Mechanizmy naprawy 
DNA.

(Genetyka molekularna, red. P. Węgleński, PWN)

Głównym  uszkodzeniem  DNA  w  wyniku 
działania 

UV 

jest 

powstawanie 

fotodimerów  pirymidyn  (np.  dimery 
tymidynowe, dimery tyminy z cytozyną).

W  efekcie  w  łańcuchu  DNA  powstają 
pary 

sąsiadujących 

pirymidyn 

powiązane wiązaniami kowalencyjnymi.

Dimery 

pirymidynowe 

w 

procesie 

replikacji 

zatrzymują 

włączanie 

nukleotydów  przez  polimerazę  DNA  III 
do  nowo  syntetyzowanego  łańcucha 
DNA,  co  powoduje  fragmentację  DNA  i 
efekt letalny.

 

 

Znane  są  2  podstawowe  procesy  naprawy 
uszkodzeń 

wywołanych 

przez 

UV: 

fotoreaktywacja 

i 

naprawa 

przez 

wycinanie.

Fotoreaktywacja.

Cyklobutanolowe  dimery  pirymidynowe 
mogą  ulegać  ponownej  monomeryzacji 
pod 

wpływem 

enzymów 

fotoreaktywujących 

(=fotoliazy) 

w 

obecności światła widzialnego.

Fotoliazy  mają  grupy  prostetyczne,  które 
absorbują  światło  niebieskie  i  przenoszą 
energię na pierścień cyklobutanowy, który 
ulega następnie rozszczepieniu.

 

 

Fotoliaza  E.  coli  ma  2  chromofory, 
N5,N10-metylenotetrahydrofolian 

i 

zredukowany 

dinukleotyd 

flawinoadeninowy (FADH).

Fotoreaktywacja 

jest 

swoista 

dla 

dimerów pirymidynowych. 

Stanowi  ona  przykład  bezpośredniego 
usuwania  uszkodzenia  i  jest  wolna  od 
błędów.

 

 

Naprawa przez wycinanie (E. coli).

Prowadzi do usuwania dimerów z DNA.
Nie wymaga światła widzialnego.

W 

procesie 

uczestniczą 

4 

białka 

enzymatyczne  kodowane  przez  geny 
uvrA,  uvrB,  uvrC,  uvrD  (uvr:  geny 
oporności na promieniowanie UV).

Białka  te  tworzą  układ  reperacyjny 
zwany endonukleazą UV (=endonukleaza 
UVRABCD).

Białko  kodowane  przez  uvrA  rozpoznaje 
w 

DNA 

deformację 

strukturalną 

wywołaną obecnością dimeru.

 

 

Białka  kodowane  przez  uvrB  i  uvrC 
przecinają  łańcuch  DNA  w  pobliżu 
dimeru,  w  odległości  7  nukleotydów  od 
strony 5’ i ok. 5 nukleotydów od strony 3’.

Białko  kodowane  przez  uvrD  (helikaza) 
powoduje 

rozkręcenie 

odciętego 

12-

nukleotydowego  odcinka  DNA  i  jego 
odłączenie od łańcucha DNA.

W  jednym  z  łańcuchów  heliksu  DNA 
powstaje luka.

Brakujący  odcinek  DNA  jest  następnie 
syntetyzowany 

od 

końca 

5’ 

przez 

polimerazę DNA I. 

Po  wypełnieniu  luki  następuje  ligacja  na 
końcu 3’ z udziałem ligazy DNA I.

 

 

Układ 

reperacyjny 

UVRABCD 

jest 

specyficzny  w  stosunku  do  dimerów 
pirymidynowych 

powstających 

pod 

wpływem UV.

System 

ten 

prowadzi 

do 

pełnej 

i 

bezbłędnej  reperacji,  o  ile  drugi  łańcuch 
DNA,  leżący  naprzeciw  powstałej  luki  jest 
nieuszkodzony.

 

 

Naprawa  przez  wycinanie  (2 
typy):

-przez  wycięcie  nukleotydu  (NER, 
ang. nucleotide excision repair),

-przez  wycięcie  zasady  (BER,  ang. 
base excision repair).

 

 

NER (wycięcie nukleotydu):

Endonukleaza  rozcina  precyzyjnie  nić 
DNA  po  obu  stronach  uszkodzenia  w 
miejscach  odległych  od  uszkodzenia  o 
ściśle określoną liczbę zasad. 

Oligonukleotyd 

zawierający 

uszkodzenie jest usuwany.

