ԴՆԹ վերականգնում

Ընդհանուր տեղեկություն

ԴՆԹ-ն վնասող նյութեր

Ճառագայթում

1. Իոնացնող ճառագայթում (գամմա ճառագայթներ, ռենտգենյան ճառագայթներ)

2. Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթում (հատկապես ~260 նմ, հենց այս հատվածում է տեղի ունենում ԴՆԹ-ի առավելագույն կլանումը)

Ռեակտիվ թթվածնային ռադիկալներ, որոնք արտադրվում են բնականոն բջջային շնչառության ժամանակ տարբեր կենսաքիմիական ուղիներով:
Բնապահպանական քիմիական նյութեր.

Շատ ածխաջրածիններ.

Հակաուռուցքային քիմիաթերապիայի մեջ օգտագործվող քիմիական նյութեր.

ԴՆԹ-ի վնասման տեսակները

1. ԴՆԹ-ի բոլոր չորս հիմքերը (A, T, C, G) կարող են կովալենտային ձևափոխվել տարբեր դիրքերում:
Ամենատարածվածը ամինո խմբի կորուստն է (դեամինացիա)՝ այս դեպքում C-ն վերածվում է U-ի։
Հիմքի սխալ ընդգրկում, որը տեղի է ունենում վերարտադրության ընթացքում ԴՆԹ պոլիմերազների աշխատանքի սխալների պատճառով:
Ամենատարածված ընդգրկումը ուրացիլն է թիմինի փոխարեն:
Կառույցի խախտումներ.
ԴՆԹ-ում կարող են ընդմիջումներ առաջանալ: Ընդմիջումները կարող են լինել միաշղթա, կամ երկու ԴՆԹ շղթաները կարող են կոտրվել:

Նման խզումների ընդհանուր պատճառ կարող է լինել իոնացնող ճառագայթումը:
Կովալենտային կապը կարող է ձևավորվել հարակից հիմքերի միջև, և կապը կարող է ձևավորվել նույն շղթայի հարակից հիմքերի միջև կամ ԴՆԹ-ի երկու շղթաների միջև:
ԴՆԹ-ի վնասման տեսակները
մեկ բազայի փոփոխություն
ապուրինացում
C-ն փոխարինելով Y-ով
A-ի փոխարինում հիպոքսանտինով
բազային ալկիլացում
նուկլեոտիդի տեղադրում կամ ջնջում
համանման հիմքի ներդրում
երկու հիմքերի փոփոխություն
տիմինի դիմերների ձևավորում
խաչաձեւ կապը երկֆունկցիոնալ ալկիլացնող նյութի հետ
շղթայի կոտրում
իոնացնող ճառագայթում
առանցքային տարրերի ռադիոակտիվ ոչնչացում
խաչաձեւ հղումներ
մեկ թելի կամ երկու զուգահեռ թելերի հիմքերի միջև
ԴՆԹ-ի և սպիտակուցի մոլեկուլների միջև, ինչպիսիք են հիստոնները

Վնասված հիմքերի վերանորոգում

Վնասված հիմքերը կարող են վերականգնվել տարբեր ձևերով.
Վնասի ուղղակի քիմիական վերականգնում:

Excision վերանորոգում (ER), որի դեպքում վնասված հիմքը հեռացվում է և փոխարինվում նորով: Գոյություն ունի էքսցիայի վերանորոգման երեք մոդել, որոնցից յուրաքանչյուրն օգտագործում է ֆերմենտների իր հավաքածուն:
Բազային հեռացման վերանորոգում (BER).
Նուկլեոտիդային հեռացման վերանորոգում (NER):
Անհամապատասխանության փոխհատուցում (MMR):

Ուղղակի վնասի վերականգնում:

Մարդկանց մոտ կետային մուտացիաների ամենատարածված պատճառը մեթիլ խմբի ինքնաբուխ ավելացումն է՝ ալկիլացման տեսակ։ Նման փոփոխությունները շտկվում են գլիկոզիլազներ կոչվող ֆերմենտների միջոցով, որոնք ուղղում են սխալը՝ առանց ոչնչացնելու ԴՆԹ-ի շարանը։

Քիմիաթերապիայի մեջ օգտագործվող որոշ դեղամիջոցներ նույնպես վնասում են ԴՆԹ-ն ալկիլացման միջոցով:
Վերականգնման խնդիրն այն է, որ սահմանափակ ֆերմենտների և մեխանիզմների առկայության դեպքում բջիջը պետք է դիմագրավի քիմիական և ֆիզիկական տարբեր նյութերի պատճառած բազմաթիվ վնասներին:

Բազային հեռացման վերանորոգում (BER)

Հիմնական հիմնական իրադարձությունները.

1. Վնասված հիմքի հեռացում (օրական տեղի է ունենում ~20000 անգամ մարդու մարմնի յուրաքանչյուր բջիջում) ԴՆԹ գլիկոզիլամին։ Մարդիկ ունեն առնվազն 8 գեն, որոնք կոդավորում են տարբեր ԴՆԹ գլիկոզիլազներ, որոնցից յուրաքանչյուրը ճանաչում է բազային վնասվածքների տարբեր խումբ:
2. Դեզօքսիրիբոֆոսֆատի հեռացումը հանգեցնում է ԴՆԹ-ում դատարկության առաջացման:
3. Փոխարինում ճիշտ նուկլեոտիդով։ Մարդկանց մոտ այս ֆունկցիան կատարում է բետա ԴՆԹ պոլիմերազը։
4. Շղթայի ճեղքվածքի կապում: Երկու ֆերմենտ կա, երկուսն էլ պահանջում են ATP:

Նուկլեոտիդային հեռացման վերականգնում (NER)

NER-ը BER-ից տարբերվում է մի քանի առումներով.
Օգտագործելով տարբեր ֆերմենտային համակարգեր:
Նույնիսկ եթե սխալը մեկ նուկլեոտիդում է, վնասված տարածքում գտնվող բազմաթիվ նուկլեոտիդներ միանգամից հեռացվում են:

NER-ի հիմնական իրադարձությունները.
1. Վնասը ճանաչվում է վնասի վայրի հետ կապված մեկ կամ մի քանի գործոններով:
2. ԴՆԹ-ն փաթաթվում է վնասվածքի տեղում: Այս գործընթացը ներառում է
տարբեր տրանսկրիպցիոն գործոններ IIH, TFIIH, (որոնք նույնպես գործում են նորմալ տառադարձման ժամանակ):
3. ԴՆԹ-ն կտրվում է վնասվածքի 3" և 5" ծայրերում, որի արդյունքում հեռացվում է վնասված նուկլեոտիդ պարունակող ԴՆԹ-ի բեկորը։
4. ԴՆԹ-ի նոր շղթան լրացվում է՝ օգտագործելով դելտա կամ էպսիլոն պոլիմերազներով չվնասված ԴՆԹ շղթայի ձևանմուշը:
5. Լիգազները խաչաձեւ կապում են շղթայի նոր սինթեզված ծայրը:

Xeroderma pigmentosum (XP)
XP-ն հազվագյուտ ժառանգական հիվանդություն է, որը դրսևորվում է մաշկի վնասվածքներով լույսի ազդեցության տակ, ինչը, ի վերջո, հանգեցնում է մաշկի քաղցկեղի զարգացման և հիվանդի մահվան:
Հիվանդությունը առաջանում է NER-ի վերականգնման մեջ ներգրավված գեների մուտացիաների պատճառով: Օրինակ:
XPA-ն կոդավորում է սպիտակուցը, որը կապվում է վնասվածքի վայրի հետ և օգնում է վերանորոգման համալիրի հավաքմանը:
XPB և XPD, որոնք հանդիսանում են TFIIH տրանսկրիպցիոն գործոնի մասեր: XPB-ի և XPD-ի որոշ մուտացիաներ կարող են նաև առաջացնել վաղաժամ ծերացում:
XPF-ը կտրում է ԴՆԹ-ի շարանը վնասի 5 դյույմ ծայրից:

XPG-ը կտրում է շղթան 3 դյույմ ծայրից:

Անհամապատասխանության փոխհատուցում (MMR)

Անհամապատասխանության վերանորոգումը շտկում է չհամապատասխանող անձեռնմխելի հիմքերը, որոնք չեն կազմում նորմալ Watson-Crick զուգավորում (A T, C G): Նման սխալներ տեղի են ունենում ԴՆԹ-ի պոլիմերազի աշխատանքի ժամանակ՝ վերարտադրության ժամանակ։
Անհամապատասխանության վերականգնումը ներառում է ինչպես BER-ի, այնպես էլ NER-ի վերանորոգման մեջ ներգրավված ֆերմենտներ, ինչպես նաև մասնագիտացված ֆերմենտներ:
ԴՆԹ-ի սինթեզը անհամապատասխանության վերականգնման ժամանակ իրականացվում է ԴՆԹ պոլիմերազների դելտա կամ էպսիլոնի միջոցով:
Անհամապատասխանության վերականգնման համակարգը ներգրավված է մեյոզի ժամանակ ռեկոմբինացիայի ճշգրտության բարձրացման մեջ:

ԴՆԹ կոտրվածքի վերականգնում

Իոնացնող ճառագայթումը և որոշ քիմիական նյութեր կարող են կոտրել ԴՆԹ-ի մեկ կամ երկու շղթա:
Միաշղթա ընդմիջումներ (SSB)
ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկի ճեղքերը հաճախ վերականգնվում են BER վերականգնման մեջ ներգրավված ֆերմենտների միջոցով:
Կրկնակի շղթայի ճեղքեր (DSB)
Գոյություն ունեն երկու մեխանիզմ, որոնք կարող են վերացնել ԴՆԹ-ի կրկնակի շղթաների ընդմիջումները.
Կոտրված ծայրերի ուղիղ միացում: Այս գործընթացը պահանջում է հատուկ
ֆերմենտներ, որոնք ճանաչում և կապում են կոտրված ծայրերը, այնուհետև դրանք իրար կարում: Եթե ​​կոտրված ԴՆԹ-ն ունի բութ ծայրեր, և երկու ԴՆԹ բեկորների միացումը տեղի է ունենում պատահականորեն, ապա այս վերականգնումը կոչվում է NHEJ: Ku սպիտակուցը անհրաժեշտ է NHEJ-ի համար: Ku-ն հետերոդիմերային ենթամիավոր է, որը բաղկացած է երկու Ku70 և Ku80 սպիտակուցներից:
Ուղղակի կցման ժամանակ առաջացող սխալները կարող են առաջացնել տեղափոխություններ:
Պոլինուկլեոտիդ լիգազ- վերականգնված մեկ շղթա ԴՆԹ-ն կոտրվում է

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիա

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիան կարող է վերականգնել քրոմոսոմների կոտրված ծայրերը՝ օգտագործելով չվնասված քույր քրոմատիդի ԴՆԹ-ն, որը հասանելի է քրոմոսոմների կրկնօրինակումից հետո:
Հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի համար անհրաժեշտ գեներն են BRCA-1 և BRCA-2:

Գենի փոխակերպում
Նոր գենի դոնորը կարող է լինել.
հոմոլոգ քրոմոսոմ (մեյոզի ժամանակ)
քույր քրոմատիդ (նաև մեյոզի ժամանակ)
կրկնօրինակված գենը նույն քրոմոսոմի վրա (միտոզի ժամանակ)

Վերարտադրման ժամանակ պոլիմերազի 3'-5' էկզոնուկլեազային ակտիվության պատճառով առաջացած սխալների ուղղում (միայն պրոկարիոտների մոտ) (մուտացիա E. coli mutD-mutator-change - ԴՆԹ-pol.III ենթամիավոր)
Թիմինի դիմերներ, ֆոտոլիազային ֆերմենտի գեն-phr (ստորին էուկարիոտներում)
Կցված ալկիլ և մեթիլ խմբերի հեռացում - O-6-methylguanine transferase (ada գեն) - հեռացնում է O-6-methylguanine-ը
էքցիզացիոն ռ. հիմքեր [E.coli] [մարդկային | վնասի ճանաչում XPA սպիտակուցը ՀՀԿ-ի հետ համատեղ | f-r transcr-ը ներգրավված է: TFIIH (P52, P34, P44, P62, XPB-XPD-helicase Activity) | ERCC1-XPF, XPG - նուկլեազներ, վնասի երկու կողմերում կտրված ԴՆԹ: | ԴՆԹ պոլիմերազ- և օժանդակ: RFC և PCNA սպիտակուցները լրացնում են բացը]
Ռ. ազոտային հիմքեր.-գլիկոզիլազը հեռացնում է հիմն.
AP տեղամաս (apurinic, apyrimidine) | AP-էնդոնուկլեազը ճանաչում է բացը, կտրվածքը: 5' ԴՆԹ
հետվերարտադրողական r. (PRR)
SOS-r. սպիտակուցներ կապ. ԴՆԹ պոլիմերազով, դոց. ԴՆԹ-ն կառուցված է վնասին հակառակ: ԴՆԹ

