, kui ekstsisioon ei tule toime kõigi DNA kahjustuste kõrvaldamisega enne selle replikatsiooni. Sel juhul põhjustab kahjustatud molekulide paljunemine üheahelaliste tühikutega DNA ilmumist ja rekombinatsiooni käigus taastatakse loomulik struktuur.

Kaasasündinud defektid parandussüsteemis on selliste pärilike haiguste põhjuseks nagu pigmendikseroderma, ataksia-telangiektaasia, trihhotiodüstroofia ja progeeria.

DNA REMONT

Remondisüsteemid

2 Ekstsisiooniremont. Näited ja tüübid

3 DNA replikatsioonivigade parandamine

4 Rekombinantne (replikatsioonijärgne) paranemine bakterites

5 SOS heastamine

DNA parandamise süsteemid on bakteritest inimeseks arenemisel üsna konservatiivsed ja neid on kõige parem uurida E. coli's.

Remonti on kahte tüüpi:sirge ja ekstsisiooniline

Otsene heastamine

Otsene parandamine on lihtsaim viis kahjustuste kõrvaldamiseks DNA-s, mis tavaliselt hõlmab spetsiifilisi ensüüme, mis suudavad kiiresti (tavaliselt ühes etapis) kõrvaldada vastava kahjustuse, taastades nukleotiidide esialgse struktuuri.

1. See toimib näiteksO6-metüülguaniin-DNA-metüültransferaas

(suitsidaalne ensüüm), mis eemaldab metüülrühma lämmastikku sisaldavast alusest üheks omaenda tsüsteiinijäägiks

E. coli-s saab 1 minuti jooksul sünteesida kuni 100 selle valgu molekuli. Kõrgemate eukarüootide valk, mis on funktsioonilt sarnane, mängib ilmselgelt olulist rolli sisemiste ja väliste alküülivate tegurite põhjustatud vähivastases kaitses.

DNA insertaas

2. DNA insertaasid

fotolüaas

3. Tümiini dimeerid on "tikitud" poolt otsene heastamine peaosasfotolüaas, mis viivad läbi vastava fotokeemilise transformatsiooni. DNA fotolüaasid on rühm valguse poolt aktiveeritavaid ensüüme lainepikkusega 300 - 600 nm (nähtav piirkond), mille jaoks on nende struktuuris spetsiaalne valgustundlik kese.

Nad on looduses laialt levinud ning neid leidub bakterites, pärmis, putukates, roomajates, kahepaiksetes ja inimestes. Need ensüümid nõuavad mitmesuguseid kofaktoreid (FADH, tetrahüdrofoolhape jne), mis osalevad ensüümi fotokeemilises aktiveerimises. E. coli fotolüaas on 35 kDa valk, mis on sellega tihedalt seotud oligoribonukleotiid 10-15 nukleotiidi pikkune vajalik ensüümi aktiivsuseks.

Näited otsesest hüvitamisest

1. Metüülitud alus O 6-mG dimetüleeritakse ensüümi metüültransferaasi pooltO6-metüülguaniin-DNA-metüültransferaas (suitsidaalne ensüüm), mis kannab metüülrühma ühele selle jäägile

tsüsteiin

2. AP-saite saab parandada puriinide otsese sisestamisega ensüümide abil, mida nimetatakseDNA insertaasid(inglise keelest insert- insert).

DNA OTSE KAHJUSTUSTE PARANDAMISE NÄITE SKEEM – metüülitud alus O6- mgdemetüleeritakse ensüümi metüültransferaasi toimel, mis kannab metüülrühma ühte oma tsüsteiini aminohappejääki.

3. Fotolüaas kinnitub tümiini dimeerile ja pärast selle kompleksi kiiritamist nähtava valgusega (300-600 nm) dimeer laieneb

DNA KAHJUSTUSTE OTSE PARANDAMISE NÄITESKEEM – fotolüaas

kinnitub tümiini dimeeri külge ja pärast nähtava valgusega kiiritamist see dimeer laieneb

Ekstsisiooni remont

(inglise keelest excision - cut).

MÄÄRATLUS

Ekstsisiooni remont sisaldab eemaldus kahjustatud lämmastikualused DNA-st ja järgnev taastumine normaalne molekulaarstruktuur.

