Odpowiedź komórek na stres zewnętrzny i wewnętrzny
Mechanizmy naprawy uszkodzeń białek i DNA

Uszkodzenia mogą dotyczyć białek i DNA i wynikać z:

białka – działanie czynników chemicznych i fizycznych prowadzące do zmian
w konfiguracji (pofałdowaniu) łańcucha polipeptydowego,
unieczynnienia funkcjonalnego i/lub strukturalnego

DNA - mutacje (spontaniczne i indukowane), błędy replikacji

Przykład stresu białkowego – szok termiczny

Model regulacji ekspresji białek stresu

hsp70

HSF

szok termiczny

hsp70

P

P

P

P

P

P













5’-nGAAnnTTCnnGAAn-3’

kin

ADP

ATP

P

substrat

substrat

Ppase

P

funkc
ja

Fosforylacja

E2

E1

E1

substrat

substrat

UBP

degradacja

Ubikwitynacja

?

E3

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

K

Ub

E1, E2

miejsce przyłączenia

miejsce rozpoznawcze

K

K

1)

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

2)

3)

Ubikwitynacja jest procesem wieloetapowym

Szlak degradacji białek zależny od proteasomu

Białka stresu (szoku termicznego):

małocząsteczkowe

12-27 kDa

średniocząsteczkowe

50-70 kDa

wysokocząsteczkowe

90-110 kDa

również tzw. stress-like proteins: grp86, krystalina

Funkcje białek stresu:

 rozbijanie agregatów białkowych

 sprzyjanie przywracaniu pierwotnej (natywnej) konformacji

uszkodzonych białek
 stabilizacja cytoszkieletu (włókna aktynowe)

 tworzenie por w błonie lizosomów (kontrolowane uwalnianie

enzymów degradujących makromolekuły)

Częstość uszkodzeń DNA w komórkach ssaków

rodzaj uszkodzenia

ilość/komórkę/dzień

pęknięcie pojedynczej nici

depurynacja

depirymidynacja

metylacja O6 guaniny

deaminacja cytozyny

glikol tyminy

glikol tymidyny

hydroksymetylouracyl

8-oksoguanina

wiązanie sieciujące międzyniciowe

pęknięcie podwójnoniciowe

wiązanie DNA-białko

55000
13000

650

3100

200
270

70

620
180

8
9

?

Przykładowe typy uszkodzeń DNA

Uszkodzenia DNA mogą być:

spontaniczne np. w procesie replikacji
indukowane (mutacje indukowane, pęknięcia nici DNA itp.)

uszkodzenie na jednej z kopii

wycięcie uszkodzonego rejonu

DNA polimeraza uzupełnia lukę

DNA ligaza zszywa fragmenty

Do naprawy uszkodzeń DNA potrzebne są różne białka:
 AP endukleazy (reperacja miejsc pozbawionych zasad DNA tzw. miejsca AP)

 DNA glikozydazy (specyficzne dla różnego rodzaju uszkodzeń)

 system rozpoznający duże uszkodzenia struktury DNA

Typy naprawy DNA: NER (nucleotide excision repair), BER (base excision repair),
MMR (mismatch repair), RR (recombinational repair)

Reperacja uszkodzeń DNA przebiega wg ogólnego schematu

Porównanie dwóch głównych szlaków naprawy

uszkodzeń DNA

Naprawa uszkodzeń DNA przez rekombinację

Rekombinacja DNA rozpoczyna się od poszukiwania

sekwencji homologicznej i nacięcia nici

Do wymiany nici DNA potrzebna jest izomeryzacja

Rekombinacja DNA prowadzi

do integracji DNA wirusa do genomu

DNA homologous recombination

Structure of Holliday junction

DNA non-homologous end-joining

Rekombinacja DNA może służyć do otrzymywania

komórek transgenicznych