Раздел 14

РЕПАРАЦИЯ НА ДНК

1. Повреди, мутации и репарация

Органичните полимери не са вечни. В тях постепенно се натрупват химични промени, поради което изходните свойства се губят – т. нар. стареене. Всеизвестно е, че пластмасите и целулозата с времето променят вида си и стават крехки. Белтъците и нуклеиновите киселини са още по-нетрайни. За повредените белтъци ”се грижат” протеазомите. Негодната или вече ненужната РНК също се разгражда. Не е проблем да се синтезират нови копия, като се използва записът в ДНК. Но какво да се прави, ако нещо стане със самата ДНК? Явно ДНК не трябва да се поврежда, а ако все пак се повреди, трябва някак да се поправи.

Повреда наричаме всяка промяна, която отклонява ДНК от обичайната й структура. Основните типове повреди са следните:

1. Скъсване на фосфодиестерния скелет, което може да засегне едната или и двете вериги.

2. Загуба на база. Получената празнина се нарича АП-място (АП значи апуриново или апиримидиново – според това каква е била откъснатата база).

3. Ковалентна модификация на база.

4. Въвличане на нуклеотид в неуместна ковалентна връзка с друг нуклеотид или друга молекула. Най-често базата взаимодейства с друга база, но фосфодиестерният скелет също може да участва в странични реакции на свързване, например с хистони.

5. Поява на поначало нормална, но неподходяща база поради грешка при репликацията. В резултат се получава “несдвояване” (mismatch) – двойка срещуположни, но некомплементарни нуклеотиди или различен брой нуклеотиди в двете вериги.

Повредите не трябва да се бъркат с мутациите, които също са химични промени в ДНК. Мутацията представлява подмяна на изходната ДНК-структура с друга, която също е допустима за ДНК. Мутиралият участък е ”като истински”: биологичната му функция може да е загубена, но от физична и химична гледна точка той е безупречен. Дори и леталните мутации, ако са рецесивни, могат да се предават в поколенията неограничено дълго. Следователно мутиралата ДНК най-малкото е стабилна и се реплицира нормално. Повредената ДНК, с изключение на повредите от тип "несдвояване", дори не се реплицира нормално. Мутациите често са съвместими с живота, повредите – почти никога.

Повредите настъпват много по-често, отколкото очакваме. Само съвсем малки геноми могат да разчитат на късмета си. Това правят РНК-вирусите, доколкото няма ензимни системи за поддържане на РНК. Можем да предположим, че репарацията не е била присъща на живота от самото му възникване. Примитивните жизнени форми най-вероятно са се справяли без репарация. Съвременните клетки обаче не могат. Колкото е по-голям геномът, толкова повече са възможностите за повреждане. При нормална температура (37 градуса) ДНК на всяка човешка клетка губи около 5000 пуринови бази на денонощие. А загубата на пуринова база е само една от възможните повреди. Явно клетката не може да разчита на това, че нейната ДНК може и да не се поврежда. Нужно е възстановяване на нормалната структура на ДНК – процес, наречен поправка или репарация (от англ. repair, лат. reparatio – поправяне).

Най-добре е, разбира се, след репарацията всичко да бъде както преди. Понякога обаче е невъзможно да се установи как точно е изглеждала ДНК преди повредата. Тогава на повредения участък се придава допустима структура, която може да е съществувала по-рано, но със същия успех може и да е нова. С други думи, мутациите нерядко са резултат от репарация на повреди. Системите за репарация обаче ”не са виновни”. Повредената ДНК трябва да се поправи непременно, дори с цената на мутация.

Не е изненадващо, че всеки фактор, които поврежда ДНК, повишава честотата на определен тип мутации. Затова тези фактори се наричат мутагени. Съответно мутациите се делят на спонтанни и индуцирани според причините за възникването им. Индуцирани са мутациите, появили се под действието на определен мутаген, най-вече такъв, на който нормално клетката не е изложена. Спонтанните мутации се появяват без видима причина, макар че обикновено могат да се припишат на някой от обичайните фактори на средата – космически лъчи, ултравиолетови слънчеви лъчи, кислород, температура. Няма смисъл да се обсъжда дали съществуват истински спонтанни мутации, понеже е все едно дали ще кажем, че ДНК в разтвор се поврежда спонтанно, или че температура над 0 градуса индуцира повреди в ДНК. В действителност ДНК, както и белтъците, се съхранява неувредена само при дълбоко замразяване, т.е. при температури много под нулата. Ясно е обаче, че за организма е невъзможно да пази своята ДНК по този начин. Изобщо факторите, които причиняват “спонтанните” мутации, не само са повсеместно разпространени, а често са и необходими за живота. Затова те, макар да отговарят на определението за мутагени, обикновено не се смятат за такива.

