Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 96
Текст из файла (страница 96)
В точности не из вестно, как именно происходят этот поиск и окончательное опознавание оснований, но они могут вовлекать кратковременное образование комплементарных пар между Рис. 5.55. Структура филаментов, образованных из белков ВесА и Ва651 и ДНК. а) Белок Яа651 — присущий человеку гомеле г белка ВесА бактерий — связан с однотяжевой ДНК.
Три следующих друг за другом белковых мономера в этом спиральном филаменте окрашены. б) Короткий сегмент ВесА-филамента с изображением филамента, строение которого было определено электронной микроскопией, совмещена трехмерная структура белка КесА. На один виток спирали приходится окало шести мономеров ВесА, удерживающих 18 нуклеотидов одноцепочечнойДНК, которая расгянута белком. Точная конфигурация ДНК в этой структуре не известна.
) Изображение а любезно предоставил Ббшап) Бве! птап; сниьюк б заимсгвован из Х. Уц ет а)., 1 Мог Вю!. 283; 985-992, 1998. С блапгсклонного разрешения издательства Яса6епкс Ргем.) 55. Гомояогичная рекомбинация 473 ких процессах гомологичной рекомбинации, в том числе и в процессах устранения двухцепочечных разрывов, которые будут описаны далее. 5.5.б. Гомологичная рекомбинация может безупречно репарировать двухцепочечные разрывы ДНК Ранее в этой главе мы обсуждали внушаюпше ужас проблемы, создаваемые двухцепочечными разрывами в ДНК, и увидели, что клетки могут устранять такие разрывы двумя путями. Негомологичное соединение концов (см.
Рис. 5.51) происходит без участия матрицы и создает мутацию на участке, в котором два дуплекса ДНК сцеплены. Кроме того, ее действием могут быть случайно сведены воедино сегменты из двух разных хромосом и тем самым осуществлены хромосомные транслокации, многие из которых имеют серьезные последствия для клетки.
В отличие от негомологичного соединения концов, гомологичная рекомбинации может со всей точностью устранять двунитевые разрывы без какой-либо потери или видоизменения нуклеотидов на участке восстановительных работ (рис. 5.59). В большинстве клеток опосредствованное рекомбинацией устранение двунитевых разрывов происходит только после того, как клетка реплицирует свою ДНК, и поэтому один из ближайших дочерних дуплексов ДНК может служить матрицей для восстановления второго.
Гомологичная рекомбинация может быть использована также для устранения повреждений ДНК многих других типов, благодаря чему она выступает, возможно, наиболее универсальным механизмом репарации ДНК из имеющихся в арсенале клетки; «многоцелевой» характер рекомбинационного восстановления, вероятно, и объясняет причину, по которой его механизм и белки, что приводят его в действие, остались консервативными практически во всех клетках на Земле. 5.5.7. Клетки тщательно регулируют степень использования гомологичной рекомбинации для репарации ДНК Хотя гомологичная рекомбинация ловко решает проблему точного исправления двунитевых разрывов и повреждений ДНК других типов, она вместе с тем представляет определенную опасность для клетки и поэтому должна жестко регулироваться.
Например, последовательность ДНК в одном хромосомном гомологе может стать функционально неактивной при «ремонте» ее с использованием другого хромосом ного гомолога в качестве матрицы. Потеря гетерозиготности такого типа часто оказывается решающим моментом в формировании раковых образований (о чем будет сказано подробнее в главе 20), и клетки имеют (еще плохо изученные) специальные механизмы, чтобы минимизировать ее. Хотя потеря гетерозиготности относительно редка в нормальных клетках, ее можно рассматривать как нежелательный побочный эффект многофункциональности гомологичной рекомбинации.
Другой тип «надзора» над рекомбинационной репарацией, который встреча ется почти во всех клетках эукариот, предотвращает основанную на рекомбинации «репарацию» при отсутствии повреждения ДНК. Ферменты, которые катализируют рекомбинационную репарацию, у эукариот обычно вырабатываются на относительно высоких уровнях и рассредоточиваются по всему ядру. В ответ на повреждение ДНК они быстро направляются к участкам повреждения и в конечном счете образуют «ремонтные фабрики», на которых устраняются многие повреждения ДНК (рнс.
5.60). Такая срочная мобилизация белков репарации к поврежденной ДНК 474: ': ' '-:,!Ц~~Фф$,':~ф!$~~11~Мф$~ФЙтуба~йфф~бб~бзбФ$~35Ф~' двухцепочвчный разрыв ДНК б' 3' '' сестринские хроматиды 3' 6' б' " ' ""' '' '' 3' р Зг ' Зг внедрение цепи точка ветвления бг 3 3' 6' синтез ДНК и миграция точки ветвления бг " ' ' "' .' * " Зг з Зг бг продолжающаяся миграция точки ветвления, сопровождаемая спариванием вновь синтезированной ДНК с верхней цепью и синтезом ДНК верхней цепи Зг 6' лигирование ДНК 3' Рис. 5 59. Механизм устранения двухцепочечного разрыва посредством гомологич ной рекомбинации.