հապավումներ.
BER - Base Excision Repair

NER - Նուկլեոտիդային հեռացման վերանորոգում
MMR - անհամապատասխանության վերականգնում
NHEJ - Nonhomologous End-Jining

Անհամապատասխանության փոխհատուցում

Կրկնօրինակման գործընթացում պոլիմերազային սխալների արդյունքում կարող են տեղադրվել ոչ կոմպլեմենտար նուկլեոտիդներ, որոնք կարող են հանգեցնել դուստր ԴՆԹ շղթայի մուտացիաների։ Չզույգված հիմքերը ճանաչվում են անհամապատասխանության վերականգնող ֆերմենտներով և փոխարինում անհամապատասխան նուկլեոտիդներին:

Այս համակարգի ֆերմենտները ապահովում են հոմոլոգիական ռեկոմբինացիա, ինչպես նաև բջջային ցիկլի դադարեցում՝ ի պատասխան ԴՆԹ-ի վնասման:
E. coli-ի անհամապատասխանության վերականգնման համակարգը, օգտագործելով MutHLS սպիտակուցները, ճանաչում և վերականգնում է բոլոր ոչ կոմպլեմենտար բազային զույգերը, բացառությամբ C–C-ի: Բացի այդ, այս համակարգը վերականգնում է փոքր ներդիրները ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկի մեջ, որոնք առաջանում են կրկնօրինակման սխալներից, որոնց երկարությունը չի գերազանցում չորս նուկլեոտիդը:
Որպես կանոն, E. coli-ն ունի մեթիլացված ԴՆԹ Ամբարտակ մեթիլազկայքի կողմից GATC. Այնուամենայնիվ, կրկնօրինակման ավարտից հետո դուստր ԴՆԹ-ի շարանը որոշ ժամանակ մնում է չմեթիլացված:
Այս համակարգը կարող է վերականգնվել in vitro օգտագործելով
ԴՆԹ մեկ մեթիլացված շղթայով որպես սուբստրատ, որին ավելացվում են MutH, MutL, MutS, UvrD (հելիկազ II), ԴՆԹ պոլիմերազ III հոլոֆերմենտը, ԴՆԹ լիգազան, SSB սպիտակուցը և էկզոնուկլեազներից մեկը՝ ExoI, ExoVII կամ RecJ. . Վերանորոգման գործընթացը սկսվում է մասնակի մեթիլացված GATC-ի տեղամասի մոտ չմեթիլացված շղթայում միաշղթայի ճեղքման միջոցով, որին հաջորդում է ԴՆԹ-ի շղթայի հիդրոլիզը և արդյունքում առաջացած միաշղթայի բացը լրացնելով: Այս դեպքում MutS սպիտակուցը կապվում է սխալ զուգակցված նուկլեոտիդների հետ։ MutL սպիտակուցը չունի ֆերմենտային ակտիվություն, չնայած այն փոխազդում է MutS-ի հետ և անհրաժեշտ է MutH-ի՝ էնդոնուկլեազի ակտիվացման համար, որը կատարում է միաշղթա ԴՆԹ-ի ընդմիջումներ: Այսպիսով, MutS–MutL կոմպլեքսը, որը հավաքվել է ԴՆԹ-ի տարածքում անհամապատասխան նուկլեոտիդով, խթանում է MutH-ի էնդոնուկլեազային (նիկազային) ակտիվությունը: Բջջազերծ համակարգը չի պահանջում MutH-ի առկայությունը ԴՆԹ-ի ենթաշերտի միաշղթայի ճեղքի առկայության դեպքում: MutHLS վերանորոգման համակարգը կարող է
օգտագործել մասնակի մեթիլացված GATC հաջորդականությունները, որոնք տեղակայված են վնասված ԴՆԹ-ի շրջանի վերևում և ներքևում: Միևնույն ժամանակ, ներս
Ի լրումն helicase II-ի, սխալ ներառված նուկլեոտիդի հեռացումը ներառում է էկզոնուկլեազներից մեկը՝ ExoI (3'-exo), ExoVII (3'- և 5'-exo) կամ RecJ (5'-exo), կախված GATC տեղամասի գտնվելու վայրը շտկված նուկլեոտիդի նկատմամբ: Նուկլեոտիդի հեռացումից հետո առաջացած միաշղթա բացը լրացվում է ԴՆԹ պոլիմերազ III հոլոֆերմենտով SSB սպիտակուցի և ԴՆԹ լիգազի առկայությամբ: Պետք է ընդգծել, որ MutH սպիտակուցի և Dam մեթիլազի օգտագործումը կրկնօրինակվող ԴՆԹ-ի դուստր շղթան ճանաչելու համար գրամ-բացասական բակտերիաների եզակի հատկությունն է: Գրամ-դրական բակտերիաները չեն մեթիլացնում ԴՆԹ-ի շղթաները նշագրման նպատակով: Եթե ​​GATC տեղամասերը լիովին մեթիլացված են, E. coli MutHLS վերանորոգման համակարգը փոփոխում է անհամապատասխան նուկլեոտիդները ԴՆԹ-ի երկու շղթաների վրա՝ հավասար արդյունավետությամբ:
E. coli-ն ունի առնվազն երկու այլ հատուկ
անհամապատասխան նուկլեոտիդների վերականգնման ուղիները: VSP (կարկատակի վերանորոգման շատ կարճ ճանապարհ) համակարգը վերանորոգում է ոչ կոմպլեմենտար G–T զույգերը՝ դրանք փոխարինելով G–C-ով: Ենթադրվում է, որ նման զույգերը ձևավորվում են 5-մեթիլցիտոզինի դեամինացիայի արդյունքում այն ​​վայրերում, որտեղ C մնացորդները մեթիլացված են Dcm մեթիլազով: Ավելի ցածր արդյունավետությամբ նույն համակարգը փոխարինում է G–U զույգերը G–C-ով։ MutY-ից կախված վերանորոգման մեկ այլ համակարգ հատուկ վերացնում է գուանինի օքսիդատիվ վնասման հետևանքները: Եթե ​​dGTP-ն օքսիդացվում է՝ ձևավորելով 8-oxo-dGTP, MutT սպիտակուցը ճեղքում է վերջինս՝ կանխելով դրա ընդգրկումը ԴՆԹ-ում։ Եթե ​​այն, այնուամենայնիվ, ներառված է C մնացորդի հակառակ, ապա Fpg գլիկոզիլազը (MutM) հեռացնում է այս փոփոխված հիմքը: Այն դեպքում, երբ 8-օքսո-G-ն մնում է ԴՆԹ-ում, կրկնօրինակման հաջորդ փուլում այն ​​զուգակցվում է A-ի հետ, և արդյունքում կարող է տեղի ունենալ G–C>T–A տրանսվերսիան։ Այս դեպքում MutY սպիտակուցը գործում է որպես ԴՆԹ գլիկոզիլազ՝ հեռացնելով A մնացորդը սխալ զույգից և որպես AP լիազա՝ ներմուծելով միաշղթա:
AP կայքին հարող բացը: Դրան հաջորդում են վերը նշված գործընթացները՝ կապված BER վերանորոգման համակարգի գործունեության հետ: MutY-ի հետ կապված ռեակցիաների հաջորդականությունը վերականգնում է նաև ոչ կոմպլեմենտար A–G և A–C զույգերը՝ համապատասխանաբար ձևավորելով C–G և G–C զույգեր։ Էուկարիոտների մեջ անհամապատասխան հիմքերի վերականգնումը տեղի է ունենում, երբ
Բակտերիալ MutHLS համակարգին նման սպիտակուցների համալիրի մասնակցությունը: Մարդու GTBP սպիտակուցը բակտերիալ MutS սպիտակուցի հոմոլոգն է, իսկ խմորիչի մեջ Msh6 սպիտակուցը համապատասխան դեր է խաղում։ Մարդկանց մոտ անհամապատասխան նուկլեոտիդների ճանաչումն իրականացվում է MSH2-GTBP հետերոդիմերով: S. cerevisiae բջիջներում MutL հոմոլոգները MLH1 և PMS2 սպիտակուցներն են, որոնք նույնպես գոյություն ունեն որպես հետերոդիմերային համալիրներ: Մարդկանց մոտ այս սպիտակուցները կոդավորող գեների մուտացիան ուղեկցվում է մուտատոր ֆենոտիպի ձևավորմամբ և հաստ աղիքի ժառանգական ոչ պոլիպոզային քաղցկեղի (HNPCC սինդրոմ) զարգացմամբ։

Ուղղակի փոխհատուցում

Ալկիլացված հիմքերի վերանորոգման երկու հիմնական ուղի կա՝ հիմքի հեռացման վերանորոգում (BER) և բազային հեռացման ուղղակի վերանորոգում: BER-ում ԴՆԹ գլիկոզիլազները ԴՆԹ-ում ցիտոտոքսիկ ալկիլացված հիմքերը կտրում են առաջին քայլում՝ AP տեղամասի ձևավորմամբ և դրա հետագա մշակմամբ: Ուղղակի վերականգնման դեպքում իրականացվում է երկու մեթոդ՝ վերականգնում ալկիլտրանսֆերազներով կամ ալկիլ խմբի օքսիդացում, երկու դեպքում էլ տեղի է ունենում անձեռնմխելի հիմքերի վերածնում: Եթե ​​վերականգնումը տեղի է ունենում ալկիլտրանսֆերազների միջոցով (կաթնասունների մոտ միայն O6-ալկիլգուանինը վերականգնվում է այս ճանապարհով), ապա O6-ալկիլգուանին տրանսֆերազը (AGT) փոխանցում է մեթիլ կամ էթիլ խումբ O6-ալկիլգուանինից իր սեփական ցիստեին մնացորդներից մեկին: . Սեփական գործունեության արդյունքում ալկիլացված սպիտակուցն ապաակտիվացված է, բայց կարող է ծառայել որպես իր և մի քանի այլ գենի ակտիվության կարգավորիչ։ Ի տարբերություն սուիցիդալ O 6-մեթիլգուանին տրանսֆերազների, որոնք հատուկ դեմեթիլացնում են խիստ մուտագեն և թունավոր
O6-մեթիլգուանինի վնասը, AlkB-ը E. coli-ից և նրա մարդկային գործընկերները hABH2 և hABH3 օքսիդացնում են 1-մեթիլադենինի (1-meA) և 3-մեթիլցիտոզինի (3-meC) մեթիլ խմբերը ԴՆԹ-ում՝ վերականգնելու չփոփոխված հիմքերը՝ ադենինը և ցիտոսինը:

O 6 -ալկիլգուանին տրանսֆերազա

O 6-ալկիլգուանին տրանսֆերազայի ակտիվությունը հայտնաբերված է օրգանիզմների մեծ մասում և խանգարում է O6-ալկիլգուանինի մուտագեն ազդեցությանը: AGT-ն փոխակերպում է O6-ալկիլգուանինը գուանինի՝ անդառնալի ռեակցիայի արդյունքում ԴՆԹ-ից ալկիլ խումբը սպիտակուցի մեջ ռեակտիվ ցիստեինի մնացորդ տեղափոխելով:

Ալկիլ խմբի այս կովալենտային հավելումը ցիստեինի մնացորդին ապաակտիվացնում է ֆերմենտը: Հետևաբար, AGT-ն ինքնասպան ֆերմենտ է, որը մեկից հետո ենթարկվում է պրոտեոլիտիկ դեգրադացիայի
տրանսալկիլացման ռեակցիաներ. Կառուցվածքային ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ AGT-ի ակտիվ կենտրոնը գտնվում է ֆերմենտի մեծ մասում՝ ԴՆԹ-ի կապող տեղամասից որոշ հեռավորության վրա: Ենթադրվում է, որ ֆերմենտը «աշխատում է» «նուկլեոտիդային շրջադարձային» մեխանիզմով, որպեսզի մոտեցնի ենթաշերտի հիմքը և AGT-ի նուկլեոֆիլ ակտիվ վայրը:

