Репарация ДНК

~260 нм, именно в этой области происходит максимальное поглощение ДНК)
Активные

радикалы кислорода, образуемые во время нормального клеточного дыхания в различных биохимических путях
Химические вещества окружающей среды
Многие углеводороды
Химикаты используемые в противоопухолевой химотерапии.

гипоксантин
Алкилирование основания
Вставка или делеция нуклеотида
Встраивание аналогичного основания
Изменение двух оснований
Образование тиминовых

димеров
Поперечная связь с бифункиональным алкилирующим агентом
Разрушение цепи
Радиоактивное разрушение элементов остова
Поперечные связи между между основаниями одной нити или двух параллельных нитей, между ДНК и белковыми молекулами, например гистонами

частых повреждений – дезаминирования и апуринизации.

При дезаминировании цитозин превращается

в урацил, а аденин - в гипоксантин.

Если разрывается связь между остатком дезоксирибозы и пуриновым основанием (здесь аденин и гуанин), в этом месте остается только сахарофосфатный остов, т.е. возникает апуриновый сайт.

двух соседних пиримидинов (тиминов), находящихся в одной цепи.

разных агентов.

химическое исправление повреждений
Эксцизионная репарация (ER), при которой поврежденное основание удаляется

и заменяется новым 1. Эксцизионная репарация оснований (BER- Base Excision Repair) 2. Эксцизионная репарация нуклеотидов (NER - Nucleotide Excision Repair). 3. Мисмэтч репарация (MMR).

это спонтанное добавление метильной группы - один из типов алкилирования.

Такие модификации исправляются ферментами называемыми гликозилазами, исправляющими ошибку без разрушения цепи ДНК.

Некоторые препараты используемые в химотерапии также повреждают ДНК путем алкилирования. Проблема репарации состоит в том, что ограниченным набором ферментов и механизмов клетка должна справиться со многими повреждениями, вызванными самыми различными химическими и физическими агентами.

и тогда вырезается только нуклеотид;
в случае более объемного повреждения

из цепи удаляются и соседние с ним нуклеотиды, а образовавшуюся брешь застраивают полимеразы - или самостоятельно, или в присутствии белка PCNA (proliferating cell nuclear antigen) .

путь BER).

ДНК-полимеразы - δ и ε способны создать большую вставку

(long patch путь BER), но для этого им нужен специальный белок PCNA (proliferating cell nuclear antigen).

Особенно зависима от PCNA ДНК-полимераза δ, без PCNA фермент “отваливается” от ДНК, встроив лишь один нуклеотид, а если PCNA удерживает на ней полимеразу δ, то синтез идет до тех пор, пока фрагмент не достигнет нужной длины.

Если в клетке не хватает той или иной ДНК-полимеразы, репарация может переключиться с одного пути на другой - long patch путь BER.

этой структурой, мешающей копированию ДНК, распознают и вырезают эндонуклеазы семейства

ХР (ксеродермы), а застраивает образовавшуюся брешь в 29 нуклеотидов полимераза δ (или ε) при наличии фактора репликации (RFC) и белка- PCNA.

(происходит ~ 20,000 раз в день в каждой клетке человеческого

тела) ДНК гликозилазами. У человека имеется, по крайней мере, 8 генов, кодирующих различные ДНК гликозилазы, каждые из которых распознают свой набор поврежденных оснований.
2. Удаление дезоксирибофосфата приводит к образованию пустоты в ДНК.
3. Замена правильным нуклеотидом. Это функция у человека выполняется ДНК полимеразой β.
4. Лигирование разрыва цепи. Имеется два фермента, оба нуждаются в АТР.

одним или несколькими факторами, связывающимися с местом повреждения.
2. ДНК

раскручивается в месте повреждения. В этом процессе участвуют различные транскрипционные факторы IIH, TFIIH, (которые так же работают при нормальной транскрипции).
3. Разрез ДНК происходит с 3' и 5'-конца от повреждения, в результате чего удаляется фрагмент ДНК, содержащий поврежденный нуклеотид.
4. Новая цепь ДНК достраивается по матрице неповрежденной цепи ДНК полимеразами δ или ε.
5. Лигазы сшивают вновь синтезированный конец цепи.

