Oprava DNA
Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 11. června 2019; kontroly vyžadují 8 úprav .Oprava (z lat. reparatio - obnova) - speciální funkce buněk , spočívající ve schopnosti korigovat chemické poškození a zlomy v molekulách DNA poškozených při normální biosyntéze DNA v buňce nebo v důsledku působení fyzikálních či chemických činidel. Provádí se speciálními enzymovými systémy buňky. Řada dědičných onemocnění (například xeroderma pigmentosa ) je spojena s porušením opravných systémů.
Historie objevů
Počátek studia reparace byl položen prací Alberta Kellnera ( USA ), který v roce 1948 objevil fenomén fotoreaktivace - snížení poškození biologických objektů způsobené ultrafialovými (UV) paprsky s následným vystavením jasnému viditelnému světlu. ( lehká oprava ).
R. Setlow, K. Rupert (USA) a další brzy zjistili, že fotoreaktivace je fotochemický proces, který probíhá za účasti speciálního enzymu a vede ke štěpení dimerů thyminu vytvořených v DNA po absorpci UV kvanta.
Později, při studiu genetické kontroly citlivosti bakterií na UV světlo a ionizující záření, byla objevena temná oprava – vlastnost buněk eliminovat poškození v DNA bez účasti viditelného světla. Mechanismus temné opravy bakteriálních buněk ozářených UV světlem předpověděl A. P. Howard-Flanders a experimentálně potvrdil v roce 1964 F. Hanawalt a D. Petitjohn (USA). Bylo prokázáno, že u bakterií po ozáření dochází k vyříznutí poškozených úseků DNA se změněnými nukleotidy a ve vzniklých mezerách dochází k resyntéze DNA.
Reparační systémy existují nejen v mikroorganismech , ale také ve zvířecích a lidských buňkách , ve kterých jsou studovány v tkáňových kulturách . Je známo dědičné onemocnění člověka - xeroderma pigmentosa , při kterém je narušena oprava.
Thomas Lindahl , Aziz Shankar a Paul Modric obdrželi Nobelovu cenu za chemii za rok 2015 za výzkum v oblasti studia metod opravy DNA [1] [2] .
Zdroje poškození DNA
- Ultrafialová radiace
- Záření
- Chemické substance
- Chyby replikace DNA
- Apurinizace - odštěpení dusíkatých bází z cukro-fosfátové kostry
- Deaminace - odstranění aminoskupiny z dusíkaté báze
Hlavní typy poškození DNA
- Poškození jedním nukleotidem
- Poškození páru nukleotidů
- Dvouřetězcové a jednořetězcové zlomy řetězce DNA
- Tvorba příčných vazeb mezi bázemi stejného vlákna nebo různých řetězců DNA
- Tvorba thyminových dimerů
- Síťování
Struktura reparačního systému
Každý z opravných systémů obsahuje následující součásti:
- DNA helikáza – enzym, který „rozpoznává“ chemicky změněné úseky v řetězci a přeruší řetězec v blízkosti poškození;
- DNáza (deoxyribonukleáza) je enzym, který "přeřeže" 1 vlákno DNA (sekvence nukleotidů) podél fosfodiesterové vazby a odstraní poškozenou oblast: exonukleáza působí na koncové nukleotidy 3` nebo 5`, endonukleáza působí na jiné než koncové nukleotidy ;
- DNA polymeráza - enzym, který syntetizuje odpovídající úsek řetězce DNA , aby nahradil odstraněný;
- DNA ligáza je enzym, který uzavírá poslední vazbu v polymerním řetězci a tím obnovuje jeho kontinuitu.
Druhy oprav
Bakterie mají alespoň 3 enzymatické systémy vedoucí k opravě – přímý, excizní a postreplikativní. Eukaryota a bakterie mají také speciální typy opravy Mismatch [3] a SOS-repair (navzdory názvu se tento typ opravy mezi bakteriemi a eukaryoty mírně liší [4] .
Přímá oprava
Přímá oprava je nejjednodušší způsob eliminace poškození v DNA, který obvykle zahrnuje specifické enzymy , které dokážou rychle (obvykle v jednom kroku) odstranit odpovídající poškození a obnovit původní nukleotidovou strukturu . Takto působí například O6-methylguanin- DNA metyltransferáza , která odstraňuje methylovou skupinu z dusíkaté báze na jeden z vlastních cysteinových zbytků .
