Choď na obsah
Choď na menu
4.pred_Reparácia
5. 11. 2009
Opravné procesy v poškodených DNA
Typy poškodení DNA
• chybné párovanie: zaradenie nekomplementárneho nukleotidu počas replikácie DNA
• medzera v DNA: v rozsahu jedného alebo niekoľkých nukleotidov jedného polynukleotidového reťazca
• zmena väzby: diméry, crossling
• zlom: vzniká prerušením fosfodiesterovej väzby medzi susednými nukleotidm (jednoreťazcový, dvojreťazcový)
Dôsledky poškodenia DNA
• krátkodobé dôsledky
- fyziologická disfunkcia (redukcia bunkovej proliferácie)
- smrť bunky (porucha signálnych funkcií)
- abnormálny vývoj a metabolizmus (zníženie génovej expresie)
• dlhodobé dôsledky: starnutie, karcinogenéza, ochorenia
Reparačné mechanizmy
• úplná alebo čiastočná oprava poškodenej DNA
• enzýmové odstránenie chýb DNA vzniknutých v priebehu replikácie, rekombinácie al.pôsobením vonk. faktorov
Podmienky spustenia opravy DNA
• poškodenie nesmie zasiahnuť gény riadiace a kontrolujúce reparačný mechanizmus
• poškodenie nesmie presiahnuť rozsah 1000 bp
• menšie poškodenia sa reparujú pred replikáciou
• väčšie poškodenia sa reparujú po replikácii
Fotoreaktivácia
1. Priama fotoreaktivácia
- štiepenie tymínových dimérov enzýmom fotolyáza
- fotolyáza je aktivovaná svetlom vlnovej dĺžky 340 – 400 nm
- oprava DNA viditeľným svetlom a jednostupňovým enzymatickým procesom
- oprava RNA poškodenej UV svetlom
2. Senzitizovaná fotoreaktivácia
- štiepenie tymínových dimérov nezávisle na fotolyáze
- prenos elektrónu z excitovaného indolového kruhu tryptofánu na dimér, následná monomerizácia diméru
3. Nepriama fotoreaktivácia
- typická pre E. coli
- svetlo vlnovej dĺžky 334 nm nepriamo aktivuje tRNA
- tvorba krížových väzieb v tRNA, následné zastavenie rastu a delenia mutovaných buniek
- navodenie excíznej opravy ešte pred začiatkom replikácie DNA
Oprava alkylačných poškodení DNA
• adaptácia E. Coli na poškodenia DNA vyvolané alkylačnými látkami
• O6-metylguanín-DNA-metylfransferáza (ADA) - katalyzuje úplnú opravu
- enzým produkovaný bakteriálnymi bunkami, ktoré sú poškodené alkylačnými činidlami
- odstraňuje metylové skupiny z guanínu a tymínu väzbou na cysteínový zvyšok
Regulácia Ada - proteínu
- kódovaný Ada génom
- katalyzuje prenos metylovaných skupín z fosfotriesterov na cysteín
- alkylácia cysteínu vedie ku konformačným zmenám proteínu
- mení sa na silný aktivátor transkripcie
- viaže sa na promótor génu Ada
- navodenie expresie Ada-proteínu
- zvýšenie koncentrácie Ada-proteínu vedie k zosilneniu opravy
Excízia
• vyštiepenie poškodeného miesta z DNA
• oddelenie poškodených úsekov
• syntéza nových úsekov pomocou enzymatického systému replikačného procesu
• komplementárny reťazec musí byť nepoškodený
• najčastejší typ opravy pri malom rozsahu poškodenia
A. Bázová excízna oprava BER
• enzým DNA-glykozyláza:
- katalyzuje hydrolýzu lykozidových väzieb nevhodných alebo chemicky poškodených báz
- vyštiepuje poškodenú bázu ako voľnú bázu
• AP- endonukleáza:
- tvorba zlomov hydrolýzou fosfodiesterovej väzby na 5´a 3´strane AP miesta vznikajúcom počas excíznej opravy
Priebeh bázovej excíznej opravy
• DNA – glykozyláza rozpoznáva poškodenú bázu (hydrolýza glykozidickej väzby)
• vznik AP-miesta
• väzba AP - endonukleázy na AP – miesto
• zlom DNA s 5´-deoxyribózafosfátovým koncom
• vyštiepenie 5´-deoxyribózafosfátového konca DNA - deoxyribofosfodiesterázou
• vyplnenie 1 - nukleotidovej medzery komplementárnych nukleotidom
• spojenie reťazca DNA-ligázou
B. Nukleotidová excízna oprava NER
• pyrimidínový dimér je rozpoznávaný špecifickou endonukleázou
• vyštiepenie diméru vo forme oligonukleotidového fragmentu
• vyplnenie medzery
• opravný proces končí pôsobením DNA-ligázy ako pri bázovej excízii
• 2 dráhy: globálna genómová oprava (GGR) a preferenčná oprava transkribovaných reťazcov (TGR)
• E. coli - excízia riadená proteínmi:
- UvrA – väzba na DNA poškodenú UV žiarením
- UvrB – tvorí komplex s UvrA, helikázová aktivita
- UvrC – komplex s UvrB, endonukleázová aktivita
- UvrD – pôsobí ako 3´- 5´helikáza
• človek - excízia riadená proteínmi:
- XP-A - rozpoznáva pyrimidínové diméry
- XP-B, XP-D - funkcia podobná DNA-helikáze
