DNA onarımı

Genel bilgi

DNA'ya zarar veren ajanlar

Radyasyon

1. İyonlaştırıcı radyasyon (gama ışınları, x-ışınları)

2. Ultraviyole radyasyon (özellikle ~260 nm, maksimum DNA emiliminin gerçekleştiği bölge burasıdır)

Reaktif oksijen radikalleri normal hücresel solunum sırasında çeşitli biyokimyasal yollarda oluşur.
Çevre kimyasalları.

Birçok hidrokarbon.

Antitümör kemoterapisinde kullanılan kimyasallar.

DNA Hasarı Türleri

1. DNA'daki dört bazın tümü (A, T, C, G) farklı pozisyonlarda kovalent olarak modifiye edilebilir.
En yaygın olanı bir amino grubunun kaybıdır (deaminasyon) - bu durumda C, U'ya dönüşür.
Bazların yanlış birleşmesi, replikasyon sırasında DNA polimerazların işleyişindeki hatalar nedeniyle meydana gelir.
En yaygın katılım, timin yerine urasildir.
Yapının ihlalleri.
DNA'da kırılmalar meydana gelebilir. Kırılmalar tek sarmallı olabilir veya her iki DNA sarmalı da kırılabilir.

İyonlaştırıcı radyasyon bu tür yırtılmaların yaygın bir nedeni olabilir.
Bitişik bazlar arasında kovalent bir bağ oluşabilir ve bağ, aynı iplikçikteki bitişik bazlar arasında veya iki DNA ipliği arasında oluşabilir.
DNA hasarı türleri
bir tabanın değiştirilmesi
apurinizasyon
C'yi Y ile değiştirmek
A'nın hipoksantin ile değiştirilmesi
baz alkilasyonu
bir nükleotidin eklenmesi veya silinmesi
benzer bir temel yerleştirmek
iki bazın değişimi
timin dimerlerinin oluşumu
iki işlevli bir alkilleyici madde ile çapraz bağlanma
zincir kopması
iyonlaştırıcı radyasyon
çekirdek elementlerin radyoaktif imhası
çapraz bağlantılar
bir ipliğin veya iki paralel ipliğin tabanları arasında
DNA ile histonlar gibi protein molekülleri arasında

Hasarlı tabanların onarımı

Hasarlı temeller çeşitli şekillerde onarılabilir:
Hasarın doğrudan kimyasal onarımı.

Hasarlı tabanın çıkarıldığı ve yenisiyle değiştirildiği eksizyon onarımı (ER). Her biri kendi enzim setini kullanan üç eksizyon onarımı modeli vardır.
Taban eksizyon onarımı (BER).
Nükleotid eksizyon onarımı (NER).
Uyumsuzluk onarımı (MMR).

Doğrudan hasar onarımı.

İnsanlarda nokta mutasyonlarının en yaygın nedeni, bir tür alkilasyon olan bir metil grubunun kendiliğinden eklenmesidir. Bu tür değişiklikler, DNA zincirine zarar vermeden hatayı düzelten glikozilaz adı verilen enzimler tarafından düzeltilir.

Kemoterapide kullanılan bazı ilaçlar da alkilasyon yoluyla DNA'ya zarar verir.
Onarımla ilgili sorun, sınırlı sayıda enzim ve mekanizmayla hücrenin çok çeşitli kimyasal ve fiziksel ajanların neden olduğu birçok hasarla başa çıkmak zorunda olmasıdır.

Taban eksizyon onarımı (BER)

Ana önemli olaylar:

1. Hasarlı bazın çıkarılması (insan vücudunun her hücresinde günde ~20.000 kez meydana gelir) DNA glikosilamin. İnsanlarda farklı DNA glikozilazlarını kodlayan en az 8 gen bulunur ve bunların her biri farklı baz lezyonlarını tanır.
2. Deoksiribofosfatın çıkarılması, DNA'da bir boşluk oluşmasına neden olur.
3. Doğru nükleotid ile değiştirme. İnsanlarda bu fonksiyon DNA polimeraz beta tarafından gerçekleştirilir.
4. Zincir kopmasının ligasyonu. İki enzim vardır ve her ikisi de ATP gerektirir.

Nükleotid eksizyon onarımı (NER)

NER, BER'den çeşitli yönlerden farklılık gösterir.
Çeşitli enzim sistemlerinin kullanılması.
Hata tek bir nükleotidde olsa dahi, hasar bölgesindeki birçok nükleotid tek seferde ortadan kaldırılır.

NER'in ana önemli olayları:
1. Hasar, hasar yeri ile ilişkili bir veya daha fazla faktör tarafından tanınır.
2. DNA hasar bölgesinde çözülür. Bu süreç şunları içerir:
çeşitli transkripsiyon faktörleri IIH, TFIIH (normal transkripsiyon sırasında da çalışırlar).
3. DNA, hasarın 3" ve 5" uçlarından kesilir, bunun sonucunda hasarlı nükleotidi içeren DNA fragmanı çıkarılır.
4. Hasar görmemiş bir DNA zincirinin şablonu kullanılarak delta veya epsilon polimerazlar kullanılarak yeni bir DNA zinciri tamamlanır.
5. Ligazlar zincirin yeni sentezlenen ucunu çapraz bağlar.

Kseroderma pigmentozum (XP)
XP, ışığa maruz kaldığında cilt hasarıyla kendini gösteren, sonuçta cilt kanserinin gelişmesine ve hastanın ölümüne yol açan nadir kalıtsal bir insan hastalığıdır.
Hastalık, NER onarımında rol oynayan genlerdeki mutasyonlar nedeniyle ortaya çıkar. Örneğin:
XPA, yaralanma bölgesine bağlanan ve onarım kompleksinin oluşumuna yardımcı olan bir proteini kodlar.
Transkripsiyon faktörü TFIIH'nin parçaları olan XPB ve XPD. XPB ve XPD'deki bazı mutasyonlar da erken yaşlanmaya neden olabilir.
XPF, DNA zincirini hasarın 5" ucundan keser.

XPG zinciri 3" uçtan keser.

Uyumsuzluk onarımı (MMR)

Uyumsuzluk onarımı, normal bir Watson-Crick eşleşmesi (A T, CG) oluşturmayan, uyumsuz, sağlam bazları düzeltir. Bu tür hatalar, replikasyon sırasında DNA polimerazın çalışması sırasında ortaya çıkar.
Uyumsuzluk onarımı, hem BER hem de NER onarımında rol oynayan enzimlerin yanı sıra özel enzimleri de içerir.
Uyumsuzluk onarımı sırasında DNA sentezi, DNA polimeraz delta veya epsilon tarafından gerçekleştirilir.
Uyumsuzluk onarım sistemi mayoz sırasında rekombinasyonun doğruluğunu arttırmada rol oynar.

DNA kırılması onarımı

İyonlaştırıcı radyasyon ve bazı kimyasallar bir veya iki DNA zincirini kırabilir.
Tek sarmallı kopmalar (SSB)
DNA iplikçiklerinden birindeki kopmalar sıklıkla BER onarımında görev alan enzimler tarafından onarılır.
Çift sarmallı kopmalar (DSB)
Çift sarmallı DNA kırılmalarını ortadan kaldırabilecek iki mekanizma vardır:
Kırık uçların doğrudan bağlantısı. Bu süreç özel gerektirir
Kırık uçları tanıyan ve bağlayan ve daha sonra bunları bir araya getiren enzimler. Kırılan DNA'nın uçları kütse ve iki DNA parçasının birleşmesi rastgele meydana geliyorsa bu onarıma NHEJ adı verilir. NHEJ için Ku proteini gereklidir. Ku, iki protein Ku70 ve Ku80'den oluşan bir heterodimerik alt birimdir.
Doğrudan bağlanma sırasında meydana gelen hatalar translokasyonlara neden olabilir.
Polinükleotid ligaz- restore edildi tek devre DNA kırılmaları

Homolog rekombinasyon

Homolog rekombinasyon, kromozom çoğalmasından sonra mevcut olan hasarsız kardeş kromatidin DNA'sını kullanarak kromozomların kırık uçlarını onarma yeteneğine sahiptir.
Homolog rekombinasyon için gereken genler BRCA-1 ve BRCA-2'dir.

Gen dönüşümü
Yeni gen donörü şunlar olabilir:
homolog kromozom (mayoz sırasında)
kardeş kromatid (ayrıca mayoz sırasında)
aynı kromozom üzerinde kopyalanmış bir gen (mitoz sırasında)

Replikasyon sırasında polimerazın 3'-5' eksonükleaz aktivitesinden kaynaklanan hataların düzeltilmesi (sadece prokaryotlarda) (E. coli mutasyonu mutD-mutatör-değişim - DNA-pol.III'ün alt birimi)
Timin dimerleri, fotoliyaz enzim geni-phr (alt ökaryotlarda)
Bağlı alkil ve metil gruplarının çıkarılması - O-6-metilguanin transferaz (ada geni) - O-6-metilguanini uzaklaştırır
eksizyonel r. bazlar [E.coli] [insan | hasar tespiti RPA ile birlikte XPA proteini | f-r transcr söz konusudur. TFIIH (P52, P34, P44, P62, XPB-XPD-helikaz aktivitesi) | ERCC1-XPF, XPG – nükleazlar, hasarın her iki tarafındaki DNA'yı keser. | DNA polimeraz ve yardımcı. RFC ve PCNA proteinleri boşluğu dolduruyor]
R. azotlu bazik glikozilaz bazikleri uzaklaştırır.
AP sitesi (apurinik, apirimidinik) | AP endonükleaz boşluğu ve kesimi tanır. 5' DNA'sı
kopyalama sonrası r. (PRR)
SOS-r. proteinler bağlantısı DNA polimeraz ile, doc. DNA hasarın karşısında inşa edilmiştir. DNA

Kısaltmalar.
BER - Baz Eksizyon Onarımı

NER - Nükleotid Eksizyon Onarımı
MMR - Uyumsuzluk Onarımı
NHEJ - Homolog Olmayan Uç Birleştirme

Uyumsuzluk onarımı

Çoğaltma işlemi sırasında polimeraz hatalarının bir sonucu olarak tamamlayıcı olmayan nükleotidler eklenebilir ve bu da yavru DNA zincirinde mutasyonlara yol açabilir. Eşlenmemiş bazlar, uyumsuzluk onarım enzimleri tarafından tanınır ve uyumsuz nükleotidlerin yerini alır.