Մկների մոտ ապացուցվել է AGT-ի կարևորությունը կաթնասուններին ալկիլացնող նյութերի թունավոր և մուտագեն ազդեցություններից պաշտպանելու գործում: Տրանսգենային մկները, որոնք գերարտահայտում են AGT, ցույց են տվել ուռուցքի առաջացման զգալիորեն ավելի ցածր արագություն՝ ի պատասխան N-methyl-N-nitrosourea մեթիլացնող նյութի, մինչդեռ AGT-ի պակաս ունեցող մկները շատ ավելի ենթակա էին ուռուցքի առաջացման և այս գործակալի թունավոր ազդեցության նկատմամբ: . AGT-ն հակաքաղցկեղային թերապիայի կարևոր ֆերմենտ է, քանի որ այն հակասում է հակաքաղցկեղային գործակալների քլորէթիլնիտրոզուրա (CENU) դասի ցիտոտոքսիկ ազդեցություններին, օրինակ.
BCNU (N,N-bis(2-քլորէթիլ)N-nitrosourea) կամ temozolomide. Ցույց է տրվել, որ այն քանակությունը, որով AGT-ն առկա է ուռուցքներում, մեծապես որոշում է, թե որքան բարենպաստ կլինի հակաուռուցքային թերապիայի արդյունքը CENU-ի միջոցով: CENU-ն սկզբում փոխազդում է գուանինի O6-կարբոնիլ խմբի հետ՝ առաջացնելով միացությունը 4 , որը հետագայում վերածվում է N 1, O 6 -էթանոգուանինի 5 . Բաղադրյալ 5 մի քանի ժամվա ընթացքում վերախմբավորվում է ֆիզիոլոգիապես ակտիվ ICL-ում 6 . AGT-ն խանգարում է ձևավորմանը 6 հետ շփվելիս 4 կամ 5 , նորացնելով գուանինը կամ ձևավորելով ԴՆԹ-սպիտակուցային հավելում 8 . Ստացվել է ադուկտի առաջացման փորձնական հաստատում 8 , բայց այն մեկուսացված էր չափազանց փոքր քանակությամբ՝ դրա մանրամասն նկարագրության համար։ Այս խնդրի կենսաքիմիական ուսումնասիրության ընթացքում ներմուծվել է N1,O6-էթանոքսանտին
9 որպես կայուն անալոգային 5 ԴՆԹ-ում. Էթանոքսանտին 9 փոխազդում է AGT-ի հետ՝ ձևավորելով կայուն ԴՆԹ-սպիտակուցային հավելում 7 . Այս մոտեցումը թույլ տվեց ձևավորել կովալենտային կապակցված AGT-DNA հավելում 10 մեծ քանակությամբ, որը կարող է օգտագործվել ԴՆԹ-ի հետ կապված AGT-ի կառուցվածքը որոշելու համար: AGT-ի և ալկիլացնող թերապիայի փոխազդեցությունը հանգեցրել է AGT ինհիբիտորների որոնմանը, որոնք կարող են օգտագործվել քաղցկեղի բուժման մեջ ալկիլացնող նյութերի հետ համատեղ: Մինչ օրս ստեղծվել են ինհիբիտորներ, հիմնականում գուանինի ածանցյալներ՝ փոխարինիչներով O 6 դիրքում: O 6 - բենզիլգուանին 2 Պարզվել է, որ այն տիպիկ AGT արգելակիչն է, որի հետ համեմատվում են նոր մոլեկուլները: O 6-BzG-ի արդյունավետությունը CENU-ի ցիտոտոքսիկության բարձրացման գործում ցուցադրվել է կենդանիների մոդելներում: Այս թերապևտիկ մոտեցման սահմանափակող գործոնը թունավորությունն է առողջ օրգանների, մասամբ ոսկրածուծի համար: Մի քանի
Գիտնականների մի խումբ նպատակ ունի շրջանցել այս խնդիրը՝ ստեղծելով ATG տարբերակ, որը դիմացկուն է O 6-BzG արգելակմանը, որը կարող է օգտագործվել ոսկրածուծը պաշտպանելու համար՝ օգտագործելով գեների փոխանցում:

AlkB, hABH2 և hABH3 oxidoreductases

Ալկիլացված հիմքերի ուղղակի վերանորոգման մեկ այլ եղանակ է ալկիլ խմբի օքսիդացումն անձեռնմխելի ազոտային հիմքի վերածնմամբ։ Escherichia coli-ի AlkB ֆերմենտը և մարդու երկու անալոգները՝ hABH2 և hABH3, հատուկ դեմեթիլացնում են 1-մեթիլադենինը և 3-մեթիլցիտոզինը ԴՆԹ-ում: Բայց ի տարբերություն AGT-ի, այս ֆերմենտներն ունեն սուբստրատի առանձնահատկություն՝ ուղղված G:C և A:T բազային զույգերի մակերեսին: 1-ալկիլադենինի վնաս
և 3-մեթիլցիտոզինը ձևավորվում է, երբ ադենինը և ցիտոզինը գտնվում են մեկ շղթայի կառուցվածքում (կրկնօրինակման կամ տրանսկրիպցիայի ժամանակ) և հանդիսանում են AlkB, hABH2 և hABH3 սուբստրատներ: Նրանք օքսիդացնում են 1-մեթիլադենինի (1-meA) և 3-մեթիլցիտոզինի (3-meC) մեթիլ խմբերը ԴՆԹ-ում՝ վերականգնելով ադենինի և ցիտոզինի ազոտային հիմքերը։ Ցույց է տրվել նաև, որ AlkB-ն պաշտպանում է թունավոր վնասներից՝ էթիլային խմբով հավելանյութ և ԴՆԹ-ում 1-էթիլադենինը փոխակերպում է ադենինի, որը ռեակցիայի արդյունքում արտադրում է ացետալդեհիդ։ Այս կերպ վերականգնվում է հայտնի մուտագենի և քաղցկեղածին էթիլենօքսիդի վնասը, որը էնդոգեն ձևավորվում է էթիլենի նյութափոխանակության ընթացքում և լայնորեն օգտագործվում է նաև որպես մանրէազերծման համար ֆումիգանտ։ Բջջային ԴՆԹ-ում հայտնաբերվում են էթիլենօքսիդի կողմից առաջացած հիդրօքսիէթիլային հավելումներ: Այլ փոքր ալկիլացնող էպօքսիդները նույնպես մեծ քանակությամբ օգտագործվում են քիմիական արդյունաբերության մեջ: Ապացուցված է, որ AlkB-ն նվազեցնում է ԴՆԹ-ն վնասող նյութերի թունավոր ազդեցությունները, որոնք առաջացնում են հիդրօքսիէթիլ,
պրոպիլ և հիդրօքսիպրոպիլ հավելումներ: AlkB-ն ակտիվորեն, բայց անարդյունավետ վերականգնում է ալկիլացված տրիֆոսֆատները 1-me-dATP-ով: Ենթադրվում էր, որ այս ունակությունը կարող է նվազեցնել ալկիլ եռաֆոսֆատների պարունակության մակարդակը ԴՆԹ սինթեզի ժամանակ. Բացի այդ, ԴՆԹ պոլիմերազ I-ի Կլենոուի հատվածը E. coli-ում կարող է օգտագործել 1-me-dATP որպես in vitro ԴՆԹ-ի սինթեզի նախադրյալ: Մարդկային hABH2 և hABH3 ֆերմենտները նաև դեմեթիլացրել են 1-մեթիլադենինի մնացորդները պոլի(dA) մեջ, սակայն անարդյունավետ են կարճ սուբստրատների վրա: Այսպիսով, hABH3-ն ուներ շատ ցածր ակտիվություն d(Tp1-meApT) տրիմերների վրա, մինչդեռ hABH2-ի համար ակտիվություն չի հայտնաբերվել:

AlkB-ն և նրա մարդկային նմանակները հանդիսանում են β-կետօղլուտարատ/Fe(II) կախված դիօքսիգենազների գերընտանիքի մի մասը, և վերականգնման գործընթացը ներառում է β-կետոգլուտարատի դեկարբոքսիլացման և վնասված հիմքի օքսիդատիվ դեմեթիլացման համադրություն: 1-meA և 3-meC ախտահարումները ձևավորվում են հիմնականում միաշղթա ԴՆԹ-ում և ենթադրաբար
տեղի են ունենում վերարտադրության պատառաքաղում և ակտիվորեն տրանսկրիպացված գեներում, որտեղ նրանք կարող են արգելափակել ԴՆԹ և ՌՆԹ պոլիմերազները: Իրոք, AlkB-ը, hABH2-ը և hABH3-ը վերականգնում են այս վնասվածքները միաշղթա ԴՆԹ-ում, սակայն ալկիլացումից հետո լրացուցիչ շղթային զտված օլիգոնուկլեոտիդները նույնպես վերականգնվում են: AlkB 1-մեթիլադենինի վերականգնման արդյունավետությունը կախված չէ պոլինուկլեոտիդային կառուցվածքից, սակայն պահանջվում է նուկլեոտիդ-5'-ֆոսֆատ խմբի առկայությունը: Բացի այդ, մարդկային hABH2 և hABH3 ֆերմենտները 1-մեթիլադենինի մնացորդները ապամեթիլացված են դեպի պոլի(dA): անարդյունավետ է կարճ սուբստրատների վրա: Բացի այդ, դրական լիցքավորված վնասվածքները (ռիբոնուկլեոզիդներ 1-meA և 3-meC, համապատասխանաբար, pKa = 9.3 և 9.6) ավելի լավ են վերականգնվել, քան չլիցքավորված հիմքերը (1-meG և 3-meT): աստիճան 3-meT): վերանորոգվել է AlkB-ի կողմից, ապա հիմքի ֆորմալ դրական լիցքը AlkB-ի աշխատանքի համար անհրաժեշտ պայման չէ:
Դեռ պարզ չէ, թե արդյոք այս արդյունքը կախված է դրական լիցքավորված հիմքերի ավելի լավ ճանաչվելուց AlkB-ի հետ էլեկտրաստատիկ փոխազդեցության միջոցով, թե՞ դրական լիցքավորված հիմքերը պարզապես ԴՆԹ-ն դարձնում են ավելի լավ հեռացող խումբ մեթիլ խմբի հիդրօքսիլացումից հետո:

Հապավումներ:

• AGT - ալկիլգուանին տրանսֆերազա
• BER - բազային էքսցիզիոն վերանորոգում
• ԴՆԹ - դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու
• ՌՆԹ - ռիբոնուկլեինաթթու
• BCNU - N,N-bis(2-chloroethyl)N-nitrosourea
• CENU - քլորէթիլնիտրոզուրա
• O 6 -BzG - O 6 - բենզիլգուանին
• 1-meA - 1-methyladenine
• 1-meG - 1-methylguanine
• 3-meC - 3-methylcytosine
• 3-meT - 3-methylthymine

Գրականություն:

» Orlando D. Scharer (2003) Angew. Քիմ. Միջ. Էդ. 42, 2946-2974 թթ
Ջեյմս Ք. Դելեյնին և Ջոն Մ. Էսիգման Մուտագենեզը, գենոտոքսիկությունը և վերականգնումը 1-մեթիլադենինի, 3-ալկիլցիտոզինների, 1-մեթիլգուանինի և 3-մեթիլթիմինի alkB Escherichia coli-ում
» Pertti Koivisto, Tod Duncan, Tomas Lindahl և Barbara Sedgwick Escherichia coli AlkB սպիտակուցի նվազագույն մեթիլացված ենթաշերտը և ընդլայնված ենթաշերտը, 1-մեթիլադենին-ԴՆԹ դիօքսիգենազը*
» Duncan, T., Trewick, S. C., Koivisto, P., Bates, P. A., Lindahl, T. & Sedgwick, B. (2002) Proc. Նատլ. ակադ. Գիտ. ԱՄՆ 99, 16660-16665 թթ. 5. Աաս, Պ. ալ. (2003) Nature 421, 859-863.
«Հոլիս, Թ., Լաու, Ա. և Էլենբերգեր, Թ. (2000) Մութատ. Ռես. 460, 201-210 թթ
«Daniels, D. S., and Tainer, J. A. (2000) Mutat. Ռես. 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. Նատլ. ակադ. Գիտ. ԱՄՆ 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. , H. E. (2003) Nature 421, 859-863
» Aravind, L., and Koonin, E. V. (2001) Genome Biology 2, 0007.1-0007.8
«Bodell, W. J., and Singer, B. (1979) Biochemistry 18, 2860-2863
» Boiteux, S., and Laval, J. (1982) Biochimie (Paris) 64, 637-641
» Larson, K., Sahm, J., Shenkar, R., and Strauss, B. (1985) Mutat. Ռես. 150, 77-84 թթ
» Dinglay, S., Trewick, S. C., Lindahl, T., and Sedgwick, B. (2000) Genes Dev. 14, 2097-2105 թթ

