03 Репарация и рекомбинация(2)

1.

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Основы молекулярной
биологии
Репарация и рекомбинация

2.

Причины появления повреждений в ДНК
• Ошибки репликации
• Репликация «через повреждения» с использованием
полимераз, отличающихся низкой точностью копирования
• Повреждения ДНК за счет внешнего воздействия
(экзогенные факторы):
облучение
повреждение химическими веществами
(например, алкилирование)
• Повреждения ДНК из-за эндогенных (внутренних)
факторов
гидролиз (депуринизация, дезаминирование)
2 2

3.

Виды репарации
1.
Прямая репарация
2.
BER – Base excision repair, репарация вырезанием основания
3.
NER – Nucleotides excision repair, репарация вырезанием
нуклеотидов
4.
MMR – Mismatch репарация, репарация неспаренных
нуклеотидов
5.
SOS-ответ
6.
Репарация при помощи рекомбинации
7.
Репарация двухцепочечных разрывов ДНК
3

4.

ДНК-фотолиаза – флавопротеин, который репарирует
пиримидиновые димеры
-
H
FADH(флавинадениндинуклеотид)
! Фотолиазы активны в бактериях, грибах, растениях и животных, но не функционируют
4
у плацентарных млекопитающих (человека), у которых используется NER

5.

Прямая репарация
Тиминовые (пиримидиновые) димеры могут образовываться между двумя
соседними основаниями под воздействием ультрафиолетового излучения
(например, от солнечного света)
cyclobutane pyrimidine
80%
dimer (CPD)
20%
pyrimidine-pyrimidone (6-4)
photoproduct (6-4PP)

6.

Механизм действия ДНК-фотолиазы
Фотоантенна
MTHF
или
8-HDF
MTHF*
или
8-HDF*
6

7.

Прямая репарация:
MGMT деметилирует m6G и m4T
(O6 -MG)-DNA-метилтрансфераза (MGMT или AGT– у высших эукариот, Ada и Ogt – E.coli)
7
переносит метильный остаток с гуанина на остаток цистеина в своём активном сайте.

8.

Прямая репарация:
AlkB деметилирует m1A и m3C
8

9.

Base excision repair (BER): ДНК-гликозилазы
1.Дезаминированные основания
(С - > U; G - > ксантин; A - > гипоксантин)
Урацил-ДНКгликозилаза
ксантин
гипоксантин
1.Окисленные основания (o8G, FapyG, FapyA)
8-оксогуанин
FapyG (2,6-диамино-4-гидрокси-5формамидопиримидин)
1.Алкилированные основания (m3A, m7G)
3-метиладенин
7-метилгуанин
9

10.

BER у бактерий
10

11.

BER у эукариот
Short patch (1 nt)
Long patch (2-10 nt)
11

12.

Nucleotide excision repair (NER) у бактерий
2
8 н.
4 н.
12

13.

NER у эукариот
Застройка брешей: ДНК полимераза δ(ε) в комплексе с PCNA и RFC
Лигирование: комплекс лигаза III-XRCC1
13

14.

Репарация неспаренных нуклеотидов
(mismatch) у грамм-отрицательных бактерий
=SSB
14

15.

Mismatch репарация у эукариот
15

16.

SOS-ответ на застревание репликативной вилки
Застревание репликативной вилки приводит к удлинению
одноцепочечных участков, в результате белок SSB заменяется на RecA
16

17.

SOS-ответ
17

18.

SOS-ответ
18

19.

DNA damage tolerance (DDT)
У эукариот остановка репликативной вилки приводит к моноубиквитилилированию
PCNA (Rad6/Rad18), а затем к полиубиквитилированию (Rad5/Msm2)
TLS – синтез через повреждения с помощью полимераз ζ, η, θ, ι
19

20.

Двухцепочечные разрывы ДНК
! Бактерии почти всегда используют гомологичную рекомбинацию
20

21.

Негомологичное соединение концов (NHEJ) у эукариот
У E.coli такой системы нет, у некоторых других бактерий (B.subtilis, M.tuberculosis)
есть аналогичная система, для которой необходимы только гомодимер Ku и лигаза D
21

22.

Виды рекомбинации
22

23.

Гомологичная рекомбинация
23

24.

Гомологичная рекомбинация у
бактерий
24

25.

Гомологичная рекомбинация у
бактерий
25

26.

Гомологичная рекомбинация
26

27.

Разрешение структуры Холлидея у бактерий
27

28.

Симметрия структуры Холлидея и
взаимодействующие с ней белки бактерий
28

29.

Гомологичная рекомбинация у эукариот
29

30.

Гомологичная рекомбинация у эукариот
MRN
CtIP
WRN
MutLγ, Exo1, Sgs1
30

31.

V(D)J-рекомбинация
Variable Diversity Joining
31

32.

V(D)J-рекомбинация: лёгкая цепь
32

33.

V(D)J-рекомбинация: тяжёлая цепь
33

34.

V(D)J-рекомбинация
лёгкая цепь
тяжёлая цепь
34

35.

V(D)J-рекомбинация
Кu70 и Ku80, Artemis, XRCC4, лигаза IV – соединяют V, D, J
сегменты (негомологичное соединение концов)
35