MEHANISM

Ekstsisiooni parandamisel osalevad tavaliselt mitmed ensüümid ja protsess ise mõjutab

mitte ainult kahjustatud ,

vaid ka külgnevad nukleotiidid .

TINGIMUSED

Ekstsisiooni parandamiseks on vaja teist (komplementaarset) DNA ahelat. Ekstsisiooniremondi üldine lihtsustatud skeem on näidatud joonisel fig. 171.

ETAPID

Ekstsisiooni parandamise esimene samm on ebanormaalsete lämmastikualuste ekstsisioon. Seda katalüüsib rühmDNA-N- glükosülaas- ensüümid, mis lõhustavad glükosiidsideme desoksüriboosi ja lämmastikaluse vahel.

TÄHTIS MÄRKUS:

KellinimeneDNA-N- glükosülaason kõrge substraadi spetsiifilisusega: selle perekonna erinevad ensüümid tunnevad ära ja eemaldavad mitmesugused anomaalsed alused(8-oksoguaniin, uratsiil, metüülpuriinid jne).

KellbakteridDNA-N- glükosülaasei oma sellist substraadi spetsiifilisust.

ÜLDINE EKSITSIOONIDE PARANDUSENSÜÜMID

NIMI	FUNKTSIOON	MEHANISM
DNA-N- glükosülaas	ebanormaalsete lämmastikku sisaldavate aluste väljalõikamine	lõhustab glükosiidsideme desoksüriboosi vahel ja lämmastikalus
AP endonukleaas	loob tingimused järgmise ensüümi tööks - eksonukleaasid	lõhub AP saidis DNA molekuli suhkru-fosfaatkarkassi
eksonukleaas	lõikab mõned nukleotiidid	lõikab järjestikku mitu nukleotiidi ühe DNA ahela kahjustatud osast

SELLE MEHHAANISI KONKREETSED JÄRGMISED SAMMUD:

Tegevuse tulemusena DNA- N- glükosülaasmoodustub AP sait, mida ensüüm ründab AR-endonukleaas. See lõhub AP-saidis DNA molekuli suhkru-fosfaatkarkassi ja loob seeläbi tingimused järgmise ensüümi tööks - eksonukleaasid, mis lõikab ühe DNA ahela kahjustatud osast järjest ära mitu nukleotiidi.

Bakterirakkudes vabanenud ruum täidetakse osalusel vastavate nukleotiididega DNA polümeraas I orienteeritud DNA teisele (komplementaarsele) ahelale.

Kuna DNA polümeraas I on võimeline pikendama ühe ahela 3'-otsa kaheahelalise DNA katkestuse korral ja eemaldama nukleotiide sama katkestuse 5'-otsast,

need. aru saada "hüüdsaade" , mängib see ensüüm DNA parandamisel võtmerolli. Teostatakse remonditud alade viimane õmblemine DNA ligaas.

Eukarüootsetes (imetajate) rakkudes

DNA ekstsisiooni parandamisega imetajarakkudes kaasneb teise ensüümi aktiivsuse järsk tõus,polü ADP-riboosi polümeraas . Samal ajal juhtub Kromatiini valkude ADP-ribosüülimine(histoonid ja mittehistoonvalgud), mis viib nende seose DNA-ga nõrgenemiseni ja avab juurdepääsu parandavatele ensüümidele.

Doonor ADP-riboosnendes reaktsioonidesNAD+, mille varud on röntgenkiirgusest põhjustatud kahjustuste ekstsisioonilise parandamise käigus oluliselt ammendunud:

Negatiivselt laetud jäägid ADP-riboos molekuli sisemisest koostisest NAD+ liituda radikaali kauduglutamiin happed või fosfoseriinkromatiini valkudele, mis toob kaasa nende valkude positiivsete laengute neutraliseerimise ja nende kontakti DNA-ga nõrgenemise.

MIS ON ENSÜÜMIDE RÜHM

DNA - glükosülaasid

lõhustab glükosiidsideme desoksüriboosi ja lämmastikaluse vahel

mis viib ebanormaalsete lämmastikualuste ekstsisioonini

DNA - glükosülaasid osaleb DNA oksüdatiivse kahjustuse kõrvaldamises rakkudes prokarüootid ja eukarüootid, on väga mitmekesised ja erinevad substraadi spetsiifilisuse, ruumilise struktuuri ja DNA-ga interaktsiooni viiside poolest.

