РЕПА Р АЦИЯ ДНК

двухнитевых разрывов ДНК

8 тыс. окисленных и алкилированных оснований, и еще в совокупности

Благодаря системе репарации из 1000 повреждений ДНК различного типа лишь 1 не исправляется (мутация).

разнообразие

температура.
Химические факторы – полициклические и гетероциклические ароматические углеводороды, ароматические амины,

Биологические факторы: афлатоксин и другие эндо- и экзотоксины, активные формы кислорода и др.

Индуцированные повреждения вызывают:

систем.
В клетках имеются белки, специально «патрулирующие» ДНК и осуществляющие поиск

ДНК является единственной молекулой, которая способна к репарации

с образованием 7-метилгуанина,

Основные повреждения ДНК:

Индуцируемые эндогенными факторами.

Репарируемые повреждения удаляются собственными системами клеток, например, возникающие

Повреждения ДНК бывают:

направленных воздействий, а индуцированные – под действием повышенных нагрузок факторами

Ежедневно в каждой клетке человека от 2 до 3 тыс. пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов
(на гаплоидный геном) теряют свои азотистые основания.
В результате образуются АП-сайты (апуриновые и апиримидиновые).
Сохраняется только дезоксирибоза и фосфодиэфирная связь.

каждой клетке человека примерно 200 цитозинов (на гаплоидный геном) превращается

тимин, гидроксилированный по 5- му и 6-му положению – тимин

2. Окисление азотистых оснований под действием активных форм кислорода (О•, О-О•, НООН, •ОН)

гуанина
Приводит к ошибке копирования – замене гуанина на тимин
Образование 8-ОГ

и УФ-В (длина волны 280-320 нм)
4. Образование тиминовых димеров

узнает двухцепочечные концы ДНК
Ku-антиген сближает двухцепочечные концы
Нуклеазы «подрезают» концы ДНК
ДНК-полимеразы

ДНК-лигазы заново «сшивает» ДНК

Восстановленная ДНК

нитей ДНК
Количество межнитевых сшивок возрастает при облучении ультрафиолетом, а аткже

Типы повреждений ДНК
и межнитевая сшивка

образовании топоизомеразных ковалентных связей с основаниями ДНК
Образуются между цепью ДНК

– дезинфектант, используемый в бассейнах,
по крайней мере в эксперименте,

окислительных метаболитов), генерирующих окисление липидов с образованием свободных радикалов и

ошибкам.
Репарация ошибочно спаренных нуклеотидов (mismatch repair).
Репарация одно- и двунитевых разрывов

Типы репарационных систем

склонная к ошибкам
– Репарация ошибочно спаренных нуклеотидов
– Репарация одно- и двунитевых разрывов
Распространенность

одной из причин возникновения ряда наследственных заболеваний и раковых опухолей.
Биологический

Репарация устраняет повреждения молекул ДНК, предотвращая образование наследственно закрепленных нарушений генетического материала – мутаций.

Приблизительно каждые 9 секунд ДНК повреждается в процессе жизнедеятельности. Каждое из повреждений быстро ликвидируется, если клетке, в которой оно произошло, не предназначено погибнуть.

молекул метилтрансфераз.
Примерами метилтрансфераз могут быть:

О6-метил-гуанин-трансфераза (у бактерий),
О4-метил-тимин-ДНК-метилтрансфераза,
О6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза (у человека) и

и Р. Дульбекко (США) в опытах с инфузориями, парамециями, коловратками,

Было продемонстрировано повышение выживаемости облученных летальными дозами УФ-света организмов после воздействия видимым светом.

Эффективность фотореактивации зависит от уровня рН, температуры и физиологического состояния клетки.

Фотореактивация

(дезоксирибопиримидинфотолиазы), представляющей собой полипептид, ассоциированный с небольшой молекулой РНК (10-15

В дальнейшем фотореактивация была обнаружена в клетках некоторых рыб, птиц, амфибии, насекомых, высших растений и водорослей. В 1969 году было доказано, что способностью к фотореактивации обладают сумчатые животные. Исследования последних лет указывают на наличие фотореактивирующего фермента и в клетках кожи человека.
Сегодня считается, что фотолиаза имеется у всех организмов, за исключением бактерий Micrococcus radiodurans.

Е. coli система фотореактивации удаляет до 90% пиримидиновых димеров.

Механизм фотореактивации

Фермент поглощает фотон света (синего света), после чего приобретает способность расщеплять циклобутановый мостик между пиримидиновыми нуклеотидами.

залечены ферментами инсертазами (от англ. insert - вставлять). Эти ферменты

комплементараная нить ДНК.
Эксцизионную репарацию нуклеотидов, т. е. связанную с полным

оснований с помощью специальных ферментов – гликозилаз с последующим восстановлением

димера.
) Инцизию – надрезание одной цепи ДНК вблизи димера.
) Эксцизию

гидрата;
8-окси-гуанина;
5-метил-цитозина;
алкил-аденина;
3-метил-аденина;
7-метил-гуанина.