C. Oprava chybného párovania
- DNA–polymeráza III rozpoznáva chybne zaradený nukleotid
- 3´- 5´exonukleázovou aktivitou odstráni nesprávne zaradený nukleotid
- vyplnenie medzery komplementárnym nukleotidom
Reparácia chybného párovania metyláciou báz
• postreplikačná reparácia
• dvojvláknová DNA: matricový reťazec - správna báza, dcérsky reťazec - chybná báza
• opravný mechanizmus musí rozlíšiť medzi reťazcami
Postup reparácie metyláciou
• Dam-metyláza metyluje adenín v nukleotidovej sekvencii GATC/CTAG
• identifikácia nesprávneho páru MutS-proteínom
• MutH-proteín + MutL-proteín + MutS-proteín rozpoznávajú nemetylovanú sekvenciu GATC a štiepia reťazec
• exonukleáza + helikáza + SSBP proteín odstránia úsek DNA od nemetylovanej sekvencie až k chybnému páru
• medzera vyplnená komplementárnymi nukleotidmi (DNA-polymeráza III)
• opravená molekula DNA metylovaná aj v dcérskom reťazci
• Humánna DNA: Metylácia C v CG sekvenciách
Homológmi MutS a MutL proteínov sú MSH a MLH
Posun jednoreťazcového zlomu
• postupné pripájanie nukleotidov na 3´ koniec a odbúranie nukleotidov z 5´ konca ohraničujúce jednoreťazcový zlom
• posun zlomu v smere pripajánia nukleotidov
• proces katalyzovaný DNA-polymerázou I
Tolerovanie poškodenia DNA
• Obídenie poškodeného úseku
• DNA s vytvorením medzery a rekombinácia
• Translézna syntéza DNA
• tolerantné opravy - obnova pôvodnej funkcie DNA bez odstránenia poškodenia
• podmienka: jednoreťazcové poškodenia
• typy:
- SOS reparácia
- Rekombinačná oprava (oprava medzier v dcérskom reťazci)
SOS reparácia - Translézna syntéza DNA
• koordinovaná syntéza enzýmov a proteínov
• činnosť zodpovedajúca reparačným mechanizmom
• SOS gény: 20 typov
• kódujú syntézu regulačných proteínov - represorov (UvrA, UvrB, UvrC, UvrD proteíny, RecA, LexA proteín a i.)
Mechanizmus regulácie Lex a Rec génov
• neindukovaný stav - syntéza Lex-represora v malom množstve
• Lex represor sa viaže na operátor LecA a RecA génov a inhibuje ich expresiu
• poškodenie DNA aktivuje RecA proteín, ktorý sa viaže na jednoreťazcové úseky ssDNA v medzerách
• navodenie indukovaného stavu RecA génu podmieni expresiu SOS proteínov
vyplnenie medzery, odstránenie indukčného signálu
• zníženie koncentrácie Rec proteínu, zvýšenie koncentrácie Lex represora, blokovanie génov Lex a Rec
Oprava medzier v dcérskom reťazci
• postreplikačná reparácia rekombináciou
• obídenie poškodenia počas replikácie, vznik medzery
• rekombinačným procesom medzi dvoma reťazcami DNA sa na základe nepoškodeného reťazca medzera zaplní
• počas ďalšej replikácie sa poškodená DNA „vyplaví“ iným opravným mechanizmom
Mutácie reparačných mechanizmov
• mutácia regulačných génov
- najzávažnejšie poškodenia organizmu
- úplná blokácia génov, inhibícia syntézy proteínu
- konštitutívna syntéza proteínu, hromadenie produktu a odčerpávanieenergie, samozničenie
• mutácia iniciátorov, promótorov, operátorov:
- úplná blokácia
- konštitutívna syntéza
• mutácia štruktúrnych génov
- negatívna mutácia
- pozitívna mutácia (vyrovnanie sa s mutáciou)
Mutácie reparačných mechanizmov
- spontánne narušenie štruktúrnej integrity chromozómov (syndróm spontánnej instability chromozómov)
- vedie k zvýšeniu frekvencie mutácie a výskytu malígnych procesov v organizme
Ochorenia podmienené poruchami reparačného mechanizmu
1. Xeroderma pigmentosum (deti tmy):
- autozomálne - recesívna dedičnosť
- chýbajú enzýmy excíznej opravy (endonukleáza)
- poruchy fotoreaktivácie (hromadenie tymín-dimérov)
- karcinómy kože, nízky vzrast, oneskorenie pohlavného dozrievania, dožívajú sa maximálne 20 rokov
2. Bloomov syndróm:
- autozomálne - recesívna dedičnosť, vzácna
- mutácia génu kódujúceho DNA-ligázu I, chromozómové aberácie
- porucha rastu, malígne nádory
3. Cockayneov syndróm
- autozomálne - recesívna dedičnosť
- hypersenzitivita na UV žiarenie a chemické karcinogény
- mentálna retardácia, dermatitída a i.
4. Wernerov syndróm
- autozomálne - recesívna dedičnosť
- predčasné starnutie (spomalenie rastu, atrofia podkožného tuku, zbelenie vlasov)
5. Progéria
- autozomálne - recesívna dedičnosť - predčasné starnutie, senilita už v prvom desaťročí života
Archív
Kalendár
<< |
november / 2022 |
>> |