Індуцибельна або sos-репарація

Постреплікативну репарацію забезпечують конститутивні ферменти, які в певній кількості містяться в клітині. Разом з тим внаслідок появи постреплікативних пробілів у ДНК до цих ферментів приєднуються нові генні продукти, які синтезуються у відповідь на ушкодження молекули. Система, яка забезпечує транскрипцію нових продуктів, що беруть участь у постреплікативній репарації, називають індуцибельною. Оскільки індуктором індуцибельної системи є “сигнал біди” – поява ушкоджень ДНК, то цей тип відновлення ДНК називають також SOS-репарацією. Індуцибельну репарацію виявили вивченням постреплікативної репарації в різних мутантів. Крім того, про її наявність свідчить феномен W-реактивації, який полягає в тому, що реактивація опроміненого ультрафіолетом фага лямбда повніше відбувається за умови, коли він потрапляє в клітини бактерій, які також опромінені ультрафіолетом. Внаслідок індукції в клітині синтезуються нові ферменти, що відрізняються від конститутивних. З’являється індуцибельна ДНК-полімераза, яка, на відміну від конститутивної, має більшу спорідненість до матриці з некодуючими основами. Під впливом індуцибельних продуктів відновлюється цілісність молекули ДНК, але водночас зростає частота появи мутацій. Постреплікативна репарація є частиною загальної реакції клітини, яку називають SOS-відповіддю. За звичайних умов клітини містять незначну кількість Rec A-протеїну, а також продуктів генів uvr. Але якщо клітини зазнають опромінення і відповідно ушкоджень, індукується SOS-відповідь. У випадку появи у свіжосинтезованій ДНК пробілів Rec A-протеїн діє як протеаза, що розщеплює репресорний білок – продукт гена Lex A. Коли немає ушкоджень ДНК, Lex A репресує ген Rec A, а також три гени групи uvr: uvrА, uvrВ, uvrС. При розщепленні репресора Lex A чи репресії гена Lex A всі раніше репресовані ним гени індукуються: з’являється надлишок Rec A і субодиниць uvr-комплексу. Тимідинові димери елімінуються під впливом uvr-протеїнів, а тим часом Rec A сприяє заповненню пробілів у щойно синтезованій ДНК. Якщо ж досягається відновлення структури ДНК і немає ушкоджень, які б активували протеазну активність Rec A, то Lex A вже не зазнає деградації, і відновлюється його репресорна роль щодо факторів, з якими пов’язана SOS-відповідь клітини.

Фундаментальною рисою SOS-репарації в прокаріот є активація понад 12 генів. У дріжджів виявлено принаймі 6 специфічних генів, які індукуються появою ушкоджень у ДНК, - це так звані Din-гени. Крім того, у дріжджів індукується ще до 80 генів у відповідь на ушкодження ДНК. Якщо до неопромінених диплоїдних клітин дріжджів додати гаплоїді клітини, опромінені ультрафіолетом або гамма-радіацією, то в перших індукується інтрагенна рекомбінація ДНК, що свідчить про рухомість медіаторів сигналу індуцибельної репарації.

Мутації з дефектами генів, що контролюють репарацію днк

Для різних клітин прокаріот і еукаріот виявлено форми, які характеризуються підвищеною радіочутливістю. Контрасно різке зростання радіочутливості зумовлене появою мутацій генів, продукти яких беруть участь у репарації ДНК. Так, значення D₀ за опромінення ультрафіотом бактерій дикого штаму в 60 разів вище, ніж для мутантних клітин. Кількість генів, які контролюють процеси репарації ДНК – величезна. До цих генів належать гени uvr A, uvr B які кодують ендонуклеазу репарації для активності якої потрібен ще продукт гена uvr С. Відщеплення олігонуклеотидного фрагмента після розриву з боку 3`-кінця здійснюється під впливом ДНК-полімерази І, яка кодується генами pol (pol A1, pol A107 та іншими). Деградація ДНК – гідроліз частини молекули ДНК біля вилученого димеру піримідину – відбувається під впливом продукту гена recA. Репараційний синтез ДНК здійснюється з участю ДНК-полімерази І, ІІ, ІІІ, які кодуються генами polA, polB, polC. Досліди з подвійними чи потрійними мутантами клітин дають змогу визначити взаємодію різних продуктів генів у механізмах репарації. Виявилось, що крім зазначених генів, до ексцизійної репарації ДНК причетні також інші гени, зокрема recB, recC, lexA, uvrD, uvrE. У рослин до контролю над фотореактивацією причетні гени phr1, phr2, drt103, а до ексцизійної репарації – amag, drt101, drt102. Серед еукаріот найкраще гени репарарації вивчені у дріжджів. Цьому сприяло виявлення чисельних мутантів дріжджів, які мають підвищену чутливість до радіації. Подібні мутації виявлені у клітинах ссавців, людини, бактерій, рослин, що свідчить про універсальність генетичних програм контролю за репарацією. У дріжджів ці мутації поділяють на три великі групи:

1. Група Rad3. Виявлено 10 незалежних генів цієї групи, розташованих у різних хромосомах, які залучені до процесу репарації ДНК: Rad1, Rad2, Rad3, Rad4, Rad7, Rad10, Rad14, Rad16, Rad23, MMS19. Подвійні мутанти по цих генах різних комбінацій виявляють епістатичну взаємодію: чутливість до ультрафіолету подвійного мутанта не вища за чутливість двох одинарних мутантів. Всі ці гени причетні до регуляції одного шляху репарації.

2. Група Rad52. Гени Rad52, Rad50 причетний до спонтанної та індукованої ультрафіолетовим випромінюванням рекомбінації, виконує ключову роль у рекомбінації, мейозі і репарації від подвійних розривів, проте його інактивація не впливає на життєздатність клітин.

3. Група Rad6. У цю групу входять 18 генів, які контролюють помилкову репарацію. Мутантний ген Rad6 є плейотропним: він впливає не лише на спонтанну і індуковану мутабільність, а й на рекомбінацію та спороуляцію. У таких мутантів немає репарації від двониткових розривів і обмежені можливості репарації від однониткових розривів ДНК.

Виявлено гени, що беруть участь у ексцизійній репарації в клітинах людини. Знайдено продукти цих генів – ДНК-зв’язуючий протеїн, гелікази, структурноспецифічні ендонуклеази. Генетичні дефекти системи репарації ДНК у людини призводять до генетичної нестабільності і схильності до канцерогенезу. Прикладами синдромів дефекту репарації у людини є пігментна ксеродерма, синдром Блума, анемія Фанконі. Носії зазначених спадкових дефектів належать до групи дуже високого ризику розвитку злоякісних пухлин. Було клоновано людський ген, причетний до ексцизійної репарації ДНК – це ген ERCC-1. Цей ген складається з 10 екзонів і кодує дві мРНК. Розташований він у 19 хромосомі в плечі q. Він має чітку гомологію з геном дріжджів Rad10.