Bu sistemin enzimleri homolog rekombinasyonun yanı sıra DNA hasarına yanıt olarak hücre döngüsünün durdurulmasını da sağlar.
MutHLS proteinlerini kullanan E. coli uyumsuzluk onarım sistemi, C-C dışındaki tüm tamamlayıcı olmayan baz çiftlerini tanır ve onarır. Ayrıca bu sistem, DNA iplikçiklerinden birine replikasyon hatalarından kaynaklanan, uzunluğu dört nükleotidi geçmeyen küçük eklemeleri de onarır.
Tipik olarak E. coli'de metillenmiş DNA bulunur Baraj metilazı siteye göre GATC. Ancak replikasyon tamamlandıktan sonra yavru DNA zinciri bir süre metillenmemiş halde kalır.
Bu sistem kullanılarak in vitro olarak yeniden oluşturulabilir.
Saflaştırılmış proteinler MutH, MutL, MutS, UvrD (helikaz II), DNA polimeraz III holoenzimi, DNA ligaz, SSB proteini ve eksonükleazlardan biri: ExoI, ExoVII veya RecJ'nin eklendiği substrat olarak bir metillenmiş iplikçikli DNA. Onarım işlemi, kısmen metillenmiş GATC bölgesinin yakınındaki metillenmemiş iplikçikte tek iplikli bir kırılmanın başlatılması, ardından DNA ipliğinin hidrolizi ve ortaya çıkan tek iplikli boşluğun doldurulması ile başlatılır. Bu durumda MutS proteini yanlış eşlenmiş nükleotidlere bağlanır. MutL proteininin herhangi bir enzimatik aktivitesi yoktur, ancak MutS ile etkileşime girer ve tek iplikli DNA kırılmalarını gerçekleştiren bir endonükleaz olan MutH'nin aktivasyonu için gereklidir. Böylece, yanlış eşleştirilmiş bir nükleotid ile bir DNA bölgesinde bir araya gelen MutS-MutL kompleksi, MutH'nin endonükleaz (nikaz) aktivitesini uyarır. Hücresiz sistem, DNA substratında tek iplikçik kırılması durumunda MutH'nin varlığını gerektirmez. MutHLS onarım sistemi şunları yapabilir:
hasarlı DNA bölgesinin yukarı ve aşağı yönünde bulunan kısmen metillenmiş GATC dizilerini kullanın. Aynı zamanda
Helikaz II'ye ek olarak, hatalı bir şekilde dahil edilen bir nükleotidin eksizyonu, ekzonükleazlardan birini içerir: ExoI (3'-exo), ExoVII (3'- ve 5'-exo) veya RecJ (5'-exo), GATC bölgesinin düzeltilmiş nükleotide göre konumu. Nükleotid eksizyonunu takiben ortaya çıkan tek sarmallı boşluk, SSB proteini ve DNA ligazının varlığında DNA polimeraz III holoenzimi tarafından doldurulur. MutH proteini ve Dam metilazın çoğaltılmış DNA'nın yavru sarmalını tanımak için kullanılmasının Gram-negatif bakterilere özgü bir özellik olduğu vurgulanmalıdır. Gram-pozitif bakteriler işaretleme amacıyla DNA şeritlerini metillemez. GATC bölgeleri tamamen metillenmişse, E. coli MutHLS onarım sistemi, her iki DNA zincirindeki uyumsuz nükleotidleri eşit verimlilikle değiştirir.
E. coli'nin en az iki spesifik özelliği daha var
Uyumsuz nükleotidlerin onarımı için yollar. VSP (çok kısa yama onarım yolu) sistemi, tamamlayıcı olmayan G-T çiftlerini onarır ve bunları G-C ile değiştirir. Bu tür çiftlerin, C kalıntılarının Dcm metilaz tarafından metillendiği bölgelerde 5-metilsitosinin deaminasyonunun bir sonucu olarak oluştuğuna inanılmaktadır. Daha düşük verimlilikle aynı sistem G–U çiftlerini G–C ile değiştirir. Başka bir MutY'ye bağımlı onarım sistemi, özellikle guanin üzerindeki oksidatif hasarın sonuçlarını ortadan kaldırır. Eğer dGTP 8-okso-dGTP oluşturacak şekilde oksitlenirse, MutT proteini ikincisini parçalayarak DNA'ya dahil olmasını engeller. Yine de C kalıntısının karşısına dahil edilirse, Fpg glikosilaz (MutM) bu değiştirilmiş bazı uzaklaştırır. 8-okso-G'nin DNA'da kalması durumunda, bir sonraki replikasyon turunda A ile eşleşir ve bunun sonucunda G–C>T–A dönüşümü meydana gelebilir. Bu durumda MutY proteini, A kalıntısını yanlış bir çiftten çıkararak bir DNA glikosilaz gibi davranır ve tek sarmallı bir çifti devreye sokan bir AP liyaz gibi davranır.
AP sitesine bitişik boşluk. Bunu, BER onarım sisteminin işleyişiyle bağlantılı olarak yukarıda tartışılan süreçler takip eder. MutY'yi içeren reaksiyon dizisi ayrıca tamamlayıcı olmayan A-G ve A-C çiftlerini de onararak sırasıyla C-G ve G-C çiftlerini oluşturur. Ökaryotlarda uyumsuz bazların onarımı şu durumlarda meydana gelir:
bakteriyel MutHLS sistemine benzer bir protein kompleksinin katılımı. İnsan GTBP proteini, bakteriyel MutS proteininin bir homologudur ve mayada Msh6 proteini buna karşılık gelen bir rol oynar. İnsanlarda uyumsuz nükleotidlerin tanınması MSH2-GTBP heterodimeri tarafından gerçekleştirilir. S. cerevisiae hücrelerindeki MutL homologları, aynı zamanda heterodimerik kompleksler olarak da bulunan MLH1 ve PMS2 proteinleridir. İnsanlarda bu proteinleri kodlayan genlerdeki mutasyonlara, mutatör fenotipin oluşumu ve kalıtsal polipozis dışı kolon kanserinin (HNPCC sendromu) gelişimi eşlik eder.

Doğrudan onarım

Alkillenmiş bazların onarımı için iki ana yol vardır: baz eksizyon onarımı (BER) ve doğrudan baz eksizyon onarımı. BER'de, DNA glikozilazları, bir AP bölgesinin oluşumu ve ardından işlenmesi ile ilk adımda DNA'daki sitotoksik alkile edilmiş bazları ayırır.Doğrudan onarım durumunda, iki yöntem uygulanır: alkiltransferazlarla onarım veya alkil grubunun oksidasyonu, her iki durumda da sağlam bazların yenilenmesi meydana gelir. Onarım alkiltransferazlar tarafından meydana gelirse (memelilerde, bu yolla yalnızca O6-alkilguanin onarılır), o zaman O6-alkilguanin transferaz (AGT), bir metil veya etil grubunu O6-alkilguanin'den kendi sistein kalıntılarından birine aktarır. . Kendi aktivitesinin bir sonucu olarak alkile edilen bir protein etkisiz hale getirilir, ancak kendi geninin ve diğer bazı genlerin aktivitesinin düzenleyicisi olarak görev yapabilir. Özellikle yüksek derecede mutajenik ve toksik olan demetilasyona neden olan intihar amaçlı O6-metilguanin transferazların aksine
O6-metilguanin hasarı, E. coli'den AlkB ve onun insan karşılıkları hABH2 ve hABH3, değiştirilmemiş bazlar adenin ve sitozini yeniden oluşturmak için DNA'daki 1-metiladenin (1-meA) ve 3-metilsitozinin (3-meC) metil gruplarını oksitler.

06-alkilguanin transferaz

06-alkilguanin transferaz aktivitesi çoğu organizmada bulunur ve 06-alkilguaninin mutajenik etkisine müdahale eder. AGT, DNA'daki bir alkil grubunu geri dönüşü olmayan bir reaksiyonla proteindeki reaktif bir sistein kalıntısına aktararak O6-alkilguanin'i guanin'e dönüştürür.

Bir alkil grubunun bir sistein kalıntısına bu kovalent eklenmesi, enzimi etkisiz hale getirir. Bu nedenle AGT, bir süre sonra proteolitik bozunmaya uğrayan bir intihar enzimidir.
Transalkilasyon reaksiyonları. Yapısal çalışmalar, AGT'nin aktif merkezinin, enzimin büyük kısmı içinde, DNA bağlanma bölgesinden belli bir mesafede bulunduğunu ortaya koymaktadır. Enzimin, substrat bazını ve AGT'nin nükleofilik aktif bölgesini birbirine yakınlaştırmak için bir "nükleotid çevirme" mekanizmasıyla "çalıştığı" düşünülmektedir.

