USZKODZENIE DNA

Uszkodzenie DNA jest to zmiana jego prawidłowej budowy chemicznej lub struktury fizycznej. Niektóre z atomów azotu i węgla w heterocyklicz­nych pierścieniach zasad i niektóre / egzocyklicznych grup funkcjonal­nych (np. grupy aminowe i ketonowe zasad) wykazują znaczną reaktyw­ność chemiczną.

Zmiana budowy chemicznej i właściwości zasad może prowadzić do :

• utraty ich zdolności do tworzenia komplementarnych par

• do niewłaściwego łączenia w pary zasad

uszkodzenia DNA mogą być mutagenne i/lub letalne.

Uszkodzenia powstają: spontanicznie z powodu naturalnej reaktywności DNA i obecności wewnątrz komórki normalnych reaktywnych związków chemicznych. Depurynacje zachodzą częściej niż depirymidynacje.

1. Uszkodzenia oksydacyjne

Do uszkodzeń tego rodzaju dochodzi w normalnych warunkach wskutek obecności, we wszystkich komórkach tlenowych, reaktywnych związków tlenu:

• ponadtlenku i nadtlenku wodoru

• rod­nika hydroksylowego

1. Alkilacja

Czynniki alkilujące są związkami elektrofilowymi, które łatwo wprowa­dzają grupy alkilowe (np. metylowe) do różnych pozycji kwasów nuklei­nowych, innych od pozycji metylowanych przez normalne enzymy etylujące.

Typowym przykładem są:

• metylosulfonian metylu (MMS)

• etylonitrozomocznik

1. Duże związki addycyjne

Pod wpływem światła UV z sąsiednich pirymidyn na jednej nici DNA poprzez cyklizację, połączonych podwójnym wiązaniem, atomów węgla C5 i C6 każdej z zasad tworzone są cyklobutanowe dimery pirymidynowe. W ten sposób powstaje pierścień cyklobutanowy.

Zasady wchodzące w skład pierścienia cyklobutanowego nie mogą się parować z zasadami nici przeciwnej, co wywołuje lokalną denaturację DNA. Powstaje duże uszkodzenie.

Inny typ dimeru pirymidynowego: 6,4-fotoprodukt powsta­je w wyniku utworzenia wiązania pomiędzy C6 jednej zasady pirymidy­nowej a C4 sąsiedniej zasady

Wiele innych aromatycznych czynników arylujących tworzy z DNA kowalencyjne związki addycyjne.

NAPRAWA DNA

1. Fotoreaktywacja

Cyklobutanowe dimery pirymidynowe mogą ulegać ponownej monomeryzacji pod wpływem fotoliaz (enzymów fotoreakty wujących) w obec­ności światła widzialnego. Enzymy te mają grupy prostetyczne, które absorbują światło niebieskie i przenoszą energię na pier­ścień cyklobutanowy, który następnie ulega rozszczepieniu.

Fotoreaktywacja jest:

• swoista dla dimerów pirymidynowych

• bezpośrednie usuwania uszkodzenia

• jest wolna od błędów

1. Alkilotransferaza

• bezbłędny mechanizm usuwania uszkodzeń

• element odpowiedzi adaptacyjnej na czynniki alkilujące

• indukowana przez czynniki alkilujące

• Ochrony przed mutagennymi skutkami dostarcza alkilotransferaza,

• iż grupa alkilowa jest przenoszona na sam enzym i inaktwuje go.

• każda alkilotransferaza może być użyta tylko raz

• Białko to występuje również w komórkach ssaków. Obrona przed letalnymi mutacjami wymaga indukcji glikozydazy DNA, która usuwa alkilowano zasady na drodze naprawy przez wycinanie zasad

1. Naprawa przez wycinanie

• wolny od błędów

Istnieją dwa typy tego median izm u

• Przez wycięcie nukleotydu (NER- nucleotide excision repair)- endonukleaza rozcina precyzyjnie nić DNA po obu stronach uszkodzenia w miejscach odległych od niego o ściśle określoną liczbę zasad. Oligonukleotyd zawierający
  uszkodzenie jest usuwany, co powoduje utworzenie się luki o rozmiarach
  usuniętego fragmentu DNA

