GENETYKA Anna Sadakierska Chudy , Grażyna Dąbrowska str0

Rozdział 8

Naprawa DNA

Genom narażony jest na błędy podczas replikacji, rekombinacji lub uszkodzenia spowodowane czynnikami mutagennymi (endogennymi czy środowiskowymi). Mutageny chemiczne i fizyczne powodują:

- zmiany zasad, utratę zasad,

pękanie wiązań fosfodiestrowych (w jednej lub obu niciach DNA), wzajemne łączenie się nici wiązaniami kowalencyjnymi.

Organizm cały czas walczy o utrzymanie i zachowanie integralności genomu. Uszkodzenia i modyfikacje materiału genetycznego prowadzą do mutacji. Z jednej strony mutacje są motorem ewolucji, gdyż stanowią źródło zmienności ułatw iającej dostosowanie się do zmieniających się warunków środowiska. Z drugiej strony, powodując destrukcję genów, mogą mieć poważne konsekwencje biologiczne, ponieważ prow adzą do zmian nowotworowych czy chorób genetycznych.

Większość uszkodzeń może zostać napraw iona. Informacja genetyczna przechowywana jest na obu niciach DNA. dlatego strata informacji w jednej nici może zostać odtworzona na podstawie drugiej nici. Każda komórka ma systemy naprawy DNA, które chronią genom przed utratą jego funkcji. Choć istnieją różnice między organizmami prokariotycznymi i eukariotycznymi w organizacji DNA, w budowie i specyficzności systemów naprawczych, to mechanizm funkcjonowania jest podobny. Procesy naprawy przebiegają według kilku schematów:

1.    Naprawa bezpośrednia proste odwrócenie reakcji mutującej i odzyskanie pierwotnej struktury zmodyfikowanej zasady przy udziale enzymów (np. fotoliazy - odwracają procesy dimeryzacji pirymidyn, a transferazy DNA - przenoszą grupę metylową lub etylową na reszty cysteinowe własnego białka).

2.    Naprawa pośrednia:

a) naprawa typu BER (ang. bose excision repair) - zapoczątkowuje hydro-lityczne usunięcie nienaprawionej zasady z DNA przy udziale glikozy-laz DNA. U E. coli i eukariotów ten typ naprawy obejmuje fragmenty 1-10 pz;

b)    naprawa typu NER (ang. nucleolide excision repair) rozpoznawane i wycinane są zaburzenia w strukturze DNA przy udziale białek, np. endonukleazy UvrABC u E. coli. U E. coli naprawa dotyczy odcinka 12-13-nukleotydowego, a u człowieka ma on wielkość 24-32 nuklc-otydów;

c)    naprawa niedopasowanych nukleotydów;

d)    naprawa rekombinacyjna - system może naprawić uszkodzenia tylko w obecności drugiej nieuszkodzonej nici DNA;

e)    naprawa indukowana (system SOS) - system normalnie nieaktywny w komórce, uruchamiany tylko w wyjątkowych sytuacjach.

8.1. Naprawa bezpośrednia

Prawdopodobnie istnieją dwa rodzaje naprawy bezpośredniej:

-    naprawa nici transkrybow'anej aktywnych transkrypcyjnie genów,

-    naprawa pozostałej części genomu (nictranskrybowanej nici tzw. kodującej i DNA nieaktywnego transkrypcyjnie).

Nić transkrybowana naprawiana jest kilka razy szybciej niż nić kodująca. Mechanizmy naprawy są lepiej poznane u Prokaryota niż u Eukaryota. W komórkach zwierzęcych rodzaj i miejsce naprawy uszkodzenia zależą od sekwencji nukleotydów w nici DNA oraz od struktury chromatyny.

Naprawa bezpośrednia usuwa niewiele typów uszkodzeń:

Pęknięcia nici DNA, polegające na przerwaniu wiązania fosfodiestrowego, np. spowodowane promieniowaniem jonizującym (ryc. 8.1), naprawiane przy udziale enzymu ligazy DNA.

ligaza DNA

pęknięcie

pęknięcie naprawione

Ryc. 8.1. Naprawa pęknięcia w nici DNA

Uszkodzenia alkilacyjne DNA (metylacja lub etylacja zasad i grup fosforanowych), naprawiane przez system odpowiedzi adaptacyjnej komórki.