Ексцизійна репарація

Більш радикальним і ефективним шляхом виправлення порушень нуклеотидів є ексцизійна репарація (excision repair), коли пошкоджена одноланцюгова ділянка вирізається з ДНК, а інший ланцюг використовується далі як матриця для нового синтезу. Існує два варіанти такої репарації.

Рис. 9.24. Ексцизійна репарація азотистих основ. Пошкоджена основа забарвлена червоним.

При ексицизійній репарації азотистих основ (Base Excision Repair – BER), що відбувається в усіх організмів, модифікована азотиста основа впізнається ферментом глікозилазою. Існує певна кількість специфічних глікозилаз, що впізнають різноманітні модифіковані основи. Глікозилаза руйнує глікозидний зв'язок між основою та С1'-атомом дезоксирибози (рис. 9.24). В ДНК залишається так званий АП-сайт (апуриновий/апіримидиновий), який впізнається ендонуклеазою, що гідролізує фосфодіефірний зв'язок між 5'-фосфатом звільненої від основи дезоксирибози та попереднім нуклеотидом. Нарешті фосфодіестераза відщеплює цю фосфодезоксирибозу, і в ДНК залишається прогалина довжиною в один нуклеотид.

Ця прогалина заповнюється ДНК-полімеразою β (в еукаріотів), яка приєднує нуклеотид до 3'-ОН групи попереднього нуклеотида ланцюга. Фосфодіефірний зв'язок приєднаного нуклеотида з наступним нуклеотидом ланцюга відновлюється лігазою. У прокаріотів заповнення прогалини здійснюється ДНК-полімеразою І. При цьому, за рахунок своєї 5'-екзонуклеазної активності, полімераза може руйнувати певну ділянку з 5'-кінця прогалини, одночасно продовжуючи 3'-кінець.

Ексцизіна репарація нуклеотидів (Nucleotide Excision Repair – NER) є шляхом, що пов'язаний з вирізанням ділянки ДНК, яка містить пошкодження (модифіковану основу, тиміновий димер тощо).

Рис. 9.25. Система uvrABC ексцизійної репарації нуклеотидів у E. coli.

У клітинах E. coli за цей шлях відповідає так звана система uvrABC (uvr – ultra violet repair). Комплекс білка uvrB та двох білків uvrA впізнає пошкодження та зв'язується з ДНК у цьому місці (рис. 9.25). На наступному кроці відбувається АТР-залежна зміна конформації uvrB, вигин ДНК та дисоціація uvrA. До комплексу рекрутується білок uvrС. Обидва білки у складі комплексу набувають ендонуклеазної активності: uvrС робить одноланцюговий розріз у пошкодженому ланцюзі за кілька нуклеотидів у напрямку до 5'-кінця від пошкодження (ліворуч на рис. 9.25); uvrB – розріз з іншого боку від пошкодження. Довжина ділянки між розрізами дорівнює 12 (або 13 у випадку для тимінового димера) нуклеотидам. Далі геліказа uvrD руйнує подвійну спіраль між двома розрізами, тобто видаляє пошкоджену ділянку. Прогалина, що залишилася, заповнюється ДНК-полімеразою І, лігаза остаточно відновлює цілісність ланцюга.

Аналогічна система ексизійної репарації працює в еукаріотичних клітинах. До неї залучено близько 17 білків, причому за руйнування подвійної спріалі відповідає геліказна частина загального фактора транскрипції TFIIH (див. розділ 6). Це забезпечує тісну координацію репарації з транскрипцією: і підвищена ймовірність пошкоджень, і першочергова необхідність їх виправляти виникає насамперед в транскрипційно активних ділянках. Пошкодження впізнаються або особливими білковими факторами, або РНК-полімеразою, що робить зупинку на пошкодженому нуклеотиді. Після цього геліказа руйнує ділянку подвійної спіралі довжиною 24-32 пари основ, пошкоджена ділянка вирізається ендонуклеазами, і прогалина заповнюється ДНК-полімеразами δ/ε.