AGT'nin memelileri alkilleyici ajanların toksik ve mutajenik etkilerinden korumadaki önemi farelerde gösterilmiştir. AGT'yi aşırı eksprese eden transgenik fareler, metilleyici ajan N-metil-N-nitrosourea'ya yanıt olarak önemli ölçüde daha düşük tümör başlatma oranları sergilerken, AGT'den yoksun fareler, mutant olmayan farelere kıyasla tümör başlatılmasına ve bu ajanın toksik etkilerine çok daha duyarlıydı. . AGT, antikanser tedavisinde önemli bir enzimdir, çünkü kloroetilnitrozoüre (CENU) sınıfı antikanser ajanlarının sitotoksik etkilerini antagonize eder;
BCNU (N,N-bis(2-kloroetil)N-nitrosourea) veya temozolomid. AGT'nin tümörlerde mevcut olduğu miktarın, CENU kullanılarak antitümör tedavisinin sonucunun ne kadar olumlu olacağını büyük ölçüde belirlediği gösterilmiştir. CENU başlangıçta guanin'in O6-karbonil grubuyla reaksiyona girerek bileşiği oluşturur 4 daha sonra N1, O6-etanoguanin'e dönüştürülür 5 . Birleştirmek 5 birkaç saat içinde fizyolojik olarak aktif ICL'ye yeniden gruplanır 6 . AGT formasyona müdahale ediyor 6 etkileşimde bulunurken 4 veya 5 guanin yenilemek veya bir DNA-protein eklentisi oluşturmak 8 . Katkı maddesi oluşumunun deneysel onayı elde edildi 8 , ancak ayrıntılı açıklaması için çok küçük bir miktarda izole edilmişti. Bu problemin biyokimyasal bir çalışması sırasında N1,O6-etanoksantin tanıtıldı
9 kararlı bir analog olarak 5 DNA'da. Etanoksantin 9 AGT ile reaksiyona girerek stabil bir DNA-protein eklentisi oluşturur 7 . Bu yaklaşım, kovalent olarak bağlı bir AGT-DNA eklentisinin oluşumuna izin verdi 10 DNA'ya bağlı AGT'nin yapısını belirlemek için kullanılabilen büyük miktarlarda. AGT ve alkilleyici tedavinin etkileşimi, kanser tedavisinde alkilleyici ajanlarla birlikte kullanılabilecek AGT inhibitörlerinin araştırılmasına yol açmıştır. Bugüne kadar, esas olarak O6 pozisyonunda ikame edicilere sahip guanin türevleri olmak üzere inhibitörler oluşturulmuştur. 06-benzilguanin 2 yeni moleküllerin karşılaştırıldığı tipik AGT inhibitörü olduğu bulunmuştur. O6-BzG'nin CENU'nun sitotoksisitesini arttırmadaki etkinliği hayvan modellerinde gösterilmiştir. Bu terapötik yaklaşımın sınırlayıcı faktörü, kısmen kemik iliği olmak üzere sağlıklı organlara yönelik toksisitedir. Bazı
Bir grup bilim insanı, gen aktarımını kullanarak kemik iliğini korumak için kullanılabilecek, O6-BzG inhibisyonuna dirençli bir ATG varyantı üreterek bu sorunu aşmayı amaçlıyor.

AlkB, hABH2 ve hABH3 oksidoredüktazlar

Alkillenmiş bazların doğrudan onarımının başka bir yolu, alkil grubunun, bozulmamış bir nitrojenli bazın rejenerasyonu ile oksidasyonudur. Escherichia coli'deki AlkB enzimi ve iki insan analoğu hABH2 ve hABH3, DNA'daki 1-metiladenin ve 3-metilsitosini spesifik olarak demetile eder. Ancak AGT'den farklı olarak bu enzimler, G:C ve A:T baz çiftlerinin yüzeyine yönelik substrat spesifikliğine sahiptir. 1-alkiladenin hasarı
ve 3-metilsitozin, adenin ve sitozin tek sarmallı bir yapıda olduğunda (replikasyon veya transkripsiyon sırasında) oluşur ve AlkB, hABH2 ve hABH3 için substratlardır. Azotlu bazlar olan adenin ve sitozini yeniden oluşturmak için DNA'daki 1-metiladenin (1-meA) ve 3-metilsitosin (3-meC) metil gruplarını oksitlerler. AlkB'nin ayrıca toksik hasara karşı koruma sağladığı da gösterilmiştir - etil grubuyla etkileşime girer ve DNA'da 1-etiladenini adenine dönüştürerek reaksiyonun sonucunda asetaldehit üretir. Bu sayede, etilenin metabolizması sırasında endojen olarak oluşan ve aynı zamanda sterilizasyon amaçlı fumigant olarak da yaygın olarak kullanılan, bilinen mutajen ve kanserojen etilen oksitteki hasar onarılmaktadır. Etilen oksit tarafından üretilen hidroksietil katkı maddeleri hücre DNA'sında bulunur. Diğer küçük alkilleyici epoksitler de kimyasal üretimde büyük miktarlarda kullanılmaktadır. AlkB'nin hidroksietilen üreten DNA'ya zarar veren ajanların toksik etkilerini azalttığı gösterilmiştir.
propil ve hidroksipropil katkı maddeleri. AlkB, alkillenmiş trifosfatları 1-me-dATP ile aktif fakat verimsiz bir şekilde onarır. Bu yeteneğin, DNA sentezi sırasında alkillenmiş trifosfatların birleşme düzeyini azaltabileceği ileri sürülmüştür; ek olarak E. coli'deki DNA polimeraz I'in Klenow fragmanı, in vitro DNA sentezi için bir öncü olarak 1-me-dATP'yi kullanabilir. İnsan enzimleri hABH2 ve hABH3 ayrıca poli(dA)'daki 1-metiladenin kalıntılarını demetile etti, ancak kısa substratlar üzerinde etkisizdi. Dolayısıyla hABH3, d(Tp1-meApT) trimeri üzerinde çok düşük aktiviteye sahipken hABH2 için herhangi bir aktivite tespit edilmedi.

AlkB ve insan muadilleri, dioksijenazların β-ketoglutarat/Fe(II) bağımlı süper ailesinin bir parçasıdır ve onarım süreci, β-ketoglutaratın dekarboksilasyonu ve hasarlı bazın oksidatif demetilasyonunun bir kombinasyonunu içerir. 1-meA ve 3-meC lezyonları esas olarak tek sarmallı DNA'da oluşur ve muhtemelen
Çoğaltma çatalında ve DNA ve RNA polimerazlarını bloke edebildikleri aktif olarak kopyalanan genlerde meydana gelir. Aslında AlkB, hABH2 ve hABH3, bu lezyonları tek sarmallı DNA'da onarır, ancak onarım aynı zamanda alkilasyondan sonra tamamlayıcı sarmallara tavlanan oligonükleotidlerde de meydana gelir. AlkB tarafından 1-metiladenin onarımının etkinliği, polinükleotid yapısına bağlı değildir ancak bir nükleotid 5"-fosfat grubunun varlığı gereklidir. Ayrıca insan enzimleri hABH2 ve hABH3, poli(dA)'daki 1-metiladenin kalıntılarını demetile etti; kısa substratlar üzerinde etkisizdirler.Ayrıca, pozitif yük içeren lezyonlar (ribonükleositler 1-meA ve 3-meC, sırasıyla pKa = 9.3 ve 9.6'ya sahiptir) yüksüz bazlardan (1-meG ve 3-meT) daha iyi onarılmıştır. Bununla birlikte, 1-meG (ve daha az ölçüde 3-meT) AlkB tarafından onarıldığından, bazın resmi pozitif yükü AlkB'nin işleyişi için gerekli bir koşul değildir.
Bu sonucun pozitif yüklü bazların AlkB ile elektrostatik etkileşimler yoluyla daha iyi tanınmasından mı kaynaklandığı, yoksa pozitif yüklü bazların DNA'yı metil grubunun hidroksilasyonundan sonra daha iyi bir ayrılan grup haline mi getirdiği açık değildir.