ԴՆԹ կոտրվածքի վերականգնում

Ֆոտովերակտիվացում

ԴՆԹ-ի մոլեկուլների կողմից ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման էներգիայի կլանումը հանգեցնում է տարբեր տեսակի վնասների առաջացման: Թեև կարող են առաջանալ մեկ և կրկնակի շղթաների ճեղքեր և ԴՆԹ-սպիտակուցային խաչաձև կապեր, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման հետևանքով առաջացած վնասների մեծ մասը պայմանավորված է ազոտային հիմքերի փոփոխությամբ՝ ցիկլոբուտան պիրիմիդին դիմերների (CPD) և պիրիմիդին-պիրիմիդոն ֆոտոարտադրանքների ձևավորմամբ (6): -4PP) ֆոտովնասման ամենատարածված տեսակներն են:

Պիրիմիդինի դիմերները և՛ վերարտադրության, և՛ տրանսկրիպցիայի արգելակողներ են, որոնք դանդաղեցնում են աճը և հանգեցնում ԴՆԹ-ի վերարտադրության ժամանակ մուտագենեզի, եթե այդպիսի վնասը չվերականգնվի:

Լույսից առաջացած ԴՆԹ-ի վնասը հեռացնելու համար շատ օրգանիզմներ օգտագործում են ֆերմենտներ, որոնք հատուկ կապվում են CPD (CPD photolyase) կամ 6-4PP (6-4PP photolyase) հետ և ուղղում այդ վնասը: CPD ֆոտոլիազները հայտնաբերված են բակտերիաների, սնկերի, բույսերի, անողնաշարավորների և շատ ողնաշարավորների մոտ, 6-4PP ֆոտոլիազները մինչ այժմ հանդիպում են միայն Drosophila-ում, մետաքսի որդերում, Xenopus laevis-ում և ժխոր օձերում, բայց ոչ Escherichia coli-ում կամ խմորիչում: Մարդկանց մոտ ֆոտոլիազներ չեն հայտնաբերվել: Ֆոտոլիազները պարունակում են FAD որպես կատալիտիկ կոֆակտոր և լրացուցիչ քրոմոֆոր՝ որպես լույս հավաքող ալեհավաք:

Լրացուցիչ քրոմոֆորներն են կամ 5,10-մեթենիլտետրահիդրոֆոլատը (MTHF) կամ 8-հիդրօքսի-5-դեազորիբոֆլավինը (8-HDF), համապատասխանաբար 380 և 440 նմ ալիքի երկարություններում կլանման առավելագույն քանակով: E. coli-ից և Anacystis nidulans-ից CPD ֆոտոլիազների բյուրեղային կառուցվածքները հուշում են, որ ԴՆԹ-ն կապելու համար ֆերմենտները պտտում են պիրիմիդինային դիմերը դուպլեքսից դեպի կատալիտիկ կոֆակտոր պարունակող ջրհոր: Այնուհետև ցիկլոբութանի օղակը ճեղքվում է լույսի ազդեցությամբ էլեկտրոնների փոխանցման միջոցով: CPD ֆոտոլիազները ընտրողաբար ճանաչում են CPD-ները, որոնք նման են ԴՆԹ կապող սպիտակուցներին: Սպիտակ լույսը կամ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը առաջացնում է CPD ֆոտոլիազների արտահայտում: Ի տարբերություն CPD ֆոտոլիազների, 6-4PP ֆոտոլիազները կայուն արտահայտված են և չեն կարգավորվում ոչ սպիտակ լույսի, ոչ էլ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման միջոցով:

Քրոմատինում ֆոտոռեակտիվացման սխեմատիկ ներկայացում: Gitone octamers-ը կապույտ են, ԴՆԹ-ն՝ սև: Ֆոտոլիազը միանում է ցիկլոբուտանի պիրիմիդին դիմերներին (CPDs), պտտում է պիրիմիդինի դիմերը և վերականգնում բնիկ պիրիմիդինները լույսից կախված ռեակցիայի մեջ։ Ֆոտոլիազը նախընտրելիորեն վերականգնում է CPD-ները կապող ԴՆԹ-ում: Նուկլեոսոմներում վերականգնումը դանդաղ է ընթանում և ենթադրաբար նպաստում է նուկլեոսոմների դինամիկ հատկություններին, որոնք ԴՆԹ-ի վնասը տեղափոխում են կապող ԴՆԹ-ի շրջան:

Միկրոօրգանիզմներից CDP-ին հատուկ ֆոտոլիազների դասը, որը սահմանվում է որպես I դասի ֆոտոլիազներ, ֆոտոլիազների ընտանիքի առաջին բնորոշված ​​անդամն էր: Վերջերս հայտնաբերվել է 6-4 ֆոտոարտադրանքին հատուկ ֆոտոլիազների սերտորեն կապված դասակարգ, այս ընտանիքի անդամները հայտնաբերվել են Drosophila melanogaster-ում, Xenopus laevis-ում և Arabidopsis thaliana-ում: Կրիպտոքրոմները, որոնք բույսերի և այլ օրգանիզմների մեջ հայտնաբերված լույսի սպեկտրի մանուշակագույն մասի ֆոտոընկալիչներն են, նույնպես սերտորեն կապված են I դասի ֆոտոլիազների հետ։

CPD ֆոտոլիազների ավելի հեռավոր ընտանիք, որը կոչվում է II դասի ֆոտոլիազներ, հայտնաբերվել է մի շարք տեսակների, ներառյալ կենդանիների, Archaebacterium-ի, Eubacterium-ի և բարձր բույսերի մոտ: Բոլոր բնութագրված ֆոտոլիազները ցույց են տվել, որ պարունակում են նվազեցված FAD և շատերը պարունակում են երկրորդական քրոմոֆորներ՝ կախված տեսակից՝ MTHF կամ 8-HDF: Նմանատիպ ռեակցիայի մեխանիզմ առաջարկվել է CPD ֆոտոլիազների երկու դասերի համար: MTHF կամ 8-HDF քրոմոֆորը նման է ալեհավաքի, որը կլանում է մանուշակագույն լույսը և օգտագործում է ներծծված էներգիան՝ FADH-ը վերականգնելու համար:

Բույսերի ֆոտոլիազային կոֆակտորի բաղադրությունը լիովին պարզ չէ, չնայած վերջերս ցույց է տրվել, որ արաբիդոպսիսից CPD ֆոտոլիազները, որոնք պարունակում են միայն FADH, ունեն ֆերմենտային ակտիվություն:

Գրականություն:

» Ֆրից Թոմա, Լույսն ու մութը քրոմատինի վերանորոգման մեջ. Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման հետևանքով առաջացած ԴՆԹ-ի վնասվածքների վերականգնում ֆոտոլիազի և նուկլեոտիդային հեռացման միջոցով, Institut fur Zellbiologie, ETH-Zurich, Honggerberg, CH-8093 Ցյուրիխ, Շվեյցարիա
» Արաբիդոպսիս ֆոտոլիազայի ֆերմենտների բնութագրումը և դրանց դերի վերլուծությունը ուլտրամանուշակագույն-B ճառագայթումից պաշտպանվելու գործում, Wanda M. Waterworth 1, Qing Jiang, Christopher E. West, M. Nikaido և Clifford M. Bray:

Հայտնաբերման պատմություն

ԴՆԹ-ի միաշղթա և երկշղթա վնաս

Փոխհատուցման ուսումնասիրությունը սկսվեց Ա. Քելների (ԱՄՆ) աշխատանքով, ով հայտնաբերեց ֆոտոռեակտիվացման (PR) ֆենոմենը` ուլտրամանուշակագույն (ուլտրամանուշակագույն) ճառագայթների հետևանքով առաջացած կենսաբանական օբյեկտների վնասման նվազում` վառ տեսանելի լույսի հետագա ազդեցությամբ ( թեթեւ փոխհատուցում).

Կտրվածքի վերանորոգում

Բջիջներում հայտնաբերվել է հետվերարտադրողական վերականգնում Է.Կոլի, անկարող է ճեղքել տիմինի դիմերները։ Սա վերանորոգման միակ տեսակն է, որը չունի վնասի ճանաչման փուլ։

Նշումներ

Վիքիմեդիա հիմնադրամ. 2010 թ.

Տեսեք, թե ինչ է «ԴՆԹ վերանորոգումը» այլ բառարաններում.

Մուտացիայի կամ ռեկոմբինացիայի արդյունքում առաջացած ԴՆԹ-ի թերությունների վերականգնում: Այն իրականացվում է վերականգնող ֆերմենտների համակարգով, որոնցից մի քանիսը հաստատում են վնասի տեղը, մյուսները «կտրում են», մյուսները սինթեզում են վնասված տարածքները, իսկ մյուսները... ... Մանրէաբանական բառարան

ԴՆԹ վերականգնում- - ԴՆԹ-ի առաջնային կառուցվածքում «սխալների» ուղղում հատուկ վերականգնող ֆերմենտների գործողության արդյունքում ... Կենսաքիմիական տերմինների համառոտ բառարան

ԴՆԹ վերականգնում- - Կենսատեխնոլոգիայի թեմաներ EN ԴՆԹ վերանորոգում ... Տեխնիկական թարգմանչի ուղեցույց

ԴՆԹ վերականգնում- DNR reparacija statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis DNR struktūros atsikūrimas po žeidimo. ատիտիկմենիս՝ անգլ. ԴՆԹ-ի վերականգնում ռուս. ԴՆԹ-ի վերականգնում... Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

ԴՆԹ-ի վերականգնում- ԴՆԹ-ի մոլեկուլում սկզբնական կառուցվածքի վերականգնում, այսինքն. ճիշտ նուկլեոտիդային հաջորդականություն... Տերմիններ և սահմանումներ, որոնք օգտագործվում են գյուղատնտեսական կենդանիների բուծման, գենետիկայի և վերարտադրության մեջ

ԴՆԹ վերականգնում- * ԴՆԹ-ի վերականգնում * ԴՆԹ-ի վերականգնում ԴՆԹ-ի մոլեկուլի նուկլեոտիդային հաջորդականության սխալների ֆերմենտային ուղղում: ԴՆԹ-ի մեխանիզմները p. պաշտպանել մարմնի գենետիկական տեղեկատվությունը շրջակա միջավայրի մուտագենների պատճառած վնասներից (օրինակ՝ ուլտրամանուշակագույն,... ...

ԴՆԹ-ից կախված ԴՆԹ պոլիմերազ ԴՆԹ պոլիմերազ- ԴՆԹ կախված ԴՆԹ պոլիմերազ, ԴՆԹ պոլիմերազ * ԴՆԹ կախված ԴՆԹ պոլիմերազ, ԴՆԹ պոլիմերազ * ԴՆԹ կախված ԴՆԹ պոլիմերազ կամ ԴՆԹ պոլիմերազ՝ ֆերմենտ, որը կատալիզացնում է դեզօքսիրիբոնուկլեոզիդ տրիֆոսֆատների պոլիմերացումը (տես) պոլիմերային... ... Գենետիկա. Հանրագիտարանային բառարան

- (ուշ լատ. reparatio վերականգնում), կենդանի օրգանիզմների բոլոր բջիջներին բնորոշ, ԴՆԹ-ի սկզբնական (հայրենի) կառուցվածքի վերականգնում դրա խախտման դեպքում։ ԴՆԹ-ի կառուցվածքի վնասումը կարող է հանգեցնել ԴՆԹ-ի վերարտադրության արգելափակման (մահացու... ... Քիմիական հանրագիտարան

Վերանորոգում. ԴՆԹ-ի վերականգնումը բջիջների կարողությունն է՝ վերականգնելու քիմիական վնասը և ԴՆԹ-ի մոլեկուլների ճեղքերը: Փոխհատուցումը միջազգային իրավունքի սուբյեկտի ֆինանսական պատասխանատվության ձև է միջազգային... ... Վիքիպեդիա

Նուկլեոտիդների ներդիրների, բացթողումների և սխալ զուգավորումների հայտնաբերման և վերականգնման համակարգ, որոնք տեղի են ունենում ԴՆԹ-ի վերարտադրման և ռեկոմբինացիայի գործընթացում, ինչպես նաև ԴՆԹ-ի որոշակի տեսակի վնասների հետևանքով։ Վիքիպեդիա

Գրքեր

• ԴՆԹ-ի մեթիլացումը բույսերում. Մեխանիզմներ և կենսաբանական դեր, B. F. Vanyushin. Տարբեր օրգանիզմներում ԴՆԹ-ի մեթիլացման ուսումնասիրության ռահվիրաներից և հայտնի համաշխարհային առաջնորդներից մեկի այս ընթերցումը մանրամասնորեն ներկայացնում է ընդհանուր կենսաբանական խնդրի ներկա վիճակը...