Репарацията се осъществява от ензими с помощта на регулаторни белтъци. Част от тези молекули непрекъснато обхождат двойната спирала и следят състоянието й. Когато бъде намерена повреда, тя се отстранява или от същия белтък, който я е открил, или от друг, присъединил се впоследствие към него ензим.

2. Видове репарация

2.1. Репарация на едноверижни скъсвания

От всички повреди най-гладко се репарират никовете (едноверижните скъсвания на фосфодиестерния скелет). Те нормално се получават в хода на репликацията, така че клетката е свикнала с тях. Зашиват се от ензима ДНК-лигаза.

2.2. Репарация на двуверижни скъсвания

По-сериозен тип повреда са двуверижните скъсвания. Получават се неустойчиви свободни краища, които могат да ”отплуват” далеч един от друг и да встъпят в допълнителни реакции.

И едноверижните, и двуверижните скъсвания могат да се дължат на йонизиращи лъчения. Някои химични вещества също ги причиняват.

Има два начина да се поправи двуверижно скъсване. Единият е чрез хомоложна рекомбинация. Този процес ще бъде разгледан по-нататък. За него е нужно клетката да има второ копие от същата ДНК-молекула, което да служи за “образец”. Другият начин се нарича нехомоложно съединяване на краища. Той е по-несъвършен, но явно е единственият възможен изход за хаплоидна клетка, чиято ДНК в момента е нереплицирана. И в двата пътя на репарация участват ДНК-лигази.

Ако едновременно възникнат две или повече двуверижни скъсвания, има опасност фрагментите да се съединят по нов начин. Тази опасност е по-голяма при нехомоложното съединяване на краища, отколкото при съединяването им чрез хомоложна рекомбинация. Следователно репарацията на двуверижни скъсвания може да причини структурни хромозомни мутации. В повечето случаи обаче краищата се събират правилно.

2.3. Пряка репарация

Някои повреди могат да се поправят чрез пряка репарация, т.е. по обратния път на възникването им. Най-важният такъв тип повреда е ковалентното свързване на пиримидинови бази от една и съща верига. Пиримидините имат двойни връзки C=C. Когато във веригата на ДНК има два пиримидина стоят един до друг, двойните връзки се разполагат успоредно и доста близо. Ако клетката е изложена на ултравиолетови лъчи, с тяхната енергия връзките могат да се разкъсат и базите да се свържат в димер.

Особено подходящ за тази реакция е тиминът, затова и той е даден на горната схема.

Един от начините да се поправи пиримидинов димер е чрез пряка репарация. Специален ензим, наречен фотолиаза, катализира обратната реакция, използвайки отново ултравиолетова светлина. Процесът се нарича фотореактивация.

2.4. Ексцизионна репарация

Най-честият и най-важният тип репарация е ексцизионната, т.е. “поправка чрез изрязване” (англ. excision, лат. excisio – изрязване). Тя се използва за повреди, засягащи само едната ДНК-верига. Повреденият участък се изрязва и после се възстановява, като се гледа от здравата верига. Ексцизионната репарация бива два основни вида, наречени не особено логично “ексцизионна репарация на бази” и “ексцизионна репарация на нуклеотиди”.

2.4.1. Ексцизионна репарация на бази

По този механизъм се поправят повреди, ограничени до една база, каквито всъщност са повечето повреди. Най-честият тип е апуринизирането, т.е. откъсването на аденин или гуанин от дезоксирибозата. Понякога се откъсват и пиримидинови бази. И в двата случая в ДНК остава АП-място.

Друга честа повреда е наличието на урацил – база, нормална за РНК, но не и за ДНК. Част от урацила се получава при спонтанно дезаминиране на цитозин. Останалата част се включва в ДНК при репликацията вместо тимин, тъй като в клетката се съдържа малко количество дУТФ – междинен метаболит при синтезата на дТТФ. (Вероятно най-древната ДНК е съдържала урацил като РНК, но впоследствие той е бил заменен с тимин, за да може полученият чрез дезаминиране урацил да се разпознава лесно.)