Kısaltmalar:

• AGT - alkilguanin transferaz
• BER - baz eksizyon onarımı
• DNA - deoksiribonükleik asit
• RNA - ribonükleik asit
• BCNU - N,N-bis(2-kloroetil)N-nitrozoüre
• CENU - kloroetilnitrozoüre
• 06-BzG - 06-benzilguanin
• 1-meA - 1-metiladenin
• 1-meG - 1-metilguanin
• 3-meC - 3-metilsitozin
• 3-meT - 3-metiltimin

Edebiyat:

» Orlando D. Scharer (2003) Angew. Kimya Uluslararası Ed. 42, 2946-2974
» James C. Delaney ve John M. Essigmann AlkB Escherichia coli'de 1-metiladenin, 3-alkilsitozinler, 1-metilguanin ve 3-metiltiminin mutajenezi, genotoksisitesi ve onarımı
» Pertti Koivisto, Tod Duncan, Tomas Lindahl ve Barbara Sedgwick Minimal Metillenmiş Substrat ve 1-Metiladenin-DNA Dioksijenaz olan Escherichia coli AlkB Proteininin Genişletilmiş Substrat Aralığı*
» Duncan, T., Trewick, S.C., Koivisto, P., Bates, P.A., Lindahl, T. & Sedgwick, B. (2002) Proc. Natl. Acad. bilim. ABD 99, 16660-16665. 5. Aas, P.A., Otterlei, M., Falnes, P.O., Vagbo, C.B., Skorpen, F., Akbari, M., Sundheim, O., Bjoras, M., Slupphaug, G., Seeberg, E., et al. (2003) Doğa 421, 859-863.
" Hollis, T., Lau, A. ve Ellenberger, T. (2000) Mutat. Res. 460, 201-210
" Daniels, D.S. ve Tainer, J.A. (2000) Mutat. Res. 460, 151-163
" Trewick, S.C., Henshaw, T.F., Hausinger, R.P., Lindahl, T. ve Sedgwick, B. (2002) Nature 419, 174-178
» Falnes, P.O., Johansen, R.F. ve Seeberg, E. (2002) Nature 419, 178-181
» Duncan, T., Trewick, S.C., Koivisto, P., Bates, P.A., Lindahl, T. ve Sedgwick, B. (2002) Proc. Natl. Acad. bilim. ABD 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. ve Krokan , H. E. (2003) Nature 421, 859-863
» Aravind, L. ve Koonin, E.V. (2001) Genome Biology 2, 0007.1-0007.8
" Bodell, W.J. ve Singer, B. (1979) Biochemistry 18, 2860-2863
» Boiteux, S. ve Laval, J. (1982) Biochimie (Paris) 64, 637-641
» Larson, K., Sahm, J., Shenkar, R. ve Strauss, B. (1985) Mutat. Res. 150, 77-84
» Dinglay, S., Trewick, S.C., Lindahl, T. ve Sedgwick, B. (2000) Genes Dev. 14, 2097-2105

DNA kırılması onarımı

Fotoreaktivasyon

UV radyasyon enerjisinin DNA molekülleri tarafından emilmesi, çeşitli hasarların oluşmasına yol açar. Her ne kadar tek ve çift sarmal kırılmaları ve DNA-protein çapraz bağları oluşabilse de, UV kaynaklı hasarın çoğunluğu siklobütan pirimidin dimerlerinin (CPD) ve pirimidin-pirimidon fotoürünlerinin oluşumuyla azotlu bazların modifikasyonundan kaynaklanmaktadır (6). -4PP) en yaygın fotohasar türleridir.

Pirimidin dimerleri hem replikasyon hem de transkripsiyonun inhibitörleridir; bu, büyümeyi yavaşlatır ve bu tür bir hasarın onarılmaması durumunda DNA replikasyonu sırasında mutajeneze yol açar.

Işığın neden olduğu DNA hasarını ortadan kaldırmak için birçok organizma, CPD'ye (CPD fotoliyaz) veya 6-4PP'ye (6-4PP fotoliyaz) spesifik olarak bağlanan enzimler kullanır ve bu hasarı düzeltir. CPD fotolizazlar bakterilerde, mantarlarda, bitkilerde, omurgasızlarda ve birçok omurgalıda bulunur; 6-4PP fotolizazlar şu ana kadar yalnızca Drosophila, ipekböcekleri, Xenopus laevis ve çıngıraklı yılanlarda bulunur, ancak Escherichia coli veya mayada bulunmaz. Fotoliyazlar insanlarda tespit edilmemiştir. Fotoliyazlar, katalitik bir kofaktör olarak FAD ve ışık toplayan bir anten olarak ek bir kromofor içerir.

Ek kromoforlar, sırasıyla 380 ve 440 nm dalga boylarında maksimum emilim ile 5,10-meteniltetrahidrofolat (MTHF) veya 8-hidroksi-5-deazoriboflavindir (8-HDF). E. coli ve Anacystis nidulans'tan elde edilen CPD fotoliyazlarının kristal yapıları, enzimlerin DNA'yı bağlamak için pirimidin dimerini dubleksten katalitik kofaktörü içeren bir kuyuya döndürdüğünü göstermektedir. Siklobutan halkası daha sonra ışık kaynaklı elektron transferi ile yarılır. CPD fotoliyazları, DNA bağlayıcı proteinlere benzer şekilde CPD'leri seçici olarak tanır. Beyaz ışık veya UV-B radyasyonu, CPD fotolizazların ekspresyonunu indükler. CPD fotolizazların aksine, 6-4PP fotoliyazlar stabil bir şekilde eksprese edilir ve beyaz ışık veya UV-B radyasyonu tarafından düzenlenmez.

Kromatinde fotoreaktivasyonun şematik gösterimi. Gitone oktamerleri mavi, DNA siyahtır. Fotoliyaz, siklobütan pirimidin dimerlerine (CPD'ler) bağlanır, pirimidin dimerini döndürür ve ışığa bağlı bir reaksiyonla doğal pirimidinleri yeniden oluşturur. Fotoliyaz tercihen linket DNA'sındaki CPD'leri onarır. Nükleozomlardaki onarım yavaştır ve muhtemelen DNA hasarını bağlayıcı DNA bölgesine taşıyan nükleozomların dinamik özellikleriyle kolaylaştırılır.

Sınıf I fotoliyazlar olarak tanımlanan, mikroorganizmalardan elde edilen CDP'ye özgü fotoliyazların bir sınıfı, fotoliyaz ailesinin ilk karakterize edilen üyesiydi. Yakın zamanda 6-4 fotoürüne özgü fotoliyazdan oluşan yakından ilişkili bir sınıf keşfedilmiştir; bu ailenin üyeleri Drosophila melanogaster, Xenopus laevis ve Arabidopsis thaliana'da bulunmuştur. Bitkilerde ve diğer organizmalarda bulunan ışık spektrumunun mor kısmı için fotoreseptörler olan kriptokromlar da sınıf I fotoliyazlarla yakından ilişkilidir.

Sınıf II fotoliyazlar adı verilen daha uzaktan ilişkili bir CPD fotoliyaz ailesi, hayvanlar, Archaebacterium, Eubacterium ve daha yüksek bitkiler de dahil olmak üzere birçok türde tanımlanmıştır. Karakterize edilen tüm fotoliyazların azaltılmış FAD içerdiği ve çoğunun türe bağlı olarak MTHF veya 8-HDF'nin ikincil kromoforlarını içerdiği gösterilmiştir. Her iki CPD fotoliyaz sınıfı için de benzer bir reaksiyon mekanizması önerilmiştir. MTHF veya 8-HDF kromoforu, mor ışığı emen ve emilen enerjiyi FADH-'yi yeniden oluşturmak için kullanan bir anten gibidir.

Bitki fotoliyaz kofaktörünün bileşimi tam olarak anlaşılmamıştır, ancak yakın zamanda sadece FADH içeren Arabidopsis'ten elde edilen CPD fotoliyazlarının enzimatik aktiviteye sahip olduğu gösterilmiştir.

Edebiyat:

» Fritz Thoma, Kromatin onarımında açık ve koyu: UV kaynaklı DNA lezyonlarının fotoliyaz ve nükleotid eksizyon onarımı ile onarımı, Institut fur Zellbiologie, ETH-Zurich, Honggerberg, CH-8093 Zürih, İsviçre
» Arabidopsis fotolizaz enzimlerinin karakterizasyonu ve ultraviyole-B radyasyonundan korunmadaki rollerinin analizi, Wanda M. Waterworth 1, Qing Jiang, Christopher E. West, M. Nikaido ve Clifford M. Bray

Keşif geçmişi

Tek sarmallı ve çift sarmallı DNA hasarı

Onarım çalışması, fotoreaktivasyon (PR) olgusunu keşfeden A. Kelner'in (ABD) çalışmasıyla başladı - ultraviyole (UV) ışınlarının neden olduğu biyolojik nesnelere verilen hasarın azalması ve ardından parlak görünür ışığa maruz kalma ( hafif onarım).

Eksizyon onarımı

Hücrelerde replikasyon sonrası onarım keşfedildi E.Coli timin dimerlerini parçalayamıyor. Hasar tespit aşaması olmayan tek onarım türüdür.

Notlar

Wikimedia Vakfı. 2010.

Diğer sözlüklerde “DNA onarımı” nın ne olduğuna bakın:

Mutasyon veya rekombinasyondan kaynaklanan DNA kusurlarının onarılması. Bu, bir kısmı hasar bölgesini tespit eden, bir kısmı "kesen", bir kısmı hasarlı bölgeleri sentezleyen, bir kısmı da hasar bölgesini sentezleyen bir onarıcı enzim sistemi tarafından gerçekleştirilir... ... Mikrobiyoloji sözlüğü

DNA onarımı- - özel onarım enzimlerinin etkisiyle DNA'nın birincil yapısındaki "hataların" düzeltilmesi ... Biyokimyasal Terimlerin Kısa Sözlüğü

DNA onarımı- - Biyoteknoloji konuları EN DNA onarımı... Teknik Çevirmen El Kitabı

DNA onarımı- DNR onarım durumu, DNR'nin yeniden yapılandırılmasıyla ilgili değişikliklere neden oldu. atitikmenys: ingilizce. DNA onarımı rusça. DNA onarımı... Anahtar kelimeler ve güvenlik terminolojileri seçiliyor

DNA ONARIMI- DNA molekülündeki orijinal yapının restorasyonu, yani. doğru nükleotid dizisi... Çiftlik hayvanlarının yetiştirilmesi, genetiği ve çoğaltılmasında kullanılan terimler ve tanımlar

DNA onarımı- * DNA onarımı * DNA onarımı, bir DNA molekülünün nükleotid dizisindeki hataların enzimatik olarak düzeltilmesidir. DNA'nın mekanizmaları s. Vücudun genetik bilgisini çevresel mutajenlerin (örneğin ultraviyole,... ...

