Репарація двониткових розривів ДНК

Двухнитьові розриви – це тип пошкоджень ДНК, що характеризується тим, що обидва ланцюжки ДНК несуть ушкодження. Вони особливо небезпечні для клітини, тому що порушують структуру кодування генома, часто пролягаючи в регуляторних регіонах (термінатори, промотори, сайти метилування, etc.), здатні повністю зруйнувати всю «смислову структуру» гена. Крім того, при двохниткових розривах часто відбувається крос-лінк ДНК: розірвані ланцюжки з’єднуються хрест-навхрест, так що порушується антипаралелність спіралей. Найгірше в цій ситуації, це те, що жоден з ланцюжків не може служити матрицею відновлення для іншого, позаяк обидві вони пошкоджені. Це призводить до того, що якщо розриви не усунуто, то в наступному циклі поділу клітина буде не здатна завершити процес мітозу, і або загине, або, в окремих випадках, в ній відбудеться мутація.

Існує три механізми боротьби з двухцепочечную розривами ДНК:

  1. Негомологічне з’єднання кінців. В ході цього процесу залучається специфічна ДНК-лігаза – а саме, ДНК-лігаза IV, яка в комплексі з іншими кінцями прямо приєднується до обох кінців розриву. Для підвищення точності репарації вона керується короткими гомологічними послідовностями, що знаходяться на однониткових кінцях розірваної ДНК. Якщо ці «шматки» сумісні, то відновлення, найчастіше, відбувається точно. В ході застосування негомологічного з’єднання кінців можливі мутації, зокрема втрата пошкоджених нуклеотидів може привести до делецій, а з’єднання несумісних кінців може привести до транслокацій. Ця система особливо важлива в період до реплікації ДНК в клітині, бо в цьому випадку відсутня матриця відновлення для гомологичної рекомбінації. У вищих еукаріот завжди є «запасні» комплекси негомологічного з’єднання кінців, які, крім ролі «наглядача генів» потрібні, так само для зшивання дволанцюжкових розривів, що виникають при VDJ-рекомбінації, процесу, що забезпечує різноманітність B- і Т-клітинних рецепторів в імунній системі хребетних.
  2. Мікрогомологічне з’єднання кінців. Цей процес вимагає наявності ідентичної або практично ідентичною послідовності як шаблон для виправлення розриву. Білкова машинерія, яка використовується в ході цього процесу майже ідентична такій, що відповідає за кроссинговер хромосом в ході мейозу. Цей процес дає можливість пошкодженій хромосомі відновитися, використовуючи як матрицю відновлення сестринську хроматиду або гомологічну хромосому. Дволанцюжкові розриви, викликані тим, що система реплікації спробувала провести синтез через одноланцюговий розрив або непоправний втрачений нуклеотид, привівши до колапсу вилки реплікації, найчастіше, виправляється рекомбинацією. Мікрогомологічне з’єднання починається з ресекціі кінців короткого радіусу специфічної ендонуклеази на обох кінцях двостороннього розриву, з тим, щоб виявити і оголити мікрогомологічні регіони. Далі відбувається вибудовування гомологічного регіону, що слунує матрицею, паралельно пошкодженому регіону, після чого структурно-специфічна ендонуклеаза вирізає ділянки ДНК, що перекриваються. Далі відбувається відновлення пошкоджених фрагментів і зашивання остова ДНК лігази. Мікрогомологічне з’єднання кінців завжди супроводжується делецією фрагмента ДНК, а тому служить джерелом мутацій.
  3. Гомологічна рекомбінація. Екстремофіл Deinococcus radiodurans має дивовижну особливість переживати великі дози іонізуючої радіації, яка дуже сильно пошкоджує його ДНК. Якщо є як мінімум дві копії його ДНК з випадковими розривами в ній, вони можуть формувати фрагменти ДНК шляхом відпалу. Фрагменти, що частково перекриваються, використовуються для синтезу гомологічних регіонів методом ковзачої D-петлі, яка далі видовжується, доки не «виявить» комплементарні парні нитки ДНК. Фінальним кроком тут є кросовер шляхом гомологічної рекомбінації.

Всі ці три методи не є абсолютно точними, бо всі використовуються в ситуації відсутності матриці відновлення у вигляді інтактного ДНК-ланцюжка. З них більш-менш точним може бути лише перший, тоді як другий обов’язково тягне за собою делецію, а третій використовує механізми рекомбінації, які, в нормі еволюціонували саме з метою збільшення генетичного різноманіття шляхом кросинговеру і кросовера хромосом.

Залишити відповідь

Top
ukUkrainian
en_GBEnglish ukUkrainian