Excizní oprava
Excizní oprava zahrnuje odstranění poškozených dusíkatých bází z DNA a následné obnovení normální struktury molekuly podél komplementárního řetězce. Enzymový systém odstraní krátkou jednořetězcovou sekvenci dvouřetězcové DNA obsahující nesprávně spárované nebo poškozené báze a nahradí je syntetizací sekvence, která je komplementární ke zbývajícímu řetězci.
Excizní oprava je nejběžnější metodou pro opravu modifikovaných bází DNA . Je založena na rozpoznání modifikované báze různými glykosylázami, které štěpí N-glykosidickou vazbu této báze s cukro-fosfátovou kostrou molekuly DNA. Zároveň existují glykosylázy, které specificky rozpoznávají v DNA přítomnost určitých modifikovaných bází (oxymethyluracil, hypoxanthin, 5-methyluracil, 3-methyladenin, 7-methylguanin atd.). U mnoha glykosyláz byl dosud popsán polymorfismus spojený s náhradou jednoho z nukleotidů v kódující sekvenci genu. U řady izoforem těchto enzymů byla prokázána souvislost se zvýšeným rizikem onkologických onemocnění [Chen, 2003].
Dalším typem opravy excize je nukleotidová excizní oprava , určená pro větší léze, jako je tvorba pyrimidinových dimerů .
Post-replikativní oprava
Typ opravy, ke kterému dochází, když proces excizní opravy nestačí ke kompletní opravě poškození: po replikaci s vytvořením DNA obsahující poškozené oblasti se vytvoří jednořetězcové mezery, které jsou vyplněny v procesu homologní rekombinace pomocí proteinu RecA [5] .
Postreplikativní oprava byla objevena v buňkách E. coli neschopných štěpit thyminové dimery. Toto je jediný typ opravy, který neobsahuje krok rozpoznání poškození.
Zajímavosti
- Předpokládá se, že 80 % až 90 % všech rakovin je spojeno s nedostatkem opravy DNA [6] .
- Poškození DNA pod vlivem faktorů prostředí, jakož i normálních metabolických procesů probíhajících v buňce, se vyskytuje s frekvencí několika set až 1000 případů v každé buňce každou hodinu [7] .
- Ve skutečnosti se chyby při opravě vyskytují stejně často jako při replikaci a za určitých podmínek i častěji.
- V zárodečných buňkách nedochází ke komplexní opravě spojené s homologní rekombinací kvůli haploidní povaze genomu těchto buněk [8] .
Poznámky
- ↑ Nobelova cena za chemii udělena za opravu DNA // Lenta.Ru . Získáno 7. října 2015. Archivováno z originálu 7. října 2015.
- ↑ Kirill Stasevich. Jak buňka opravuje svou DNA // Věda a život . - 2015. - č. 11 . - S. 30-38 .
- ↑ Kenji Fukui. Oprava nesouladu DNA u eukaryot a bakterií // Journal of Nucleic Acids. — 27. 7. 2010. - T. 2010 . - S. 260512 . — ISSN 2090-021X . - doi : 10.4061/2010/260512 . Archivováno z originálu 24. listopadu 2021.
- ↑ Mark S. Eller, Adam Asarch, Barbara A. Gilchrest. Fotoprotekce v lidské kůži – mnohostranná odpověď SOS† // Fotochemie a fotobiologie. - 2008. - Sv. 84 , iss. 2 . — S. 339–349 . — ISSN 1751-1097 . - doi : 10.1111/j.1751-1097.2007.00264.x . Archivováno z originálu 24. listopadu 2021.
- ↑ S. G. Inge-Vechtomov. Genetika se základy selekce. - Moskva: Vyšší škola, 1989
- ↑ A. S. Koničev, G. A. Sevastjanová. Molekulární biologie. - M . : Akademie, 2003. - ISBN 5-7695-0783-7 .
- ↑ Vilenchik MM , Knudson AG Účinky inverzní radiační dávky na somatické a zárodečné mutace a míru poškození DNA // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2000. - 2. května ( roč. 97 , č. 10 ). - S. 5381-5386 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.090099497 . — PMID 10792040 .
- ↑ B. Lewin. Geny.
Viz také
- Triky vyvolané zářením
- poškození DNA
- buněčného cyklu
- genová terapie
- Primární radiobiologické procesy
- Progeria
 Slovníky a encyklopedie |
|---|
| oprava DNA | |
|---|---|
| Excizní oprava |
|
| Jiné druhy oprav |
|
| Jiné proteiny |
|
| Nařízení |
|
 buněčného jádra | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nukleární membrána / Nuclear lamina |
| ||||||||
| jadérko |
| ||||||||
| jiný |
| ||||||||