Enim uuritud DNA glükosülaasid on järgmised:

endonukleaas III(EndoIII),

moodustab amidopürimidiin-DNA-glükosülaasi (fpg)

Mut T Ja

Mut Ycoli.

Endonukleaas IIIE. coli tunneb ära ja lõikab spetsiifiliselt DNA ära oksüdeerunud pürimidiini alused.

See ensüüm on monomeerne globulaarne valk, mis koosneb 211 aminohapet jäägid (moolmass 23,4 kDa). Endo III kodeeriv geen on sekveneeritud ja selle nukleotiidjärjestus on kindlaks tehtud. Endo III on raud-väävel valk [(4 Fe-4S )2+-valk], milles on element suprasekundaarne struktuur tippige "Kreeka võti" (spiraal - juuksenõel - spiraal), mis toimivad DNA-ga seondumisel. Samuti on eraldatud sarnase substraadi spetsiifilisuse ja sarnase aminohappejärjestusega ensüüme veise ja inimese rakud.

Moodustab amidopüridiin-DNA-glükosülaas E. coli "tunneb ära" ja lõikab oksüdeerunud heterotsüklilise puriini seeria alused .

EKSISIOONI REMONDI SKEEMI 1. ETAPP

DNAN

EKSISIOONI REMONDI SKEEM

1 DNANglükosidaas eemaldab kahjustatud aluse

AR endonukleaas purustab DNA

2 Eksonukleaas eemaldab hulga nukleotiide

3 DNA polümeraas täidab vaba koha komplementaarse ainega

Mononukleotiidid

DNA ligaas ristseob parandatud DNA ahela

Mut T- väike valk molekulmassiga 15 kDa, millel on nukleosiidtrifosfataasi aktiivsus, mis on valdavalt hüdrolüüsib dGTP dGMP-ks ja pürofosfaadiks.

Mut T bioloogiline roll eesmärk on vältida mittekanooniliste paaride teket replikatsiooni ajalA:G Ja A: 8-okso-G.

Sellised paarid võivad ilmneda, kui oksüdeeritud vorm

dGTP (8-okso-dGTP) muutub substraat DNA polümeraas.

Mut T hüdrolüüsib 8-okso-dGTP10 korda kiirem kui dGTP.

See teeb 8-okso-dGTPeelistatuim substraatMutTja selgitab selle funktsionaalset rolli.

Mut Yon spetsiifiline adeniin-DNA glükosülaas, mis lõhustab N-glükosiidsideme adeniini ja desoksüriboosi vahel adenosiin, moodustades guaniiniga mittekanoonilise paari.

Selle ensüümi funktsionaalne roll on mutatsioonide vältimine

T:A - G:A poolt intaktse jäägi lõhustamine adeniinaluspaarist A: 8-okso-G.

Nukleotiidide ekstsisiooni parandamine

(ATP-sõltuv DNA kahjustuse eemaldamise mehhanism)

Hiljuti on ekstsisiooniparanduses pööratud erilist tähelepanu ATP-st sõltuvale mehhanismile kahjustuste eemaldamiseks DNA-st. Seda tüüpi ekstsisiooniparandust nimetatakse nukleotiidide ekstsisiooni parandamiseks (NER).

See sisaldab KAHTE ETAPPI :

1. eemaldamine DNA-stoligonukleotiidi fragmendid sisaldavad kahjustusi ja

Ekstsinukleaas

2. järgnev DNA ahela rekonstrueerimine ensüümide kompleksi (nukleaasid, DNA polümeraasid, DNA ligaasid jne) osalusel.

Toimub DNA fragmendi eemaldamine mõlemal pool kahjustatud nukleotiid. Eemaldatud oligonukleotiidi fragmentide pikkus on prokarüootidel ja eukarüootidel erinev.

