В.Н. Сойфер - Репарация генетических повреждений (статья) (1117846), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Однако болееëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹8, 1997сложные реакции сначала не были найдены в клетках млекопитающих, и в особенности у человека.Начался долгий процесс поиска методов биохимических исследований, которые помогли бы найтиразнообразные механизмы репарации в мире живыхсуществ. В табл. 2 дано сегодняшнее представлениео распространенности способов восстановлениядефектов в ДНК у различных типов организмов. На-НасекомыеЖивотныеЧеловекФотореактивацияРепарация О6-гуаниновЭксцизионная репарация основанийЭксцизионная репарация нуклеотидовМисмэтч-репарацияПострепликативная репарацияSOS-репарацияРастенияТип репарацииБактерииТаблица 2. Репарирующие ферменты среди представителей живого мира+++++?++?++++?+++++++++?+????++++++Примечание.
Довольно удивительным фактом стало отсутствие вмитохондриях эукариотов ферментов репарации, хотя были найдены ферменты, осуществляющие гомологическую рекомбинацию. В одной из работ 1992 года была описана митохондриальнаярепарация внутри- и межнитевых сшивок ДНК, индуцируемых4-нитрохинолиноксидом.до подчеркнуть, что исследования в этой областиидут интенсивно во всем мире. В 1994 году редакцияодного из самых авторитетных научных журналов –“Science” (“Наука”), по традиции посвящающаякаждый год предпоследний выпуск журнала самомуважному событию в науке за этот год, посвятила егорепарации ДНК. Этот выбор был связан с тем, чтоименно в том году было окончательно доказано увеличение частоты раковых заболеваний от подавления мисмэтч-репарации.ÑÖîÖäíõ êÖèÄêÄñàéççõï ëàëíÖåà çÄëãÖÑëíÇÖççõÖ ÅéãÖáçàВ 1968 году Джеймс Кливер нашел причину коварной и неизлечимой болезни человека – пигментной ксеродермии.
У носителей болезни под действием обычного солнечного света, в котором всегдаприсутствуют УФ-лучи, на коже возникают сначалакрасные пятна, которые постепенно переходят в незарастающую коросту, чаще всего трансформирующуюся в раковые опухоли (рис. 5). Кливер нашел,что первопричиной этого заболевания служат дефекты разных репарирующих систем. Многочисленные исследования выявили варианты болезни,обусловленные дефектами всевозможных системëéâîÖê Ç.ç. êÖèÄêÄñàü ÉÖçÖíàóÖëäàï èéÇêÖÜÑÖçàâГен Rec AУльтрафиолетовый светИндукция синтеза rec A белкаrec A ко-протеазаlexA umuDC оперонбелок(репрессор)Разрезанныйrec A копротеазойlexА белокРНК полимеразаumuDC оперонТранскрипцияumuC и umuD белкиПрисоединение umuC, umuDи rec A белков к ДНК полимеразному комплексуГ А Т Ц Г Т=Т А Ц Г Г Т ЦЦТ А ГЦrec AбелокДНК полимеразаumuC umuDГ А Т Ц Г Т=Т А Ц Г Г Т ЦЦ Т А ГЦ Г Т Т ГЦЦ А ГРеплицированная ДНКс ошибками, вставленныминапротив димера тиминаРис.
4. Индуцируемая УФ-светом SOS-репарация. Большие дозы УФ-облучения приводят к возникновению большого числа повреждений ДНК,часть которых остается нерепарируемой к моменту начала репликации. В этих условиях активируется синтез ко-протеазы recA белка, которая участвует в расщеплении (протеолизе) многих белков. В частности, rec A ко-протеаза может узнать иразрезать другой белок – кодируемый геном LexAи являющийся репрессором почти 20 генов, в томчисле оперона umuDC. Разрушение lexA белковоткрывает возможность начать транскрипциюмногих оперонов: РНК полимераза связывается сих промоторами, и в частности с промотором оперона umuDC, и начинает транскрипцию геновUmuC и UmuD. Около 5 лет тому назад большинство генетиков согласились с гипотезой, что вновьсинтезированные белки umuC и umuD способныприсоединиться к комплексу “ДНК полимераза III– recA белок”, изменить его, после чего репликационный комплекс продолжит синтез дочернейнити ДНК на поврежденной матрице и подставит вучастках напротив повреждений любые случайные нуклеотиды, только чтобы пройти эти участки.Репликация ДНК таким образом завершится, однако дочерняя нить будет нести мутации напротивдефектов в материнской нити.