Освен цитозина и останалите бази могат да се дезаминират. Други злополуки, които могат да засегнат базите, са алкилиране, насищане на двойна връзка и разкъсване на пръстена. Част от тези реакции са спонтанни, а други са причинени от химични мутагени. Ако в клетката попаднат аналози на базите, някои от тях могат да се включат в ДНК при синтезата й.

Първият етап от ексцизионната репарация на бази е разпознаване и откъсване на дефектната база от дезоксирибозата. Ензимите, които го извършват, се наричат ДНК-гликозилази, защото връзката база – дезоксирибоза е гликозилна. Например урацилът се отстранява от урацил-ДНК-гликозилаза. Има още редица ДНК-гликозилази, специализирани за различни дефектни бази. Така един тип повреда (неподходяща за ДНК база) се преобразува в друг тип (липса на база). Този етап, разбира се, се пропуска в случаите, когато повредата поначало е била липса на база.

Дупките (АП-местата), останали вместо базите, се разпознават от ензима АП-ендонуклеаза. Той срязва фосфодиестерния скелет откъм 5’-страната на дупката. Да не се се бърка това скъсване на фосфодиестерна връзка, при което се образува ник, с предишната реакция – скъсване на гликозилна връзка!

С получения ник се свързва ДНК-полимераза. При прокариотите това е ДНК-полимераза І (pol I). Вече познаваме този ензим, понеже той има спомагателна роля в прокариотната репликация – разгражда РНК-праймерите, действайки като 5’-3’ екзонуклеаза, и запълва местата им с ДНК. Ролята на ДНК-полимераза І в репарацията също се основава на нейната 5’-3’ екзонуклеазна активност, т.е. на способността й да разгражда полинуклеотидната верига пред себе си. В същото време ензимът удължава веригата зад себе си, т.е. осъществява репаративна синтеза на ДНК. На рисунката нуклеотидите, включени в ДНК при репарацията, са дадени по-светли от “старите” нуклеотиди.

Ексцизионната репарация на бази бива “репарация на къси отсечки” и “репарация на дълги отсечки”. При репарацията на къси отсечки се изрязва само един нуклеотид – този, който е останал без база. При репарацията на дълги отсечки се отстраняват и няколко нормални нуклеотида след него. В прокариотната клетка няма принципна разлика между репарацията на къси и дълги отсечки – участва един и същ ензим, ДНК-полимераза І, въпросът е дали той ще направи една или повече “стъпки”.

След като изпълни ролята си, ДНК-полимераза І се отделя. Върху веригата остава ник, но вече без дефект в съседство. Той се зашива от ДНК-лигаза и репарацията е завършена.

При еукариотите ексцизионната репарация на къси отсечки и тази на дълги отсечки използват различни ензими. На къси отсечки работи ДНК-полимераза бета, еукариотният хомолог на ДНК-полимераза І. Този ензим няма 5’-3’ екзонуклеазна активност, но има 5’-фосфодиестеразна активност. Това значи, че не може да изреже цялостен нуклеотид, а само такъв, от който базата вече е махната. Затова ДНК-полимераза бета може да направи само една “стъпка”. Тя замества АП-мястото с нормален нуклеотид и се оттегля. След това ДНК-лигаза премахва ника.

В репарацията на дълги отсечки при еукариотите участват репликативните ДНК-полимерази – делта и епсилон. Както знаем, те не са 5’-3’ екзонуклеази, но могат да изместват ДНК-веригата пред себе си. Така се образува къса едноверижна висулка, съдържаща АП-нуклеотида. Тя се отрязва от специалната ендонуклеаза за висулки FEN1 – още един ензим, познат от раздел "Репликация". Остава лигаза да върне целостта на репарираната ДНК-верига.

Еукариотната клетка има причини да не репарира дългите отсечки с ДНК-полимераза бета. Този ензим няма редакторска (т.е. 3’-5’ екзонуклеазна) активност и затова работи доста неточно. Ето защо той се използва само за коригиране на отделни нуклеотиди – приложение, много по-ограничено от това на бактериалния му хомолог ДНК-полимераза I.

