1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 28
Текст из файла (страница 28)
В этом процессе участвуют продукты около 30 генов, большинство из которых клонированы(см. гл. 12). Этот тип репарации обнаружен у простейших (например,Tetrachimena pyriformis), в культуре клеток млекопитающих. Удаление тиминовых димеров из клеток млекопитающих сопровождаетсятак называемым внеплановым синтезом ДНК, который происходит порепаративному типу: вне S-фазы клеточного цикла.
Он аналогичен пахитенному синтезу ДНК в мейозе. Внеплановый синтез ДНК показан146 &Часть 1. Наследственностьв зародышевых клетках и на постмейотических стадиях гаметогенезау самцов мыши после действия этилметансульфоната. В ходе эксцизионной репарации у млекопитающих включается в среднем 20 новыхнуклеотидов на каждый пиримидиновый димер. Известна мутантнаялиния клеток китайского хомячка с ослабленным (по сравнению с исходной линией) внеплановым синтезом ДНК, проявляющая повышенную чувствительность к ультрафиолетовому свету.Нарушения процессов репарации ДНК обнаружены у людей, пораженных наследственным заболеванием — пигментной ксеродермой.Известно несколько типов этой болезни: XPI, ХРИ, XPvar, общими симптомами которой служит повышенная чувствительность к солнечномусвету, приводящая к развитию рака кожи.
Известно 7 генов: ХРА —XPG, мутации в которых приводят к развитию пигментной ксеродермы.Культура клеток больных XPI чувствительна к ультрафиолетовому свету, но не к ионизирующим излучениям. У этих больных дефект эксцизионной репарации связан с отсутствием активности УФ-эндонуклеазы.В культуре клеток здоровых людей после облучения ультрафиолетовымсветом в дозе 10 Дж/м2 через 20 ч из ДНК исчезает до 90% тиминовыхдимеров (со скоростью 40000 димеров в час), в то время как в клеткахбольных XPI димеры вообще не удаляются из ДНК.Тип XPII чувствителен как к ультрафиолетовому, так и к рентгеновскому излучениям.
Клетки XPII не способны репарироватьДНК, имеющую однонитевые разрывы. По-видимому, это связано сотсутствием в них фермента ДНК-полимеразы е, аналогичной ДНКполимеразе I Е. coli. Наконец, в клетках больных третьего типа —XPvar — выщепление димеров тимина идет нормально, а дефект связан с отсутствием активности ДНК-полимеразы г|, осуществляющейсинтез в обход повреждений.Неожиданной оказалась связь эксцизионной репарации с транскрипцией (см.
гл. 16). Фактор базального уровня транскрипции —TFIIH, состоящий из шести субъединиц, как выяснилось, включаетбелки, кодируемые генами ХРВ и XPD. Эти белки имеют геликазнуюактивность и раскрывают ДНК около повреждений. У эукариот репаративный синтез ДНК осуществляет ДНК-полимераза е во взаимодействии с факторами PCNA и RFC (см. гл. 5). В первую очередь происходит вырезание нуклеотидов из транскрибируемой цепи ДНК.
Такаяпредпочтительная репарация не работает в случае наследственногозаболевания — синдрома Кокейна. Сходный дефект эксцизионнойрепарации наблюдают и при другом наследственном заболевании —трихотиодистрофии. При этом мутантными оказываются гены ХРВ,XPD или TTDA. Продукты всех этих генов входят в состав TFIIH.Глава 6. Репарация ДНКФ1476.4.2. Репарация ДНК с неспаренными основаниямиЭта система репарации, которую у Е. coli называют также системой MutHLS в соответствии с генами, которые ее контролируют,узнает все типы «неправильных» пар в ДНК. Исключение может составлять только пара С-С.
Она узнает и устраняет также нарушенияструктуры ДНК, возникающие в результате вставок не более 4 оснований в одну из цепей. В случае дефектов этого механизма, например у мутантов mutH, mutL, mutS, в результате неизбежных ошибокрепликации накапливаются мутации — замены пар оснований, т. е.мутанты по этим генам обладают свойством повышенной мутабильности.В ходе репликации ДНК некоторые остатки аденина, находящиесяв составе последовательности GATC, метилируются.
Восстановление нормальной структуры ДНК с неспаренными основаниями происходит обычно при репликации благодаря удалению участка вновьситезируемой цепи, которая еще не метилирована (см. рис. 6.5). Темсамым увеличивается точность репликации. В этом процессе участвуют продукты перечисленных ранее генов, а также геликаза II —продукт гена uvrD (он же mutU), холоэнзим ДНК-полимеразы III,СНз\Рис.
6.5. Репарация ДНК с неспаренными основаниями. Путь, контролируемый генамиmutH, mutL, mutS у Е. coli148 #Часть I. НаследственностьДНК-лигаза, белки, связывающие однонитевую ДНК (белки SSB),а также одна из однонитевых экзонуклеаз (Экзо I, Экзо VII или продукт гена recJ). Неспаренность опознает белок MutS. Белок MutLслужит для стабилизации комплекса и активации эндонуклеазыMutH, которая делает однонитевой разрыв на неметилированнойцепи. Далее (у прокариот) следует эксцизия нуклеотида и ресинтезДНК при помощи ДНК-полимеразы III.У эукариот существует механизм репарации ДНК с неспаренными основаниями, сходный с путем MutHLS бактерий.