DNA'ya bağımlı DNA polimeraz DNA polimeraz- DNA'ya bağımlı DNA polimeraz, DNA polimeraz * DNA'ya bağımlı DNA polimeraz, DNA polimeraz * DNA'ya bağımlı DNA polimeraz veya DNA polimeraz, deoksiribonükleosit trifosfatların bir polimere polimerizasyonunu (bkz.) katalize eden bir enzim... ... Genetik. ansiklopedik sözlük

- (Geç Lat. reparatio restorasyonundan), canlı organizmaların tüm hücrelerinin karakteristiği, ihlal edilmesi durumunda orijinal (doğal) DNA yapısının restorasyonu. DNA yapısının hasar görmesi, DNA replikasyonunun engellenmesine yol açabilir (öldürücü... ... Kimyasal ansiklopedi

Onarım: DNA onarımı, hücrelerin kimyasal hasarı ve DNA moleküllerindeki kırılmaları onarma yeteneğidir. Tazminat, uluslararası hukuka tabi bir kişinin, uluslararası bir eylemin sonucu olarak ortaya çıkan zarara ilişkin bir tür mali sorumluluğudur... ... Vikipedi

DNA replikasyonu ve rekombinasyonu sürecinde ve ayrıca belirli DNA hasarı türlerinin bir sonucu olarak ortaya çıkan nükleotidlerin eklenmesini, çıkarılmasını ve yanlış eşleşmesini tespit etmek ve onarmak için bir sistem. Yanlış eşleştirme gerçeği, buna izin vermez... ... Vikipedi

Kitabın

• Bitkilerde DNA metilasyonu. Mekanizmalar ve biyolojik rol, B. F. Vanyushin. Çeşitli organizmalarda DNA metilasyonu araştırmalarında öncü ve tanınmış dünya liderlerinden birinin bu okuması, genel biyolojik sorunun mevcut durumunu ayrıntılı olarak ortaya koyuyor...

Hücredeki normal DNA biyosentezi sırasında veya fiziksel veya kimyasal reaktiflere maruz kalmanın bir sonucu olarak hasar görür. Hücrenin özel enzim sistemleri tarafından gerçekleştirilir. Bir dizi kalıtsal hastalık (örneğin, kseroderma pigmentosum) onarım sistemi bozukluklarıyla ilişkilidir.

Keşif geçmişi

Onarım çalışması, 1948'de fotoreaktivasyon olgusunu keşfeden Albert Kellner'in (ABD) çalışmasıyla başladı - daha sonra parlak görünür ışığa maruz kalma sonucu ultraviyole (UV) ışınlarının biyolojik nesnelerde neden olduğu hasarın azalması ( hafif onarım).

R. Setlow, K. Rupert (ABD) ve diğerleri kısa süre sonra fotoreaktivasyonun özel bir enzimin katılımıyla meydana gelen ve UV kuantumunun emilmesi sırasında DNA'da oluşan timin dimerlerinin bölünmesine yol açan fotokimyasal bir süreç olduğunu tespit etti.

Daha sonra bakterilerin UV ışığına ve iyonlaştırıcı radyasyona duyarlılığının genetik kontrolü araştırılırken keşfedildi. koyu onarım- hücrelerin görünür ışığın katılımı olmadan DNA'ya verilen hasarı ortadan kaldırma yeteneği. UV ışığıyla ışınlanan bakteri hücrelerinin karanlık onarım mekanizması, A. P. Howard-Flanders tarafından tahmin edildi ve 1964'te F. Hanawalt ve D. Petitjohn (ABD) tarafından deneysel olarak doğrulandı. Bakterilerde ışınlama sonrasında, değiştirilmiş nükleotidlere sahip hasarlı DNA bölümlerinin kesildiği ve ortaya çıkan boşluklarda DNA'nın yeniden sentezlendiği gösterilmiştir.

Onarım sistemleri sadece mikroorganizmalarda değil, doku kültürlerinde çalışılan hayvan ve insan hücrelerinde de mevcuttur. Onarımın bozulduğu bilinen bir kalıtsal insan hastalığı olan xeroderma pigmentosum vardır.

DNA Hasarının Kaynakları

Başlıca DNA hasarı türleri

Onarım sisteminin yapısı

Her onarım sistemi aşağıdaki bileşenleri içerir:

• DNA helikaz, bir zincirdeki kimyasal olarak değiştirilmiş bölgeleri "tanıyan" ve hasarın yakınında zinciri kıran bir enzimdir;
• DNaz (deoksiribonükleaz), bir fosfodiester bağında 1 DNA zincirini (nükleotit dizisi) "kesen" ve hasarlı bölümü ortadan kaldıran bir enzimdir: eksonükleaz, terminal nükleotidler 3' veya 5' üzerinde, endonükleaz - terminal olanlar dışındaki nükleotidler üzerinde çalışır;
• DNA polimeraz, çıkarılan kısmın yerini almak üzere DNA zincirinin karşılık gelen bölümünü sentezleyen bir enzimdir;
• DNA ligaz, bir polimer zincirindeki son bağı kapatan ve böylece sürekliliğini yeniden sağlayan bir enzimdir.

Tazminat türleri

Doğrudan onarım

Doğrudan onarım, DNA'daki hasarı ortadan kaldırmanın en basit yoludur; bu yöntem genellikle ilgili hasarı hızlı bir şekilde (genellikle tek adımda) ortadan kaldırabilen ve nükleotidlerin orijinal yapısını geri yükleyen spesifik enzimleri içerir. Bu, örneğin bir metil grubunu nitrojenli bir bazdan kendi sistein kalıntılarından birine çıkaran O6-metilguanin-DNA metiltransferaz için geçerlidir.

Eksizyon onarımı

Eksizyon onarımı (eng. eksizyon - kesme), hasarlı nitrojenli bazların DNA'dan çıkarılmasını ve ardından tamamlayıcı zincir boyunca molekülün normal yapısının restorasyonunu içerir. Enzimatik sistem, uyumsuz veya hasar görmüş bazlar içeren çift sarmallı DNA'nın kısa tek sarmallı dizisini çıkarır ve kalan sarmalı tamamlayıcı bir diziyi sentezleyerek bunları değiştirir.

Eksizyon onarımı, değiştirilmiş DNA bazlarını onarmak için en yaygın yöntemdir. Modifiye bazın, DNA molekülünün şeker-fosfat omurgası ile N-glikosidik bağını parçalayan çeşitli glikosilazlar tarafından tanınmasına dayanır. Aynı zamanda, DNA'daki bazı modifiye bazların (hidroksimetilurasil, hipoksantin, 5-metilurasil, 3-metiladenin, 7-metilguanin, vb.) varlığını spesifik olarak tanıyan glikozilazlar da vardır. Pek çok glikosilaz için, genin kodlama dizisindeki nükleotidlerden birinin değiştirilmesiyle ilişkili polimorfizm artık tarif edilmiştir. Bu enzimlerin bazı izoformları artan kanser riski ile ilişkilendirilmiştir [Chen, 2003].

DNA'nın yüksek stabilitesi, yalnızca yapısının korunması ve yüksek replikasyon doğruluğu ile değil, aynı zamanda tüm canlı organizmaların hücrelerinde özel sistemlerin varlığıyla da sağlanır. tazminatlar, içinde meydana gelen DNA hasarını ortadan kaldırır.

Çeşitli kimyasalların, iyonlaştırıcı radyasyonun ve ultraviyole radyasyonun etkisi, DNA yapısında aşağıdaki hasarlara neden olabilir:

· tek bazlarda hasar (sitozinin urasile, adeninin hipoksantine dönüşümüne yol açan deaminasyon; bazların alkilasyonu; baz analoglarının dahil edilmesi, nükleotidlerin eklenmesi ve silinmesi);

· baz çiftlerinde hasar (timin dimerlerinin oluşumu);

· devre kesintileri (tek ve çift);

· DNA-protein çapraz bağlarının yanı sıra bazlar arasında çapraz bağların oluşması.

Bu bozuklukların bazıları kendiliğinden de ortaya çıkabilir; herhangi bir zarar verici faktörün katılımı olmadan.

Her türlü hasar, DNA'nın ikincil yapısının bozulmasına neden olur ve bu da replikasyonun kısmen veya tamamen engellenmesine neden olur. Bu tür konformasyonel bozukluklar onarım sistemleri için hedef görevi görür. DNA yapısını geri yükleme süreci, genetik bilginin DNA'da çift sarmalın her bir ipliğinde birer tane olmak üzere iki kopya halinde temsil edilmesi gerçeğine dayanmaktadır. Bu sayede zincirlerden birindeki hasar, bir tamir enzimi tarafından giderilebilmekte ve zincirin bu kısmı, hasarsız zincirin içerdiği bilgiler sayesinde normal haliyle yeniden sentezlenmektedir.

Şu anda DNA onarımının üç ana mekanizması tanımlanmıştır: fotoreaktivasyon, eksizyon ve replikatif onarım sonrası. Son iki türe aynı zamanda koyu onarım da denir.