Tworzy się luka.

Luka jest wypełniana.

 

 

System SOS naprawy DNA (u 
Escherichia coli)

(Genetyka molekularna, red. P. Węgleński, PWN)

Indukcja  systemu  SOS  następuje  w 
sytuacji  krytycznej,  kiedy  pod  wpływem 
mutagenu 

powstaną 

bardzo 

liczne 

uszkodzenia  DNA,  których  nie  są  w  stanie 
całkowicie 

wyeliminować 

systemy 

reperacyjne.

Indukcja  obejmuje  kilkanaście  różnych 
genów  uczestniczących  w  rekombinacji  i 
reperacji DNA.

 

 

Indukowany jest m. in. gen recA.

Gen  LexA  koduje  białko  represorowe, 
które  hamuje  produkcję  represora  LexA, 
białka  RecA  i  kilkunastu  innych  białek 
związanych  z  rekombinacją  i  reperacją 
DNA. 

Mechanizm: 

wiązanie 

się 

z 

określoną 

sekwencją 

sygnałową 

w 

obszarach 

promotorowych 

genów 

kodujących w/w białka.

Indukcja  wynika  z  inaktywacji  represora 
LexA 

na 

skutek 

proteolitycznego 

przecięcia tego polipeptydu.

Przecięcia  dokonuje  kompleks  białka 
RecA z jednoniciowymi fragmentami DNA 
(kompleks 

powstaje 

w 

momencie 

zahamowania 

replikacji 

DNA 

i 

rozpoczynającej się degradacji DNA).

 

 

Na skutek proteolizy represora następuje 
derepresja genu RecA i gwałtowny wzrost 
ilości białka RecA w komórce.

Indukowana 

jest 

również 

ekspresja 

innych  genów  reprymowanych  przez 
represor  LexA  (np.  geny  uvrA,  uvrB, 
uvrC, uvrD, umuC, umuD).

Reakcja 

SOS 

zwiększa 

istotnie 

przeżywalność  komórek  po  działaniu 
mutagenu 

w 

wyniku 

wzmożonej 

rekombinacji,  a  także  wypełniania  luk 
występujących  w  DNA    (mimo  braku  nie 
uszkodzonej matrycy).

 

 

Taki  proces  reperacji  DNA  powoduje 
istotny  wzrost  częstości  mutacji  w 
wyniku  losowego  włączania  zasad  i 
kontynuacji  syntezy  DNA  mimo  braku 
właściwej matrycy.

System  reperacji  SOS  został  dotąd 
opisany tylko u bakterii.

 

 

Odpowiedź SOS

(Genomy, T.A. Brown, PWN)

Odpowiedź  SOS  umożliwia  komórce 
replikację  DNA  niezależnie  od  tego,  że 
łańcuch 

polinukleotydowy 

będący 

matrycą  zawiera  miejsca  AP  lub  dimery 
cyklobutylowe i inne fotoprodukty, które 
normalnie  blokują  lub  przynajmniej 
opóźniają kompleks replikacyjny.

Wymaga  to  utworzenia  mutasomu,  w 
którego skład wchodzi kilka kopii białka 
RecA  oraz  kompleksu  UmuD’

2

C,  który 

jest  trimerem  utworzonym  przez  2 
białka UmuD’ i jedno UmuC.

 

 

Białko  RecA  pokrywa  DNA  w  obszarze 
sąsiadującym  z  miejscem  uszkodzenia,  a 
kompleksy 

UmuD’2C 

wiążą 

się 

z 

przyłączonymi białkami RecA. 
Umożliwia 

to 

polimerazie 

DNA 

III 

przejście  przez  miejsce  uszkodzenia  i 
kontynuację replikacji DNA.

Polimeraza 

napotykając 

uszkodzoną 

pozycję  matrycy  DNA  wybiera  nukleotyd 
mniej  więcej  losowo,  wykazując  jednak 
pewną 

tendencję 

do 

wstawienia 

A 

naprzeciwko  miejsca  AP:  częstość  błędów 
wzrasta.

Istnieją  sugestie,  że  ta  zwiększona 
częstość  mutacji  stanowi  cel  SOS, 
jeśli  z  jakichś  powodów  mutacje 
stanowiłyby  korzystną  odpowiedź  na 
uszkodzenia DNA.

 

 

(Genetyka molekularna, red. P. Węgleński, PWN)

Rekombinacja 

ogólna 

(=homologiczna)

: 

może  zachodzić  w  dowolnym  miejscu 
między  dwiema  cząsteczkami  DNA  o 
homologicznych 

sekwencjach 

nukleotydowych.