Обнаруженыгомологи mutL и mutS, а также биохимически показано, что у эукариот есть система репарации, направляемая однонитевыми разрывамипо аналогии с функцией белка MutH Е. coli. У человека с дефектамирепарации ДНК, содержащей неспаренные основания, связан ракпрямой кишки.Первоначально считалось, что система репарации, устраняющаянеспаренности оснований, только исправляет ошибки репликации.Теперь очевидно, что она участвует в эксцизионной репарации ДНКс физико-химическими повреждениями оснований, активно используется в рекомбинации (см. гл.
8), а также активирует контрольныеточки, узнавая некоторые типы повреждений и запуская механизмостановки клеточного цикла.6.4.3. Эксцизия оснований и нуклеотидовЭто частный случай эксцизионной репарации, удаляющей изДНК необычные основания, которые могут появиться в ней входе репликации. В процессе клеточного метаболизма синтезируются не только обычные основания и нуклеотиды, но и ихпроизводные, или аналоги, которые, конкурируя с обычнымиоснованиями в вилке репликации, включаются в ДНК. Необычные основания могут появиться в ДНК также вследствие химической модификации — метилирования, окисления, восстановления, дезаминирования и т.
д. обычных оснований: А, Т, Г и Ц(рис. 6.6).Необычные основания удаляют ДНК-гликозилазы. В результатеэтого возникают т. н. апуриновые и апиримидиновые (АП) сайты,которые далее удаляют: АП-эндонуклеаза, разрезающая цепочкуДНК в положении 5', и АП-лиаза, разрезающая ДНК в положении3' — по отношению к АП-сайту. Остающийся в результате этого дезоксирибозофосфат удаляет фосфодиэстеразная активность ДНКполимеразы р. Образовавшийся однонитевой пробел, или брешь,заполняют ДНК-полимераза р и ДНК-лигаза.Глава 6. Репарация ДНК$8 149Он ы Л |НУрацилГипоксантинNH2O ^N H g2, 5 -А м и н о -5 ф о р м а м и д о -п и р и м и д и нНМ очевина7, 8-Д и ги д ро-8-о ксо гуанинНТи м ин гл и кол ь5-Ф орм илурацилЗ -М ети л а д е н и н7-М ети л гуан и нН5-Гидроксим етилурацил2-М етилцитозинРис.
6.6. Необычные основания, удаляемые эксцизией из ДНК6.5. Пострепликативная (рекомбинационная) репарацияЭтот тип репарации (см. рис. 6.3, 6.7) был открыт в клетках мутантов Е. coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. В таких клетках после ультрафиолетового облучения происходит репликация ДНК, хотя и медленнее, чем в клетках дикого типа. У. Раппи П.
Говард-Фландерс показали, что клетки мутантов uvrA последействия ультрафиолетового света синтезируют ДНК с одноните-150 *Часть 1. НаследственностьПораженная двойная спираль------в ь ш и Пр о б е л аМ И , ИЛИ б реШ Э М И ,------ - \причем длина вновь синтезированных фрагментов соответствует среднему расстоянию междувозникшими в родительскойДНК тиминовыми димерами. Таким образом, после репликациинерепарированной ДНК противпиримидиновых димеров образуются бреши, которые, какоказалось, исчезают при последующей инкубации клеток в питательной среде.
Репарация этого типа не происходит в клеткахгеомутантов, дефектных по рекомбинации (см. гл. 8). Поэтомупострепликативную репарациюназывают также рекомбинационной репарацией.Двойная спираль с рспарированной брешьюМеханизм пострепликативной■Л-Ч.IIрепарации наименее специфичен,так как здесь отсутствует этапНеизмененная сестринская спиральузнавания повреждения. Пред5 ----------------------- »1' м --------------------ставления о репарации этого типаРепаративный синтезсвязаны со знанием механизмоврекомбинации (см. гл. 7, 8). РеРис. 6.7.
Рекомбинационная репарациякомбинационная пострепликаДНК (из Сойфера, 1997)тивная репарация — это быстрыйспособ восстановления нативной структуры, по крайней мере, частидочерних молекул ДНК. При этом тиминовые димеры остаются висходных родительских нитях. Эта репарация происходит уже в первые минуты после облучения.6.6. SOS-репарацияУ Е. coli есть и другая разновидность репарации — медленнаяпострепликативная репарация, для осуществления которой требуется несколько часов.
Ее проводит система ферментов, которых нетв необлученных клетках и которую индуцируют сохраняющиесяв ДНК повреждения — одноцепочечные участки. Этот механизмполучил наименование SOS-репарации. Главную роль в SOSрепарации играют белки LexA и RecA. LexA служит репрессоромГлава 6.
Репарация ДНКI&151УФ-свстИндукция синтеза белка RecAI ■IIIIG A T С GС T A G С111If A C G G T C- P' "!IIIG A TС G 1 T A C G G T CC T A G C G t ' T G C C A GiRecAUmuCUmuD\iкk m U.I.-1A— l i i>IРеплицированная ДНКс ошибками, вставленныминапротив димера тиминаРис. 6.8. SOS-репарация у Е. coli (из Сойфера, 1997, с уточнениями)синтеза RecA и еще около 20 других генных продуктов. Он подавляет экспрессию соответствующих генов и оперонов (см. гл. 17,раздел 17.3), входящих в общий SOS-регулон.Белок RecA присоединяется к одноцепочечным участкам в присутствии нуклеозидтрифосфата и образует микрофиламенты, представляющие собой активную форму RecA*. LexA взаимодействует сRecA*, в результате чего LexA аутопротеолитически расщепляетсяв середине полипептидной цепи — между А1а84 и Gly85.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
