Организмы постоянно подвергаются воздействию эндогенных и экзогенных факторов, которые повреждают ДНК. Без репарации такие повреждения вызывли бы мутации, болезни и клеточную гибель. Клеточные реакции на повреждения ДНК включают процессы, последствия которых (напр., толерантность и апоптоз), также как и прямая коррекция повреждений ДНК с помощью механзмов репарации, нуждаются в активации путей checkpoint (КПП). Имеются различные формы повреждений ДНК, такие как модификации оснований, разрывы нити, поперечные сшивки и несоотвествия (mismatches). Имеются также многочисленные пути репарации ДНК. Каждый путь репарации управляется специфическим типом повреждений, а данный тип повреждения м.б. целью нескольких путей. Основными путями репарации ДНК являются mismatch repair (MMR), nucleotide excision repair (NER), base excision repair (BER), homologous recombinational repair (HR), and non-homologous end joining (NHEJ). Каждый из этих путей нуждается в ряде белков. Напротив, O-alkylated основания, такие как O
6-methylguanine м. репарироваться за счёт действия одиночного белка, O
6-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT). MGMT удаляет alkyl группу в suicide реакции за счёт переноса одного из его цистеиновых остатков. Photolyases способны расщеплять ковалентные связи пиримидиновых димеров, вызываемых облучением УФЛ. Они соединяются с УФЛ повреждениями с помощью независимого от света процесса, но нуждаются в свете (350-450 nm) в качестве источника энергии для репарации. Др. NER-независимый путь, который м. удалять УФЛ-индуцированные повреждения, UVER, имеется лишь у немногих организмов, таких как дрожжи
Schizosaccharomyces pombe. Ключевым фактором при UVER является эндонуклеаза Uve1/UVDE, которая отсекает 5' от разных типов повреждений. Недавно открыты новые пути, такие как transcription-coupled BER, break-induced replication и nucleotide incision repair, также как и взаимосвязи между уже известными путями. Для простоты мы не быдем их рассмтривать. Хотя большинство репаративных белков обычно гомологичны у разных организмов, их обозначения часто разные. Мы будем чаще всего использовать названия белков у человека.
Mismatch repair
Главной целью MMR является удаление не соответствующих др. др. оснований и небольших insertion/deletion loops (IDLs), вносимых во время репликации. У
Escherichia coli основными исполнителями MMR являются MutS, MutL и MutH. MutH вырезает неметилированную нить и тем самым делает возможной дискриминацию между вновь синтезированной нитью и матрицей. MMR является двунаправленной, т.е. вырезание и деградация м. происходить с любой 5' или 3' стороны mismatch. У эукариот несколько MutS и MutL гомологов участвуют в MMR; MutH гомологи, по-видимому, отсутствуют. Инактивацияы MMR у людей вызывает hereditary nonpolyposis colorectal cancer (HNPCC) и некоторые типы спорадических опухолей. В ходе MMR у людей несоответствующие др. др. основания связываются с помощью MutS-гомологичных гетеродимеров MSH2-MSH6, тогда как малые IDLs м. связываться с помощью MSH2-MSH6 и MSH2-MSH3. Затем рекрутируются MutL-гомологичные гетеродимеры MLH1-PMS2. У некоторых эукариот имеются дополнительные MutL гомологи. Эта форма гетеродимеров с MLH1 м. играть незанвительнгую роль в MMR. Пока неясно, как эукариоты различают новую и старую нити. Узнавание нитей м. обеспечиваться или с помощью репликационного акцессорного фактора PCNA или м. просто достигаться за счёт распознавания разрезов, вырезок или свободных 3' концов, которые присутствуют в синтезируемой нити во время репликации. На нижестоящих ступенях вновь синтезированная нить деградирует, тем самым удаляется несоответствие. MMR участки являются длиной ~100 до >1000 нуклеотидов. EXO1 участвует в 5' -> 3' эксцизии. Пока неясно, какие факторы участвуют в 3' -> 5' эксцизии , но м. участвовать DNA Pol δ и ε и EXO1. MMR заканчивается после синтеза ДНК с помощью репликационной machinery и лигации оставшихся пробелов.
Nucleotide excision repair
NER удаляет разнообразные формы повреждений ДНК, включая фотопродукты, индуцируемые УФЛ и др. крупные повреждения. NER состоит из двух путей: global genome repair (GGR), которая удаляет повреждения в геноме вообще и transcription-coupled repair (TCR), которая специфически репарирует активные гены транскрибируемой нити. Основным отличием между GGR и TCR является потребность в разных факторах во время инициальной ступени распознавания. UV-DDB, состоящий из DDB1 и DDB2, a также XPC-hHR23B участвуют в ступени распознавания при GGR, тогда как TCR, как полагают инициируется с помощью RNA polymerase II, остановившейся на повреждении. Дополнительными факторами, необходимыми для TCR являются CSA и CSB. Белки, действующие иерархически ниже в GGR и TCR являются скорее всего идентичными. Во-первых, транскрипционный фактор IIH (TFIIH), комплекс, состоящий из 9 субъедниц, рекрутируется на поврежденное место. На этой ступени инициальные факторы распознавания, по-видимому, устраняются с места повреждения ДНК. Две субъединицы TFIIH, XPB и XPD, обладают активностью helicase с противопложной полярностью и расплетают ДНК с обеих сторон повреждения. Следующими факторами, которые связываются в поврежденным местом, являются XPG и XPA-RPA. XPA-RPA проверят, правильно ли собран комплекс NER и гарантирует разрезание поврежденной нити. После присоединения XPF-ERCC1, возникают двойные разрезы от XPG и XPF-ERCC1, которые рассекают 3' и 5' по отношению к повреждению, соотв. Т.о., высвобождаемое повреждение имет длину в 24-32 нуклеотида. Репарация заканчивается с помощью синтеза и лигации ДНК. Типичным нарушением, вызываемым дефектами NER является xeroderma pigmentosum (XP), тогда как Cockayne syndrome (CS) и trichothiodystrophy (TTD) обусловливаются нарушениями TCR, а в последнем случае в конечном итоге и нарушением транскрипции.
Base excision repair
BER в основном репарирует небольшие повреждения, обусловленные алкилированием, окаилсением или деаминированием оснований. Клетки содержат различные ДНК glycosylases, каждая из которых обладает специфическим спектром субстратов. После расщепления N-glycosylic связи с помощью ДНК glycosylase, поврежденное основание высвобождается и создаётся apurinic/apyrimidinic (AP сайт). Сайт AP м. возникать и спонтанно и представлять собой поврежедение. Бифункциональные glycosylases обладают присущей им AP lyase активностью, которая расщепляет сахар-фосфатный остов 3' до AP сайта. Возникающие в результате фрагментированные остатки сахаров удаляются с помощью активности phosphodiesterase, обеспечиваемой или AP endonuclease или ДНК polymerase β. Щель в один нуклеотид заполняется с помощью Pol β и сшивается. Процессинг AP, осуществляемый с помощью монофункциональной ДНК glycosylase, нуждается в 5' разрезе с помощью AP endonuclease (основной AP endonuclease у человека является APE1). Pol β включает нуклеотид, а её deoxyribophosphodiesterase (dRPase) активность удаляет 5' половинку. Оставшийся пробел устраняется за счёт сшивания. Во время минорного, long-patch BER пути, удаляется 2-8 нуклеотидов вместе с поврежденным нуклеотидом. Long-patch BER м.б. необходим в присутствии модифицированного AP сайта, когда 5' половинка не м.б. удалена с помощью dRPase активности. После смещения нити с помощью Pol β, b Pol δ или Pol ε, образуется клапанная (flap) структура, которая вырезается с помощью FEN1. Сегодня не известны болезни людей, связанные с дефектами BER, это м.б. обусловлено эмбриональной летальностью или функциональным перекрыванием и/или накоплением повреждений, которые обычно репарируются BER, которые не имеют биологических последвий. Фактически нокаутные мыши, лишенные факторов, действующих ниже ДНК glycosylases, имеют обычно эмбриональный летальный фенотип, тогда как дефекты в одиночных ДНК не вызывают каких-либо аномалий.
Homologous recombinational repair
Double-strand breaks (DSBs) v/,/ репарированы или с помощью HR или NHEJ. HR использует гомологичную ДНК матрицу и довольно аккуратна, тогда как NHEJ соединяет разорваные концы без использования матрицы и часто сопровождеся потерей некоторых из нуклеотидов. Относительный вклад каждого из пути зависит от стадии клеточного цикла, NHEJ более активен в G1, а HR доминирует во время S и G2 фазы. Во время HR DSBs превращаются в 3' single-stranded ДНК (ssДНК) хвосты, которые соединяются с помощью RPA. Процессинг DSBs, очевидно, нуждается в MRE11-RAD50-NBS1. RAD52 взаимодействует с RPA и способствует связыванию RAD51 с ssДНК, это м.б. стабилизировано с помощью паралогов RAD51 (RAD51B, RAD51C, RAD51D, XRCC2 и XRCC3 у людей, RAD55 и RAD57 у дрожжей). Затем связанная с RAD51 ssДНК проникает в гомлогичную молекулу с помощью реакции, стимулируемой RAD54. После синтеза и лигации ДНК формируются два Holliday соединения и м. происходить миграция веточек. Holliday соединения, наконец, разрешаются с помощью resolvases, которые у эукариот не идентифицированы.
HR присутствует также на безошибочном субпути толерантности к повреждениям, позволяющем репликационно обходить повреждения путём переключения матрицы. Альтернативно, толерантность к повреждениям м.б. достигнута с помощью безошибочного и склонного к ошибкам translesion синтеза, осуществляемого специализированными ДНК polymerases. HR-зависимое обхождение повреждений иногда м. вызывать образование 3' створки, которая м.б. удалена с помощью MUS81-EME1 или TOP3-RECQ.
Non-homologous end joining
NHEJ инициируется путём связывания Ku70-Ku80 димеров с концами ДНК. У высших эукариот последовательно рекрутируется каталитическая субъединица ДНК protein kinase (ДНК-PK
cs). DSBs, которые не способны к ligation м. подвергаться процессингу с помощью MRE11-RAD50-NBS1 и др. nucleases, таких как FEN1. Кроме того, м.б. необходима ДНК полимераза. Наконец, концы ДНК eвоссоединяются с помощью XRCC4-ДНК ligase IV.
Дефекты репарации DSBs м. вызывать хромосомную нестабильность, которая характеризуется перестройками и потерями хромосом. Ряд синдромов у людей, такие как Ataxia telangiectasia (AT) и родственное нарушение, Nijmegen breakage syndrome (NBS), а также рак молочных желез и оварий м. вызываться мутациями BRCA1 или BRCA2, ассоциированы с дефектами репарации DSB. Однако эти синдромы являются следствием дефектов в регуляции репарации DSB (напр., в checkpoint активации) скорее, чем обусловлены прямой инактивацией HR или NHEJ
Сайт создан в системе
uCoz