Վնասված է բջջում ԴՆԹ-ի նորմալ կենսասինթեզի ժամանակ կամ ֆիզիկական կամ քիմիական ռեակտիվների ազդեցության արդյունքում: Այն իրականացվում է բջջի հատուկ ֆերմենտային համակարգերի միջոցով։ Մի շարք ժառանգական հիվանդություններ (օրինակ՝ քսերոդերմա պիգմենտոզ) կապված են վերականգնողական համակարգերի խանգարումների հետ։

Հայտնաբերման պատմություն

Փոխհատուցման ուսումնասիրությունը սկսվեց Ալբերտ Քելների (ԱՄՆ) աշխատանքով, ով 1948 թվականին հայտնաբերեց ֆոտոռեակտիվացման երևույթը. թեթեւ փոխհատուցում).

R. Setlow, K. Rupert (ԱՄՆ) և ուրիշներ շուտով հաստատեցին, որ ֆոտոռեակտիվացումը ֆոտոքիմիական գործընթաց է, որը տեղի է ունենում հատուկ ֆերմենտի մասնակցությամբ և հանգեցնում է ուլտրամանուշակագույն քվանտի կլանման ժամանակ ԴՆԹ-ում ձևավորված թիմինի դիմերների պառակտմանը:

Հետագայում, երբ ուսումնասիրում էին ուլտրամանուշակագույն լույսի և իոնացնող ճառագայթման նկատմամբ բակտերիաների զգայունության գենետիկական վերահսկողությունը, հայտնաբերվեց. մութ վերանորոգում- առանց տեսանելի լույսի մասնակցության բջիջների ԴՆԹ-ի վնասը վերացնելու ունակությունը. Ուլտրամանուշակագույն լույսով ճառագայթված բակտերիալ բջիջների մութ վերականգնման մեխանիզմը կանխագուշակել է A.P. Howard-Flanders-ը և փորձնականորեն հաստատել 1964 թվականին F. Hanawalt-ը և D. Petitjohn-ը (ԱՄՆ): Ապացուցված է, որ բակտերիաներում ճառագայթումից հետո կտրվում են փոփոխված նուկլեոտիդներով ԴՆԹ-ի վնասված հատվածները և առաջացած բացերում ԴՆԹ-ն վերասինթեզվում է։

Վերականգնման համակարգեր գոյություն ունեն ոչ միայն միկրոօրգանիզմների, այլև կենդանիների և մարդկանց բջիջներում, որոնցում դրանք ուսումնասիրվում են հյուսվածքային կուլտուրաներում: Հայտնի է մարդու ժառանգական հիվանդություն՝ քսերոդերմա պիգմենտոսում, որի վերականգնումը խանգարում է:

ԴՆԹ-ի վնասման աղբյուրները

ԴՆԹ-ի վնասների հիմնական տեսակները

Փոխհատուցման համակարգի կառուցվածքը

Վերանորոգման յուրաքանչյուր համակարգ ներառում է հետևյալ բաղադրիչները.

• ԴՆԹ հելիկազան ֆերմենտ է, որը «ճանաչում է» շղթայի քիմիապես փոփոխված տեղամասերը և կոտրում է շղթան վնասվածին մոտ.
• DNase-ը (դեզօքսիռիբոնուկլեազը) ֆերմենտ է, որը «կտրում» է 1 ԴՆԹ շղթա (նուկլեոտիդային հաջորդականություն) ֆոսֆոդիստերային կապի վրա և հեռացնում է վնասված հատվածը. էկզոնուկլեազն աշխատում է 3` կամ 5` տերմինալ նուկլեոտիդների վրա, էնդոնուկլեազը` տերմինալներից բացի այլ նուկլեոտիդների վրա.
• ԴՆԹ պոլիմերազը ֆերմենտ է, որը սինթեզում է ԴՆԹ-ի շղթայի համապատասխան հատվածը՝ հեռացվածին փոխարինելու համար.
• ԴՆԹ լիգազան ֆերմենտ է, որը փակում է պոլիմերային շղթայի վերջին կապը և դրանով իսկ վերականգնում դրա շարունակականությունը:

Փոխհատուցման տեսակները

Ուղղակի փոխհատուցում

Ուղղակի վերանորոգումը ԴՆԹ-ի վնասը վերացնելու ամենապարզ միջոցն է, որը սովորաբար ներառում է հատուկ ֆերմենտներ, որոնք կարող են արագ (սովորաբար մեկ քայլով) վերացնել համապատասխան վնասը՝ վերականգնելով նուկլեոտիդների սկզբնական կառուցվածքը: Սա, օրինակ, O6-methylguanine-DNA մեթիլտրանսֆերազի դեպքում է, որը մեթիլ խումբը հեռացնում է ազոտային հիմքից սեփական ցիստեինի մնացորդներից մեկի վրա:

Կտրվածքի վերանորոգում

Կտրման վերանորոգումը (անգլ. excision - cutting) ներառում է ԴՆԹ-ից վնասված ազոտային հիմքերի հեռացում և լրացուցիչ շղթայի երկայնքով մոլեկուլի բնականոն կառուցվածքի հետագա վերականգնում։ Ֆերմենտային համակարգը հեռացնում է երկշղթա ԴՆԹ-ի կարճ միաշղթա հաջորդականությունը, որը պարունակում է անհամապատասխան կամ վնասված հիմքեր և փոխարինում է դրանք՝ սինթեզելով մնացած շղթային լրացնող հաջորդականությունը:

Էքցիզիոն վերանորոգումը մոդիֆիկացված ԴՆԹ հիմքերի վերականգնման ամենատարածված մեթոդն է: Այն հիմնված է տարբեր գլիկոզիլազների կողմից փոփոխված բազայի ճանաչման վրա, որոնք կտրում են այս բազայի N-գլիկոզիդային կապը ԴՆԹ-ի մոլեկուլի շաքար-ֆոսֆատ ողնաշարի հետ։ Միևնույն ժամանակ, կան գլիկոզիլազներ, որոնք հատուկ ճանաչում են ԴՆԹ-ում որոշակի ձևափոխված հիմքերի առկայությունը (հիդրօքսիմեթիլուրացիլ, հիպոքսանտին, 5-մեթիլուրացիլ, 3-մեթիլադենին, 7-մեթիլգուանին և այլն): Շատ գլիկոզիլազների համար այժմ նկարագրված է պոլիմորֆիզմը, որը կապված է գենի կոդավորման հաջորդականության նուկլեոտիդներից մեկի փոխարինման հետ: Այս ֆերմենտների մի շարք իզոֆորմներ կապված են քաղցկեղի առաջացման ռիսկի բարձրացման հետ [Chen, 2003]:

ԴՆԹ-ի բարձր կայունությունն ապահովվում է ոչ միայն նրա կառուցվածքի պահպանմամբ և կրկնօրինակման բարձր ճշգրտությամբ, այլև բոլոր կենդանի օրգանիզմների բջիջներում հատուկ համակարգերի առկայությամբ։ հատուցումներ, վերացնելով դրանում առաջացող ԴՆԹ-ի վնասը։

Տարբեր քիմիական նյութերի, իոնացնող ճառագայթման և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցությունը կարող է առաջացնել ԴՆԹ-ի կառուցվածքի հետևյալ վնասը.

· առանձին հիմքերի վնասում (դեամինացիա, որը հանգեցնում է ցիտոզինի փոխակերպմանը ուրացիլի, ադենինը հիպոքսանտինի, հիմքերի ալկիլացում, բազային անալոգների ներառում, նուկլեոտիդների ներդրում և ջնջում);

· բազային զույգերի վնասում (թիմինի դիմերների ձևավորում);

շղթայի ընդմիջումներ (մեկ և կրկնակի);

հիմքերի միջև խաչաձև կապերի, ինչպես նաև ԴՆԹ-սպիտակուցային կապերի ձևավորումը:

Այս խախտումներից մի քանիսը կարող են տեղի ունենալ նաև ինքնաբուխ, այսինքն. առանց որևէ վնասակար գործոնների ներգրավման:

Ցանկացած տիպի վնաս հանգեցնում է ԴՆԹ-ի երկրորդական կառուցվածքի խախտման, որն առաջացնում է վերարտադրության մասնակի կամ ամբողջական արգելափակում: Նման կոնֆորմացիոն խանգարումները ծառայում են որպես վերանորոգման համակարգերի թիրախ: ԴՆԹ-ի կառուցվածքի վերականգնման գործընթացը հիմնված է այն փաստի վրա, որ գենետիկական տեղեկատվությունը ԴՆԹ-ում ներկայացված է երկու օրինակով` մեկական կրկնակի պարույրի շղթաներից յուրաքանչյուրում: Դրա շնորհիվ շղթաներից մեկի վնասը կարող է վերացվել վերականգնող ֆերմենտի միջոցով, և շղթայի այս հատվածը վերասինթեզվում է իր նորմալ տեսքով՝ չվնասված շղթայում պարունակվող տեղեկատվության շնորհիվ:

Ներկայումս բացահայտվել են ԴՆԹ-ի վերականգնման երեք հիմնական մեխանիզմներ՝ ֆոտոռեակտիվացում, հեռացում և հետվերարտադրողական վերականգնում: Վերջին երկու տեսակները կոչվում են նաև մութ վերանորոգում:

Ֆոտովերակտիվացումբաղկացած է ֆերմենտի միջոցով մարսողությունից ֆոտոլիազա, ակտիվացված տեսանելի լույսով, թիմին դիմերներ, որոնք հայտնվում են ԴՆԹ-ում ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության տակ։

Կտրումվերականգնումը բաղկացած է ԴՆԹ-ի վնասի ճանաչմամբ, վնասված տարածքի հեռացումից, ԴՆԹ-ի վերասինթեզից՝ օգտագործելով անձեռնմխելի շղթայի ձևանմուշը, վերականգնելով ԴՆԹ-ի շղթայի շարունակականությունը: Այս մեթոդը կոչվում է նաև վերանորոգում ըստ էքսցիզիոն-փոխարինման տեսակի, կամ ավելի պատկերավոր՝ «կտրված-կարկատան» մեխանիզմով: Էքցիզիոն վերանորոգումը բազմաքայլ գործընթաց է և բաղկացած է.

1) վնասի «ճանաչում».

2) ԴՆԹ-ի մեկ շղթա կտրելը վնասվածքի մոտ (կտրվածք).

3) վնասված տարածքի հեռացում (էկցիզիա).

4) ԴՆԹ-ի վերասինթեզը ջնջված տեղանքի տեղում.

