Procesy naprawy DNA Strona 1

Wobec tysięcy uszkodzeń, na które każdego dnia narażony jest genom, połączonych z błędami zachodzącymi podczas replikacji komórka musi mieć wydajne systemy naprawy.

Większość komórek ma pięć różnych kategorii systemów naprawy DNA:

■    Systemy naprawy bezpośredniej, jak sugeruje to ich nazwa, działają bezpośrednio na uszkodzone nukleotydy, przywracając każdemu z nich oryginalną strukturę.

■    Naprawa z wycinaniem zasad obejmuje usunięcie uszkodzonej zasady azotowej, wycięcie krótkiego fragmentu wokół powstałego w ten sposób miejsca AP i ponowną syntezę z udziałem polimerazy DNA.

■    Naprawa z wycinaniem nukleotydów przebiega podobnie jak naprawa z wycinaniem zasad, lecz nie jest poprzedzona usunięciem uszkodzonej za sady i może działać na bardziej uszkodzone obszary DNA.

■    Naprawa niedopasowanych nukleotydów poprawia błędy replikacji, również przez wycięcie fragmentu jednoniciowego DNA zawierającego nic właściwy nukleotyd i wypełnienie powstałej luki.

■    Naprawa rekombinacyjna jest wykorzystywana do naprawy dwuniciowych przerw w DNA.

Naprawa bezpośrednia jest możliwa w następujących przypadkach:

■    Pęknięcia mogą być naprawiane przez ligazę DNA, jeśli jedynym uszkodzeniem jest przerwanie wiązania fosfodiestrowego, bez uszkodzenia grupy 5'-fosforanowej ani 3'-hydroksylowej po obu stronach pęknięcia (rys. 13.18). Często dzieje się tak w przypadku pęknięć spowodowanych działaniem promieniowania jonizującego.

■    Niektóre formy uszkodzenia przez alkilację są bezpośrednio odw^Tracalne, dzięki aktywności enzymów przenoszących grupę alkilową z nukleotyd u na własny łańcuch polipeptydowy. Zdolne do tego enzymy poznano u wielu organizmów, należy do nich enzym Ada E. coli, zaangażowany w proces adaptacyjny, który bakteria może uruchomić w odpowiedzi na uszkodzenia DNA. Ada usuwa grupy alkilowe przyłączone do atomów' tlenu w pozycji 4 i 6, odpowiednio w ty minie i guaninie, może również naprawiać zmetylowane wiązania fosfo-diestrowe.

■ Dimery cyklobutylowe są naprawiane przez zależny od światła bezpośredni system zwany fotorcak-tywacją. U £. coli w proces ten włączony jest enzym fotoliaza DNA (którego bardziej poprawna nazwa to fotoliaza deoksyrybodipirymidynowa). Na skutek stymulacji światłem o długości fali między 300 a 500 nrn enzym ten wiąże się z dimerami cyklobutylowymi i zamienia je z powrotem na wyjściowe nukleolydy monomeryczne.

. emanie zasad to najmniej złożony sposób spośród -nych systemów naprawczych polegających na usu-■- iu uszkodzonego nukJeotydu, a następnie ponow-

-    syntezie DNA w celu wypełnienia powstałej luki. Norzyslywany jest do naprawy wielu zmodyfiko

mych nukleotydów, których zasady uległy stosuri-

•    w niedużym uszkodzeniom. Proces jest inicjowany . -zez glikozydazę DNA, która przecina wiązanie

-    \-glikozydowe między uszkodzoną zasadą a cuk-

*    wym składnikiem nukleotydu

Glikozydaza DNA usuwa uszkodzoną zasadę przez odwrócenie" struktury tak, że znajduje się ona na zewnątrz helisy, a następnie odłączenie jej od łańcucha oolinukleotydowego (Kunkel i Wilson, 1996; Roberts Cheng, 1998). Powoduje to powstanie miejsca AP, czyli pozbawionego zasady (patrz rys. 13.10, s. 349), które jest następnie zamieniane w jednonukleotydową lukę w kolejnym etapie szlaku naprawczego

Endonukleaza AP rozpoznaje to miejsce i nacina DNA w kienuiku 5' od miejsca AP tworząc wolny koniec 3'-OH.

Jednonukleotydową luka jest wypełniana przez polimerazę DNA, z wykorzystaniem nieuszkodzonej zasady w drugiej nici do wyboru prawidłowego nukleotydu. U £. coli luka jest wypełniana przez poli merazę DNA I, zaś u ssaków przez polimerazę DNA p

Naprawa z wycinaniem nukleotydów

Podczas naprawy z wycinaniem nukleotydów fragment jednoniciowego DNA zawierający uszkodzony nukleotyd (lub nukleotydy) jest usuwany i zastępowany nowym DNA.

Najlepiej

zbadanym przykładem naprawy z wycinaniem nuklco-tydów jest proces naprawy krótkich łat u F. coli, nazwany tak, ponieważ wycinany, a następnie „łatany" odcinek łańcucha polinukleotydowego jest stosunkowo krótki - zwykle ok. 12 nukleotydów.