гликозилаза.
Имеется несколько типов гликозилаз.
У человека ДНК-N-гликозилазы обладают высокой субстратной специфичностью.
У

uvrC
делают надрез
1. E.сoli эндонуклеаза
Эндонуклеаза человека
ДНК-хеликаза
13 нукл.
29 нукл.
3. ДНК-полимераза I
ДНК-
полимераза β
ДНК-лигаза
ДНК-лигаза
ДНК-лигаза

ксеродерма, Cиндром Кокэйна, триходистрофия и др.
Заболевания связаны с неспособностью удалять

damaged base and cleaves between the base and deoxyribose in

An AP endonuclease cleaves the phosphodiester backbone near the AP site.
DNA polymerase I initiates repair

synthesis from the free 3’ OH at the
nick, removing a portion of the damaged strand (with its 5’3’ exonuclease activity) and replacing it with undamaged DNA.

(d) The nick remaining after DNA polymerase I has dissociated is sealed by DNA ligase.

AP= apurinic or apyrimidinic (a=without)

ДНК-гликозилаза

поврежденное основание

1. ДНК-гликозилаза узнает поврежденное азотистое основание и удаляет его с образованием АП-сайта. Сахаро- фосфатный остов сохраняется.

АП-эндонуклеаза

2. АП-эндонуклеаза разрезает фосфодиэфируню связь около АП-сайта, делая надрез в цепи ДНК.

1.

2.

3.

ДНК-полимераза I инициирует синтез ДНК от 3′-конца этого надреза, заменяя участок поврежденной ДНК в направлении 5′ 3′ неповрежденной ДНК.

Надрез, оставшийся после работы ДНК-полимеразы I, зашивается ДНК-лигазой.

ДНК-
полимераза I

НТФ
Надзрез

НМФ

5′

3′

4.

ДНК-лигаза

которой служит повышенная чувствительность к солнечному свету, приводящая к развитию

В культуре клеток здоровых людей после облучения УФ-светом в дозе 10 Дж/м 2через 20 ч из ДНК исчезает до 90% тиминовых димеров (со скоростью 40 000 димеров в час).

Тип XPII - чувствительность как к УФ-свету, так и к рентгеновскому излучению. Клетки XPII не способны репарировать ДНК, имеющую однонитевые разрывы. По-видимому, это связано с отсутствием в них фермента, аналогичного ДНК-полимеразе I Е. coli.

Тип Xpvar – выщепление димеров тимина идет нормально, а дефект связан с иным типом репарации – пострепликативной репарацией.

только на ней должна проводить замену некомплементарных оснований. С целью

синтезированная цепь – неметилирована
Упрощенная схема репарации неспаренных оснований ДНК (mismatch

MutL и MutH. Образуется репарационный комплекс с затратой 1 молекулы

может располагаться по любую сторону от неправильного основания.

и неспаренным
основанием (включая его) и вытесняет ее
из гетеродуплекса.

5'-конец)
удаляет вытесненную нить.
Этот процесс нуждается в MutL и MutS. Вырезаются

ДНК-лигаза восстанавливает фосфодиэфирную связь.

II = UvrD=MutU
dam, mutH, mutL, mutS,
uvrD - мутаторы

что в ходе эксцизионной репарации клетка не успевает их полностью

Пострепликативная репарация ДНК

репликации происходит с участием фрагментов Оказаки.
Пострепликативная репарация ДНК
Репликация блокируется пиримидиновым

Реинициализация полимеразы после димера

Разрыв димера нити, противоположной дочерней

Рекомбинация неповрежденной родительской нити

Рекомбинация создает пробел в родительской нити

Нити сшиваются полимеразой и лигазой

поврежденному

ДНК-полимераза обходит тиминовый димер
Неповрежденная цепь ДНК в отреплицированной молекуле рекомбинирует

Перенос пробелов во вторую молекулу ДНК
Новый пробел зашивается
4

1

2

в другую молекулу ДНК с помощью рекомбинации
Пробел нормально репарируется

же дал название этому механизму, включив в него международный сигнал

SOS-репарация

белки, кодируемые генами Rec A и Lex А.

Первый из них

LexA. Ответ клетки на повреждающее воздействие начинается с активации протеазной

Активирующим сигналом может быть присутствие одноцепочечной области в сайте повреждения. Активируясь, RecA-протеаза разрезает белок-репрессор LexA. Белок LexA в неповрежденных клетках функционирует как репрессор многих оперонов, гены которых отвечают за различные репарационные функции.

Протеолитическое разрезание репрессора (белка LexA) индуцирует все эти опероны. В настоящее время идентифицировано около 40 генов, которые участвуют в SOS-ответе в результате активации их продуктов. Все эти гены являются индуцибельными.

Установлено, что белок LexA репрессирует гены-мишени, связываясь с последовательностью ДНК длиной около 20 пар оснований, названной SOS-блоком.

umuC, которые способны замедлять процесс синтеза ДНК при наличии повреждений

клетку чужеродную ДНК. Основная еѐ функция — защита клетки от

называемого «ограничение, контролируемое хозяином» (англ. host-controlled restriction) или «рестрикция». Это

были удостоены Нобелевской премии «За обнаружение рестрикционных ферментов и их

липкие концы

тупые концы

ДНК, называемых сайтах рестрикции.
Эффективность действия ферментов рестрикции в отношении внесенной

остатков ДНК. Метилирование может проходить по N5 и N6 позициям