Ексцизионната репарация на бази трябва да се справя с най-честите типове повреди и затова дори при нормални условия се извършва непрекъснато Както се спомена по-горе, само апуринизирането може да засегне хиляди нуклеотиди в една клетка за едно денонощие. След всяка репликация от новите вериги ДНК трябва да се премахва погрешно включеният урацил. При това се получават толкова много никове, че известно време се е смятало, че и двете дъщерни вериги се синтезират чрез фрагменти на Оказаки. Схеми на репликация с фрагменти на Оказаки и върху водещата верига дори са включени в някои учебници.

2.4.2. Ексцизионна репарация на нуклеотиди

Ексцизионната репарация на бази има ограничения. Тя е приложима само за повреди, засягащи една-единствена база, и не може да се използва например за ковалентно свързани съседни бази. Освен това изисква специфично разпознаване на повредената база от ДНК-гликозилазата. Клетката не може да поддържа набор от ДНК-гликозилази за всички възможни видове повреди, а само за най-честите. Ето защо е нужен и алтернативен, по-неспецифичен механизъм за поправка на останалите повреди. Той се нарича ексцизионна репарация на нуклеотиди.

Молекулите-участници в този тип репарация са известни, но тук няма да ги назоваваме поименно. Започва се, разбира се, с откриване на повредата. Белтъците, изпълняващи тази функция, не разпознават специфично определени повреди (както е при ексцизионната репарация на бази), а просто усещат, че структурата на ДНК е изкривена. На долната схема като пример за повреда е даден пиримидинов димер.

След това към набелязаното място се присъединяват хеликази, които разплитат неголям участък от двойната спирала около повредата. Ендонуклеази отрязват разплетената част от повредената верига, като правят ник както от 5’-страната, така и от 3’-страната на засегнатия нуклеотид (или нуклеотиди). Полученият едноверижен олигонуклеотид, съдържащ повредата, напуска двойната спирала. Празнината, останала на негово място, се запълва от ДНК-полимераза – I при прокариотите и делта или епсилон при еукариотите. Остава ник, който се зашива от ДНК-лигаза.

Чрез ексцизионна репарация на нуклеотиди се поправят всякакви повреди, засягащи единична база, както и по-обширни повреди, стига да са ограничени в едната ДНК-верига. Например по този начин пиримидинови димери могат да се репарират на тъмно. Алтернативният начин да се поправи пиримидинов димер – фотореактивацията, работи само ако ултравиолетова светлина попадне на нужното място в нужния момент, а на това не може да се разчита.

При човека е известен рецесивен наследствен дефект на ексцизионната репарация на пиримидинови димери. Той води до болестта пигментна ксеродерма (xeroderma pigmentosum). При нея в откритите участъци на кожата се натрупват тежки поражения. Стига се до множество огнища на кожен рак и смъртен изход. Засега единственият начин да се удължи животът на болните е те да се пазят от слънчевата светлина, както и от другите известни мутагени.

2.5. Рекомбинативна (пострепликативна) репарация

След като ексцизионната репарация се основава на двуверижната структура на ДНК, лесно е да се разбере защо най-опасни са повредите по време на репликацията. Може удвояването да изпревари репарацията. Така репликационната вилка ще мине през повреден участък, преди някой да е успял да се погрижи за него. Здравата родителска верига, която единствена може да покаже правилната структура, ще остане далеч встрани. Колкото до повредената верига, повечето дефекти не позволяват на ДНК-полимеразата да премине през тях. Затова тази дъщерна молекула ДНК ще има не само повреда в старата верига, а и точно срещу нея – дупка в новосинтезираната верига

В такива случай се задейства механизъм, наречен рекомбинативна или пострепликативна репарация. Използва се ”добрата” дъщерна молекула ДНК. Част от едната й верига се използва, за да се запълни празнината в повредената молекула. Така пострадалата двойна спирала се сдобива с една здрава верига. Това е аварийна и временна мярка, тъй като изходната повреда остава и трябва да се поправи впоследствие чрез ексцизионна репарация. За това обаче има време – чак до следващата репликация. В другата (неповредената) молекула ДНК след участието й в спасителната операция ще се появи едноверижна празнина. Тя се запълва от ДНК-полимераза (I, съответно делта или епсилон) и ДНК-лигаза.