В настоящее времястало ясно, что даже эта довольно сложная схемануждается в значительном усложнении, например, белок umuD под действием recA ко-протеазырасщепляется на две части, и только одна из нихответственна за введение ошибок во вновь синтезированные дочерние цепи ДНКрепарации. В настоящее время известно, что многиедругие наследственные болезни человека обязанысвоим возникновением повреждениям отдельныхэтапов различных процессов репарации.
Списокэтих болезней, пополняемый все новыми примерами, приведен в табл. 3.111а1б1в2а2б3Рис. 5. Клинические проявления наследственных болезней, обусловленных дефектами генов, кодирующихбелки репарации: 1 – пигментная ксеродермия: а – у девочек выявлен дефект генов эксцизионной репарации,обусловливающий развитие пигментной ксеродермии, поэтому они вынуждены всю жизнь избегать попаданияультрафиолетового света на кожу ипрактически жить при искусственномосвещении; б – кожные изменения,возникающие у ребенка, находящегосяна видимом свете; в – глубокие поражения кожи у взрослого, страдающегопигментной ксеродермией. 2 – атаксия-телангиэктазия: а – этот 22-летнийбольной не может передвигаться самостоятельно вследствие атаксии (расстройства координации движений) и привязан к инвалидной коляске; б – расширение капилляров (телангиэктазия; врусском переводе принят термин “телеангиэктазия”) в глазу у больного.3 – синдром Блума: характерная красная пигментация на лице больного, поформе напоминающая очертание бабочки, которая возникает вследствиеболезненного поражения капилляровТаблица 3.
Примеры наследственных болезней человека, обязанных своим возникновением дефектам репарирующихферментовБолезньЧто нарушено в системах репарацииЗатронутые геныСимптомы и последствия заболеванияБолезни, вызываемые преимущественно дефектами эксцизионной репарацииЭксцизионная репарация нуклеотидовXPAСверхчувствительность к УФ-свету, веду(нарушение вырезания, застройки бреXPBщая к появлению красных пятен на коже,шей и др.).
Разнообразные дефекты реXPCпереходящих в незаживающие коросты ипарационных процессов, контролируXPDнередко в рак кожи; неврологические расемых многими генами (так называемыеXPEстройства (синдром Де Санктиса–Качиоварианты XP-генов), активно изучаютXPFни); поражения век, бровей и глаз. Распрося в настоящее времяXPGстранение: 1 случай на 250 000 человек вЕвропе и США; 1 : 40 000 человек в ЯпонииВариантнаяПК Наряду с некоторыми дефектами, (Так называе(10% случаев)присущими классической ПК, наблю- мые вариантыдается изменение параметров репли- XP-генов)кации ДНКТрихотиодистроПовышенная фоточувствительность XPD и, воз- Нехватка серы в белках волос и их лукофия (ТТД)ДНК (примерно в 50% случаев заболе- можно, другие виц, ведущая к ломкости волос, “тигрований), нарушение вырезания димеров генывость” волос (чередование светлых и темтимина или недостаточная скоростьных полос по длине волоса, выявляемоезастройки брешей после вырезанияпод микроскопом); ихтиоз; часто умстнуклеотидов, возможны нарушениявенная и физическая отсталость; дефектытранскрипцииполового развития; аномалии кожи и зубов; нередки раковые заболеванияСиндром Кокэйна Дефекты репарирующих эндонуклеаз иCSAКарликовость, вызываемая задержкойдефектность репарации повреждений вCSBроста и развития в младенческом и деттранскрибируемых участках ДНКXPBском возрасте при нормальном уровнеXPD?гормонов роста, глухота, атрофия зрения,XPG?кальцификация костей черепа и др.FAAСверхчувствительность к химическим муАнемия Фанкони Дефекты репарации повреждений отFABтагенам и канцерогенам, уменьшение кохимических мутагенов и канцерогеновFACличества всех клеточных элементов крови,(но не УФ-света), обусловленные деразличные аномалии врожденных способфектами эндонуклеаз, дефектами расностей, деформация пальцев и другие видыпознавания кросс-сшивок ДНК; понискелетных нарушений, урогенитальныеженная способность к апоптозу посленарушения, микроцефалия, микрофтальионизирующего облучения; двукратноемия, дефекты уха и потеря слуха, сердечудлинение G2-фазы клеточного циклаи др.ные и гастроинтестинальные нарушенияПигментная ксеродермия(ПК)Классическая ПК(ей соответствуют90% клиническихслучаев ПК)12ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹8, 1997БолезньЧто нарушено в системах репарацииЗатронутые геныСимптомы и последствия заболеванияБолезни, вызываемые преимущественно дефектами репаративного синтезаи дефектного клеточного ответа на поражения ДНКАтаксия-теланги- Дефекты репаративного синтеза ДНК, Четыре группы Появляется у одного из 40 тыс.