DNA fragmendi eemaldamine prokarüootidest

Niisiis, E. coli, B. subtilus, Micrococcus luteus, pikkus fragment 12-13 nukleotiidid

DNA fragmendi eemaldamine eukarüootidest

ja pärmis, kahepaiksetel ja inimestel fragment, mis koosneb 24-32 nukleotiidid.

Ekstsinukleaas- ensüüm, mis eemaldab DNA fragmente

DNA fragment lõhustatakse ensüümi toimelekstsinukleaas(ekstsinukleaas). E. coli's koosneb see ensüüm 3 erinevast protomeerist -

uvra

uvr B

uvr C

millest igaüks täidab spetsiifilist funktsiooni DNA fragmendi ekstsisioonilise lõhustamise ajal. Nende valkude nimed antakse sõnade esimeste tähtedega"ultravioletne parandus".

Protomer uvr Aomab ATPaasi aktiivsust, seondub DNA-ga dimeeri kujul, teostades

esmane kahju tuvastamine ja

siduvuvr B

Protomer uvr B omab:

1 . Latentne ATPaasi ja latentse helikaasi aktiivsus, mis on vajalik konformatsioonide muutmiseks ja DNA kaksikheeliksi lahtikerimiseks;

2. Endonukleaas aktiivsus, katkestades nukleotiidsideme (fosfodiester) küljeltZ"-otslõhestatud fragment.

Protomer uvr Ckäitub nagu endonukleaas, mis toob sisse katkestuse parandatud DNA ahelas koos5"-otslõigatud fragment.

Nii et protomeeriduvr A, uvr B, uvr Cinterakteeruvad DNA-ga teatud järjestuses, viies läbi ATP-st sõltuva reaktsioonioligonukleotiidi fragmendi lõhustamine parandatavast DNA ahelast.

Tekkinud lõhe DNA molekulis parandatakse DNA polümeraas I ja DNA ligaasi osalusel. Ekstsisiooniparanduse mudel ülaltoodud ensüümide osalusel on näidatud joonisel fig. 172.

Ekstsisiooniparandused inimestel

Inimese ekstsisiooniparandused sõltuvad samuti ATP-st ja hõlmavadkolm peamist sammu :

kahju tuvastamine,

DNA ahela kahekordne lõikamine,

redutseeriv süntees ja

parandatud ahela ligeerimine.

Kuid inimese DNA ekstsisiooni parandamine hõlmab

25 erinevat polüpeptiidi ,

16 millest protomeeridena osalevad oligonukleotiidi fragmendi lõhustamisesekstsinukleaasid,

ja ülejäänud 9 viia läbi molekuli parandatud osa sünteesi.

Inimeste DNA parandamise süsteemis mängivad väga olulist rolli transkriptsioonivalgud -

RNA polümeraas II Ja

TF Esmaspüks kuuest peamisest transkriptsioonifaktorist eukarüoot.

Tuleb märkida, et nii prokarüootide kui ka eukarüootide ekstsisiooniparandus sõltub DNA funktsionaalsest seisundist:

transkribeeritud DNA parandatakse kiiremini

kui transkriptsiooniliselt mitteaktiivne.

Seda nähtust seletatakse järgmiste teguritega:

kromatiini struktuur,

transkribeeritud DNA piirkondade ahelate homoloogia,

ahela kahjustuse mõju ja selle mõju RNA polümeraasile.

TÄHTIS MÄRKUS:

DNA kodeerimise kett (teabe salvestamise ahel)

DNA MATRIX CHAIN ​​(teave on sellelt maha kirjutatud)

Teadaolevalt sellised suured kahjud nagu tümiini dimeeri moodustumine, blokeerivad transkriptsiooni nii bakterites kui ka inimestel, kui need esinevad maatriksahel DNA (kahjustus kodeerimine ketid ei mõjuta transkriptsioonikompleksi). RNA polümeraas peatub DNA kahjustuse kohas ja blokeerib transkriptsioonikompleksi töö.

Transkriptsiooni parandamise sidemetegur (TRCF) .

E. coli puhul vahendab transkriptsiooni parandamise tõhustamist üks spetsiaalne valk -transkriptsiooni parandamise sidemetegur (TRCF) .

See valk aitab kaasa :

1. RNA polümeraasi eraldamine DNA-st

2. stimuleerib samaaegselt valgukompleksi moodustumist,

Kahjustatud ala remondi teostamine.