В описания случай репликацията е попречила малка повреда да се поправи чрез ексцизионна репарация и това налага да се прибегне до рекомбинативна репарация. Има и други важни приложения на рекомбинативната репарация – за повреди, които изобщо не подлежат на ексцизионна репарация. Такива са например ковалентните свързвания на ДНК с белтък (обикновено хистон), както и повредите, засягащи едновременно и двете ДНК-вериги. По-горе споменахме един такъв пример – двуверижното скъсване. Друга, особено тежка повреда от този тип е ковалентното свързване на срещуположни бази (показано вдясно под номер 4 на фигурата за видовете повреди). Такова напречно съшиване се причинява от алкилиращи агенти, съдържащи две функционални групи.

Всички повреди, изискващи рекомбинативна репарация, са опасни, защото поради сложността си процесът протича трудно и изходът му е несигурен. Понякога клетката изобщо не успява да репарира дефекта и загива. В други случаи рекомбинацията не се извършва съвсем точно и това води до хромозомна мутация. Все пак в повечето случаи рекомбинативната репарация завършва успешно.

Рекомбинативната репарация не винаги е наистина “пострепликативна”, а просто изисква второ копие от повредената молекула ДНК. То може да бъде и хомоложна хромозома. Затова всяка диплоидна клетка може да извършва рекомбинативна репарация по всяко време, независимо дали ДНК е реплицирана или не. Вероятно това е основната причина организмите с по-сложен геном да са диплоидни.

Веднъж разработени, рекомбинационните механизми са намерили и други приложения, несвързани с повредите в ДНК. Рекомбинациите и техните функции ще бъдат по-подробно разгледани в следващ раздел.

2.6. Репарация на несдвояванията

Нормално в ДНК всеки нуклеотид е сдвоен със срещуположния по правилото за комплементарност – А с Т, Ц с Г. Несдвоените (т.е. неправилно сдвоените) бази са вид повреда. Ако едната от тях има неприемлива химична структура, т.е. не е нито една от четирите присъщи на ДНК бази, тя се разпознава и премахва чрез ексцизионна репарация. По-трудно е, когато и двете срещуположни некомплементарни бази са нормални за ДНК. Именно това положение имаме предвид, когато говорим за несдвояване. Негова разновидност е случаят, когато срещу нуклеотид от едната верига изобщо не стои нуклеотид от другата верига (т.е. едната верига има нуклеотид повече).

Несдвояването се получава, ако при синтезата на ДНК се включи некомплементарен нуклеотид. Репликазата греши крайно рядко, но все пак греши. А дори и да работи много точно, самите бази от време на време приемат тавтомерни форми, които се сдвояват по други правила. Отделни нуклеотиди случайно се присъединяват, докато са в рядка тавтомерна форма. Когато възвърнат обичайния си вид, вече е късно да се отхвърлят, понеже ДНК-полимеразата ги е отминала.

Ако в клетката има молекули с плосък широк пръстен (например акридинови багрила), те са склонни да се вмъкват между базите. По време на репликацията, ако се настанят между бази от матричната верига, те могат да накарат ДНК-полимеразата да включи допълнителен нуклеотид в новата верига. Обратно, ако се вмъкнат в синтезиращата се верига, те могат да станат причина ензимът да изпусне нуклеотид.

За разлика от останалите повреди несдвояването не пречи на репликацията, но след нея едната дъщерна молекула със сигурност ще носи точкова мутация. За да се избягнат тези мутации или поне честотата им да се свали до поносимо равнище, трябва повредата да се открие и поправи преди следващата репликация. При репарацията на недсвояванията най-важно (и най-трудно) е да се установи кой от двата некомплементарни нуклеотида е погрешният. За целта трябва старата и новосинтезираната ДНК-верига да се различат по някакъв белег, поправящите ензими да приемат старата верига за вярна и да направят новата верига комплементарна на нея.