новорожэктазия (синдром нарушения клеточного цикла, высокая комплемента- денных, основные поражения отмечены вЛуи-Бара)частота спонтанных хромосомных ано- циинервной и иммунной системах (мозмалий, увеличенная чувствительностьжечковая атаксия, приводящая к нарушек ионизирующим излучениям и радиониям координации мышщ, шатающейсямиметикам, к УФ-свету и агентампоходке и прогрессирующей умственнойсходного действия (таким, как 4-нитотсталости, кожным нарушениям, предрохинолиноксид)расположенности к раковым заболеваниям и др.)Синдром БлумаЗамедленная репликация ДНК и поРезко уменьшенный вес новорожденных,давленный репаративный синтез, вызадержанный рост; при непродолжительсокая частота хромосомных аберраций,ном пребывании на солнечном свету наособенно сестринских хроматидныхлице появляется характерная красная пигобменов, по-видимому обусловленнаяментация, по форме напоминающая банизкой активностью лигаз (молекулярбочку и вызванная расширением капилная причина дефекта пока неясна)ляров; повышенная чувствительность квирусным инфекциям; резко повышенный риск раковых заболеванийБолезни, вызываемые преимущественно дефектами мисмэтч-репарацииНаследственныйИсследования 1994 года показали, что Аналоги бакте- Наиболее часто встречающаяся наследнеполипозныйнаиболее часто болезнь вызывается де- риальных генов ственная предрасположенность к ракурак прямой кишки фектами мисмэтч-репарации.
В насто- MutS и MutL(1 : 200 человек), требующая, как правило,каскада последовательного мутированияящее время исследования в данном наспецифических локусов в нескольких хроправлении ведутся во многих лаборамосомах человека, приводящего к активаториях мирации нескольких онкогеновáÄäãûóÖçàÖОткрытие и детальное изучение процессов репарации ДНК стало одним из интереснейших и важных достижений молекулярной генетики второй половины ХХ века.
Аргументом в пользу решающейроли процессов репарации в эволюции жизни наЗемле стали эксперименты американского ученогоАртура Корнберга. Долгое время он, первооткрыватель ДНК полимераз, пытался осуществить в пробирке искусственный синтез ДНК, но это ему неудавалось. Вместо линейных полимеров он получалразветвленные (и нежизнеспособные) молекулыДНК. И только когда в середине 70-х годов он ввел вреакционную смесь ферменты репарации, то добился успеха: начали синтезироваться нормальные двунитевые молекулы ДНК, без ветвящихся сахарофосфатных нитей и других дефектов.
После этого сталидумать, что и в природе эволюция первых клеток безферментов репарации произойти не могла. Так лиэто было на самом деле, могут установить толькоспециально спланированные опыты по воссозданию жизни в условиях лаборатории, однако пока этозадача будущего.Рис. 1–3 воспроизведены с разрешения издательства в модифицированном виде из кн.: Snustad P.,Simmons M., Jenkins J.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