Parandamise lõpus langeb RNA polümeraas paika ja transkriptsioon jätkub (vt joonis).

Nii et ekstsisiooniremondi üldine skeem

1. DNA-N -glükosülaas eemaldab kahjustatud aluse

2. AR-endonukleaas põhjustab DNA ahela katkemise

3. Eksonukleaas eemaldab hulga nukleotiide

4. DNA polümeraas täidab vabanenud ala

Komplementaarsed nukleotiidid

5. DNA ligaas ristseob parandatud DNA ahela

DNA replikatsioonivigade parandamine

metüülimise teel

Vigu lämmastikaluste sidumisel DNA replikatsiooni ajal esineb üsna sageli (bakterites üks kord 10 tuhande nukleotiidi kohta), mille tulemusenaDNA tütarahelasse kaasatud on nukleotiidid, mis ei ole komplementaarsed emaahela nukleotiididega -ebakõlad(Inglise mittevastavus n e vaste).

KuigiDNA polümeraas Iprokarüootil on võime ennast parandada, oma jõupingutusi ekslikult seotud nukleotiidide kõrvaldamiseks mõnikord ei piisa, ja siis jäävad DNA-sse mõned valed (mittekomplementaarsed) paarid.

Sel juhul toimub parandamine konkreetse süsteemi abil, mis on seotudDNA metüülimine . Selle parandussüsteemi toime põhineb asjaolul, et pärast replikatsiooni, teatud aja (mitu minutit) möödudes, läbib DNA metüülimise.

E. coli metüülitud enamasti adeniin haridusega

N6-metüüladeniin (N6-mA).

Kuni selle hetkeni äsja sünteesitud(tütarettevõte)ahel jääb metüleerimata.

Kui sellises ahelas on paardumata nukleotiide, siis see läbib parandamise: Seegametüülimine märgib DNA-d ja

sisaldab veaparandussüsteemi replikatsioon.

Selles parandussüsteemis tunnustatakse spetsiaalseid struktuure:

järeljadaG-N6-mA-T-CJa järgmiseks selle taga on deformatsioon

topeltheeliksis komplementaarsuse puudumise kohas (joonis allpool).

paaritute nukleotiidide elimineerimisel poolmetüleeritud DNA molekulis osaleb üsna keeruline parandusensüümide kompleks, mis skaneerib DNA molekuli pinda,lõikab osa lapse ketist poole pöördudes sobimatusja loob seejärel tingimused ülesehitamiseks

selle soovitud (komplementaarsed) nukleotiidid.

Selle kompleksi erinevatel komponentidel on erinevad tegevused.nukleaas,

helikaas,

ATPaznoy,

vajalik DNA katkestuste sisseviimiseks ja nukleotiidide lõhustamiseks, DNA kaksikheeliksi lahtikerimiseks ja energia saamiseks kompleksi liikumiseks mööda molekuli parandatud osa.

Inimestel leiti ka struktuurilt ja funktsioonidelt sarnaste parandusensüümide kompleks.

Rekombinantne (replikatsioonijärgne) parandus

Nendel juhtudel, kui ülaltoodud parandussüsteemid on ühel või teisel põhjusel häiritud, võivad DNA ahelatesse tekkida tühimikud (alaremonditud alad), mis on mõnikord üsnagi märkimisväärne, mis on täis replikatsioonisüsteemi häireid ja võib põhjustada rakusurma.

Sel juhul on rakk võimeline ühe DNA molekuli parandamiseks kasutama teist replikatsioonijärgselt saadud DNA molekuli, st kaasama selleks mehhanismirekombinatsioon.

Bakterites

Bakterites osaleb rekombinantne parandamineRec A valk. See seondub üheahelalise DNA piirkonnaga ja kaasab selle rekombinatsiooniteise DNA molekuli intaktsete ahelate homoloogsed piirkonnad .

Selle tulemusena osutuvad parandatava DNA molekuli nii katkenud (sisaldavad tühimikud) kui ka terved ahelad paaris tervete komplementaarsete DNA piirkondadega, mis avab võimaluse ülalkirjeldatud süsteemide abil parandada.