Fotoreaktivasyon bir enzim tarafından sindirimden oluşur fotoliyaz, görünür ışıkla aktive edilen, ultraviyole radyasyonun etkisi altında DNA'da görünen timin dimerleri.

Eksizyon onarım, DNA hasarının tanınması, hasarlı alanın çıkarılması, sağlam zincir şablonu kullanılarak DNA'nın yeniden sentezlenmesi, DNA zincirinin sürekliliğinin yeniden sağlanmasından oluşur. Bu yönteme aynı zamanda eksizyon-değiştirme türüne göre onarım veya daha mecazi olarak "kes-yama" mekanizması da denir. Eksizyon onarımı çok adımlı bir süreçtir ve aşağıdakilerden oluşur:

1) hasarın “kabul edilmesi”;

2) hasarın yakınında bir DNA ipliğinin kesilmesi (kesi);

3) hasarlı alanın çıkarılması (eksizyon);

4) Silinen bölgenin bölgesinde DNA yeniden sentezi;

5) nükleotidler arasında fosfodiester bağlarının oluşması nedeniyle onarılan zincirin sürekliliğinin restorasyonu
(Şekil 6.2)

Pirinç. 6.2 Eksizyon onarım şeması

Onarım ilhakla başlar DNA-N-glikosilazlar hasarlı tabana. Farklı modifiye edilmiş bazlara özgü birçok DNA N-glikosilaz vardır. Enzimler, modifiye baz ve deoksiriboz arasındaki N-glikosidik bağı hidrolitik olarak böler, bu, DNA zincirinde bir AP (apurinik-apirimidinik) bölgesinin oluşumuna yol açar (ilk adım). AP sitesi onarımı yalnızca katılımıyla gerçekleşebilir DNA insertazları tamamlayıcılık kuralına göre deoksiriboza bir baz ekler. Bu durumda DNA zincirinin kesilmesine, yanlış nükleotidin çıkarılmasına ve kopuşun onarılmasına gerek yoktur. DNA yapısına daha karmaşık hasar verilmesi için onarımda yer alan tüm enzim kompleksinin katılımı gereklidir (Şekil 6.2.): AP endonükleaz AP bölgesini tanır ve yakınındaki DNA zincirini keser (aşama II). Devrede bir kesinti meydana geldiğinde, AP eksonükleaz, hatayı içeren DNA parçasını ortadan kaldırır (aşama III). DNA polimeraz b tamamlayıcılık ilkesine göre ortaya çıkan boşluğu doldurur (IV. Aşama). DNA ligaz yeni sentezlenen parçanın 3¢ ucunu ana zincire bağlar ve hasar onarımını tamamlar (aşama V).

Replikasyon sonrası Eksizyon onarımının, replikasyondan önce tüm DNA hasarını ortadan kaldırmayı başaramadığı durumlarda onarım devreye girer. Bu durumda, hasarlı moleküllerin çoğalması, DNA'nın tek iplikli boşluklarla ortaya çıkmasına neden olur ve rekombinasyon sırasında doğal yapı geri yüklenir.

Onarım sisteminin konjenital kusurları, kseroderma pigmentozum, ataksi-telanjiektazi, trikotiyodistrofi, progeria gibi kalıtsal hastalıkların nedenidir.

DNA ONARIMI

Onarım sistemleri

2 Eksizyon onarımı. Örnekler ve türler

3 DNA replikasyon hatalarının onarımı

4 Bakterilerde rekombinant (kopyalama sonrası) onarım

5 SOS onarımı

DNA onarım sistemleri, bakterilerden insanlara evrim konusunda oldukça muhafazakardır ve en çok E. coli'de incelenmektedir.

İki tür tazminat bilinmektedir:direkt ve eksizyonel

Doğrudan onarım

Doğrudan onarım, DNA'daki hasarı ortadan kaldırmanın en basit yoludur; bu yöntem, genellikle ilgili hasarı hızlı bir şekilde (genellikle tek aşamada) ortadan kaldırabilen ve nükleotidlerin orijinal yapısını geri yükleyen spesifik enzimleri içerir.

1. Bu işe yarar, örneğin,O6-metilguanin DNA metiltransferaz

Bir metil grubunu nitrojenli bir bazdan kendi sistein kalıntılarından birine çıkaran (intihar enzimi)

E. coli'de bu proteinin 100'e kadar molekülü 1 dakikada sentezlenebilmektedir. İşlevsel olarak yüksek ökaryotlara benzer bir protein, görünüşe göre iç ve dış alkilleyici faktörlerin neden olduğu kansere karşı korumada önemli bir rol oynuyor.

DNA insertaz

2. DNA insertazları

fotoliyaz

3. Timin dimerleri şu şekilde "bağlantısızdır": doğrudan tazminat başroldefotoliyazkarşılık gelen fotokimyasal dönüşümün gerçekleştirilmesi. DNA fotolizazlar, yapılarında ışığa duyarlı özel bir merkeze sahip olan, dalga boyu 300 - 600 nm (görünür bölge) olan, ışıkla aktifleşen bir grup enzimdir.

Doğada yaygın olarak bulunurlar ve bakteri, maya, böcek, sürüngen, amfibi ve insanlarda bulunurlar. Bu enzimler, enzimin fotokimyasal aktivasyonunda yer alan çeşitli kofaktörlere (FADH, tetrahidrofolik asit vb.) ihtiyaç duyar. E. coli fotoliyaz, molekül ağırlığı 35 kDa olan ve sıkı bir şekilde ilişkili olan bir proteindir. oligoribonükleotid 10-15 nükleotid uzunluğunda Enzim aktivitesi için gereklidir.

Doğrudan onarım örnekleri

1. Metillenmiş bazÇ 6-mG metiltransferaz enzimi tarafından dimetillenirO6-metilguanin DNA metiltransferaz Bir metil grubunu kalıntılarından birine aktaran (intihar enzimi)

sistein

2. AP bölgeleri, adı verilen enzimlerin katılımıyla pürinlerin doğrudan eklenmesiyle onarılabilir.DNA insertazları(İngilizce ekten - ekle).

DNA'DA DOĞRUDAN HASAR ONARIMI ÖRNEĞİNİN ŞEMASI - metillenmiş baz Ö6- mgBir metil grubunu sistein amino asit kalıntılarından birine aktaran metiltransferaz enzimi tarafından demetile edilir.

3. Fotoliyaz, timin dimerine bağlanır ve bu kompleksin görünür ışıkla (300-600 nm) ışınlanmasından sonra dimer çözülür.

DNA'DAKİ HASARIN DOĞRUDAN ONARILMASI ÖRNEĞİNİN ŞEMASI – Fotoliyaz

timin dimerine bağlanır ve görünür ışık spektrumuyla ışınlandıktan sonra bu dimer çözülür

Eksizyon onarımı

(İngiliz eksizyonundan - kesmeden).

TANIM

Eksizyon onarımı şunları içerir kaldırma DNA'daki nitrojenli bazlara zarar verdi ve sonraki iyileşme normal moleküler yapı.

MEKANİZMA

Eksizyon onarımı genellikle birkaç enzimi içerir ve sürecin kendisi de şunları içerir:

sadece hasarlı değil ,

ama aynı zamanda ona bitişik nükleotidler .

KOŞULLAR

Eksizyon onarımı ikinci (tamamlayıcı) bir DNA ipliği gerektirir. Eksizyon onarımının genel basitleştirilmiş bir diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 171.

ADIMLAR

Eksizyon onarımında ilk adım anormal azotlu bazların uzaklaştırılmasıdır. Grup tarafından katalize edilir.DNA-N-glikosilaz- deoksiriboz ile azotlu bir baz arasındaki glikosidik bağı parçalayan enzimler.

ÖNEMLİ BİLDİRİM:

Şu tarihte:kişiDNA-N-glikosilazlaryüksek substrat spesifikliğine sahiptir: bu ailenin farklı enzimleri tanır ve keser çeşitli anormal gerekçeler(8-oksoguanin, urasil, metilpurinler, vb.).

Şu tarihte:bakteriDNA-N-glikosilazlarböyle bir substrat spesifikliğine sahip değildir

ORTAK EKSİZYON ONARIM ENZİMLERİ

İSİM	İŞLEV	MEKANİZMA
DNA-N-glikosilazlar	anormal nitrojenli bazların eksizyonu	deoksiriboz arasındaki glikosidik bağı keser ve azotlu baz
AP endonükleaz	bir sonraki enzimin çalışması için koşullar yaratır - ekzonükleazlar	AP bölgesinde DNA molekülünün şeker-fosfat omurgasını kırar
ekzonükleaz	birkaç nükleotid salgılar	bir DNA zincirinin hasarlı bölümünden birkaç nükleotidi sırayla ayırır

BU MEKANİZMANIN ÖZEL SONUÇ ADIMLARI:

Eylem sonucunda DNA- N-glikosilazenzim tarafından saldırıya uğrayan bir AP bölgesi oluşur AP endonükleaz. AP bölgesinde DNA molekülünün şeker-fosfat omurgasını kırar ve böylece bir sonraki enzimin çalışması için koşullar yaratır - ekzonükleazlar, bir DNA zincirinin hasarlı bölümünden birkaç nükleotidi sırayla keser.

Bakteri hücrelerinde boşalan alan katılımla ilgili nükleotidlerle doldurulur DNA polimeraz I, DNA'nın ikinci (tamamlayıcı) ipliğine yöneliktir.