Это предпочтительный метод устранения двунитеэых разрывов ДНК, которые возникают вскоре после того, как ДНК была реплицирована и две сестринские хроматиды все еще скреплены одна с другой. В этом процессе участвуют многие из тех же белков, что и в представленном на рис. 5.53 механизме, и протекает он через те же основные промежуточные шаги. Вообще, гомологичная ре комбинация может быть расценена как гибкий ряд реакций, точный путь протекания коих отличается от случая к случаю. Например, длина взссгановительной азаплаты» может изменяться в широких пределах в зависимости от степени 5спроцессинга, миграции точки ветвления и синтеза новой ДНК. (См. М. Мсуеу, 1 1айосйце, М.
О. Адагпз, апо 1 5ейеЫ~у, Ргос. ЛГатб Асора. 5сб 1Г54 101: 15694-15699, 20043 Рис. 5.60. эксперимент, демонстрирующий быструю мобили- а) зацию белков репарации к местам двухцепочечных разрывов ДНК. О>ибробласты человека подвергали рентгеновскому облучению с целью создания двухцепочечных разрывов ДНК. Прежде чем рентгеновские лучи ударили по клеткам, их пропустили через микроскопическую се>ну с поглощающими рентгеновские лучи «полосками», расположенными через 1 мкм друг от друга. В результате образовалась полос«атал картина повреждения ДН К, позволившая сравнить поврежденную и неповрежденную ДНК в одном и том же ядре.
а) Вся ДНК в ядре фибробласта, окрашенном красителем 0АР!. б) Участки синтеза новой ДНК, проявляющиеся за счет включения Вп) Ц' (аналога тимина) и последующего охра ш ива пня связанными с Е)ТС> антитела ми к Вп? Ц. в) Скопление комплексов Мге11 в местах повреждения ДНК, наблюдаемое с помощью красителя Техас-гед, конъюгированного с антителами к субъединице Мге11. Высказано предположение, что комплекс Мге11 изначально распознает двунитевые разрывы в клетке, а затем мобилизует дополнительные белки для «залечивания» разрывов путем гомологичной рекомбинации (см.
рис. 5.59). Препараты а, б и в обрабатывали красителями спустя ЗО минут после облучения. (Заимствовано из В. Е. Не)гпз ет а!., 5сгелсе 280. 590 — 592, 199В. С любезного разрешения издательства ААА5.) 10 мкм четко управляется клеткой и требует ряда вспомогательных белков. Два нз них, белки Вгса? и Вгса2, были впервые обнаружены в связи с тем, что мутации в их генах приводят к резкому повьппению частоты заболеваемости раком молочной железы. В то же время удаление белка, необходимого для гомологичной рекомби нации (такого как белок человека Вас)51), убьет клетку, а видоизменение в любом вспомогательном белке может снизить эффективность репарации.
Как результат— накопление повреждений ДНК в небольшой доле клеток может дать начало раку. Белок Вгса2 связывается с белком Каг)51, предотвращая его полимеризацию на ДНК и таким образом поддерживая сто в неактивной форме. Нолагают, что белок Вгса2 помогает быстро доставлять белок Вас(51 к участкам повреждения и высвобождать его там уже в активной форме В главе 20 мы увидим, что и слишком болыпой, и слишком малый уровни гомологичной рекомбинации у людей могут приводить к раку: первый — через потерю гетерозиготности, а последний — через увеличенную частоту мутаций, вы званную неэффективностью репарации ДНК.
Ясно, что в горниле эволк>ции был выкован чувствительный механизм, который держит этот процесс под контролем в случае неповрежденной ДНК и в то же время позволяет ему действовать эффек тивно и быстро при повреждении ДНК. Бактерии тоже тщательно регулируют деятельность ферментов, отвечающих за рекомбинацию и репарацию 1Ц)К, но это происходит главным образом путем управления уровнями их концентраций внутри клетки.
В ответ на серьезное по вреждение ДНК у Е. сой увеличивается транскрипция многих ферментов репарации ДНК вЂ” как часть так называемой реакции 5О5, или 5О5 репарации. В их числе ферменты репарации, работающие по механизму вырезания нуклеотидов; исправ > 5 брондезокгкурнднн - 1?Ршч. пер. з Флуоресценннзоп>они»наг. Прим. лер. лающие ошибки ДНК-полимеразы, которые умеют использовать поврежденную ДНК в качестве матрицы; и белки, которые опосредуют гомологичную рекомбинацию. Исследования мутантных бактерий с нарушением различных составляющих ЯО5 репарации показывают, что недавно синтезированные белки имеют два эффекта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
