Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 194
Текст из файла (страница 194)
Чем объяснить, что из двух этих возможностей чаще выбирается вторая? Ответ цам неизвестен, но олно из объяснений состоит в том, что реакция метилирования связана с актом репликации. Механизмы репараиии понреждений ДНК Повреждения в ДНК сводятся к минимуму благодаря существованию систем, которые узнают эти повреждения и исправляют их. Поэтому определяемая частота мутаций — спонтанных и индуцированных — отражает равновесие между числом повреждающих событий, происходящих в ДНК, и количеством повреждений, которые были исправлены (или неправильно исправлены). Значение репарирующих систем в жизни клетки так велико, что, ве- Рпс. Э4,6.
Реппикацня метияированной последовательности лР1 приводит к образованию меэилирояанаой н неметилнрован- ной реплик. роятно, по сложности они не отличаются от репликационного аппарата. Под «повреждением» понимают любое изменение ДНК, которое вызывает отклонение от обычной лвухцепочечной структуры. К повреждаюшим собьпням могут быть отнесены следующие: 1) введение одноцепочечных разрывов; 2) удаление основании, в результате чего его гомолог остается неспаренным; 3) превращение одного основания в другое, которое неправильно спарено с основанием-партнером; 4) введение ковалентных связей между основаниями на одной цепи ДНК или между основаниями на противоположных цепях, Некоторые репарирующие системы не специфичны в отношении каких-то определенных типов повреждений, а узнают искажения в структуре ДНК как сигналы, указывающие на необходимость действия.
Перечисленные выше повреждающие изменения можно разделить на два основных класса. Точковые мутации могут быть узнаны благодаря тому, что они нарушают правильное спаривание оснований, Это не влияет на транскрипцию или репликапню, когда цепи ДНК разделены. Следовательно, точковые мутации проявляют свой повреждаюший эффект на будущие поколения вследствие изменений в последовательности ДНК (гл. 2).
Структурные нарушения могут создать физические препятствия для репликации или транскрипции. Разрыв цепи или отсутствие основания может привести к помехам при использовании цепи в качестве матрицы для синтеза РНК или ДНК. Присутствие внутрицепочечных по- перечно сцепленных структур может подавить репликапию, вызывая остановку полимеразы в сайте повреждения. В таком случае фермент продолжает синтез в последующей точке, оставляя во вновь синтезированной цепи брешь (пробел). Межцепочечные поперечные сшивки препятствуют разделению цепей ДНК.
Наличие любого типа сшивок приводит к преждевременной остановке транскрипции. Наиболее изучен пример образования внутрицепочечных тиминовых димеров под действием ультрафиолетового облучения (рис. 34.7). В исправлении этого поврежления участвуют три типа событий. Связи в тиминовых димерах могут быть удалены при участии фермента, зависимо~о от света. Такой Рис. З4 Х Тиминовый лнмер образуется в результате возникно- вения ковалентньж связей между смежными основаниями. 34. Системы защиты ДНК 437 Путь исправпен л нессозвеусзвующи о основании Пусь исправив и юбо о повреюда и Ос рвание псережденс 4 Н 1 Основа ие 1 удал е сп 1 1 Разрезание; андо укпвазадапаез1 Разрез с 5 сзсроню аз повреюде сео 1 основа ни 1 Ар э дс у пеева веласу разрез Зксцнзин; экзануклееза ! удаппез сзрвзок ДНК ф Полиюеразв синтез рув новую ДНК Лисаэа заюиваез~ разрез нию последовательности дикого типа.
Однако в том случае, когда нарушение заключается в неправильном спаривании оснований, возникающем в результате мутирования одного из них, репарирующая система не может определить, какое именно основание представляет дикий тип, а какое-мутантный. Все это узнается как лва неправильно спаренных основания, каждое из которых может служить объектом лля эксцизионной репарации.
Если вырезается мутантное основание, восстанавливается лнкий тип последовательности. Но если случается так, что вырезается исходное основание (дикого типа), то новая (мутантная) последовательность закрепляется. Во многих случаях направление эксцизионной репарации не случайно, а определяется локальной последовательностью. Это может иметь значение в генетической рекомбинации (гл. 35).
В случае ошибок спаривания, которые не узнаются ДНК-полимеразой во время репликации, оказывается возможным отличить исходную цепь ДНК. После репликапии метилированной ДНК только исходная родительская цепь несет метильные группы (см. рис. 34.!). В период, когда вновь синтезированная цепь еще ждет введения метильных групп, две цепи можно различить.
