?Вопрос №12: хар-ка повреждений днк, репарируемых системами репарации.

Разнообразные повреждения ДНК могут возникать спонтанно либо под действием внешних

факторов. Клетки нуждаются в высокоэффективных способах репарации, поскольку

целостность ДНК существенна для выживания клетки и ее нормального функционирования, а

повреждения возникают постоянно.

Основным типом экзогенных повреждений ДНК является димеризация пиримидиновых

оснований. Это происходит под влиянием ультрафиолетового света в эпидермисе и приводит

к образованию тимидиновых димеров (связанных циклобутановым кольцом) или тимидин-

цитидиновых димеров. Такие повреждения репарируются к исходным основаниям путем

фотореактивации с помощью фермента фотолиазы, использующего в качестве кофактора

реакции видимый свет.

Кроме точечных мутаций, могут иметь место хромосомные сшивки, разрывы и сдвиг

рамки считывания. Различные химические соединения, типа бромистого этидия (который

используется для визуализации ДНК в ходе гель-электрофореза) и акридина, встраиваются

между основаниями и искажают двойную цепь. Во время репликации происходят ошибки в

работе полимеразного комплекса, приводящие к вставке или делеции оснований. Если такая

ошибка произошла в кодирующей области для какого-либо белка, происходит мутация со

сдвигом рамки, т. е. изменяется рамка трансляции и считывание всех аминокислот,

кодируемых после сайта мутации. В целом, последствия таких мутаций более серьезны, чем

последствия точечных мутаций. Замена единственной аминокислоты может быть критична, но

чаще всего нет.

Механизмы репарации днк, и их общая хар-ка.

Существуют системы генетической репарации, при которых точность синтеза невысока. Они являются индуцибельными, и, очевидно, обусловлены необходимостью синтеза ДНК даже на матрице, содержащей повреждения. При этом синтез ДНК на матрице, оставшейся неповрежденной, будет сопровождаться большим количеством ошибок. Индукцию процессов репарации, сопровождающуюся увеличением числа ошибок последней, обнаружил в 1953 г. Дж. Уэйгл (при заражении УФ-облучснных клеток Е. coli облученным же фагом X).

В честь первооткрывателя этот тип генетической репарации в 1974 г. М. Радман назвал W-реактивацией (Weigle-reactivalion). W-реактивация дает возможность многим димерам пиримидина, возникающим в бактериальной клетке, дожить до периода синтеза ДНК. Хотя такая ДНК и содержит значительное количество ошибок, поврежденные клетки действительно «спасаются» на каком-то этапе, если только жизненно важные функции не оказались безнадежно нарушенными. Тогда же было показано, что реализация этого механизма возможна только при наличии продуктов генов гесА и lexA.

М. Радман в 1974 г. и Э. Виткин в 1975 г. сформулировали представления об индуцибельной системе генетической репарации, включающейся при появлении затруднений в синтезе ДНК, возникших вследствие сохранившихся димеров, число которых ДОЛЖНО быть не менее 30-60. В связи со спасательными функциями этой системы репарации ДНК она была названа SOS-репарацией. Таким образом, важная особенность прокариотических и эукариотических клеток состоит в их способности увеличивать эффективность генетической репарации при высокой дозе повреждений. Это возможно в результате индукции новой или модификации одной из пресушествующихДНК-полимераз за счет белковых продуктов генов, активируемых повреждающими агентами. Например, появление таких ферментов в случае УФ-облучения обеспечивает транедимерный синтез ДНК, в результате которого напротив тиминовогодимера будет находиться не брешь, а какой-либо нуклеотид. Разумеется, такая произвольная подстановка нуклеотида во вновь образующуюся цепь ДНК часто приводит к ошибкам репликации.

В клетках Е. coli сигналом для индукции SOS-репарации служит замедление синтеза ДНК. Ответом на этот сигнал является ингибирование клеточного деления, индукция эксцизионной репарации с длинными вырезаемыми фрагментами и затем — рекомбинационной репарации.

По-видимому, непосредственным стимулом к запуску механизмов SOS-репарации служит накопление одноцепочечных разрывов ДНК, индуцирующее протеазную активность белка RecA который специфически взаимодействует с белком LexA -репрессором для генов rec (В, С, Е, F,J) и uvr B. Разрезание белка LexA приводит к снятию репрессии и запуску синтеза белковых продуктов указанных выше генов. Кроме того, разрезание белка LexA приводит к кратковременному увеличению его синтеза в клетке, поскольку данный белок является репрессором собственного гена (аутогенный контроль). Далее в результате работы репарационных систем происходит уменьшение количества одноцепочечных разрывов в ДНК, тем самым снижается индуцирующий SOS-репарацию сигнал, белок RecA теряет протеазную активность, и механизмы SOS-репарации выключаются.