Mechanizmy naprawy DNA

  • By Shelley Farrar Stoakes, M.Sc., B.Sc.Reviewed by Afsaneh Khetrapal, BSc

    Naprawa DNA może być podzielona na zestaw mechanizmów, które identyfikują i korygują uszkodzenia w cząsteczkach DNA. Istnieją dwie ogólne klasy naprawy DNA; bezpośrednie odwrócenie procesu chemicznego generującego uszkodzenie i zastąpienie uszkodzonych zasad nukleotydowych.

    Credit: nobeastsofierce/.com

    DNA koduje genom komórki i dlatego jest trwałą kopią struktury niezbędnej do prawidłowego funkcjonowania komórki. Zmiany w strukturze DNA mogą powodować mutacje i niestabilność genomową, prowadząc do rozwoju nowotworów. Uszkodzenia DNA powstają w wyniku przyłączenia nieprawidłowych zasad nukleotydowych podczas replikacji DNA oraz zmian chemicznych spowodowanych spontaniczną mutacją lub ekspozycją na czynniki środowiskowe, takie jak promieniowanie.

    Mechanizm bezpośredniej naprawy DNA

    Bezpośrednie odwrócenie uszkodzeń DNA jest mechanizmem naprawy, który nie wymaga szablonu i jest stosowany do dwóch głównych typów uszkodzeń. Światło UV indukuje powstawanie dimerów pirymidynowych, które mogą zniekształcać strukturę łańcucha DNA, blokując transkrypcję poza obszarem uszkodzenia.

    Bezpośrednie odwrócenie poprzez fotoreaktywację może odwrócić tę reakcję dimeryzacji poprzez wykorzystanie energii świetlnej do zniszczenia nieprawidłowego wiązania kowalencyjnego pomiędzy sąsiadującymi zasadami pirymidynowymi. Ten rodzaj fotoreaktywacji nie występuje u ludzi.

    Uszkodzenia spowodowane przez czynniki alkilujące reagujące z DNA mogą być również naprawione poprzez bezpośrednie odwrócenie. Metylacja zasad guaniny powoduje zmianę w strukturze DNA poprzez tworzenie produktu, który jest komplementarny do tyminy, a nie cytozyny. Białko metylotransferaza metylowej guaniny (MGMT) może przywrócić pierwotną guaninę poprzez przeniesienie produktu metylacji do swojego aktywnego miejsca.

    Naprawa DNA przez wycięcie

    Wycięcie jest ogólnym mechanizmem, za pomocą którego dokonywane są naprawy, gdy jedna z nici podwójnej helisy jest uszkodzona. Nieuszkodzona nić jest używana jako szablon z uszkodzonym DNA na drugiej nici, który jest usuwany i zastępowany przez syntezę nowych nukleotydów. Istnieją trzy rodzaje naprawy przez wycięcie:

    1. Naprawa przez wycięcie bazy.
    2. Naprawa przez wycięcie nukleotydu.
    3. Naprawa przez niedopasowanie.

    Naprawa przez wycięcie bazy polega na rozpoznaniu i usunięciu pojedynczej uszkodzonej zasady. Mechanizm ten wymaga rodziny enzymów zwanych glikozylazami. Enzymy te usuwają uszkodzoną zasadę tworząc miejsce AP, które jest naprawiane przez endonukleazę AP zanim luka nukleotydowa w nici DNA zostanie wypełniona przez polimerazę DNA.

    Nucleotide excision repair jest szeroko rozpowszechnionym mechanizmem naprawy uszkodzeń DNA i rozpoznaje wiele uszkodzonych zasad. Mechanizm ten jest wykorzystywany do naprawy powstawania dimerów pirymidynowych z promieniowania UV w obrębie człowieka. Proces obejmuje rozpoznawanie uszkodzeń, które są następnie rozszczepiane po obu stronach przez endonukleazy przed resyntezą przez polimerazę DNA.

