Репарация и рекомбинация

❖ ДНК – РНК – БЕЛОК

Мутации

❖ Ошибки репликации (10-7-10-8),❖ Апуринизация (105 раз в день в клетке),❖ UV-, рентгеновское и другое α-, β- и γ-излучение.,❖ UV-A приводит к образованию тиминовых димеров,❖ UV-B приводит к образованию свободных радикалов

Виды повреждений днкG A CT

ds DNA Break Mismatch

Thymidine dimerAP siteCovalent X-linking

ss Break

C-U deamination

Окисление днкАктивные агенты: HO•, H2O2, O2, LOO•

• ~10,000 окислений на клетку в день

ДезаминированиеN N

NN

NH2

N NH

NN

O

NH2

N

N

NH2

O

N NH

NN

O

N NH

NH

N

O

O

NH

N

O

O

Hypoxanthine

Xanthine

Ura cil

NNH

NN

O

NN

NH

O

H

A G

A

G

C

К чему приводят мутации

Апуринизация

2,000 – 10,000/cell/day

Тиминовые димеры

❖ Два находящихся рядом тимина могут под действием UV-излучения ковалентно «сшиваться» с образованием циклобутанового кольцаTGF!, thereby contributing to the unregulated growth char-

acteristic of these tumors. This finding attests to the impor-tance of mismatch repair in correcting genetic damage thatmight otherwise lead to uncontrolled cell proliferation.

Nucleotide Excision Repair Was ElucidatedThrough Study of Xeroderma Pigmentosum, a Hereditary Predisposition to Skin CancersCells use nucleotide excision repair to fix DNA regions con-taining chemically modified bases, often called chemicaladducts, that distort the normal shape of DNA locally. A keyto this type of repair is the ability of certain proteins to slidealong the surface of a double-stranded DNA molecule look-

ing for bulges or other irregularities in the shape of the double helix. For example, this mechanism repairs thymine-thymine dimers, a common type of damage caused by UVlight (Figure 23-29); these dimers interfere with both repli-cation and transcription of DNA. Nucleotide excision repairalso can correct DNA regions containing bases altered by covalent attachment of carcinogens such as benzo(a)pyreneand aflatoxin (see Figure 23-26), both of which cause G-to-Ttransversions.

Figure 23-30 illustrates how the nucleotide excision-repair system repairs damaged DNA. Some 30 proteins areinvolved in this repair process, the first of which were iden-tified through a study of the defects in DNA repair in cul-tured cells from individuals with xeroderma pigmentosum,a hereditary disease associated with a predisposition to can-cer. Individuals with this disease frequently develop the skincancers called melanomas and squamous cell carcinomas if their skin is exposed to the UV rays in sunlight. Cells ofaffected patients lack a functional nucleotide excision-repairsystem system. Mutations in any of at least seven differentgenes, called XP-A through XP-G, lead to inactivation of thisrepair system and cause xeroderma pigmentosum; all producethe same phenotype and have the same consequences. The

966 CHAPTER 23 • Cancer

MSH2 MSH6Template strand

MLH1 endonuclease,PMS2

DN A helicase

DN A exonuclease

New ly synthesizeddaughter strand

Gap repair by DN Apolymerase and ligase

A5"

3"

3"

5"5" 3"

1

2

3

AC

5"

3"

3"

5"

5"

3"

3"

5"

AT

▲ FIGURE 23-28 Mismatch excision repair of newlyreplicated DNA in human cells. A complex of the MSH2 andMSH6 prote ins binds to a m ispaired segment of DNA in such a way as to distinguish bet ween the template and new lysynthesized daughter strands (step ). This triggers binding of the MLH1 endonuclease , as we ll as other prote ins such asPMS2, which has been implicated in oncogenesis throughm ismatch-repair mutations, although its specific function isunclear. A DNA he licase unw inds the he lix and the daughterstrand is cut; an exonuclease then removes several nucleotides,including the m ismatched base (step ). F inally, as w ith baseexcision repair, the gap is then filled in by a DNA polymerase (Pol #, in this case) and sealed by DNA ligase (step ).3

2

1

Deoxyribose

Deoxyribose

P

Two thymine residues

Thymine-thymine dimer residue

N

N

CHN

CH

C

C

O

O

Deoxyribose

Deoxyribose

P

CHN

CH

C

C

UVirradiation

CH3

CH3

O

O

NC

HN

HC C

C

O

O

CH3

NC

HN

CC

O

O

CH3

CH

▲ FIGURE 23-29 Formation of thymine-thymine dimers.The most common type of DNA damage caused by UVirradiation, thym ine-thym ine dimers can be repaired by anexcision-repair mechanism .

Прямая «починка»

■ Специальный белок, исправляет O6-алкилгуанины (e.g. O6-Me-dG, O6-Bz-dG),■ В рез-те хим.реакции O6-алкильная группа переносится на остаток Cys в

активном сайте. Белок инактивируется и деградирует.

Base excision repair

Ò Используется для починки небольших повреждений в ДНК (AP-сайты, метилирование, окисление…),

Ò Ген BER hogg1 очень часто удален в легочном раке

N NH

NH

N

O

O

Xanthine

Base excision repair

У бактерий работает Pol I, у человека - pol β

Nucleotide excision repairУ человека - pol δ и ε,,

у E.coli - PolI

Xeroderma pigmentosum и Cockayne syndrome

❖ Вызывается несколькими мутациями в генах белков NER

Полезное метилирование ДНК

У всех организмов ДНК метилирована,

,Модификация происходит через некоторое время

после окончания репликации,

,У эукариот ДНК может метилироваться для

регуляции транскрипции

Исправление ошибок репликации

Исправление ошибок репликации

Исправление ошибок репликации

SOS-репарация❖ Запускается при накоплении большого количества одноцепочечной ДНК,

❖ В случае активации SOS-системы мутации не исправляются,

❖ Специальные полимеразы (Pol II, IV, V) «проходят» мутации, встраивая напротив них что попало,

❖ Как вариант, специальные белки UmuCD «заставляют» Pol III делать то же самое

«Нелигитимное» соединение концов хромосом

От англ. «illegitimate»,За счет потери части

генетического материала хромосома

остается целой

Репликация «плохой» ДНК

Репликация «плохой» днк

Рекомбинация

Структура Холлидея

Рекомбинация – 2 пути

«Разрешение» (to resolve) структуры холлидея

Внутримолекулярная рекомбинация

Интеграция фага в геном бактерии

Кроссинговер (crossing-over)

Репликация «плохой» ДНК

Репликация «плохой» ДНК

Рекомбинация двуцепочечных разрывов

❖ Двуцепочечный разрыв съедается до CHI-сайтаA

❖ Образуется одноцепочечный «хвост»A

❖ Этот «хвост» используется для внедрения в сестринскую хромосому

Репарация и рекомбинация

❖ КОНЕЦ