5) վերականգնված շղթայի շարունակականության վերականգնում նուկլեոտիդների միջև ֆոսֆոդիստերային կապերի ձևավորման պատճառով.
(Նկար 6.2)

Բրինձ. 6.2 Էքցիզիոն վերանորոգման սխեմա

Փոխհատուցումը սկսվում է անեքսիայից ԴՆԹ-N-գլիկոզիլազներվնասված հիմքին: Կան բազմաթիվ ԴՆԹ N-գլիկոզիլազներ, որոնք հատուկ են տարբեր ձևափոխված հիմքերի համար: Ֆերմենտները հիդրոլիտիկ կերպով կտրում են N-գլիկոզիդային կապը փոփոխված հիմքի և դեզօքսիռիբոզի միջև, ինչը հանգեցնում է ԴՆԹ-ի շղթայում AP (ապուրինային-ապիրիմիդին) տեղամասի ձևավորմանը (առաջին քայլ): AP կայքի վերանորոգումը կարող է տեղի ունենալ միայն մասնակցությամբ ԴՆԹ ներդիրներ, որը հիմք է ավելացնում դեզօքսիրիբոզին՝ փոխլրացման կանոնին համապատասխան։ Այս դեպքում կարիք չկա կտրել ԴՆԹ-ի շարանը, կտրել սխալ նուկլեոտիդը և վերականգնել ճեղքը։ ԴՆԹ-ի կառուցվածքի ավելի բարդ վնասների դեպքում անհրաժեշտ է վերականգնման մեջ ներգրավված ֆերմենտների ամբողջ համալիրի մասնակցությունը (նկ. 6.2.): AP էնդոնուկլեազճանաչում է AP-ի տեղը և կտրում ԴՆԹ-ի շղթան դրա մոտ (II փուլ): Հենց որ միացումում ընդմիջում է տեղի ունենում, AP էկզոնուկլեազ, որը հեռացնում է սխալը պարունակող ԴՆԹ-ի հատվածը (III փուլ): ԴՆԹ պոլիմերազ բլրացնում է այն բացը, որն առաջացել է փոխլրացման սկզբունքով (IV փուլ): ԴՆԹ լիգազմիացնում է նոր սինթեզված բեկորի 3¢ ծայրը հիմնական շղթայի հետ և ավարտում է վնասի վերականգնումը (փուլ V):

Հետվերարտադրողականվերանորոգումը միացված է այն դեպքերում, երբ էկզիզոնը չի կարող հաղթահարել ԴՆԹ-ի բոլոր վնասների վերացումը մինչև դրա վերարտադրությունը: Այս դեպքում վնասված մոլեկուլների վերարտադրությունը հանգեցնում է ԴՆԹ-ի առաջացմանը միաշղթա բացերով, իսկ բնիկ կառուցվածքը վերականգնվում է ռեկոմբինացիայի ժամանակ։

Վերականգնման համակարգի բնածին արատները հանդիսանում են այնպիսի ժառանգական հիվանդությունների պատճառ, ինչպիսիք են քսերոդերմա պիգմենտոզը, ատաքսիա-տելանգիեկտազիան, տրիխոթիոդիստրոֆիան և պրոգերիան:

ԴՆԹ-ի վերականգնում

Փոխհատուցման համակարգեր

2 Կտրվածքի վերանորոգում. Օրինակներ և տեսակներ

3 ԴՆԹ-ի վերարտադրման սխալների վերականգնում

4 Ռեկոմբինանտ (հետվերարտադրողական) վերականգնում բակտերիաներում

5 SOS փոխհատուցում

ԴՆԹ-ի վերականգնման համակարգերը բավականին պահպանողական են էվոլյուցիայի մեջ՝ բակտերիայից մինչև մարդ և լավագույնս ուսումնասիրված են E. coli-ում:

Հայտնի է փոխհատուցման երկու տեսակ.ուղղակի և էքսցիզացիոն

Ուղղակի փոխհատուցում

Ուղղակի վերանորոգումը ԴՆԹ-ի վնասը վերացնելու ամենապարզ միջոցն է, որը սովորաբար ներառում է հատուկ ֆերմենտներ, որոնք կարող են արագ (սովորաբար մեկ փուլով) վերացնել համապատասխան վնասը՝ վերականգնելով նուկլեոտիդների սկզբնական կառուցվածքը:

1. Սա աշխատում է, օրինակ,O6-methylguanine DNA methyltransferase

(ինքնասպան ֆերմենտ), որը հեռացնում է մեթիլ խումբը ազոտային հիմքից մինչև սեփական ցիստեինի մնացորդներից մեկը

E. coli-ում այս սպիտակուցի մինչև 100 մոլեկուլ կարող է սինթեզվել 1 րոպեում։ Բարձրագույն էուկարիոտների սպիտակուցը, որը նման է ֆունկցիային, ակնհայտորեն կարևոր դեր է խաղում ներքին և արտաքին ալկիլացնող գործոնների հետևանքով առաջացած քաղցկեղից պաշտպանվելու գործում:

ԴՆԹ ինսերտազ

2. ԴՆԹ ներդիրներ

ֆոտոլիազա

3. Թիմինի դիմերները «անջատված» են ուղղակի փոխհատուցումգլխավոր դերումֆոտոլիազա, իրականացնելով համապատասխան ֆոտոքիմիական փոխակերպումը. ԴՆԹ ֆոտոլիազները լույսի միջոցով ակտիվացված ֆերմենտների խումբ են՝ 300 - 600 նմ ալիքի երկարությամբ (տեսանելի շրջան), որոնց համար նրանք ունեն հատուկ լուսազգայուն կենտրոն իրենց կառուցվածքում։

Նրանք տարածված են բնության մեջ և հանդիպում են բակտերիաների, խմորիչների, միջատների, սողունների, երկկենցաղների և մարդկանց մոտ։ Այս ֆերմենտները պահանջում են մի շարք կոֆակտորներ (FADH, tetrahydrofolic թթու և այլն), որոնք ներգրավված են ֆերմենտի ֆոտոքիմիական ակտիվացման մեջ: E. coli ֆոտոլիազը 35 կԴա մոլեկուլային քաշով սպիտակուց է, որը սերտորեն կապված է օլիգորիբոնուկլեոտիդ 10-15 նուկլեոտիդ երկարանհրաժեշտ է ֆերմենտների գործունեության համար.

Ուղղակի հատուցման օրինակներ

1. Մեթիլացված հիմք O 6-mG դիմեթիլացված մեթիլտրանսֆերազ ֆերմենտովO6-methylguanine DNA methyltransferase (ինքնասպանության ֆերմենտ), որը մեթիլ խումբ է փոխանցում նրա մնացորդներից մեկին

ցիստեին

2. AP տեղամասերը կարող են վերականգնվել պուրինների ուղղակի ներդրմամբ՝ ֆերմենտների մասնակցությամբ, որոնք կոչվում ենԴՆԹ ներդիրներ(անգլերեն ներդիրից - ներդիր):

ԴՆԹ-ում ՈՒՂԻՂ ՎՆԱՍԻ ՎԵՐԱՆԳՆՄԱՆ ՕՐԻՆԱԿԻ ԴԻԳՐԱՄ – մեթիլացված բազա Օ6- մԳդեմեթիլացված մեթիլտրանսֆերազ ֆերմենտով, որը մեթիլ խումբը փոխանցում է իր ցիստեին ամինաթթուների մնացորդներից մեկին:

3. Ֆոտոլիազը միանում է տիմինի դիմերին և տեսանելի լույսով (300-600 նմ) ​​այս համալիրի ճառագայթումից հետո դիմերը քանդվում է։

ԴՆԹ-Ի ՎՆԱՍԻ ՈՒՂԻՂ ՎՆԱՍՈՒՑՄԱՆ ՕՐԻՆԱԿԻ ԴԻԳՐԱՄ – Ֆոտոլիզա

միանում է տիմինի դիմերին և լույսի տեսանելի սպեկտրով ճառագայթվելուց հետո այս դիմերը քանդվում է

Կտրվածքի վերանորոգում

(անգլերեն excision - կտրում):

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Էքցիզիոն վերանորոգումը ներառում է ջնջումվնասված ազոտային հիմքերը ԴՆԹ-ից և հետագա վերականգնումընորմալ մոլեկուլային կառուցվածք:

ՄԵԽԱՆԻԶՄ

Կտրման վերականգնումը սովորաբար ներառում է մի քանի ֆերմենտներ, և գործընթացն ինքնին ներառում է

ոչ միայն վնասված ,

այլեւ հարակից նուկլեոտիդներ .

ՊԱՅՄԱՆՆԵՐ

Էքցիզիայի վերականգնման համար անհրաժեշտ է ԴՆԹ-ի երկրորդ (լրացուցիչ) շղթա: Էքցիզային վերանորոգման ընդհանուր պարզեցված սխեման ներկայացված է նկ. 171։

ՔԱՅԼԵՐ

Էքցիզիոն վերանորոգման առաջին քայլը աննորմալ ազոտային հիմքերի հեռացումն է: Այն կատալիզացվում է խմբի կողմիցԴՆԹ-Ն- glycosylase- ֆերմենտներ, որոնք խզում են գլիկոզիդային կապը դեզօքսիրիբոզի և ազոտային հիմքի միջև:

ԿԱՐԵՎՈՐ ՆՇՈՒՄ.

UմարդԴՆԹ-Ն- գլիկոզիլազներունեն բարձր սուբստրատի առանձնահատկություն. այս ընտանիքի տարբեր ֆերմենտները ճանաչում և կտրում են տարբեր անոմալ հիմքեր(8-օքսոգանին, ուրացիլ, մեթիլպուրիններ և այլն):

UբակտերիաներԴՆԹ-Ն- գլիկոզիլազներչունի սուբստրատի նման առանձնահատկություն:

ԸՆԴՀԱՆՈՒՐ ԷՔՍՑԻՑԻՈՆ ՎԵՐԱՆՈՐՈԳՄԱՆ ՖԵՐՄԵՆՏՆԵՐ

ԱՆՈՒՆ	ՖՈՒՆԿՑԻԱ	ՄԵԽԱՆԻԶՄ
ԴՆԹ-Ն- գլիկոզիլազներ	աննորմալ ազոտային հիմքերի հեռացում	խզում է գլիկոզիդային կապը դեզօքսիռիբոզի միջև և ազոտային հիմք
AP էնդոնուկլեազ	պայմաններ է ստեղծում հաջորդ ֆերմենտի աշխատանքի համար. էկզոնուկլեազներ	կոտրում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի շաքար-ֆոսֆատ ողնաշարը AP տեղամասում
էկզոնուկլեազ	կտրում է մի քանի նուկլեոտիդներ	հաջորդաբար անջատում է մի քանի նուկլեոտիդներ ԴՆԹ-ի մեկ շղթայի վնասված հատվածից

ԱՅՍ ՄԵԽԱՆԻՉԻ ՀԱՏՈՒԿ ՀԵՐԹԱԿԱՆ ՔԱՅԼԵՐԸ.

Ակցիայի արդյունքում ԴՆԹ- Ն- glycosylaseձևավորվում է AP տեղամաս, որը հարձակվում է ֆերմենտի կողմից AP էնդոնուկլեազ. Այն կոտրում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի շաքար-ֆոսֆատ ողնաշարը AP-ի տեղում և դրանով պայմաններ է ստեղծում հաջորդ ֆերմենտի աշխատանքի համար. էկզոնուկլեազներ, որը հաջորդաբար անջատում է մի քանի նուկլեոտիդներ ԴՆԹ-ի մեկ շղթայի վնասված հատվածից։

Բակտերիալ բջիջներում ազատված տարածքը լրացվում է համապատասխան նուկլեոտիդներով՝ մասնակցությամբ ԴՆԹ պոլիմերազ I, ուղղված դեպի ԴՆԹ-ի երկրորդ (կոմպլեմենտար) շարանը։

Քանի որ ԴՆԹ պոլիմերազ I-ն ի վիճակի է երկարացնել շղթաներից մեկի 3" ծայրը երկշղթա ԴՆԹ-ի ընդմիջման վայրում և հեռացնել նուկլեոտիդները նույն ընդմիջման 5" ծայրից,

դրանք. գիտակցել «նիկ հեռարձակում» , այս ֆերմենտը առանցքային դեր է խաղում ԴՆԹ-ի վերականգնման գործում։ Կատարվում է վերանորոգված տարածքների վերջնական կարում ԴՆԹ լիգազ.

Էուկարիոտ (կաթնասունների) բջիջներում

ԴՆԹ-ի հեռացման վերականգնումը կաթնասունների բջիջներում ուղեկցվում է մեկ այլ ֆերմենտի ակտիվության կտրուկ աճով.պոլի ԱԴR-ribose պոլիմերազ . Սա տեղի է ունենում Քրոմատինային սպիտակուցների ADP-ռիբոզիլացում(հիստոններ և ոչ հիստոնային սպիտակուցներ), ինչը հանգեցնում է ԴՆԹ-ի հետ նրանց կապի թուլացման և բացում է վերականգնող ֆերմենտների հասանելիությունը:

Դոնոր ADP-riboseգործում է այս ռեակցիաներումNAD+, որի պաշարները մեծապես սպառվում են ռենտգենյան ճառագայթման հետևանքով առաջացած վնասի հեռացման ժամանակ.