    Trzeci mechanizm wycinania nazywany jest naprawą niedopasowania i występuje, gdy niedopasowane zasady są włączane do nici DNA podczas replikacji i nie są usuwane przez polimerazę DNA. W naprawie niedopasowania, pominięte błędy są później korygowane przez enzymy, które rozpoznają i usuwają niedopasowaną zasadę, aby przywrócić oryginalną sekwencję.

    Naprawa uszkodzeń podwójnej nici DNA

    Naprawa uszkodzeń obu nici DNA jest szczególnie ważna w utrzymaniu integralności genomu. Istnieją dwa główne mechanizmy naprawy przerwania podwójnej nici: rekombinacja homologiczna i klasyczne niehomologiczne łączenie końców.

    Rekombinacja homologiczna obejmuje wymianę sekwencji nukleotydów w celu naprawy uszkodzonych zasad na obu niciach DNA poprzez wykorzystanie chromatyd siostrzanych. Klasyczne niehomologiczne łączenie końców łączy końce przerw bez homologicznego szablonu poprzez użycie krótkich sekwencji DNA zwanych mikrohomologiami. Mechanizm ten jest podatny na błędy, ale chroni integralność genomu przed możliwymi translokacjami chromosomalnymi, które mogą wystąpić w wyniku rekombinacji homologicznej.

    Badania wykazały również, że pęknięcia podwójnej nici mogą być naprawiane przez alternatywne mechanizmy, takie jak jednoniciowe annealing i alternatywne łączenie podczas pewnych warunków. Mechanizmy te są mutagenne i mogą prowadzić do utraty informacji genetycznej.

    Single-stranded annealing zapewnia łączenie się końców pomiędzy przeplatanymi powtórzeniami nukleotydów w genomie, co prowadzi do usunięcia jednej kopii powtórzenia i sekwencji pośredniej w procesie. Alternatywne łączenie ma nieokreślony mechanizm naprawy przerwania podwójnej nici, ale wiadomo, że ryzykuje integralność genomu przez łączenie przerw końcowych na różnych chromosomach.

    Dalsza lektura

    • Wszystkie treści DNA
    • Co to jest DNA?
    • Właściwości DNA
    • Modyfikacje chemiczne DNA
    • Funkcje biologiczne DNA

    Written by

    Shelley Farrar Stoakes

    Shelley uzyskała tytuł magistra w dziedzinie ewolucji człowieka na Uniwersytecie w Liverpoolu i obecnie pracuje nad doktoratem.D, badając porównawczą anatomię szkieletową naczelnych i człowieka. Jej pasją jest komunikacja naukowa, ze szczególnym naciskiem na przekazywanie najnowszych wiadomości i odkryć naukowych szerokiej publiczności. Poza badaniami i pisaniem tekstów naukowych Shelley lubi czytać, odkrywać nowe zespoły w swoim rodzinnym mieście i chodzić na długie spacery z psem.

    Ostatnia aktualizacja Feb 26, 2019

    Cytaty

    Proszę użyć jednego z następujących formatów, aby zacytować ten artykuł w swoim eseju, pracy lub raporcie:

    • APA

      Stoakes, Shelley Farrar. (2019, February 26). Mechanizmy naprawy DNA. Wiadomości-Medyczne. Retrieved on March 25, 2021 from https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanisms-of-DNA-Repair.aspx.

    • MLA

      Stoakes, Shelley Farrar. „Mechanizmy naprawy DNA”. Wiadomości-Medyczne. 25 marca 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanisms-of-DNA-Repair.aspx>.

    • Chicago

      Stoakes, Shelley Farrar. „Mechanisms of DNA Repair”. News-Medical. https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanisms-of-DNA-Repair.aspx. (dostęp 25 marca, 2021).

    • Harvard

      Stoakes, Shelley Farrar. 2019. Mechanisms of DNA Repair. Wiadomości-Medyczne, przeglądane 25 marca 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanisms-of-DNA-Repair.aspx.

    .

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.