Репарація ДНК – це набір процесів, який усуває пошкодження ДНК, дозволяючи їм і далі кодувати генетичну інформацію. Стандартна метаболічна активність може призводити до порушень у структурі ДНК (активні радикали), крім того, зовнішні чинники так само можуть викликати поломки і розриви подвійної спіралі (радіація, хімічні речовини, УФ-випромінювання). Це може порушити або навіть зробити неможливим транскрипцію пошкоджених генів, що в свою чергу, здатне привести до масштабних розладів в хімічних каскадах, керуючих активністю клітини. У деяких випадках такі ушкодження можуть бути фатальними і для клітини, і для організму вцілому. Тому в ході еволюції з’явилися системи, що відповідають за виправлення пошкоджених ділянок ДНК.

Швидкість і спосіб, яким здійснюється репарація, залежить від безлічі факторів, серед яких: тип клітини, її вік, її позаклітинне оточення і багатьох інших. Якщо клітина накопичує велику кількість «поломок» в ДНК, то з нею може статися одна з трьох наступних подій.

1. Вона може перейти в необоротний стан спокою, відоме як «старіння».
2. Вона може зробити «клітинне самогубство», відоме як апоптоз або запрограмована клітинна смерть.
3. Вона може почати цикл неконтрольованого ділення, що призводить до утворення пухлини і розвитку раку.

Здатність систем репарації відновлювати ДНК принципова для нормального функціонування генома і організму в цілому. Багато генів, які впливають на тривалість життя, беруть участь в контролі за системами репарації.

Існує кілька причин пошкодження ДНК.

Ендогенні фактори.

Вплив активних радикалів, зокрема, активних форм кисню, які утворюються в ході нормальних метаболічних процесів в клітині здатні завдати істотної шкоди структурі та цілісності ДНК. Окрім того, час від часу відбуваються помилки реплікації ДНК – коли новосинтезовані ДНК відрізняється від матричної ДНК через неправильне і неточне копіювання реплікази послідовності матричної ДНК. В результаті дочірня ДНК буде відрізнятися від початкової.

Екзогенні фактори

Ультрафіолетове випромінювання (200-400 нм) від Сонця і штучних джерел світла. Радіоактивне випромінювання, наприклад, рентгенівське або гамма-випромінювання. Гідроліз або термічна обробка. Деякі токсини. Мутагени. віруси.

Важливо відрізняти пошкодження ДНК і мутації. Пошкодження ДНК – це порушення структури будови молекули ДНК на різних рівнях. До них відносяться – одно-і двохниткові розриви, іонізація азотистих основ, і т.д., – узагальнюючи – це події, що порушують саму матрицю, в якій міститься закодована інформація. У клітці є спеціальні ферменти – репарази – здатні усувати одноланцюжкові розриви та інші порушення, «порівнюючи» пошкоджений ланцюжок ДНК з інтактним ланцюжком ДНК і «заштопуючи» розрив за принципом комплементарності. У разі дволанцюжкових розривів, деякі типи репараз здатні вставляти випадковий набір нуклеотидів, відновлюючи таким чином обидві ланцюжки «навмання». Само собою, цей метод несе в собі істотні ризики мутації або порушення роботи генів.

Мутації ж – це зміни в самій закодованій інформації, тобто порушення послідовності нуклеотидів, а не самої структури нуклеотидів і цукрофосфатного остова. Мутації змінюють «сенс» записаної генетичної інформації, а не матрицю, в якій вони закодовані. Мутації небезпечні тим, що можуть вислизати від уваги репараз, позаяк, з технічної точки зору, не є поломками структури ДНК. А, значить, мають великі шанси залишитися в геномі до наступного поділу клітини і, таким чином поширитися далі.

Існує три основних групи типів ушкоджень, що оотримують ДНК в природному середовищі. Для кожної з них передбачений окремий механізм відновлення ДНК.

1. Фоторепарація ДНК. Поглинання кванта світла, енергія якого використовується на виправлення внесених пошкоджень. Застосовується при порушеннях, при яких помилки сталися у формуванні зв’язків між основами або іонізація ряду груп азотистих основ. Не виправляє розриви цукрофосфатного остова.
2. Одноланцюжкові розриви. Пошкодження, при яких розірвано цукрофатний остов одного з двох ланцюжків ДНК. Існує три способи виправлення цих ушкоджень – двоосновна ексцизія, нуклеотидная ексцизія і виправлення помилок компліментаціїи. Кожна з них утилізує свій власний набір білків і механізмів. Усі три методи використовують в якості «шаблону для лагодження» інтактний ланцюжок ДНК.
3. Дволанцюжкові розриви. Руйнування цукрофосфатного остова у двох ланцюжках ДНК одночасно. У таких випадках використання інтактного ланцюжка як матриці відновлення не є можливим, оскільки інтактних ланцюжків не залишилося. Існує три різних механізму відновлення подібних ушкоджень, – від використання лігази для зшивання розірваних кінців ДНК, до рекомбінантного відновлення зі вставкою випадково вибраних нуклеотидів в розрив і подальше зшивання його кінців.