Репарация ДНК за счет ДНК-полимераз. Эксцизионная репарация ДНК.

Установлено, что большинство бактериальных полимераз кроме 5'-3'-полимеразной активности имеют 3'-5'-экзонуклеазную активность, благодаря которой обеспечивается коррекция возможных ошибок. Причем эта коррекция осуществляется в два этапа: сначала идет проверка соответствия каждого нуклеотида матрице перед включением его в состав растущей цепи, а затем — перед включением в цепь следующего за ним нуклеотида. При встраивании неправильного нуклеотида двойная спираль деформируется. Это позволяет ДН К-полимеразе распознать в большинстве случаев дефект в растущей цепи. Если ошибочно встроенный нуклеотид не способен формировать водородную связь с комплементарным основанием, полимераза приостановит процесс репликации до тех пор, пока нужный нуклеотид не встанет на его место. У Е. coli обнаружен ген mutD, мутация которого изменяет субъединицу ДНК-полимеразы III, результатом чего является нарушение генетической репарации неправильно встроенных нуклеотидов, что в конечном итоге приводит к возникновению мутаций вдругих генах.

Существуют системы генетической репарации, работа которых напоминает «хирургическое» вмешательство в структуру ДНК: поврежденные участки вырезаются из цепи ДНК, отсюда происходит и термин «эксцизиониая репарация» (англ. excision -вырезание). Сам феномен известен еще с 1955 г., однако, молекулярный механизм эксцизионной репарации был раскрыт гораздо позже - в 1964 г., в результате работ нескольких групп исследователей налиниях мутантных бактерий, чувствительных к действию радиации. Оказалось, что данный тип генетической репарации обеспечивает вырезание неверного или поврежденного нуклеотида/участка ДНК, последующую синтез застройку бреши и лигирование. К этому типу относится несколько специализированных механизмов, например, гликозилазы удаляют лишь модифицированные основания, АР-эндонуклеазы — апуриновые сайты, и тл. По-видимому, именно системы эксцизионной репарации восстанавливают большую часть повреждений ДНК в клетке.

Общая схема эксцизионной репарации, действующей по принципу «режь-латай», включает несколько этапов:
1. Узнавание повреждения УФ-эндонуклеазой (у E.coli этот фермент называют UvrABC-эндонуклеазой);
В случае пиримидиновых димеров или моноаддуктов повреждение распознается легко. В других случаях, например, при неправильном спаривании нуклеотидов, оба нуклеотида (правильный и неверный) эквивалентны для многих видов эксцизионной репарации, однако существуют специализированные системы, позволяющие в большинстве случаев восстанавливать нативную структуру.

репарация ДНК

2. Инцизия (надрезание) цепи ДНК этим ферментом по обе стороны от повреждения;
3. Эксцизия (вырезание и удаление) фрагмента ДН К, содержащего повреждение, происходит при участии геликазы - фермента, расплетающего молекулу ДНК для высвобождения концов после первичных надрезов;

4. Ресинтез, в ходе которого ДНК-полимераза I застраивает образовавшуюся брешь благодаря своей 5'-3'-полимеразной активности, а ДН К-лигаза ковалентно присоединяет 3'-конец вновь синтезированного материала к ранее синтезированной ДНК.
Эксцизионная репарация ДНК завершается при возникновении ковалентньгх связей репарированного участка со скелетом полинуклеотида. Таким образом, обеспечивается непрерывность в ранее поврежденной цепи двухцепочечной молекулы ДНК. В целом, эксцизионная репарация обычно распознает нарушения вторичной структуры ДНК (двойной спирали) и вырезает их.

У Е. coli выделяют три вида эксцизионной репарации, различающихся по длине вырезаемых фрагментов поврежденной ДНК (короткие, длинные и очень короткие).

Эксцизионная репарация коротких фрагментов является конститутивной и контролируются системой uvr-генов (А, В, С, D). Размер вырезаемого фрагмента цепи ДНК составляет около 20 оснований. Комплекс UvrAB распознает повреждение (пиримидиновый димер, моноаддукт), затем UvrA отсоединяется, a UvrC присоединяется, новый комплекс осуществляет разрез на 7 нуклеотидов в 5'-сторопу от повреждения и 3—4 нуклеотида в другую. UvrD продуцирует геликазу, которая раскручивает ДНК для высвобождения концов цепей. Этап эксцизии обычно осуществляется ДНК-полимеразой I, которая помимо полимеразной имеет и экзонуклеазную активность. Этот фермент, как правило, застраивает короткие участки (до 30 нуклеотидов). ДНК-полимераза II способна вырезать и застраивать более длинные бреши (до 1 000-1 500 нуклеотидов). Такие же функции присущи экзонуклеазе VII. Таким образом, отдельные этапы могут выполняться различными ферментами, что повышает надежность системы. Данный тип репарации ДНК удаляет примерно 99% моноаддуктов.

Эксцизионная репарация длинных повреждений контролируется той же системой генов, однако, является индуцибельной. Размеры вырезаемых фрагментов в отдельных случаях могут превышать и 9 000 нуклеотидов.

К специализированным системам эксцизионной репарации ДНК можно отнести эксцизионную репарацию очень коротких фрагментов. Она специфически удаляет Т в парах GT и СТ, используя продукты генов mutL и mutS. Другая система подобного рода, основанная на работе гена mutY, кодирующего аденингликозилазу, вырезает А в парах AG и АС. Эти системы могут работать очень успешно вскоре после синтеза ДНК.

- Читать далее "Исправление ошибок спаривания ДНК. Мисмэтч-репарация. Рекомбинационная репарация."

Оглавление темы "Репликация ДНК - виды и механизмы.":
1. Элонгация цепей ДНК. Элонгация как этап синтеза ДНК.
2. Репликация ДНК. Характеристика параметров репликации.
3. Двунаправленность репликации ДНК. Полирепликонность и асинхронность репликации.
4. Восстановление или репарация ДНК. Нарушение первичной структуры ДНК.
5. Виды репарации ДНК. Фотореактивация.
6. Репарация ДНК за счет ДНК-полимераз. Эксцизионная репарация ДНК.
7. Исправление ошибок спаривания ДНК. Мисмэтч-репарация. Рекомбинационная репарация.
8. SOS репарация ДНК. Характеристика и механизмы SOS репарации ДНК.
9. Репарация ДНК и наследственные болезни. Пигментная ксеродерма.
10. Синдром Коккейна. Трихотиодистрофия. Генетические основы синдрома Коккейна и трихотиодистрофии.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: