Системы репарации ДНК

Репарация ДНК, - процесс устранения повреждений в молекуле ДНК, возникших при действии излучений, ряда химических веществ, приводящих к частичной местной денатурации молекулы. В поврежденных участках блокируется репликация ДНК. Известны три механизма репарации ДНК: фотореактивация, эксциционная репарация и пострепликативпая репарация.

Явление фотореактивации - это восстановление биологической активности клеток или молекул ДНК после повреждения ультрафиолетовым излучением в результате последующего воздействия видимым светом. Фотореактивация может быть неферментативной и ферментативной. Первая заключается в мономеризации пиримидиновых димеров при действии УФ-излучения с длиной волны 240 нм. Вторая связана с действием видимого света и участием специального фермента - дезоксирибопиримидинфотолиазы. Фермент в темноте образует комплекс с димерами пиримидиновых оснований (то есть с разрушенными участками ДНК). На свету комплекс распадается с мономеризацией димеров. Происходит восстановление структуры молекулы на месте повреждения.

Эксцизионная репарация - это репарация по типу выщепления - замещения и связана с удалением поврежденного участка ДНК. Эксцизионная репарация - многоступенчатый процесс, состоящий из: 1) узнавание поврежденного участка ДНК при участии УФ-эндонуклеазы; 2) инцизия (надрезания одной цепи ДНК вблизи димера от 5^' конца); 3) эксцизия (вырезание поврежденного участка с помощью 5^'-3^'-экзонуклеазы); 4) ресинтез ДНК (синтез участка новой цепи ДНК, замещающий поврежденный участок, при участии ДНК-полимеразы 1); 5) восстановление непрерывности репарируемой цепи ДНК путем сшивания скелета молекулы с помощью лигазы.

Пострепликативная репарация (или рекомбинационная репарация) - это способ быстрого восстановления нативной структуры дочерних молекул ДНК. При этом тиминовые димеры остаются в исходных родительских нитях,а новая цепь ДНК синтезируется с брешами и пробелами. Разновидностью пострепликативной репарации является SOS-репарация (или репарация, склонная к ошибкам) Она протекает весьма медленно и восстановление первичной структуры ДНК происходит неточно. Для этой репарации характерно присутствие фермента, индуцируемого облучением, который отсутствует в необлученных клетках.Эта репарация часто встречается в клетках с большим количеством мутаций.

Реакция клетки на повреждение также включает замедленное прохождение клеточного цикла (впервые продемонстрировал на дрожжах в 1988г. Вейнерт и Хартвелл,)так назыв-ый, checrpoint-контроль, который предполагал наличие точек проверки клеточного цикла. Белки – продукты checrpoint-генов сканируют целостность ДНК и обеспечивают задержку клеточного деления в случае повреждения молекулы. При этом ферменты могут активировать репарационный процесс или, в случае неисправных повреждений ДНК, включается апоптоз(незапрограммированная смерть клетки). К белкам-продуктам checrpoint-генов относится белок р53-супрессор опухоли.

Процесс репарации можно охарактеризовать 2-мя основными показателями: эффективностью и точностью. Точность важна для самого организма, но для процесса эволюции важна эффективность. Поливариантность процесса репарации выгодна для эволюции потому, что организм, попавший в экстримальные условия и потомство оставляет в этих условиях. Следовательно, если за счет SOS-репарации, включенной этими условиями, возникнут дополнительные мутанты, они могут оказаться более приспособленными к новым условиям, выжить и увеличить вероятность сохранения вида.

С нарушением процесса репарации у человека связаны ряд серьезных заболеваний. Одним из них является прогерия – преждевременное старение. Имеет 2 формы:1) Хатчинсона-Гилофорда. Старение начинается с первых лет жизни(к 5-7 годам – старики). 1-3 случая на млн.,особенно при кровно-родственных браках.; 2) Синдром Вернера – старение начинается с периода половой зрелости (старики к 40 годам). Известна фенокопия мутации, когда наступает преждевременное старение в результате голода и непосильной работы.

Достаточно широко распространена пигментная ксеродерма – непереносимость солнечного света. Существует 3 формы: XPI; XPII и XPvar. У больных с формой XPI дефект репарации связан с отсутствием активности УФ-эндонуклеазы. При XPII – отсутствует фермент ДНК-полимераза I, поэтому нет способности ДНК репарировать однонитиевые разрывы. У больных XPvar – выщепление димеров идет параллельно, но нарушен процесс пострепликативной репарации.