Samal ajal võib olla lõikamine spetsiifiline fragment ja

täitmineselle abiga lüngad defektses ahelas.

Tekkivad lüngad ja katkestused DNA ahelates täidetakse osaluselDNA polümeraas I ja DNA ligaas .

SOS reparatsioon

Selle süsteemi olemasolu postuleeris esmakordselt M. Radman aastal 1974. Ta andis sellele mehhanismile ka nime, lisades sellesse rahvusvahelise hädasignaali "SOS" (päästke meie hinged).

Tõepoolest, see süsteem lülitub sisse millal DNA kahjustus muutub nii suureks, et ohustab raku elu. Sel juhul indutseeritakse mitmekesise geenirühma aktiivsus, mis on seotud DNA parandamisega seotud erinevates rakuprotsessides.

Teatud geenide kaasamine, mille määrab kahjustuse suurus DNA-s, põhjustab erineva tähtsusega rakulisi vastuseid (alustades standardist kahjustatud parandamine nukleotiidid ja lõpp mahasurumine raku pooldumine).

Enamik uuritudSOS reparatsioonE. coli's, mille peamised osalejad on kodeeritud valgud geenid Rec AJaLex A.

Esimene neist on multifunktsionaalneRec A valk osalevad

V DNA rekombinatsioon, ja

V geenide transkriptsiooni reguleerimine faag lambdamis nakatab E. coli't,

ja teiseks (Lex A valk)on repressor jaoks mõeldud suure geenirühma transkriptsioon DNA parandamine bakterid. Kui see on pärsitud või lahendatud remont on aktiveeritud.

Köitmine Rec A koos Lex A-gaviib viimase poolitamiseks ja vastavalt sellele parandavate geenide aktiveerimine.

Bakteriaalse SOS-süsteemi esilekutsumine omakorda aitabfaag lambda ohusignaal ja põhjustab profaagi ümberlülitumise passiivne kuni aktiivne (lüütiline) tee olemasolu, põhjustades seega peremeesraku surm.

SOS-parandussüsteemi on leitud mitte ainult bakteritest, vaid ka loomadest ja inimestest.

SOS DNA kahjustuste parandamisega seotud geenid

Geenid	Geeni aktiveerimise tagajärjed
uvr A, B, C, D	DNA sekundaarse struktuuri kahjustuste parandamine
Rec A	Replikatsioonijärgne remont, SOS-süsteemi induktsioonid
lex A	SOS-süsteemi väljalülitamine
rec N, ruv	Kaheahelaliste purunemiste parandamine
	Rekombinatsiooni remondi tagamine
umu C, D	DNA polümeraasi omaduste muutustest põhjustatud mutagenees
sul A	Rakkude jagunemise pärssimine

Järeldus

DNA kahjustuste parandamine on tihedalt seotud teiste põhiliste molekulaargeneetiliste protsessidega: replikatsioon, transkriptsioon ja rekombinatsioon. Kõik need protsessid on põimunudühiseks interaktsioonide süsteemiks, mida teenindavad suur hulk erinevaid valke, millest paljud on polüfunktsionaalsed molekulid, mis on seotud kontrolli geneetilise teabe rakendamise üle pro- ja eukarüootsetes rakkudes. Samas on selge, et loodus "ära koonerda" juhtimiselementidel, luues kõige keerukamad süsteemid nende DNA kahjustuste parandamiseks, mis on ohtlikud organismile ja eriti selle järglastele. Teisest küljest on neil juhtudel, kui reparatiivsest võimest ei piisa organismi geneetilise seisundi säilitamiseks, vajadus programmeeritud rakusurma järele.apoptoos..

NUKLOTIIDI EKSKSISIOONI REMONDI SKEEM E. COLIEXINUKLEASI OSALEMISEGA

1. TRANSKRIPTSIOONILISELT ISESEISEV MEHANISM

2. TRANSKRIPTIMISEST SÕLTUV MEHANISM

3. REMONDI ÜLDETAPP

SÜMBOLID

A - valkuvr A

B - valkuvr IN

C - valkuvr KOOS

väike must kolmnurk - märk näitab kahjustuse asukohta

DNA METÜÜLIMISEGA SEOTUD REMONDI SKEEM