Uszkodzenia i naprawa

DNA

Joanna Łanuszewska

Egzogenne i endogenne źródła

uszkodzeń DNA

• Uszkodzenia egzogenne

– Słońce (promieniowanie UV)
– Grzyby (pleśnie) i substancje przez nie wydzielane
– Produkty spalania tytoniu
– Zanieczyszczenie powietrza (np. produkty spalania węgla i

węglowodorów)

– Promieniowanie jonizujące (promieniowanie gamma, X)
– Leki i inne ksenobiontyki

• Uszkodzenia endogenne

– Uszkodzenia oksydacyjne
– Spontaniczne zaburzenia struktury (błędy polimerazy, spontaniczne

deaminacje)

– Rekombinacja V(D)J
– Genetyczna podatność na uszkodzenia

Konsekwencje uszkodzenia DNA –

synteza białek

Budowa DNA, chromatyna

Reaktywne atomy

pierścieni puryn i pirymidyn

Tymina Adenina

Cytozyna Guanina

Typy uszkodzeń DNA

Mutacje w sekwencjach kodujących

powodują różne uszkodzenia białek

Odpowiedź na uszkodzenia

DNA

Naprawa DNA

Powiązanie różnych rodzajów odpowiedzi

komórkowej na uszkodzenia DNA

Dlaczego naprawa DNA jest taka

ważna?

Uszkodzenia DNA wiążą się z czynnikami rozpoznającymi, lub
innymi białkami chromatyny. Samo uszkodzenie, jeśli nie
zostanie naprawione, może hamować syntezę DNA lub
powodować mutację, jeśli błędny nukleotyd zostanie wstawiony
naprzeciw uszkodzenia.

Systemy naprawy DNA u

ssaków

Mechanizmy naprawy przez wycinanie:
NER - foto-uszkodzenia, addukty DNA, wiązania sieciujące
BER - alkilowe i hydroksylowe modyfikacje zasad
MMR - nieprawidłowo sparowane nukleotydy

Mechanizmy naprawy bezpośredniej:
fotoliazy, metylotransferazy

Mechanizmy naprawy dwuniciowych pęknięć DNA:
NHEJ - łączenie końców nie homologicznych
rekombinacja homologiczna

Rozpoznawanie uszkodzenia DNA

Naprawa przez wycinanie ma identyczne etapy

resyntezy DNA, różni się obecnością specyficznych

białek rozpoznających i specyficznością zespołów

wycinających uszkodzenie

Usuwanie uszkodzonej lub źle wstawionej

zasady

Naprawa błędnie sparowanych

nukleotydów

Naprawa błędnie sparowanych

zasad – Procaryota i Eucaryota

Naprawa błędnie sparowanych

zasad odbywa się już w czasie

replikacji DNA

Naprawa przez wycinanie

zasady (base excision repair –

BER)

Mechanizm działania glikozylaz na

przykładzie glikozylazy DNA

uracylowej

Długa i krótka ścieżka naprawy

BER

Naprawa przez wycięcie

nukleotydu (nucleotide excision

repair – NER)

Typy naprawy NER

• Naprawa NER biegnie z różną szybkością w różnych

rejonach genomu.

• Znacznie szybciej uszkodzenia są naprawiane na nici

transkrybowanej.

• Obie formy naprawy wykorzystują ten sam

rdzeniowy

kompleks

naprawczy

(XPA/RPA,

XPF/ERCC1, XPG, TFIIH), ale naprawa związana z

transkrypcją wymaga jeszcze białek CSA i CSB, a

naprawa

genomu

–

białek

rozpoznających

uszkodzenie – XPE i XPC

NER – naprawa genomu (global repair –

GR)

NER – naprawa związana z transkrypcją

(transcription-coupled repair – TCR)

Białka kodowane przez geny XP

biorą udział w naprawie NER

Jednym z elementów mechanizmu NER
jest
czynnik transkrypcyjny TFIIH

TFII
H

Kompleks białek uczestniczących

w początkowych etapach

mechanizmu NER

Naprawa NER w

chromatynie

Uszkodzenia różnych fragmentów genomu

naprawiane są z różnymi szybkościami

Szybka naprawa DNA

(potencjalnie) transkrybowanego

Wolna naprawa DNA

nie transkrybowanego

wpływ struktury chromatyny

Preferencyjna naprawa

nici transkrybowanej

obecność polimerazy II RNA

Typy naprawy podwójnych pęknięć

DNA

Naprawa przez

rekombinację

homologiczną (HR)

Naprawa przez łączenie

końców

niehomologicznych

(NHEJ)

Białko ATM aktywuje białka

naprawcze

DNA-PK jest aktywowana przez

podwójne pęknięcia DNA

DNA-PK ma 3 podjednostki

Struktura białka Ku związanego
z DNA

Białko Artemis jest nukleazą

powiązaną z NHEJ

• Pacjenci Scid o podtypie radiowrażliwym

mają uszkodzone białko Artemis

• ~70 kDa
• Należy do rodziny metalo-ß-laktamaz
• Oddziałuje z DNA-PK

CS

• Fosforylacja przez DNA-PK stymuluje

aktywność nukleazową (obróbka końców
DNA przed ligacją)

Uszkodzenia białek systemu NHEJ

powodują różne defekty w

naprawie

Naprawa NHEJ jest związana z

macierzą jądrową

Białko Ku pełni różne role w

naprawie NHEJ i innych funkcjach

komórki

Udział w regulacji
apoptozy

Naprawa podwójnoniciowych

pęknięć DNA w cyklu komórkowym

NHEJ – aktywny
przez cały cykl
komórkowy

HR – aktywny w fazie G2 i M

M

G1

S

G2

Metylacja G – naprawa

bezpośrednia

Bezpośrednia naprawa dimerów

tymidynowych – udział fotoliazy

Naprawa wiązań krzyżowych

(międzyniciowych)

Białka chromatyny oddziałują z

białkami naprawczymi