DNA polimeraz I, çift sarmallı DNA'daki bir kopma yerindeki sarmallardan birinin 3" ucunu uzatma ve aynı kopmanın 5" ucundan nükleotidleri çıkarma yeteneğine sahip olduğundan,

onlar. fark etmek “nick yayını” Bu enzim DNA onarımında anahtar rol oynar. Onarılan alanların son dikişleri gerçekleştirilir DNA ligaz.

Ökaryotik (memeli) hücrelerde

Memeli hücrelerinde DNA eksizyon onarımına başka bir enzimin aktivitesinde keskin bir artış eşlik eder:poli ADR-riboz polimeraz . Bu olur Kromatin proteinlerinin ADP-ribosilasyonu(histonlar ve histon olmayan proteinler), bu da DNA ile bağlantılarının zayıflamasına yol açar ve onarım enzimlerine erişimi açar.

Donör ADP-ribozbu reaksiyonlarda rol oynarNAD+X-ışını ışınımının neden olduğu hasarın eksizyon onarımı sırasında rezervleri büyük ölçüde tükenmiş olan:

Negatif yüklü kalıntılar ADP-riboz molekülün iç bileşiminden NAD+ radikal yoluyla ekleglutamin asit veya fosfoserinkromatin proteinlerine, bu proteinlerin pozitif yüklerinin nötralizasyonuna ve DNA ile temaslarının zayıflamasına yol açar.

ENZİM GRUBU NEDİR?

DNA glikozilazları

Deoksiriboz ve azotlu baz arasındaki glikosidik bağı keser

anormal nitrojenli bazların eksizyonuyla sonuçlanan

DNA glikozilazları Hücrelerdeki oksidatif DNA hasarının ortadan kaldırılmasında rol oynar prokaryotlar ve ökaryotlar, çok çeşitlidir ve substrat spesifikliği, uzaysal yapısı ve DNA ile etkileşim yöntemleri bakımından farklılık gösterir.

En çok çalışılan DNA glikozilazları şunları içerir:

endonükleaz III(EndoIII),

amido pirimidin DNA glikozilazı oluşturur (Fpg),

Mut T Ve

Mut Ycoli.

Endonükleaz IIIE. coli DNA'yı "tanır" ve spesifik olarak DNA'dan ayrılır oksitlenmiş pirimidin bazları.

Bu enzim aşağıdakilerden oluşan monomerik küresel bir proteindir: 211 amino asit kalıntılar (mol. kütle 23,4 kDa). Endo III'ü kodlayan genin sekansı çıkarılmış ve nükleotid sekansı belirlenmiştir. Endo III demir kükürt proteini [(4 Fe-4S )2+ protein] elementine sahip ikincil yapı"Yunan anahtarı" tipi (spiral - saç tokası - spiral), DNA'ya bağlanmaya hizmet ediyor. Benzer substrat spesifikliğine ve benzer amino asit sekanslarına sahip enzimler de izole edilmiştir. sığır ve insan hücreleri.

Amido piridin DNA glikozilazı oluşturun E. coli oksitlenmiş heterosiklik bileşikleri DNA'dan "tanır" ve ayırır pürin bazları .

EKSİZYON ONARIM ŞEMASI 1. AŞAMA

DNAN

EKSİZYON ONARIM ŞEMASI

1 DNANglikosidaz hasarlı bazı uzaklaştırır

AP endonükleaz DNA'yı kırar

2 Ekzonükleaz bir dizi nükleotidi uzaklaştırır

3 DNA polimeraz boşalan alanı tamamlayıcı ile doldurur

Mononükleotidler

DNA ligaz onarılan DNA zincirini bir araya getirir

Mut T- ağırlıklı olarak nükleosid trifosfataz aktivitesine sahip, 15 kDa moleküler ağırlığa sahip küçük bir protein dGTP'yi dGMP ve pirofosfata hidrolize eder.

Mut T'nin biyolojik rolü çoğaltma sırasında kanonik olmayan çiftlerin oluşumunu önlemektirC:G Ve A: 8-okso-G.

Bu tür çiftler şu durumlarda ortaya çıkabilir: oksitlenmiş form

dGTP (8-okso-dGTP) olur alt tabaka DNA polimerazları.

Mut T hidrolize eder 8-okso-dGTPdGTP'den 10 kat daha hızlı.

öyle 8-okso-dGTPen çok tercih edilen substratMutTve fonksiyonel rolünü açıklıyor.

Mut Yadenin ve deoksiriboz arasındaki N-glikosidik bağı parçalayan spesifik bir adenin DNA glikosilazdır adenosin, guanin ile kanonik olmayan bir çift oluşturmak.

Bu enzimin fonksiyonel rolü mutasyonu önlemektir.

T:A - G:A yazan bozulmamış kalıntının bölünmesi adeninA baz çiftinden: 8-okso-G.

Nükleotid eksizyon onarımı

(DNA hasarının giderilmesi için ATP'ye bağımlı mekanizma)

Son zamanlarda eksizyon onarımında, DNA'daki hasarı ortadan kaldırmak için ATP'ye bağımlı mekanizmaya özel önem verilmektedir. Bu tip eksizyon onarımına nükleotid eksizyon onarımı (NER) adı verilir.

İKİ AŞAMADAN oluşur :

1. DNA'dan çıkarmaoligonükleotid fragmanları hasar içeren ve

Eksinükleaz

2. Bir enzim kompleksinin (nükleazlar, DNA polimerazlar, DNA ligazlar, vb.) katılımıyla DNA zincirinin daha sonra yeniden yapılandırılması.

Bir DNA fragmanının çıkarılması gerçekleşir hasarlı tarafın her iki tarafında nükleotid. Çıkarılan oligonükleotid fragmanlarının uzunluğu prokaryotlar ve ökaryotlar arasında farklılık gösterir.

Prokaryotlardan bir DNA parçasının çıkarılması

Böylece E. coli, B. subtilus, Micrococcus luteus'ta bir parça uzunluğunda 12-13 nükleotidler,

Ökaryotlarda bir DNA parçasının çıkarılması

ve maya, amfibiler ve insanlarda - aşağıdakilerden oluşan bir parça 24-32 nükleotidler.

Eksinükleaz– DNA parçalarını ortadan kaldıran bir enzim

DNA parçasının bölünmesi bir enzim tarafından gerçekleştirilir.eksinükleaz(eksinükleaz). E. coli'de bu enzim 3 farklı protomerden oluşur:

uvrA

uvr B

uvr C

bunların her biri, bir DNA fragmanının eksizyon bölünmesi sırasında spesifik bir işlevi yerine getirir. Bu proteinlerin isimleri kelimelerin ilk harfleriyle verilmektedir."ultraviyole onarımı".

Protomer uvr AATPase aktivitesine sahiptir, dimer formunda DNA'ya bağlanır,

Hasarın ilk tespiti ve

bağlamauvr B

Protomer uvr B sahip olmak:

1. Gizli Konformasyonları değiştirmek ve DNA çift sarmalını çözmek için gerekli olan ATPase ve latent helikaz aktivitesi;

2. Endonükleaz aktivite, nükleotidler arası (fosfodiester) bağının ayrılmasıZ"-ucuyontulmuş parça.

Protomer uvr Cgibi davranıyor endonükleaz ile onarılan DNA zincirinde bir kırılma meydana gelir.5" biterparçasını kesin.

Böylece protomerleruvr A, uvr B, uvr CATP'ye bağımlı bir reaksiyon gerçekleştirerek DNA ile belirli bir sırayla etkileşime girerbir oligonükleotid fragmanının bölünmesi onarılan DNA zincirinden.

DNA molekülünde ortaya çıkan boşluk, DNA polimeraz I ve DNA ligazın katılımıyla onarılır. Yukarıdaki enzimleri içeren bir eksizyon onarımı modeli Şekil 1'de gösterilmektedir. 172.

İnsanlarda eksizyon onarımları

İnsanlardaki eksizyon onarımları da ATP'ye bağımlıdır ve şunları içerir:üç ana aşama :

Hasarın tanınması,

çift ​​DNA sarmalının kesilmesi

indirgeyici sentez ve

onarılan telin ligasyonu.

Ancak insan DNA eksizyon onarımı şunları içerir:

25 farklı polipeptit ,

16 protomerler olarak oligonükleotid fragmanının bölünmesine katılanlarEksinükleazlar,

ve gerisi 9 molekülün onarılan kısmının sentezini gerçekleştirir.

İnsanlardaki DNA onarım sisteminde transkripsiyon proteinleri çok önemli bir rol oynar.

RNA polimeraz II Ve

TF Pazartesi- altı ana transkripsiyon faktöründen biri ökaryotlar.

Ökaryotlarda olduğu gibi prokaryotlarda da eksizyon onarımının DNA'nın işlevsel durumuna bağlı olduğu unutulmamalıdır:

Kopyalanan DNA daha hızlı onarılır

transkripsiyonel olarak aktif değil.

Bu fenomen aşağıdaki faktörlerle açıklanmaktadır:

kromatin yapısı,

kopyalanan DNA bölümlerinin zincirlerinin homolojisi,

iplikçik hasarının etkisi ve bunun RNA polimeraz üzerindeki etkisi.

ÖNEMLİ BİLDİRİM:

DNA KODLAMA ZİNCİRİ (bilgi depolama zinciri)

DNA MATRİS ZİNCİRİ (bilgi ondan kopyalanır)

Bu kadar büyük hasarın olduğu biliniyor. timin dimerlerinin oluşumu meydana gelmesi halinde hem bakterilerde hem de insanlarda transkripsiyonu bloke eder. matris zinciri DNA (hasar kodlama zincirler etkilemez transkripsiyon kompleksine). RNA polimeraz, DNA hasarının olduğu yerde durur ve transkripsiyon kompleksinin işleyişini bloke eder.

