Наука и здоровье

Эксцизионная репарация

Восстановление ДНК (эксцизионная репарация) является жизненно важным для клетки процессом, поскольку генетический материал является целью множества ежедневных атак. Клетки обладают отличными, но одновременно интеркалирующими способами борьбы с повреждениями ДНК. Эти пути восстановления могут включать в себя практики связанные с повреждением одной цепи:

  • восстановление эксцизионной основы или эксцизионная репарация.
  • восстановление эксцизионного нуклеотида (эксцизионная репарация нуклеотидов).

или с повреждением двойной цепи:

  • Негомологичное соединение конца.
  • Гомологичная рекомбинация.

а также с прямым восстановлением и синтезом транслезии.

В настоящей главе рассматривается один из этих путей (восстановление базового иссечения), который устраняет повреждение в точке одиночного нуклеотида (эксцизионная репарация ДНК).

Эксцизионная репарация ДНК: этапы

Небольшие искажения ДНК, не искажающие спирали, очень распространены в живых организмах и обусловлены, как экзогенными, так и эндогенными источниками.

Эндогенное повреждение можно разделить на следующие категории:

  • а) неправильное включение урацила в геном или спонтанное дезаминирование цитозина (Sung and Demple, 2006).
  • б) гидролиз всех четырех оснований или окисление активными формами кислорода (АФК), гормонами, реактивными видами азота, предшественниками гема и аминокислоты (Нильсен и Крокан, 2001; Вуд и др., 2001).
  • в) алкилирование пуринов и пиримидинов конечными продуктами липидов (Sung and Demple, 2000).

Самопроизвольные абазальные участки также являются распространенными поражениями, и 10000 пуринов отделяются от ДНК на геном человека в день (Уилсон и Кункель, 2000 ; Нильсен и Крокан, 2001 ).

Помимо всех этих эндогенных реакций, экзогенные агенты, такие как ксенобиотики и радиация, также могут вызывать аналогичные повреждения. Все эти небольшие точечные повреждения устраняются с помощью Base Excision Repair или Эксцизионной репарацией оснований  (BER)

Эксцизионная репарация оснований  (BER)

BER был обнаружен Томасом Линдалем в 1974 г. (Krokan et al., 2000 ), он является строго консервативным путем развития от бактерий к млекопитающим ( Izumi et al., 2003 ; Didzaroglu, 2005 ).

BER инициируется расщеплением поврежденного основания специализированным ферментом: N- глюкозилазой ДНК.

Гликозилазы, вовлеченные в BER, делятся на две основные группы в отношении их механизмов действия: монофункциональные и бифункциональные гликозилазы (Fortini et al., 1999; Krokan et al., 2000 ; Cabelof et al., 2002 ).

В случае монофункциональных гликозилаз, остаток аспарагиновой кислоты (Asp) активирует молекулу воды, которая, в свою очередь, осуществляет нуклеофильную атаку на N- гликозидную связь. В бифункциональных гликозилазах остаток Asp активирует аминогруппу остатка лизина (Lys).

Аминогруппа образует основание Шиффа с C1 с последующим элиминированием на 3 стороне дезоксирибозы (Бейли и др., 1989 ; Нильсен и Крокан, 2001).

В случае монофункциональной гликозилазы общий результат представляет собой апуриновый или апиримидиновый сайт (AP-сайт), а в случае бифункциональной гликозилазы общий результат представляет собой два разрыва отдельных цепей: одна цепь с 3 -, ненасыщенным альдегидом конец (3PUA) и другая нить с 5 end-фосфатным концом.

Однако некоторые из бифункциональных гликозилаз (а именно, бактериальные Fpg и Nei и NEIL1 млекопитающих) способны дополнительно обрабатывать 3 PUA посредством элиминации с 3-фосфатным концом ( Nilsen and Krokan, 2001 ; Gros et al., 2002 ; Wiederhold et al., 2004).

Созданный AP-сайт (а также SSB) необходимо быстро обработать в дальнейшем, так как он обладает высокой цитотоксичностью (Allinson et al., 2004 ) и мутагенным свойством ( Nilsen and Krokan, 2001 ).

Это осуществляется с помощью AP-эндонуклеазы (APE1 для организмов млекопитающих), что приводит к образованию 3 -гидроксильного конца (3 OH) и 5 абазинового сахарофосфатного конца (5 dRP) ( Memisoglu and Samson, 2000).

AP-эндонуклеаза APE1 также участвует в «обрезании» заблокированного 3 -конца, созданного бифункциональными гликозилазами (Mitra et al., 2001; Cabelof et al., 2002 ; Izumi et al., 2003).

Однако некоторые исследователи утверждают, что фосфатазная активность APE1 низкая и что полинуклеотидкиназа (PNK) является единственным ферментом, который успешно расщепляет продукты элиминации (Mitra et al., 2002; Wiederhold et al., 2004).

Формирование SSB APE1 является критической точкой в процессе BER, поскольку могут следовать два подпути: путь с коротким или длинным участком (Christmann et al., 2003; Sung and Demple, 2006). Короткое пятно может быть инициировано N- гликозилазами, тогда как длинное пятно может быть выбранным путем для спонтанного гидролиза оснований (Didzaroglu, 2005). Стадия клеточного цикла также может влиять на выбор суб-пути ( Krokan et al., 2000 ): бифункциональные гликозилазы указывают на способ действия с коротким участком, тогда как повреждение, устраняемое монофункциональными гликозилазами, может следовать любому пути ( Fortini et al., 1999).

Процесс длинного участка мог развиться как более эффективный или избыточный механизм для абазических фрагментов (Wilson and Thompson, 1997 ). В некоторых случаях эти фрагменты устойчивы к 5-фосфодиэстеразной активности. Действительно, окисленные участки основания не дают дезоксирибозофосфата (dRP) в физиологических условиях. В этом случае расщепление сахарно-фосфатного остова должно быть выполнено вниз по течению к 3-му концу (Sung and Demple, 2006), и то же самое происходит с уменьшенными абазическими участками (Zhang and Dianov, 2005).

Независимо от того, что является основной причиной для дифференциации, два подпути существенно различаются. В короткозамкнутой полимеразе присоединяет один нуклеотид к обрезанному 3 -ОН концу, вытесняя dRP на 5-м конце (Wilson and Thompson, 1997 ; Schärer and Jiricny, 2001 ), и также расщепляет 5-dRP по своей собственной Лиазная активность через ковалентное промежуточное звено Шиффа (Sung and Demple, 2006 ). Ligase III / XRCC1 герметизирует разрыв и целостность ДНК восстанавливается (Wilson and Thompson, 1997 ; Cabelof et al., 2002).

Полимераза не имеет корректирующих способностей, и иногда она содержит неправильный нуклеотид, который впоследствии повторно вырезается APE1 (Noble, 2002). В длинном патче, полимеразе или полимеразе / с ядерным антигеном пролиферирующих клеток (PCNA), добавьте еще несколько нуклеотидов на конец 3 OH (Christmann et al., 2003).

Количество дополнительных нуклеотидов составляет, по мнению исследователей, до шести (Schärer and Jiricny, 2001 ), до десяти (Christmann et al., 2003 ) или до тринадцати (Suttler et al., 2003). Это действие создает закрылки в конце 5 dRP. Затем этот лоскут иссекают эндонуклеазой лоскута (FEN1), а затем PCNA / лигаза I герметизирует разрыв (Christmann et al., 2003).

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close