Репарация ДНК

1.

РЕПАРАЦИЯ ДНК
Резяпкин Виктор Ильич
доцент кафедры биохимии
v.rezyapkin@grsu.by

2.

Нарушения, возникающие в ДНК
5'-конец
Апуринизация
Ежедневно
клетка человека
теряет около
5000 пуринов.
Результатом
апуринизации
является АРсайт –
дезоксирибоза
лишенная
основания
3'-конец
A
T
Г
Ц
Ц
T
3'-конец
A
5'-конец

3.

Дезаминирование
• Дезаминирование
цитозина после
репликации
приводит к
мутации, т.к.
образовавшийся
урацил
комплементарен
аденину, а не
гуанину
O
NH2
Цитозин
HN
N
O
Урацил
N
N
O
ДНК
ДНК
NH2
N
Аденин
N
О
Н
N
N
N
N
Гипоксантин
N
N
ДНК
HN
H2N
O Гуанин
N
N
N
ДНК
ДНК
O
N
HN
О
Ксантин
N
N
Н
ДНК

4.

Алкилирование
• Алкилированные азотистые основания могут образовывать
некононические пары, например, 7-этилгуанин с тимином,
способствовать апуринизации.
N
N
H2N
ОН Гуанин
N
N
H2N
О6-метилгуанин
N
N
ДНК
N
ДНК
O CH3
N
O
H
H2N
N
N
+ C 2H 5
N
7-этилгуанин
N
ДНК

5.

• Образование пиримидиновых (тиминовых) димеров
(под действием ультрафиолетового света)
O
CH3 H3C
HN
O
O
O
NH
N
N
ДНК
ДНК
CH3 H3C
O
HN
O
O
NH
N
N
ДНК
ДНК
O
• Размыкание пуринового кольца
• Одноцепочечные и двухцепочечные разрывы ДНК
• Межцепочечные сшивки

6.

Прямая репарация
• Фотореактивация
• Фотолиаза, активированная светом, распознает
пиримидиновыми димеры в ДНК, присоединяется к
ним и разрывает возникшие между
пиримидиновыми кольцами связи.
• После этого фотолиаза отходит от ДНК.
• Восстановление структуры ДНК на этом завершено.
O
CH3 H3C
HN
O
O
O
N
N
ДНК
ДНК
CH3 H3C
HN
NH
O
O
O
NH
N
N
ДНК
ДНК
O

7.

Репарация алкилированных оснований
• Метилтрансферазы удаляют метильные группы с
модифицированных оснований и благодаря этому
восстанавливают исходную структуру ДНК.
• Метилтрансфераза, захватив метильную группу, не
может от нее освободиться.
N
H2N
O CH3
N
Метилтрансфераза
N
H2N
N
ДНК
Метилгуанин
ОН
N
N
N
N
ДНК
Гуанин

8.

Репарация однонитевых разрывов ДНК
• ДНК-лигаза
соединяет
разорванные
цепи в
молекуле ДНК
3'
5'
5'
HO O
5'
3'
P O
OH
3'
HO
ДНК-лигаза
+ АТФ или НАД+
3'
5'
O
5'
HO
O
P
O
3'

9.

Репарация АР-сайтов за счет прямой вставки
пуринов
• Ковалентная связь между
пуриновым основанием и
сахаром может рваться.
• В молекуле ДНК образуется
брешь, названная АР-сайтом.
• Инсертазами (от англ. insert вставлять) могут вставлять в
брешь такое же основание,
какое было до поражения, и
соединять его с сахаром.
• Структура ДНК приобретает
исходный неповрежденный
вид.

10.

Эксцизионная репарация
• Поврежденные участки вырезаются из цепи ДНК
(отсюда происходит и термин "эксцизионная
репарация", от англ. excision - вырезание)
• Образовавшиеся бреши заполняются
неповрежденным материалом
• Существуют два варианта эксцизионной репарации

11.

Вариант 1.
Вырезание поврежденных оснований
гликозилазами и застройка АР-сайтов
• Гликозилазы узнают разнообразные поврежденные
основания и рвут гликозидные связи между
модифицированным основанием и дезоксирибозой, в
результате образуются АР-сайты.
• АР-сайт распознается АР-эндонуклеазой. Она вносит
разрыв в цепи молекулы ДНК
• Далее в работу вступает фосфодиэстераза: она отщепляет
от ДНК сахарофосфатную группу, к которой теперь не
присоединено основание.
• Появляется брешь в цепи ДНК размером в один нуклеотид.
• Напротив бреши в противоположной нити ДНК расположен
неповрежденный нуклеотид
• ДНК полимераза вставляет в брешь комплементарный ему
нуклеотид.
• ДНК-лигаза соединяет разрыв нити ДНК
• Повреждение восстановлено

12.

13.

Вариант 2. Вырезание нуклеотидов
Процесс можно разделить на четыре этапа:
• а) распознавание поврежденного участка ДНК;
• б) двойное надрезание (инцизия) цепи ДНК по
обеим сторонам поврежденного участка и его
удаление (эксцизия);
• в) заполнение бреши в процессе репаративного
синтеза;
• г) лигирование оставшегося одноцепочечного
разрыва ДНК.

14.

15.

Репарация неспаренных оснований.
• Во время репликации ДНК происходят ошибки спаривания.
Неправильное спаривание может затронуть только
дочернюю нить ДНК; матричная нить в процессе
репликации остается неизменной.
• Следовательно, система репарации должна проводить
замену некомплементарных оснований только на дочерней
цепи.
• Клетки используют различие в структуре матричной и
дочерней нитей.
• Материнская нить ДНК несет метилированные аденины, а в
дочерней нити до окончания репликации аденины еще не
метилированы.
• Пока они остаются неметилированными, клетки
исправляют ошибки.

16.

17.

Рекомбинационная (пострепликативная)
репарация
• Чтобы залечить имеющую повреждение ДНК во
время репликации, клетка прибегает к
следующему приему.

18.

19.

SOS-репарация
• SOS-репарация используется, когда повреждений в ДНК
становиться много.
Степень индукции SOS-репарации
количеству повреждений в ДНК.
пропорциональна
• При небольшом числе повреждений увеличивается число
репаративных белков.
• При большем числе повреждений приостанавливается
деление клетки и индуцируется синтез еще большего числа
репаративных белков.

20.

• При еще большем числе повреждений в клетке
синтезируются белки, которые способствуют ДНКполимеразе осуществлять синтез дочерней цепи ДНК,
используя в качестве матрицы дефектные звенья
материнской цепи.
• В связи с этим в дочерней цепи ДНК появляется много
ошибок.
• Благодаря SOS-репарации происходит удвоение ДНК и
клетка может разделиться.
• Дочерние клетки выживут, если жизненно важные функции,
закодированные в ДНК, сохраняться, если же нет –
погибнут.

21.

22.

ДЕФЕКТЫ РЕПАРАЦИОННЫХ СИСТЕМ
И НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ
Пигментная ксеродермия.
• У носителей болезни под действием обычного
солнечного света, в котором всегда присутствуют
УФ-лучи, на коже возникают сначала красные пятна,
которые постепенно переходят в незарастающую
коросту, чаще всего трансформирующуюся в
раковые опухоли
• Первопричиной этого заболевания служат дефекты
разных репарирующих систем.
• В настоящее время известно, что многие другие
наследственные болезни человека обязаны своим
возникновением повреждениям отдельных этапов
различных процессов репарации.