Odpowiedź komórek na stres zewnętrzny i wewnętrzny

Mechanizmy naprawy uszkodzeń białek i DNA

Uszkodzenia mogą dotyczyć wszystkich makromolekuł,
w tym 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’

Białka stresu (szoku termicznego):
małocząsteczkowe

12-27 kDa

średniocząsteczkowe

50-70 kDa

wysokocząsteczkowe

90-110 kDa

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)

Ubikwityna (ubiquitin) – małe białko (8 kDa)
Zidentyfikowana w 1975 jako białko o nieznanej funkcji występujące w komórkach
eukariotycznych

Konigowana z uszkodzonymi białkami, stanowi znacznik prowadzoący do ich naprawy
lub degradacji

Białka połączone z ubikwityną sa rozpoznawane przez system 26S proteasomu

MQIFVKTLTGKTITLEVEPSDTIENVKAKIQDKEGIPPDQQRLIFAGKQLEDGRTL
SDYNIQKESTLHLVLRLRGG

kin

ADP

ATP

P

substrat

substrat

Ppase

P

funkcja

Fosforylacja

E2

E1

E1

substrat

substrat

UBP

degradacja

Ubikwitynacja

?

E3

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

Ub

‘Naprawa’ struktury białek z udziałem białek opiekuńczych

Szlak degradacji białek zależny od proteasomu

‘Naprawa’ struktury białek z udziałem białek opiekuńczych

- jak to działa?

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 endonukleazy (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

Tworzenie struktury Holliday’a – jak to się dzieje?

Struktura Holliday’a

Struktura Holliday’a - izomeryzacja

Rekombinacja DNA prowadzi

do integracji DNA wirusa do genomu

Rekombinacja DNA może służyć do otrzymywania

komórek transgenicznych