ДНК и изменение конформации uvrB
3. Внесение двух однонитевых надрезов ДНК

с обеих сторон от повреждения с помощью белков uvrС и uvrB
4. Расплетение ДНК в участке между надрезами белком uvrD (хеликазой), отсоединение содержащего дефект фрагмента длиной 12 нуклеотидов (12-мер) с образованием бреши, при этом расходуется энергия еще одной молекулы АТР
5. Застройка образованной бреши ДНК-полимеразой
6. Соединение свободных концов сахарофосфатного остова ДНК с помощью ДНК-лигазы

образуют нормальное Уотсон-Криковское спаривание (A•T, C•G).
Такие ошибки происходят во

время работы ДНК полимеразы при репликации.
В мисмэтч репарации участвуют ферменты, вовлеченные в BER, NER репарацию и специализированные ферменты.
Синтез ДНК при мисмэтч репарации осуществляется ДНК полимеразами δ или ε.
Система мисмэтч репарации участвует в увеличении точности рекомбинации при мейозе.

только что отреплецирована. Матричная цепь несет метилированные остатки, дочерняя еще

неметилирована. Белки mutH разрезают только неметилированные сайты. Матричная цепь ДНК остается целостной и служит матрицей для восстановления правильной псоледовательности в образовавшихся брешах.
1. Белок mutS распознает неспаренный участок и присоединяется к нему.
2. Образование репарационного комплекса за счет присоединения белков mutH и mutL к белку mutS. На эту реакцию тратится АТР.
3. Разрезание ДНК в участке ГАТЦ, расположенных перед и позади сайта мисмэтча.
4. Длинный участок ДНК, расположенный между двумя надрезами и несущий мисмэтч, должен быть отсоединен от ДНК, в результате чего возникает длинная однонитевая брешь. В расплетении однонитевой ДНК принимают участие хеликазы и затрачивается несколько АТР.
5. Застройка длинной бреши ДНК полимеразой мс использованием dNTP.
6. Соединение оставшихся после завершения репликации однонитевых разрывов с помощью ДНК-лигазы.
В результате всей цепи реакций участок мисмэтча заменяется правильной комплементарной парой.

одну или две цепи ДНК.
Одноцепочечные разрывы (SSB). Разрывы одной из

цепей ДНК часто исправляются ферментами, участвующими в BER репарации.
Двуцепочечные разрывы (DSB). Имеется два механизма, которые способны устранить двуцепочечных разрывов ДНК:
1. Прямое соединение сломанных концов. Этот процесс требует специальных ферментов, которые узнают и связывают разорванные концы с последующим их сшиванием.

2. Если разорванная ДНК имеет тупые концы и соединение двух фрагментов ДНК происходит случайно, то такая репарация называется NHEJ (Nonhomologous End-Joining)..
Для NHEJ необходим белок Ku. Ku - гетеродимерная субъединица, состоящая из двух белков Ku70 и Ku80.
Ошибки, возникающие при прямом присоединении могут являться причиной транслокаций.

рекомбинации. Характерен для дрожжей (Saccharomyces cerevisiae)

концов.
Характерен для млекопитающих, в том числе для человека.

устранены все дефекты, то одна из нитей материнской молекулы будет

нести повреждение (красным цветом выделен димер тимина), а комплементарная ей нить будет свободна от повреждений (нити материнской молекулы показаны черным цветом). На повлежденной нити репликация завершится тем, что напротив димера тимина заново синтезированной нити (зеленого цвета) окажется брешь, в то время как сестринская двойная спираль не будет нести повреждения. После этого может пойти пострепликативная репарация поврежденного участка.
Молекулы белка recA (синие) присоединяются к зоне бреши
Под контролем белка recA произойдет рекомбинация – участок комплементарной цепи сестринской нити (черная) переносится в район бреши
Брешь в сестринской ДНК застраивается в ходе репликативного синтеза (застроеный участок показан красным цветом). Концы новой и старой нитей соединяются лигазой.

числа повреждений ДНК, часть которых остается нерепарируемой к моменту начала

репликации. В этих условиях активируется синтез ко-протеазы recA-белка , которая участвует в протеолизе многих белков. В частности, recА ко-протеаза может узнать и разрезать другой белок – кодируемый геном LexA и являющийся репрессором почти 20 генов., в том числе оперона umuDC. Разрушение lexA-белков открывает возможность начать транскрипцию многих оперонов: РНК-плимераза связывается с их промотрами,и, и в частности, с промотором оперона umuDC и начинает транскрипцию umuD и umuC.

не поврежденной сестринской хроматиды, доступной после удвоения хромосом.

Гены, необходимые для

гомологичной рекомбинации - BRCA-1 and BRCA-2.