Диссертация (1145717), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Это, в свою очередь, увеличивает вероятность повреждения вилокрепликации, способствует появлению двунитевых разрывов ДНК (Green et al., 2010) иперестроек хромосом (Tanaka et al., 2011).Нарушения работы вилки репликации (её замедление, остановка, или, наоборот,ускорение) являются причиной целого ряда геномных нарушений: появления двунитевыхразрывов,одноцепочечныхфрагментовДНК,увеличенияхрупкостихромосом,возникновения сестринских хроматидных обменов, гиперрекомбинации, хромосомныхперестроек или потерь хромосом (Aguilera, Garcia-Muse, 2013).
Одна из причин дефектоврепликационной вилки – повреждения белков репликации (например, RPA или«шлепающей» (flap) эндонуклеазы 1) (Tishkoff et al., 1997; Chen et al., 1998). Нарушенияданных белков приводят к так называемому «репликационному стрессу», который нетолько способствует прерыванию синтеза ДНК и остановке вилки репликации, но иподавляет реинициацию репликации, вызывая накопление двунитевых разрывов (Aguilera,Garcia-Muse, 2013). С другой стороны, остановка вилки репликации может бытьобусловлена тем, что она «наткнулась» на поврежденный участок ДНК (например,некорректно отрепарированный участок или ДНК-аддукт) (Moriel-Carretero, Aguilera,2010).
По-видимому, именно этот механизм лежит в основе возникновения геномнойнестабильности в ответ на УФ-облучение или нарушения в работе ферментовэксцизионной репарация нуклеотидов (NER – nucleotide excision repair) и оснований (BER– base excision repair). Кроме того, остановка вилки репликации может быть вызвана25одновременно происходящей на этом участке транскрипцией – в результате столкновениймежду ДНК- и РНК-полимеразами (Gottipati et al., 2008).Нарушения работы белков контрольной точки (чекпойнта) S-фазы также приводят ксерьезной геномной нестабильности.
В норме эти репарационные белки (ATM, ATR)активируются при остановке репликационной вилки, сопровождающейся возникновениемдлинных участков одноцепочечной ДНК и двунитевых разрывов, и замедляют клеточныйцикл, позволяя репликационной вилке реинициировать синтез и осуществить репарацию.Нарушения в генах белков контрольной точки S-фазы (например, Dbp11, Mec1, Rad53,Chk1) увеличивают частоту появления хромосомных перестроек до 200 раз у дрожжей(Myung et al., 2001), а дефектная работа белков ATM усиливает активностьретротранспозонов L1 в клетках человека (Coufal et al., 2011).Кроме того, нарушения в сборке нуклеосом во время репликации могут приводить квозникновению двунитевых разрывов, одноцепочечных фрагментов (Ye et al., 2003) игиперрекомбинации (Prado, Aguilera, 2005a).
Одним из возможных механизмоввозникновения геномной нестабильности в ответ на нарушения в сборке хроматина –является появление дефектов в образовании фрагментов Оказаки (нарушения их размера ираспределения) (Smith, Whitehouse, 2012).Возможные причины дестабилизации генома при репарации ДНК.Нарушения пострепликативной репарации могут возникать вследствие дефектнойработы TLS-полимераз (например, Pol eta, Pol zeta), которые обнаруживают ДНКаддукты, возникшие во время и после репликации, и обеспечивают синтез ДНК черезповреждение.
Недостаточность TLS-полимераз приводит к увеличению числа двунитевыхразрывов, хромосомных аберраций, и анеуплоидии у млекопитающих (Masutani et al.,1999; Sharma et al., 2012). Интересно, что повышение активности данных полимераз(например, Pol theta и Pol kappa) также приводит к повреждениям ДНК и хромосомнымнарушениям. По-видимому, это происходит вследствие того, что TLS-полимеразыначинаютвытеснятьболеепроцессивныерепликативныеполимеразы,вызываязамедление процесса репликации (Pillaire et al., 2007; Jones et al., 2012).Другой важнейшей системой, обеспечивающей репарацию повреждений, возникшихза время репликации, является гомологичная рекомбинация (Aguilera, Garcia-Muse, 2013).Она активна в фазах S и G2 клеточного цикла и является высокоточной системойрепарации двунитевых разрывов.
Кроме того, она необходима для рестарта поврежденныхвилок репликации, а также – в отсутствии пострепликативной репарации – являетсяальтернативнымпутемустраненияповреждений,блокирующихсинтезДНК.Гомологичная рекомбинация протекает либо посредством пути репарации двунитевых26разрывов (DSBR-путь), требующим разрешения двух структур Холлидея, либо –посредством синтез-зависимого отжига цепей (SDSA-путь).Рис. 1. Различные пути репарации двунитевых разрывов (ДНР), которые могут приводитьк геномной нестабильности (Модиф.