Բացասական լիցքավորված մնացորդներ ADP-riboseմոլեկուլի ներքին կազմից NAD+ավելացնել արմատականի միջոցովգլուտամինթթու կամ ֆոսֆոսերինդեպի քրոմատին սպիտակուցներ, ինչը հանգեցնում է այդ սպիտակուցների դրական լիցքերի չեզոքացմանը և ԴՆԹ-ի հետ շփման թուլացմանը։

ԻՆՉ Է ԷԶԻՄՆԵՐԻ ԽՈՒՄԲԸ

ԴՆԹ գլիկոզիլազներ

խզում է գլիկոզիդային կապը դեզօքսիռիբոզի և ազոտային հիմքի միջև

ինչը հանգեցնում է աննորմալ ազոտային հիմքերի հեռացմանը

ԴՆԹ գլիկոզիլազներ մասնակցում է բջիջներում օքսիդատիվ ԴՆԹ-ի վնասների վերացմանը պրոկարիոտներ և էուկարիոտներ, շատ բազմազան են և տարբերվում են սուբստրատի առանձնահատկություններով, տարածական կառուցվածքով և ԴՆԹ-ի հետ փոխազդեցության մեթոդներով։

Առավել ուսումնասիրված ԴՆԹ գլիկոզիլազները ներառում են.

էնդոնուկլեազ III(EndoIII),

ձևավորում է ամիդո պիրիմիդին ԴՆԹ գլիկոզիլազա (Fpg),

Մութ ԹԵվ

Մութ Յcoli.

Էնդոնուկլեազ IIIE. coli-ն «ճանաչում է» և հատուկ բաժանվում ԴՆԹ-ից օքսիդացված պիրիմիդինային հիմքեր.

Այս ֆերմենտը մոնոմերային գնդաձև սպիտակուց է, որը բաղկացած է 211 ամինաթթուներմնացորդներ (մոլ. զանգված 23,4 կԴա)։ Էնդո III կոդավորող գենը հաջորդականացվել է, և որոշվել է նրա նուկլեոտիդային հաջորդականությունը։ Էնդո III-ն է երկաթի ծծմբի սպիտակուցը [(4 Fe-4S )2+ սպիտակուց] ունեցող տարր վերերկրորդային կառուցվածք«Հունական բանալի» տիպ (պարույր - մազակալ - պարույր), ծառայում է ԴՆԹ-ին միանալուն. Մեկուսացվել են նաև սուբստրատի նման յուրահատկությամբ և նմանատիպ ամինաթթուների հաջորդականությամբ ֆերմենտներ տավարի և մարդու բջիջները.

Ձևավորել ամիդո պիրիդին ԴՆԹ գլիկոզիլազա E. coli-ն «ճանաչում» և անջատում է օքսիդացված հետերոցիկլիկ միացությունները ԴՆԹ-ից պուրինային հիմքեր .

ԷԿՑԻՑԻՈՆ ՎԵՐԱՆՈՐՈԳՄԱՆ ՓՈՒԼ 1

ԴՆԹՆ

ԷԿՑԻՑԻՈՆ ՎԵՐԱՆՈՐՈԳՄԱՆ ՍԽԵՄԱ

1 ԴՆԹՆգլիկոզիդազը հեռացնում է վնասված հիմքը

AP էնդոնուկլեազը կոտրում է ԴՆԹ-ն

2 Էկզոնուկլեազը հեռացնում է մի շարք նուկլեոտիդներ

3 ԴՆԹ պոլիմերազը լրացնում է ազատված տարածքը կոմպլեմենտարով

Մոնոնուկլեոտիդներ

ԴՆԹ լիգազան վերականգնված ԴՆԹ-ի շղթան իրար է կարում

Մութ Թ- 15 կԴա մոլեկուլային քաշով փոքր սպիտակուց՝ նուկլեոզիդ տրիֆոսֆատազի ակտիվությամբ, որը գերակշռում է. հիդրոլիզացնում է dGTP-ն դեպի dGMP և պիրոֆոսֆատ:

Մութ Թ.-ի կենսաբանական դերը կրկնօրինակման ժամանակ ոչ կանոնական զույգերի առաջացումը կանխելու համար էԱ:ԳԵվ Ա՝ 8-օքսո-Գ.

Նման զույգերը կարող են հայտնվել, երբ օքսիդացված ձև

dGTP (8-oxo-dGTP)դառնում է սուբստրատԴՆԹ պոլիմերազներ.

Մութ Թհիդրոլիզացնում է 8-օքսո-dGTP10 անգամ ավելի արագ, քան dGTP:

Դա անում է 8-օքսո-dGTPառավել նախընտրելի ենթաշերտըՄութՏև բացատրում է դրա ֆունկցիոնալ դերը:

Մութ Յհատուկ ադենին ԴՆԹ գլիկոզիլազ է, որը խզում է N-գլիկոզիդային կապը ադենինի և դեզօքսիրիբոզի միջև ադենոզին,գուանինով ոչ կանոնական զույգ կազմելով։

Այս ֆերմենտի ֆունկցիոնալ դերը մուտացիան կանխելն է

T:A - G:A կողմից անձեռնմխելի մնացորդի ճեղքում ադենինA բազային զույգից՝ 8-օքսո-Գ.

Նուկլեոտիդային հեռացման վերականգնում

(ATP-ից կախված մեխանիզմ ԴՆԹ-ի վնասների հեռացման համար)

Վերջերս, հեռացման վերանորոգման ժամանակ, հատուկ ուշադրություն է դարձվել ԴՆԹ-ից վնասը հեռացնելու ATP-կախյալ մեխանիզմին: Էքցիզիոն վերանորոգման այս տեսակը կոչվում է նուկլեոտիդային հեռացման վերանորոգում (NER):

Այն ներառում է ԵՐԿՈՒ ՓՈՒԼ :

1. հեռացում ԴՆԹ-իցօլիգոնուկլեոտիդային բեկորներ վնաս պարունակող և

Էկզինուկլեազ

2. ԴՆԹ-ի շղթայի հետագա վերակառուցումը ֆերմենտների համալիրի մասնակցությամբ (նուկլեազներ, ԴՆԹ պոլիմերազներ, ԴՆԹ լիգազներ և այլն):

Տեղի է ունենում ԴՆԹ-ի հատվածի հեռացում վնասվածի երկու կողմերումնուկլեոտիդ. Հեռացված օլիգոնուկլեոտիդային բեկորների երկարությունը տարբերվում է պրոկարիոտների և էուկարիոտների միջև:

ԴՆԹ-ի հատվածի հեռացում պրոկարիոտներից

Այսպիսով, E. coli-ում, B. subtilus-ում, Micrococcus luteus-ում, հատվածի երկարությունը 12-13 նուկլեոտիդներ,

Էուկարիոտներում ԴՆԹ-ի հատվածի հեռացում

իսկ խմորիչի, երկկենցաղների և մարդկանց մեջ՝ բեկոր, որը բաղկացած է 24-32 նուկլեոտիդներ.

Էկզինուկլեազ– ֆերմենտ, որը հեռացնում է ԴՆԹ-ի բեկորները

ԴՆԹ-ի հատվածի ճեղքումն իրականացվում է ֆերմենտի միջոցովexcinuclease(excinuclease): E. coli-ում այս ֆերմենտը բաղկացած է 3 տարբեր պրոտոմերներից.

uvrA

uvr Բ

uvr C

որոնցից յուրաքանչյուրը կատարում է որոշակի գործառույթ ԴՆԹ-ի հատվածի կտրման ժամանակ: Այս սպիտակուցների անունները տրվում են բառերի առաջին տառերով«ուլտրամանուշակագույն վերանորոգում».

Պրոտոմեր ուվր Աունի ATPase ակտիվություն, դիմերի տեսքով կապվում է ԴՆԹ-ին՝ իրականացնելով

վնասի նախնական ճանաչում և

կապելըuvr Բ

Protomer uvr Bունի:

1 . Լատենտ ATPase և թաքնված հելիկազի ակտիվություն, որոնք անհրաժեշտ են կոնֆորմացիաները փոխելու և ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրը քանդելու համար.

2. Էնդոնուկլեազ ակտիվություն՝ անջատելով միջնուկլեոտիդային (ֆոսֆոդիստերային) կապըԶ»-ավարտճեղքված բեկոր.

Protomer uvr Cհանդես է գալիս նման էնդոնուկլեազ, ներմուծելով վերականգնվող ԴՆԹ շղթայի ընդմիջում5» ավարտվում էկտրված հատված.

Այսպիսով, պրոտոմերներըuvr A, uvr B, uvr Cփոխազդում են ԴՆԹ-ի հետ որոշակի հաջորդականությամբ՝ իրականացնելով ATP-ից կախված ռեակցիաօլիգոնուկլեոտիդային հատվածի ճեղքումը վերանորոգվող ԴՆԹ շղթայից։

ԴՆԹ-ի մոլեկուլում առաջացած բացը վերականգնվում է ԴՆԹ պոլիմերազ I-ի և ԴՆԹ լիգազի մասնակցությամբ։ Վերոհիշյալ ֆերմենտների մասնակցությամբ էքցիզիոն վերանորոգման մոդելը ներկայացված է Նկ. 172։

Մարդկանց մեջ էքզիզացիոն վերանորոգում

Մարդկանց մոտ հեռացման վերանորոգումը նույնպես կախված է ATP-ից և ներառում էերեք հիմնական փուլ :

վնասի ճանաչում,

ԴՆԹ-ի շղթայի կրկնակի կտրում,

ռեդուկտիվ սինթեզ և

վերանորոգված թելքի կապում.

Այնուամենայնիվ, մարդու ԴՆԹ-ի հեռացման վերականգնումը ներառում է

25 տարբեր պոլիպեպտիդներ ,

16 որոնցից մասնակցում են օլիգոնուկլեոտիդային բեկորի ճեղքումին՝ լինելով պրոտոմերներէքսինուկլեազներ,

իսկ մնացածը 9 իրականացնել մոլեկուլի վերանորոգված մասի սինթեզը.

Մարդկանց ԴՆԹ-ի վերականգնման համակարգում տրանսկրիպցիոն սպիտակուցները շատ կարևոր դեր են խաղում.

ՌՆԹ պոլիմերազ II Եվ

TF Երկտառադարձման վեց հիմնական գործոններից մեկը էուկարիոտներ.

Հարկ է նշել, որ պրոկարիոտներում, ինչպես էուկարիոտներում, էկցիզիայի վերականգնումը կախված է ԴՆԹ-ի ֆունկցիոնալ վիճակից.

արտագրված ԴՆԹ-ն ավելի արագ է վերականգնվում

քան տառադարձաբար ոչ ակտիվ.

Այս երևույթը բացատրվում է հետևյալ գործոններով.

քրոմատինի կառուցվածքը,

տառադարձված ԴՆԹ-ի հատվածների շղթաների հոմոոլոգիա,

շղթայի վնասման ազդեցությունը և դրա ազդեցությունը ՌՆԹ պոլիմերազի վրա:

ԿԱՐԵՎՈՐ ՆՇՈՒՄ.

ԴՆԹ-ի կոդավորման շղթա (տեղեկատվության պահպանման շղթա)

ԴՆԹ ՄԱՏՐԻԿԱ Շղթա (տեղեկատվությունը պատճենված է դրանից)

Հայտնի է, որ այնպիսի մեծ վնաս, ինչպիսին տիմինի դիմերների ձևավորում, արգելափակել տառադարձումը և՛ բակտերիաների, և՛ մարդկանց մոտ, եթե դրանք տեղի են ունենում մատրիցային միացումԴՆԹ (վնաս կոդավորումշղթաներ չեն ազդումդեպի վերծանման համալիր): ՌՆԹ պոլիմերազը կանգ է առնում ԴՆԹ-ի վնասման տեղում և արգելափակում է տրանսկրիպցիոն համալիրի աշխատանքը:

Տառադարձման-վերանորոգման կապի գործոն (TRCF) .

E. coli-ի դեպքում տրանսկրիպցիոն վերականգնման ավելացումը միջնորդվում է մեկ հատուկ սպիտակուցի միջոցով.տառադարձման-վերանորոգման կապի գործոն (TRCF) .