• Przez wycięcie zasady (BER- base excision repair)- , modyfikowane zasadysą rozpoznawane przez względnie specyficzną glikozydazę DNA, która przecina wiązanie N-glikozydowe między zmienioną zasadą a cukrem,pozostawiając miejsce apurynowe lub pirymidynowe. Następnie endonukleaza AP rozcina DNA w tych miejscach, a dzięki aktywności egzonukleazowej powstała przerwa może zostać poszerzona do luki. Luka jest zwyk­le większa w przypadku NER. Od tego momentu, obie formy naprawy przez wycina­nie są zasadniczo takie same.

U eukariotów uzupełnianie luki w przypadku mechanizmu BRR wymaga najczęściej obecności polimerazy DNA .W mechanizmie NER u eukariotów rozpoznanie i wycięcie uszko­dzonego DNA jest złożonym procesem wymagającym przynajmniej 18 czynników białkowych, w tym czynnika transkrypcyjnego TFIIH Naprawa przez wycinanie jest połączona z transkrypcją, dzięki czemu transkrybowane (genetycznie aktywne) regiony DNA są napra­wiane szybciej niż DNA nie ulegający transkrypcji. Umożliwia to ograniczenie wytwarzania produktów uszkodzonych genów.

1. Naprawa źle sparowanych zasad

• wycinanie, dotyczący źle sparowanych zasad tworzonych podczas replikacji, które wymknęły się spod systemu korekty polimerazy DNA

• W parach zasad źle dobranych podczas replikacji, niewłaściwa zasada znajduje się na nici potomnej. Dlatego też system naprawczy musi mieć sposób na odróżnie­nie nici rodzicielskiej od potomnej po przejściu widełek replikacyjnych, aby zapewnić usuwanie źle sparowanych zasad tylko z nici potomnej.

U Prokaryota pewne reszty adeniny są normalnie metylowane w sekwencji GATC na obu niciach. Metylacja nici potomnej jest opóź­niona o kilka minut w stosunku do replikacji. Zatem nowo replikowany DNA jest hemimetylowany — nić rodzicielska jest metylowana, ale po­tomna jeszcze nie, dzięki czemu mogą być one rozróżnione. Błędnie sparo­wana para zasad (np. GT lub CA) jest rozpoznawana i wiązana przez kom­pleks białek MutS i MutL, który następnie łączy się z endonuklcazą MutH, specyficznie nacinając nić siostrzaną w pobliżu miejsca GATC. To nacięcie rozpoczyna wycinanie regionu zawierającego niewłaściwą zasadę.

Mechanizm rozróżniania nici starej od nowej u Eukariota jest nieznany.

1. Dziedziczne efekty mechanizmów naprawy

Xeroderma pigmentosum (XP) :

• choroba autosomalna recesywna,

• obja­wiaja się fenotypowo skrajną wrażliwością na światło słoneczne i dużą częstością występowania raków skóry.

U osób cierpiących na XP wadliwie działa mechanizm NER, wskutek czego duże uszkodzenia DNA, w tym spowodowane działaniem światła UV, pozostają nie naprawione.

XP jest powodowana uszkodzeniami przynajmniej siedmiu różnych genów, co wskazuje na złożoność mechanizmów naprawy przez wycinanie, działających w komórkach ssaków.

Wariant xeroderma pigmentosum (XP-V) jesl klinicznie bardzo podobny do klasycznej odmiany XP, ale komórki pochodzące od osobników z XP-V mają normalny mechanizm NER.

W celu utrzymania integralności DNA, po usz­kodzeniu na skutek promieniowania, komórki XP-V muszą najprawdopo­dobniej polegać na alternatywnych mechanizmach syntezy naprawczej DNA. Osoby cierpiące na zespół Cockayne'a również są wrażliwe na światło słoneczne, co wynika z defektów mechanizmu naprawy przez wycinanie sprzężonego z transkrypcją, ale zaburzenia te nie są rako­twórcze