При бактериите старата ДНК-верига се познава по това, че е белязана с метилови групи. Специален ензим – ДНК-аденин-метилаза, разпознава палиндромната последователност ГАТЦ и метилира нейния аденин навсякъде, където тя се среща в генома. След репликацията ензимът обработва новата ДНК-верига с известно закъснение. Така известно време новополучената молекула ДНК е полуметилирана, т.е. само едната (старата) верига носи метилови групи. Именно през това време репарационните белтъци трябва да обходят ДНК. Ако се открие двойка несдвоени нуклеотиди, ендонуклеаза срязва най-близката неметилирана последователност ГАТЦ било от 5’, било от 3’-страната на дефекта. След това екзонуклеаза (5’-3’ или 3’-5’ според случая) хидролизира срязаната верига, докато отмине несдвоения нуклеотид. На схемата 5' и 3'-краят не са означени, за да не трябва да се илюстрират и двата варианта. После ДНК-полимераза ІІІ запълва празнината, а ДНК-лигаза възстановява целостта на веригата.

Метилирането на ДНК не е всеобщо разпространен процес при еукариотите, така че при тях старата и новата верига трябва да се различават по друг начин. Изглежда, новосинтезираната верига се познава по никовете, свързани с ексцизионната репарация на включения при синтезата урацил (вж. по-горе). Така отпада и нуждата от ендонуклеаза за поправка на недсвояванията, понеже веригата и без това е срязана.

Доколкото неправилно сдвоените нуклеотиди не пречат на репликацията, те не убиват клетката, дори и да не се репарират. Ако мутация инактивира някой от ензимите, поправящи несдвояванията, клетката все пак ще може да живее и да се дели. Честотата на мутациите обаче се повишава около 1000 пъти. Този фенотип се нарича “мутаторен” и често се установява при раковите клетки.

3. Системи за рестрикция и модификация при прокариотите

Ензимните системи за рестрикция и модификация са защитно приспособление на прокариотната клетка. Те всъщност не извършват репарация, но участват в защитата на ДНК в по-широк смисъл. Освен това са твърде важни, за да се пренебрегнат, а по-подходящо място за тях няма.

При изучаването на ДНК-бактериофагите е забелязано, че те много добре се развиват в даден щам бактерии, но не могат да се отглеждат в друг щам, който видимо не се различава от първия. Това ограничаване на развитието на даден фаг в набор от щамове е наречено рестрикция (лат. restrictio – ограничение). По-късно е установено, че фаговата ДНК прониква и в останалите бактерии, но там бързо се нарязва на къси парчета. Ензимите, отговорни за разграждането й, са наречени рестрикционни ензими или рестрикционни ендонуклеази, което в българската литература често се съкращава до рестриктази.

Възниква въпросът как рестрикционните ендонуклеази различават фаговата ДНК от собствената. Оказва се, че бактериалната ДНК е белязана чрез метилиране на някои бази А или Ц. Проникналата отвън фагова ДНК или друга чужда ДНК в общия случай не е метилирана и така лесно се отличава от клетъчната.

Всяка система за рестрикция и модификация включва два ензима – рестриктаза и метилаза. И двата разпознават определена къса последователност, най-често палиндром. Тази прицелна последователност се нарича разпознаваемо или рестрикционно място. Ако е изцяло метилирано, разпознаваемото място се подминава и от двата ензима. Полуметилираните, т.е. получените след репликация места се обработват от метилазата, така че да се бележи и втората верига. Неметилираните места активират ендонуклеазата, понеже са знак за чужд произход. Така проникналата отвън ДНК бива нарязана.

Метилазите, участващи в рестрикцията, доста наподобяват гореспоменатата ДНК-аденин-метилаза, нужна за репарацията на несдвоени нуклеотиди. Вероятно системите за рестрикция и модификация са еволюирали от ензимните системи за репарация на несдвояванията.

Системите за рестрикция и модификация са много динамични. Различават се у близки видове бактерии и дори у различни щамове на един вид. Обикновено един щам има две или повече системи с различна специфичност, т.е. разпознаващи различни последователности.

Бактериофагите, разбира се, са развили в отговор свои стратегии за оцеляване. Най-простата е фаговият геном да се изчисти от всички разпознаваеми места за дадена рестриктаза. Такъв фаг ще се развива успешно в определен вид и щам бактерии, но няма да може да използва близки щамове, които имат други рестрикционни ендонуклеази.