Transkripsiyon-onarım bağlantı faktörü (TRCF) .

E. coli'de artan transkripsiyonel onarıma özel bir protein aracılık eder:transkripsiyon-onarım bağlantı faktörü (TRCF) .

Bu protein teşvik eder :

1. RNA polimerazın DNA'dan ayrılması

2. aynı anda bir protein kompleksinin oluşumunu uyarır,

Hasarlı alanın onarımının yapılması.

Onarım tamamlandıktan sonra RNA polimeraz orijinal konumuna döner ve transkripsiyon devam eder (şekle bakın).

Yani eksizyon onarımının genel şeması

1. DNA-N -glikozilaz hasarlı bazı uzaklaştırır

2. AP endonükleaz DNA zincirini kırar

3. Ekzonükleaz bir dizi nükleotidi uzaklaştırır

4. Boşalan alanı DNA polimeraz doldurur

Tamamlayıcı nükleotidler

5. DNA ligaz onarılan DNA zincirini bir araya getirir

DNA replikasyon hatası onarımı

metilasyon yoluyla

DNA replikasyonu sırasında azotlu bazların eşleştirilmesindeki hatalar oldukça sık meydana gelir (bakterilerde, 10 bin nükleotid başına bir), bunun sonucundaDNA'nın kız zincirine Ana zincirin nükleotidlerini tamamlayıcı olmayan nükleotidler dahildir -uyumsuzluklar(eng. uyumsuzluk n karşılık gelir).

RağmenDNA polimeraz IProkaryotlar kendi kendilerini düzeltme yeteneğine sahiptirler ve hatalı şekilde bağlanan nükleotidleri yok etme çabaları vardır. bazen yeterli olmuyorlar ve sonra DNA'da bazı yanlış (tamamlayıcı olmayan) çiftler kalır.

Bu durumda onarım, ilgili belirli bir sistem kullanılarak gerçekleşir.DNA metilasyonu . Bu onarım sisteminin etkisi, replikasyondan sonra belirli bir süre (birkaç dakika) sonra DNA'nın metilasyona uğraması gerçeğine dayanmaktadır.

E. coli'de metillenmişçoğunlukla adenin eğitim ile

N6-metil-adenin (N6-mA).

Bu noktaya kadar yeni sentezlenen(bağlı şirket)zincir metillenmemiş halde kalır.

Böyle bir zincir eşleşmemiş nükleotidler içeriyorsa onarıma uğrar: Böylecemetilasyon DNA'yı işaretler ve

hata düzeltme sistemi içerir çoğaltma.

Bu onarım sisteminde özel yapılar tanınır:

alt diziG-N6-mA-T-CVe Sonraki arkasında deformasyon var

tamamlayıcılığın olmadığı çift sarmalda (Şekil aşağıda).

Eşleşmemiş nükleotidlerin eliminasyonunda yarı metillenmiş DNA molekülü, DNA molekülünün yüzeyini tarayan oldukça karmaşık bir onarım enzimleri kompleksi içerir.çocuk zincirinin bir bölümünü keser başvurmak uyumsuzlukve daha sonra gelişme için koşullar yaratır

gerekli (tamamlayıcı) nükleotidleri.

Bu kompleksin farklı bileşenleri farklı aktivitelere sahiptirnükleaz,

helikaz,

ATPaz,

DNA'ya kırılmalar ve nükleotidlerin bölünmesi, DNA çift sarmalının çözülmesi ve kompleksin molekülün onarılan kısmı boyunca hareketi için enerji sağlanması için gereklidir.

İnsanlarda yapı ve fonksiyon bakımından benzer bir onarım enzimi kompleksi tanımlanmıştır.

Rekombinant (kopyalama sonrası) onarım

Yukarıda sayılan onarım sistemlerinin herhangi bir nedenle bozulduğu durumlarda, DNA zincirlerinde boşluklar (yetersiz onarılan bölümler) oluşabilmektedir. bazen oldukça önemli boyutlar replikasyon sisteminin bozulmasıyla doludur ve hücre ölümüne yol açabilir.

Bu durumda hücre, replikasyon sonrası elde ettiği başka bir DNA molekülünü kullanarak bir DNA molekülünü onarabilir, yani bu amaca yönelik bir mekanizmayı çekebilir.rekombinasyon.

Bakterilerde

Bakterilerde rekombinant onarımda görev alır.protein Rec A. DNA'nın tek sarmallı bölgesine bağlanır ve onu rekombinasyona dahil eder.Başka bir DNA molekülünün sağlam iplikçiklerinin homolog bölgeleri .

Sonuç olarak, onarılan DNA molekülünün hem kırık (boşluk içeren) hem de sağlam iplikçikleri onarılır. eşleştirilmiş Yukarıda açıklanan sistemler yoluyla onarım olasılığını açan sağlam tamamlayıcı DNA bölgelerine sahip.

Bu durumda şunlar olabilir: kesme belirli bir parça ve

dolguonun yardımıyla arızalı devredeki boşluklar.

DNA zincirlerinde oluşan boşluklar ve kırılmalar katılımla doldurulur.DNA polimeraz I ve DNA ligaz .

SOS onarımı

Bu sistemin varlığı ilk kez 1974 yılında M. Radman tarafından öne sürülmüştür. Kendisi aynı zamanda uluslararası tehlike sinyali olan “SOS” (ruhumuzu kurtarın) sinyalini de dahil ederek bu mekanizmaya adını vermiştir.

Aslında bu sistem ne zaman açılır? DNA hasarı hücrenin yaşamını tehdit edecek kadar büyür. Bu durumda, DNA onarımı ile ilişkili çeşitli hücresel süreçlerde yer alan çeşitli gen gruplarının aktivitesinin indüksiyonu meydana gelir.

DNA'daki hasar miktarına göre belirlenen belirli genlerin dahil edilmesi, farklı öneme sahip hücresel tepkilere yol açar (standarttan başlayarak). hasarlı onarım Nükleotidler ve bitiş Bastırma hücre bölünmesi).

En çok çalışılanSOS onarımıana katılımcıları kodlanan proteinler olan E. coli'de genler Kayıt AVeLex A.

Bunlardan ilki çok işlevliRec A proteini, katılıyor

V DNA rekombinasyonu, Ve

V gen transkripsiyonunun düzenlenmesi faj lambdaE. coli'yi etkileyen,

ve ikinci (Lex A proteini)dır-dir bastırıcı amaçlanan geniş bir gen grubunun transkripsiyonu DNA onarımı bakteriler. Engellendiğinde veya çözüldüğünde onarım etkinleştirilir.

bağlayıcı Lex A ile Rec Apotansiyel müşteriler ikincisinin bölünmesine ve buna göre onarım genlerinin aktivasyonu.

Buna karşılık, bakteriyel SOS sisteminin indüksiyonu,faj lambda tehlike sinyali ve profajın değişmesine neden olur pasiften aktif (litik) yola varlığına neden oluyor ve bu nedenle konak hücre ölümü.

SOS onarım sistemi sadece bakterilerde değil aynı zamanda hayvanlarda ve insanlarda da tespit edilmiştir.

SOS DNA hasarı onarımında rol oynayan genler

Genler	Gen aktivasyonunun sonuçları
uvr A, B, C, D	İkincil DNA yapısındaki hasarın onarılması
Kayıt A	Replikatif onarım sonrası SOS sisteminin başlatılması
lex bir	SOS sistemini kapatma
rec N,ruv	Çift halatlı kopmaların onarımı
	Rekombinasyon onarımının sağlanması
umu C, D	DNA polimerazın özelliklerindeki değişikliklerin neden olduğu mutajenez
sul A	Hücre bölünmesinin baskılanması

Çözüm

DNA hasarının onarılması diğer temel moleküler genetik süreçlerle yakından ilişkilidir: replikasyon, transkripsiyon ve rekombinasyon. Tüm bu süreçler ortaya çıkıyor iç içe geçmiş birçoğu çok işlevli moleküller olan, çok sayıda farklı proteinin hizmet ettiği genel bir etkileşim sistemine dönüşür. genetik bilginin uygulanması üzerinde kontrol pro ve ökaryotik hücrelerde. Aynı zamanda doğanın "eksiklik yapmaz" Kontrol elemanları üzerinde DNA'daki bu hasarları düzeltmek için oldukça karmaşık sistemler yaratılıyor. Tehlikeli vücut için ve özellikle yavruları için. Öte yandan onarım yeteneklerinin organizmanın genetik durumunu korumak için yeterli olmadığı durumlarda programlanmış hücre ölümü ihtiyacı ortaya çıkar.apoptoz..

NÜKLEOTİT EKSİZYON ONARIMI ŞEMASI e. COLIEXINUCLEASE KATILIMIYLA

1. TRANSKRİPSİYONDAN BAĞIMSIZ MEKANİZMA

2. TRANSKRİPSİYONA BAĞLI MEKANİZMA

3. ONARIMIN GENEL AŞAMASI

SEMBOLLER

A - proteinuvr A

B - proteinuvr İÇİNDE

C - proteiniuvr İLE

küçük siyah üçgen - işaret hasarın yerini gösterir

DNA METİLASYONU İLE İLİŞKİLİ ONARIM ŞEMASI