Вероятно, это важно лля системы исправления реплика- процесс получил название фотореактивации; у Е. сей он зависит от продукта одного гена (р)1г). Поврежденный материал может быть удален и замешен с помощью репарируюшей системы. Наконец, повреждение может оставаться в исходном сайте, но дочерние цепи, синтезируемые в процессе репликации, могут быть репарированы с помощью исправляющей системы. Клетка может иметь независимые системы репарации и исправления.
Гистемы эксцизионнпй репарации удаляют неправильно спаренные или поврежденные основания из ДНК и затем синтезируют новую последовательность ДНК, замещающую их. Основной тип эксцизионной репарации схематически изображен на рис. 34.8. На первом этапе поврежденная структура узнается эндонуклеазой, которая разрезает цепь ДНК с 5чстороны от повреждения. На стадии вырезания 5' — Зьэкзонуклеаза удаляет поврежденный участок.
Образующийся одноцепочечный участок служит в качестве матрицы для ДНК-полимеразы при синтезе цепи, замещающей вырезанную последовательность. Наконец, ДНК-лнгаза ковалентно связывает 3'-конец нового материала со старым материалом. Если повреждение в ДНК представляет собой структурное искажение, например тиминовый димер, поврежденные основания удаляются, что ведет к восстановле- Рнс. 34Л. Эксцнзнонная репарация удаляет н замещает последовательность ДНК, которая включает поврежденное (поврежденные) основание (основания), цо имеет болыцую протяженность.
438 Часть 1Х. Сохранение ДНК в ряду поколений Повреждение ДН К Поврежленнап ДНК Репи ц руетел ткт мкт*т реплике е поерикдв иам лт вод ой цап и брашна в друтой + ткт тает т о Норма ьнш реплика Обми между цепью е брецою и нормальной цевью влругой молекуле ~э ~~э~~Р~ сакэ с(6', о с~( Брешь накеднтен теперь в друтои реплике;поврежданиан молекула содержит нарммъиую комплеми— тарную цеп Брашв ренарируетен Рнс. 34.9.
Рекомбинацноннай репарация восстбнаВЛИВабт нОР- мальную цепь ДНК, замещая брешь (пробел), оставленную во вновь синтезированной цепи нвпротнр обита нервпйрнруемого повреждения. ционных ошибок; мутанты а(аш Е. сон не способны метилнровать аденин, и для них характерна увеличенная частота спонтанного мутирования. Свойства таких мутантов подразумевают существование репарирующей системы, которая специфически исправляет цепь ДНК, солержашую неметилированные адениновые основания, чтобы обеспечить ее комплементарность метилированной цепи. Другой тип специфической репарации, не связанной с необходимостью различать послеловательности ликого и мутантного типов, осуществляет урацил-гликозилаза, которая специфически удаляет урациловые основания из ДНК (гл. 2 и 32).
Механизм ее действия в отношении неправильного основания схематически изображен на рис. 34.8. Из фосфодиэфирного остова основание улаляется, в результате чего образуется апурнновый сайт. Этот сайт специфически узнается АР-эндонуклеазой (АР символизирует отсутствие пурина или пиримидина в зависимости от конкретного фермента), которая вносит разрыв на бчстороне сайта. Затем могут следовать этапы эксцизионной репарации. Исправление повреждений осуществляется ферментами рекомбинационнои репарации, которые используют материал одной молекулы ДНК лля восстановления другой. Название этого типа репарации свидетельствует о перекрывании с процессами генетической рекомбинации, Поскольку для рекомбинационной репарации необходимо, чтобы ДНК мишени имела реплику, ее иногда называют пострепликациоиной репарацией. Она эффективна в случае дефектов, образуемых в дочерних молекулах при репликации матрицы, содержащей поврежденные основания (рис. 34.9).
Рассмотрим последствия образования тиминового димера в олной цепи ДНК. При репликации поврежленный сайт не может использова~ься в качестве матрицы, направляющей включение оснований в дочернюю цепь. Реплнкация вынуждена пропустить димер, оставляя брешь.
Полимераза лвижется до точки (или почти до точки), в которой находится тиминовый димер, и прекращает синтез соответствующей дочерней пепи. Репликация возобновляется на некотором расстоянии дальше по цепи- например, в следующем сайте инициации фрагмента Оказаки в отстающей цепи. Поэтому брешь, оставляемая во вновь синтезированной цепи, может быть существенной, Образующиеся дочерние лвойные нити различны по природе. Олна из ннх содержит родительскую цепь, несущую повреждение, и находящуюся напротив вновь синтезированную цепь с длинной брешью. Другая имеет неповрежленную родительскую цепь, на которой была скопирована нормальная комплементарная цепь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