Rekombinacja zlokalizowana

: 

szczególny 

przypadek 

rekombinacji; 

biorą  w  niej  udział  cząsteczki  o  różnych 
sekwencjach  nukleotydowych,  mające 
jedynie 

niewielkie 

odcinki 

homologiczne,  między  którymi  zachodzi 
rekombinacja.

 

 

Transpozycja.

U  wielu  różnych  organizmów  wykryto 
występowanie  elementów  genetycznych 
zdolnych  do  zmiany  miejsca  położenia  w 
genomie: transpozonów.

Transpozony:  odcinki  DNA  złożone  z 
setek  czy  tysięcy  par  nukleotydów,  które 
ulegają 

przemieszczaniu 

się, 

czyli 

transpozycji.

Proces  transpozycji  może  spowodować 
duże  zmiany  w  strukturze  genomów,  np. 
inwersje,  delecje,  duplikacje  dużych 
fragmentów DNA.

 

 

Proces 

transpozycji 

związany 

z 

wycinaniem  i  integracją  transpozonów 
jest 

wynikiem 

rekombinacji 

między 

niehomologicznymi 

sekwencjami 

występującymi 

w 

transpozonach 

i 

miejscach  ich  integracji  w  DNA.  Taka 
rekombinacja 

to 

rekombinacja 

nieuprawniona

.

W  komórkach  transpozony  jednego  typu 
mogą występować w różnej liczbie kopii – 
od kilku do kilkunastu.

Między homologicznymi sekwencjami tych 
samych  transpozonów  znajdujących  się  w 
genomie  w  różnych  położeniach  mogą 
zachodzić 

rekombinacje 

homologiczne

 

typu 

crossing-over 

(prowadzą 

do 

znacznych 

zmian 

w 

strukturze genomu).

 

 

Tytuł:

Naprawa DNA 

przez wycinanie zasad

 

Autorzy:

Tomasz Śliwiński, Janusz Błasiak
Katedra Genetyki Molekularnej, 
Uniwersytet Łódzki

Postępy Biochemii  

Rok: 2005, Tom: 51, 

Numer 2, str. 120-129.

 

 

Uszkodzenia  zasad  w  DNA  powstające  w 

wyniku  procesów  deaminacji,  utleniania 

czy  alkilacji  są  naprawiane  przede 

wszystkim  przez  system  naprawy  DNA 

przez  wycinanie  zasad  (BER,  ang.  Base 

Excision Repair). 

 

 

Enzymami zapoczątkowującymi naprawę 
DNA przez BER są glikozylazy DNA.

Glikozylazy 

rozpoznają 

uszkodzone 

zasady  i  usuwają  je  z  DNA  poprzez 
hydrolizę 

wiązań 

N-glikozydowych 

pomiędzy  uszkodzoną  zasadą  a  resztą 
cukrową. 

Poznano  i  scharakteryzowano  wiele 
różnych  glikozylaz  DNA  z  różnych 
organizmów 

(człowieka, 

E. 

coli, 

wirusowe) 

o 

odmiennych 

specyficznościach substratowych. 

 

 

Niektóre  z  glikozylaz  DNA  posiadają 
dodatkowo 

aktywność 

liazy 

AP, 

powodującej 

na 

hydrolizę 

wiązania 

fosfodiestrowego  pomiędzy  nukleotydem 
po  stronie 3’  uszkodzenia a deoksyrybozą 
pozbawioną zasady azotowej. 

BER  składa  się  z  dwóch  różnych  szlaków 
naprawy 

DNA 

(podstawowego 

i 

alternatywnego), 

w 

których 

zostają 

wprowadzone odpowiednio jeden, bądź od 
dwóch do sześciu, nukleotydów w DNA, w 
miejsce 

usuniętego 

wcześniej 

uszkodzonego pojedynczego nukleotydu. 

 

 

Dla 

prawidłowego 

funkcjonowania 

całego  organizmu  i  zdolności  jego 

przeżycia 

niezmiernie 

ważne 

jest 

kontrolowanie  przez  BER  stabilności  i 

integralności  genomowej  komórek  oraz 

zapobieganie  rozwojowi  nowotworów   

(lub innych schorzeń).

 

 

SUBSTRATY DNA DLA 

BIAŁEK SYSTEMU NAPRAWY 

USZKODZEŃ DNA PRZEZ 

WYCINANIE ZASAD