4. Контрол на репарацията

Репарацията донякъде се регулира, като при нужда става по-мащабна. Това се наблюдава най-вече при прокариоти, изложени на високи дози ултравиолетово облъчване или химични мутагени, както и на други фактори, увреждащи тежко ДНК (например недостиг на тимин или dna-мутация). В такива условия в E. coli се индуцира транскрипцията на около 20 гена, кодиращи репарационни белтъци. Дейността на тези белтъци се нарича SOS-отговор.

SOS-отговорът се различава от обикновената репарация не само количествено, а и качествено. Неговите ензими са склонни да обработват сравнително дълги участъци от ДНК. Освен това мутациите стават по-чести, защото точността на репарацията и ДНК-синтезата донякъде се жертва заради бързината.

За индуцирането на SOS-отговора отговаря белтък, наречен RecA, понеже играе важна роля и в рекомбинативната репарация. Той се активира от повреди в ДНК. Гените на SOS-отговора имат оператор, наречен SOS-блок. Върху него нормално седи репресор. Когато бъде активиран, RecA се свързва с репресора върху SOS-блока и предизвиква срязването му на две части. Разполовеният репресор не може повече да се задържи върху промотора и се отделя от ДНК. SOS-блокът се освобождава и вече нищо не пречи на експресията на репарационните оперони.

Еукариотите нямат SOS-отговор. Сложният им геном не би понесъл увреждания, достатъчно тежки да оправдаят SOS-отговор, нито свързаното с него натрупване на мутации. Все пак индукция на репарацията в отговор на повреди може да се наблюдава и при еукариотите, макар и в много по-малка степен. Например някои мутагени усилват експресията на ДНК-полимераза бета, която участва в ексцизионната репарация на бази. При това (както и при бактериалния SOS-отговор) честотата на мутиране се повишава, понеже ДНК-полимераза бета работи по-неточно от другите ДНК-полимерази.

При еукариотите контролът на репарацията има и други прояви. Репарацията е по-активна в делящите се клетки, отколкото в тези, които не се делят. Има данни и че клетките от половия път имат по-добри репаративни системи от соматичните клетки. В рамките на едно ядро хроматиновите области, които се презаписват, се репарират по-усилено от останалите.

В заключение следва отново да се изтъкне, че репарацията е най-важният измежду процесите, нужни за самоподдържането на живите системи. Без нея по-сложните форми на живот биха били немислими.


Основни източници

Alberts B., D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J.D. Watson. Molecular Biology of the Cell. 3rd Edition. Garland Publishing Inc., New York, London, 1994. [Online] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowSection&rid=cell
Achenbach L. (1997). Lecture topic: DNA damage and repair. [Online] http://www.science.siu.edu/microbiology/micr460/460%20Pages/460.DNArepair.html
Canitrot Y., J.-S. Hoffmann, P. Calsou, H. Hayakawa, B. Salles, C. Cazaux (2000). Nucleotide excision repair DNA synthesis by excess DNA polymerase beta: a potential source of genetic instability in cancer cells. FASEB J. 14: 1765-1774.
Dale J.W. Molecular Genetics of Bacteria. 3rd Edition. John Wiley & Sons, Inc., 1998.
Fortini P., P. Pascucci, E. Parlanti, R.W. Sobol, S.H. Wilson, E. Dogliotti (1998). Different DNA polymerases are involved in the short- and long-patch base excision repair in mammalian cells. Biochemistry 37: 3575-3580.
George J. (2000). Mismatch repair (MMR). [Online] http://greengenes.llnl.gov/repair/html/mmr.html
Haber J.E. (1999). Sir-Ku-itous routes to make ends meet. Cell 97: 829-832.
Kimball J.W. (2002). DNA Repair. [Online] http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/D/DNArepair.html
Lewin B. Genes. John Wiley & Sons Inc., New York, 1983.
Mathews C.K., K.E. van Holde, K.G. Ahern. Biochemistry. 3rd Edition. Addison-Wesley Longman, San Francisco, 2000.
Wilson D.M. (2000). Base excision repair (BER). [Online] http://greengenes.llnl.gov/repair/html/ber2.html
Wilson D.M. (2000). Nucleotide excision repair (BER). [Online] http://greengenes.llnl.gov/repair/html/ner.html

URL http://www.mayamarkov.com/biology/14Reparat/14Reparat.htm

Публикувано 2003
Copyright © Майя Маркова

Предишен раздел
Основна страница
Следващ раздел