по Aguilera, Gomez-Gonzalez, 2008). (А) SSA (singlestrand annealing) – путь отжига одиночной цепи; (Б) BIR (break-induced replication) –репликация индуцированная разрывом; (В) DSBR/SDSA (double-strand break repair /synthesis-dependent strand annealing) – гомологичная рекомбинация с образованиемструктур Холлидея или с синтез-зависимым отжигом цепей; (Г) NHEJ (non homologousend joining) – негомологичное воссоединение концов; (Д) Добавление теломеры надвунитевой конец; (Е) Формирование цикла «разрыв-слияние-мост».Дляосуществленияпоследовательность,игомологичнойонапроисходитрекомбинациинеобходимапреимущественномеждугомологичнаясестринскимихроматидами в клетках, делящихся митотическим путем, или же – между гомологичнымихромосомами в мейотически делящихся клетках.
В случае если в гомологичнуюрекомбинацию вовлекаются гомологичные участки других хромосом (эктопическаягомологичная рекомбинация), это может приводить к хромосомным перестройкам:транслокациям, делециям, инсерциям и инверсиям (Liu et al., 2011)(рис. 1, «B»).Нарушениягомологичнойфункционированиябелков,участвующихвработе27рекомбинации, также могут приводить к различным формам геномной нестабильности(Wang et al., 2005).
Например, в результате запуска альтернативных форм устраненияповреждений, таких как негомологичное воссоединение концов (NHEJ – non homologousend joining) и индуцированная разрывом репликация (BIR – break-induced replication)(Aguilera, Gomez-Gonzalez, 2008).В случае двунитевого разрыва, возникшего в области вилки репликации налидирующей цепи, запускается репликация, индуцированная разрывами репликация (BIR)на основе локальной микрогомологии, которая способна вызывать нереципрокныетранслокации, делеции и инсерции (Zhang et al., 2009) (рис. 1, «Б»).В случае негомологичного воссоединения концов (NHEJ), происходящего вотсутствии гомологичной последовательности (которая могла бы быть использована какматрица для репарации) – два различных двунитевых конца напрямую соединяютсямежду собой.
Такой тип репарации неточен и может приводить к ряду перестроек, такихкак реципрокные транслокации, интерстициальные делеции, инверсии, инсерции (Burmaet al., 2006) (рис. 1, «Г»). Негомологичное воссоединение концов (как и гомологичнаярекомбинация) является одним из ключевых путей репарации у млекопитающих, однако вотличие от гомологичной рекомбинации – функционирует на всех стадиях клеточногоцикла.Путь отжига одиночной цепи (SSA – single-strand annealing) также не требуетналичия дополнительных гомологичных последовательностей для репарации ДНК.
Вовремя репарации происходит отрезание 5’-концов поврежденного участка с последующимсращиванием выступающих 3’-концов между собой. Белок Rad52 осуществляетвыравнивание обеих цепей так, чтобы комплементарные последовательности образовалисвязи друг с другом. Этот путь репарации также считается мутагенным, так как в ходенего теряется часть ДНК, где происходила репарация, и образуются делеции (Mansour,2008) (рис. 1, «А»).Крометого,хромосомасдвунитевымразрывомможетбытьошибочностабилизирована добавлением теломеры (Makovets, Blackburn, 2010) (рис. 1, «Д»), а цикл«разрыв-слияние-мост» (возникший в результате неправильного слияния разорванныхконцов) может приводить к возникновению транслокаций, делеций и других типовперестроек (Guffei et al., 2010) (рис.
1, «Е»).«Горячие точки» геномной нестабильностиОдной из причин геномной нестабильности является наличие в геноме повторовДНК: тринуклеотидных повторов (TNRs), диспергированных повторов (LINE –longinterspersed nuclear elements, SINE – short interspersed nuclear elements), длинных концевых28повторов (LTRs– long terminal repeats) и ретротранспозонов. Присутствие в геномедлинных тандемных повторов может приводить к нарушениям репликации и остановкерепликационной вилки (Kang et al., 1995; Maurer et al., 1996).
Их наличие такжеассоциировано с предрасположенностью к различных неврологическим заболеваниям учеловека (Richards, Sutherland, 1997).Другими участками генома, подверженными особой нестабильности, являютсяломкие сайты хромосом. Цитологически они выявляются, как суженные участкиметафазныххромосом,склонныекполомкам(ипоследующемуобразованиюхромосомных перестроек) в ответ на слабое ингибирование репликации (Durkin, Glover,2007).Возникновениеломкихсайтовможетбытьобусловленоструктурнымиособенностями (например, это могут быть спирали ДНК, содержащие AT-богатыеповторы или CGG-повторы) или низкой плотностью зон инициации репликации. В целом,их появление свидетельствует о затруднениях в репликации данных участков (Gacy et al.,1995; Le Tallec et al., 2011).Нарушения структуры теломер также делают их «горячими точками» геномнойнестабильности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