Այս սպիտակուցը նպաստում է :

1. ՌՆԹ պոլիմերազի անջատում ԴՆԹ-ից

2. միաժամանակ խթանում է սպիտակուցային համալիրի ձևավորումը,

Վնասված տարածքի վերականգնում.

Վերանորոգումն ավարտվելուց հետո ՌՆԹ պոլիմերազը վերադառնում է իր սկզբնական դիրքին և տրանսկրիպցիան շարունակվում է (տես նկարը):

Այսպիսով, էքսցիզիոն վերանորոգման ընդհանուր սխեման

1. ԴՆԹ-Ն - գլիկոզիլազը հեռացնում է վնասված հիմքը

2. AP էնդոնուկլեազը կոտրում է ԴՆԹ-ի շղթան

3. Էկզոնուկլեազը հեռացնում է մի շարք նուկլեոտիդներ

4. ԴՆԹ պոլիմերազը լրացնում է ազատված տարածքը

Լրացուցիչ նուկլեոտիդներ

5. ԴՆԹ լիգազան վերականգնված ԴՆԹ-ի շղթան իրար է կարում

ԴՆԹ-ի վերարտադրման սխալի վերականգնում

մեթիլացման միջոցով

ԴՆԹ-ի վերարտադրության ժամանակ ազոտային հիմքերի զուգակցման սխալները բավականին հաճախ են լինում (բակտերիաներում՝ 10 հազար նուկլեոտիդից մեկ անգամ), ինչի հետևանքով.ԴՆԹ-ի դուստր շղթայի մեջ Ներառված են նուկլեոտիդները, որոնք ոչ կոմպլեմենտար են մայր շղթայի նուկլեոտիդներին.անհամապատասխանություններ(անգլ. անհամապատասխանություն n համընկնում).

Չնայած նրանԴՆԹ պոլիմերազ Iպրոկարիոտներն ունեն ինքնուրույն շտկվելու ունակություն, սխալ կցված նուկլեոտիդները վերացնելու նրա ջանքերը երբեմն դրանք բավարար չեն, իսկ հետո որոշ սխալ (ոչ կոմպլեմենտար) զույգեր մնում են ԴՆԹ-ում։

Այս դեպքում վերանորոգումը տեղի է ունենում հատուկ համակարգի միջոցով, որը կապված էԴՆԹ մեթիլացում . Վերանորոգման այս համակարգի գործողությունը հիմնված է այն փաստի վրա, որ կրկնօրինակումից հետո, որոշակի ժամանակ (մի քանի րոպե) հետո ԴՆԹ-ն ենթարկվում է մեթիլացման:

E. coli-ում մեթիլացվածհիմնականում ադենին կրթությամբ

N6-մեթիլ-ադենին (N6-mA):

Մինչև այս պահը նոր սինթեզված(մասնաճյուղ)շղթան մնում է չմեթիլացված:

Եթե ​​նման շղթան պարունակում է չզույգված նուկլեոտիդներ, ապա այն վերականգնվում է. Այսպիսովմեթիլացումը նշում է ԴՆԹ-ն և

ներառում է սխալների ուղղման համակարգ վերօրինակման.

Այս վերանորոգման համակարգում ճանաչվում են հատուկ կառույցներ.

հաջորդականությունG-N6-mA-T-CԵվ հաջորդդրա հետևում դեֆորմացիա կա

կրկնակի խխունջում, որտեղ չկա փոխլրացում (նկ. ստորև):

Մ–ում չզույգված նուկլեոտիդների վերացման գործում կիսամեթիլացվածԴՆԹ-ի մոլեկուլը ներառում է վերականգնող ֆերմենտների բավականին բարդ համալիր, որը սկանավորում է ԴՆԹ մոլեկուլի մակերեսը,կտրում է մանկական շղթայի մի հատվածը դիմելով անհամապատասխանություն, իսկ հետո պայմաններ է ստեղծում զարգացման համար

դրա անհրաժեշտ (լրացուցիչ) նուկլեոտիդները:

Այս համալիրի տարբեր բաղադրիչներն ունեն տարբեր գործունեություննուկլեազ,

ուղղաթիռ,

ATPase,

անհրաժեշտ է ԴՆԹ-ում ընդմիջումներ մտցնելու և նուկլեոտիդների տրոհման, ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրը քանդելու և մոլեկուլի վերանորոգված մասի երկայնքով համալիրի շարժման համար էներգիա ապահովելու համար:

Մարդկանց մոտ հայտնաբերվել է վերականգնող ֆերմենտների համալիր, որոնք նման են կառուցվածքով և գործառույթով:

Ռեկոմբինանտ (հետվերարտադրողական) վերանորոգում

Այն դեպքերում, երբ այս կամ այն ​​պատճառով վերը նշված վերանորոգման համակարգերը խաթարվում են, ԴՆԹ-ի շղթաներում կարող են առաջանալ բացեր (թերվերանորոգված հատվածներ), որոնք ունեն. երբեմն բավականին նշանակալի չափսեր, որը հղի է վերարտադրման համակարգի խախտմամբ և կարող է հանգեցնել բջիջների մահվան։

Այս դեպքում բջիջը կարող է օգտագործել մեկ այլ ԴՆԹ-ի մոլեկուլ, որը ստացվել է վերարտադրումից հետո՝ վերականգնելու ԴՆԹ-ի մեկ մոլեկուլը, այսինքն՝ ներգրավել այդ նպատակով մեխանիզմ:ռեկոմբինացիա.

Բակտերիաների մեջ

Բակտերիաներում այն ​​մասնակցում է ռեկոմբինանտ վերականգնմանը։սպիտակուց Rec A. Այն կապվում է ԴՆԹ-ի միաշղթա շրջանի հետ և ներառում է այն ռեկոմբինացիայի մեջԴՆԹ-ի մեկ այլ մոլեկուլի անձեռնմխելի շղթաների հոմոլոգ շրջաններ .

Արդյունքում վերականգնվող ԴՆԹ-ի մոլեկուլի և՛ կոտրված (պարունակող բացեր) և՛ անձեռնմխելի շղթաները զուգավորվածԴՆԹ-ի ամբողջական կոմպլեմենտար շրջաններով, ինչը բացում է վերը նկարագրված համակարգերի միջոցով վերականգնման հնարավորությունը:

Այս դեպքում կարող է լինել կտրումորոշակի բեկոր և

լցնումիր օգնությամբ արատավոր շղթայի բացերը:

ԴՆԹ-ի շղթաներում առաջացող բացերն ու ընդմիջումները լրացվում են մասնակցությամբԴՆԹ պոլիմերազ I և ԴՆԹ լիգազ .

SOS փոխհատուցում

Այս համակարգի գոյությունն առաջին անգամ պնդել է Մ.Ռադմանը 1974թ.-ին: Նա նաև տվել է այս մեխանիզմի անվանումը՝ դրանում ներառելով «SOS» (փրկենք մեր հոգիները) միջազգային աղետի ազդանշանը:

Իրոք, այս համակարգը միանում է, երբ ԴՆԹ-ի վնասն այնքան մեծ է դառնում, որ սպառնում է բջջի կյանքին. Այս դեպքում տեղի է ունենում գեների բազմազան խմբի ակտիվության ինդուկցիա, որոնք ներգրավված են ԴՆԹ-ի վերականգնման հետ կապված տարբեր բջջային գործընթացներում:

Որոշ գեների ընդգրկումը, որը որոշվում է ԴՆԹ-ի վնասի չափով, հանգեցնում է տարբեր նշանակության բջջային արձագանքների (սկսած ստանդարտից. վնասվածների վերականգնումնուկլեոտիդներ և վերջավորություն զսպումբջիջների բաժանում):

Առավել ուսումնասիրվածSOS փոխհատուցումE. coli-ում, որի հիմնական մասնակիցները կոդավորված սպիտակուցներն են գեներ Rec ԱԵվԼեքս Ա.

Առաջինը բազմաֆունկցիոնալ էRec A սպիտակուց, մասնակցելով

Վ ԴՆԹ ռեկոմբինացիա, և

Վ գեների տրանսկրիպցիայի կարգավորումը ֆագ լամբդաազդելով E. coli-ի վրա,

և երկրորդ (Lex A սպիտակուց)է ռեպրեսորհամար նախատեսված գեների մեծ խմբի տառադարձում ԴՆԹ վերականգնումբակտերիաներ. Երբ այն արգելակվում կամ լուծվում է վերանորոգումը միացված է։

Պարտադիր Rec A-ն Lex A-ի հետտանում է վերջինիս պառակտմանըև համապատասխանաբար վերականգնող գեների ակտիվացում.

Իր հերթին բակտերիալ SOS համակարգի ինդուկցիան ծառայում էֆագ լամբդա վտանգի ազդանշանև առաջացնում է պրոֆագի անցում պասիվ դեպի ակտիվ (լիտիկ) ուղիգոյությունը՝ դրանով իսկ առաջացնելով ընդունող բջիջների մահը.

SOS վերանորոգման համակարգը հայտնաբերվել է ոչ միայն բակտերիաների, այլև կենդանիների և մարդկանց մոտ:

SOS ԴՆԹ-ի վնասների վերականգնման մեջ ներգրավված գեներ

Գեներ	Գենի ակտիվացման հետեւանքները
uvr A, B, C, D	Երկրորդական ԴՆԹ-ի կառուցվածքի վնասների վերականգնում
Rec Ա	SOS համակարգի հետվերարտադրողական վերանորոգում, ինդուկցիա
lex Ա	SOS համակարգի անջատում
rec N, ruv	Երկթելերի ընդմիջումների վերանորոգում
	Ռեկոմբինացիայի վերանորոգման ապահովում
ումու Ս, Դ	ԴՆԹ պոլիմերազի հատկությունների փոփոխությունների հետևանքով առաջացած մուտագենեզ
սուլ Ա	Բջիջների բաժանման ճնշումը

Եզրակացություն

ԴՆԹ-ի վնասների վերականգնումը սերտորեն կապված է այլ հիմնարար մոլեկուլային գենետիկական գործընթացների հետ. կրկնօրինակում, տրանսկրիպցիա և ռեկոմբինացիա։Այս բոլոր գործընթացները պարզվում են միահյուսվածփոխազդեցությունների ընդհանուր համակարգի մեջ, որը սպասարկվում է մեծ թվով տարբեր սպիտակուցներով, որոնցից շատերը բազմաֆունկցիոնալ մոլեկուլներ են, որոնք ներգրավված են գենետիկական տեղեկատվության ներդրման վերահսկողությունպրո և էուկարիոտիկ բջիջներում։ Միաժամանակ ակնհայտ է, որ բն «մի՛ խնայիր»կառավարման տարրերի վրա՝ ստեղծելով խիստ բարդ համակարգեր ԴՆԹ-ում այդ վնասները շտկելու համար, որոնք վտանգավոր ենօրգանիզմի և հատկապես նրա սերունդների համար։ Մյուս կողմից, այն դեպքերում, երբ վերականգնողական հնարավորությունները բավարար չեն օրգանիզմի գենետիկ կարգավիճակը պահպանելու համար, առաջանում է ծրագրավորված բջիջների մահվան անհրաժեշտություն.ապոպտոզ..

ՄԵՋ ՆՈՒԿԼԵՈՏԻԴՆԵՐԻ ՀԱՆՁՆՄԱՆ ՎԵՐԱՆՈՐՈԳՄԱՆ ՍԽԵՄԱ Ե. COLIEXINUCLEASE-ի մասնակցությամբ

1. ՏՐԱՆՍԿՐԻՊՏԻՈՆ ԱՆԿԱԽ ՄԵԽԱՆԻԶՄ

2. ՏՐԱՆՍԿՐԻՊՏԻՈՆ ԿԱԽՎԱԾ ՄԵԽԱՆԻԶՄ

3. ՎԵՐԱՆՈՐՈԳՄԱՆ ԸՆԴՀԱՆՈՒՐ ՓՈՒԼ

ԼԵԳԵՆԴ

Ա - սպիտակուցuvr Ա

B - սպիտակուցuvr IN

C - սպիտակուցuvr ՀԵՏ

փոքր սև եռանկյուն - նշանը ցույց է տալիս վնասի վայրը

ՎԵՐԱՆՈՐՈԳՄԱՆ ՍԽԵՄԱ ԿԱՊՎԱԾ Է ԴՆԹ-ի ՄԵԹԻԼԱՑՄԱՆ ՀԵՏ