Репарация как механизм поддержания генетического гомеостаза. Виды и механизмы репарации

1.

2.

Альберт Кельнер(США) – в 1948 году обнаружил явление
фотореактивации — уменьшение повреждения биологических
объектов, вызываемого ультрафиолетовыми (УФ) лучами, при
последующем воздействии ярким видимым светом (световая репарация).
Р. Сетлоу, К. Руперт (США) и другие установили, что
фотореактивация — фотохимический процесс, протекающий с
участием специального фермента и приводящий к расщеплению димеров
тимина, образовавшихся в ДНК при поглощении УФ-кванта
Позднее была обнаружена темновая репарация – свойство
клеток ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света.
Механизм темновой репарации облучённых УФ-светом бактериальных
клеток был предсказан А. П. Говард-Фландерсом и экспериментально
подтверждён в 1964 году Ф. Ханавальтом и Д. Петиджоном (США). Было
показано, что у бактерий после облучения происходит вырезание
повреждённых участков ДНК с изменёнными нуклеотидами и ресинтез ДНК
в образовавшихся пробелах.
Томас Линдаль, Азиз Шанкар и Пол Модрич получили
Нобелевскую премию по химии 2015 года за исследования в
области изучения методов репарации ДНК

3.

Источники повреждения ДНК
• Ультрафиолетовое излучение
• Радиация
• Химические вещества
• Ошибки репликации ДНК
• Апуринизация — отщепление азотистых оснований от
сахарофосфатного остова
• Дезаминирование — отщепление аминогруппы от
азотистого основания

4.

Основные типы повреждения ДНК
• Повреждение одиночных нуклеотидов
• Повреждение пары нуклеотидов
• Двухцепочечные и одноцепочечные разрывы цепи ДНК
• Образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или
разных цепей ДНК

5.

Устройство системы репарации
• ДНК-хеликаза — фермент, «узнающий»
химически изменённые участки в цепи и
осуществляющий разрыв цепи вблизи от
повреждения
• Экзонуклеаза — фермент, удаляющий
повреждённый участок
• ДНК-полимераза — фермент,
синтезирующий соответствующий
участок цепи ДНК взамен удалённого
• ДНК-лигаза — фермент, замыкающий
последнюю связь в полимерной цепи и
тем самым восстанавливающий её
непрерывность.

6.

ТИПЫ
РЕПАРАЦИИ

7.

Прямая репарация — наиболее простой путь устранения повреждений
в ДНК, в котором обычно задействованы специфические ферменты,
способные быстро (как правило, в одну стадию) устранять
соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру
нуклеотидов. Так действует, например, O6-метилгуанин-ДНКметилтрансфераза, которая снимает метильную группу с азотистого
основания на один из собственных остатков цистеина.

8.

Эксцизионная репарация
(англ. excision — вырезание)
включает удаление
повреждённых азотистых
оснований из ДНК и
последующее восстановление
нормальной структуры
молекулы по комплементарной
цепи. Ферментативная система
удаляет короткую однонитевую
последовательность
двунитевой ДНК, содержащей
ошибочно спаренные или
поврежденные основания, и
замещает их путём синтеза
последовательности, комплеме
нтарной оставшейся нити.
Эксцизионная репарация
является наиболее
распространённым способом
репарации модифицированных
оснований ДНК.

9.

Другой тип
эксцизионной
репарации —
эксцизионная
репарация
нуклеотидов,
предназначенная
для более крупных
повреждений, таких
как образование
пиримидиновых
димеров.

10.

Пострепликативная репарация - тип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс
эксцизионной репарации недостаточен для полного исправления повреждения: после репликации с
образованием ДНК, содержащей повреждённые участки, образуются одноцепочечные бреши,
заполняемые в процессе гомологичной рекомбинации при помощи белка RecA.
Пострепликативная репарация была открыта в клетках E. coli, не способных выщеплять тиминовые
димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.

11.

Mismatch - Репарация ошибочно
спаренных нуклеотидов — система
обнаружения и репарации вставок,
пропусков и ошибочных спариваний
нуклеотидов, возникающих в
процессе репликации и
рекомбинации ДНК, а также в
результате некоторых типов
повреждений ДНК
Процесс репарации заключается в
распознавании дефекта,
определении исходной и дочерней
нити ДНК, удалении ошибочно
включённого нуклеотида и его
замена правильным нуклеотидом.
Удаляется обычно не только
неправильный нуклеотид, но и часть
нити ДНК вокруг него, после чего
дочерняя нить восстанавливается,
используя основную нить как
матрицу.

12.

SOS – репарация –
SOS-систе́ма — защитная система бактерий, которая
активируется в ответ на серьёзные повреждения ДНК или
ингибирование репликации и запускает сложную цепочку
защитных реакций, в том числе экспрессию многих генов,
связанных с репарацией. Физиологические изменения в
клетке под действием SOS-системы называются SOSответом. Ключевую роль в запуске SOS-системы играет
белок RecA. Он активирует саморасщепление белка LexA,
который в нормальных условиях подавляет экспрессию
генов SOS-системы.
SOS-система была открыта и названа в 1975 году
Мирославом Радманом у кишечной палочки (Escherichia coli)

13.

Интересные факты
• Полагают, что от 80 % до 90 % всех раковых заболеваний связаны
с отсутствием репарации ДНК.
• Повреждение ДНК под воздействием факторов окружающей
среды, а также нормальных метаболических процессов,
происходящих в клетке, происходит с частотой от нескольких сотен
до 1000 случаев в каждой клетке, каждый час.
• По сути ошибки в репарации происходят так же часто как и в
репликации, а при некоторых условиях даже чаще.
• В половых клетках сложная репарация, связанная с гомологичной
рекомбинацией не происходит из-за гаплоидности генома этих
клеток