Наука и здоровье

Механизмы репарации

Ремонт ДНК можно разделить на набор механизмов (механизмы репарации), которые идентифицируют и исправляют повреждения в молекулах ДНК.

Репарация ДНК: виды и механизмы

Существует два основных класса механизма репарации ДНК:

  • прямое обращение химического процесса, вызывающего повреждение.
  • замена поврежденных нуклеотидных оснований.

ДНК кодирует клеточный геном и поэтому является постоянной копией структуры, необходимой для правильного функционирования клетки. Изменения в структуре ДНК могут вызвать мутации и нестабильность генома, что приводит к раку.

Повреждение ДНК вызвано включением неправильных нуклеотидных оснований во время репликации ДНК и химическими изменениями, вызванными спонтанной мутацией или воздействием факторов окружающей среды, таких как радиация.

Механизм прямого восстановления ДНК

Прямое восстановление повреждения ДНК – это механизм восстановления (репарация), который не требует шаблона и применяется к двум основным типам повреждения. Ультрафиолетовый свет вызывает образование димеров пиримидина, которые могут исказить структуру цепи ДНК, блокируя транскрипцию за пределами области повреждения.

Прямое обращение посредством фотореактивации может обратить реакцию димеризации в обратную сторону, используя световую энергию для разрушения аномальной ковалентной связи между соседними основаниями пиримидина. Этот тип фотореактивации не встречается у людей.

Антимутационные механизмы могут исправить ущерб, вызванный реакцией алкилирующих агентов с ДНК, например, путем прямого обращения. Метилирование оснований гуанина вызывает изменение структуры ДНК, образуя продукт, который дополняет тимин, а не цитозин. Протеин метилгуанин метилтрансфераза (MGMT) может восстановить исходный гуанин путем переноса продукта метилирования в его активный сайт.

Восстановление базы иссечения включает в себя распознавание и удаление одной поврежденной базы. Такая репарация, как механизм требует наличия семейства ферментов, называемых гликозилазами. Ферменты удаляют поврежденное основание, образуя сайт АР, который восстанавливается эндонуклеазой АР до того, как нуклеотидный промежуток в цепи ДНК заполняется ДНК-полимеразой.

Удаление эксцизионных нуклеотидов является широко распространенным механизмом восстановления повреждений ДНК, распознающим множественные поврежденные основания. Этот механизм используется для восстановления образования димеров пиримидина от ультрафиолета в организме человека. Процесс включает распознавание повреждения, которое затем расщепляется с обеих сторон эндонуклеазами перед повторным синтезом ДНК-полимеразой.

Третий механизм удаления называется исправлением несоответствия и возникает, когда несоответствующие основания включаются в цепь ДНК во время репликации и не удаляются путем корректуры ДНК-полимеразы. При исправлении несоответствия пропущенные ошибки позже исправляются ферментами, основание для восстановления исходной последовательности.

Восстановление двухцепочечной ДНК, как способ поддержания генетического гомеостаза

Восстановление повреждения обеих цепей ДНК особенно важно для поддержания целостности генома. Существует два основных механизма восстановления двухцепочечных разрывов:

  • Классическое негомологичное соединение концов.

Гомологичная рекомбинация включает в себя обмен нуклеотидных последовательностей для восстановления поврежденных оснований на обеих цепях ДНК посредством использования сестринской хроматиды.

Классическое негомологичное соединение концов соединяет концы разрывов без гомологичной матрицы посредством использования коротких последовательностей ДНК, называемых микрогомологиями. Механизм подвержен ошибкам, но защищает целостность генома от возможных хромосомных транслокаций, которые могут происходить посредством гомологичной рекомбинации.

Исследования также показали, что разрывы двойных нитей можно исправить с помощью альтернативных механизмов, таких как одноцепочечный отжиг и альтернативное соединение в определенных условиях. Эти механизмы являются мутагенными и могут привести к потере генетической информации.

Одноцепочечный отжиг обеспечивает концевое соединение между вкрапленными нуклеотидными повторами в геноме, что приводит к одной копии повтора и промежуточной последовательности, удаляемой в процессе.

Альтернативное соединение имеет неопределенный механизм для восстановления двухцепочечных разрывов, но, как известно, рискует геномной целостностью, соединяя концевые разрывы на разных хромосомах.

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close