BER (эксцизионная репарация удалением поврежденных оснований)
Эксцизионная репарация ДНК путем удаления поврежденных азотистых оснований (BER) вызывает защиту геномной ДНК от повреждений алкилирующими агентами и эндогенными генотоксическими соединениями. Биологическая функция ЭРО заключается в восстановлении исходной структуры модифицированных оснований ДНК. Эта система высокоспецифична [ Lindahl T., 1993 , Lindahl T., ea, 1997 ].
BER начинает функционировать с отщепления ошибочно включенных или модифицированных оснований от дезоксирибозы под действием ключевого фермента - ДНК-гликозилазы, обладающего способностью отщеплять большое число модифицированных оснований ДНК ( рис. I.57 ). В состав системы (BER) входят специализированные ДНК-гликозилазы, которые опознают и удаляют поврежденные основания; АР-эндонуклеазы или АР-лиазы , которые, соответственно, расщепляют нить ДНК с 5'- или 3'-конца апуринового или апиримидинового (АР) сайта; фосфодиэстераз (соответственно 5'или 3'), которые выщепляют дезоксирибофосфатный остаток, и, наконец, ДНК-полимеразы и ДНК-лигазы. В процессе BER может происходить удаление и других производных, образующихся под действием химических мутагенов и вырезание этонопуриновых производных оснований, образующихся под действием винилхлорида, а также С8-аддуктов аминофлуорена с остатками гуанина.
АР-дезоксирибоза (apurinic/apyrimidinic deoxyribose), образовавшаяся в результате удаления модифицированного азотистого основания апуринового/апиримидинового (AP-) сайта, далее вырезается с помощью АР-лиазы, которая освобождает ее 3'-конец, и АР-эндонуклеазы, гидролизующей ее 5'-концевую фосфодиэфирную связь в АР-сайте ( рис. I.58 ). Однонуклеотидная брешь затем заполняется с помощью ДНК-полимеразы, и фосфодиэфирная связь восстанавливается в реакции лигирования. У E. coli репаративный синтез ДНК выполняет ДНК-полимераза I, у дрожжей - ДНК-полимераза дельта. Из трех ДНК-лигаз, которыми обладают клетки животных, в BER, по-видимому, участвует ДНК-лигаза III.
Проводятся исследования механизмов сопряжения BER с другими генетическими процессами: транскрипцией, репликацией ДНК и регуляцией клеточного цикла. Повреждения ДНК, связанные с появлением некодирующих (AP-) участков менее опасны для клеток, так как они допускают осуществление полноценной пострепликативной репарации повреждений, чем появление ошибочно кодирующих оснований, приводящих к мутациям. ДНК-гликозилазы, участвующие в BER, способны переводить сайты, содержащие модифицированные основания (например, урацил), в некодирующие сегменты одной из цепей ДНК. Урацилгликозилазы, ассоциированные с белковыми комплексами репликативных вилок, эффективно действуют на одноцепочечные ДНК, и их активность регулируется во время клеточного цикла.
К концу 90-х гг из бактерий (E. coli, Micrococcus luteus и др.) выделено до 8 различных N-гликозилаз, способных репарировать все известные модификации оснований. Несколько различных активностей выявлено в дрожжах-сахаромицетах и в клетках человека [ Seeberg E., Eide F., Bjoras M., 1995 ].
Эффективная репарация неспаренных оснований U-G к С:G проведена in vitro [ Kubota Y., ea, 1996 ]. Реакция требовала урацил-ДНК-гликозилазы, АР-эндонуклеазы, ДНК- полимеразы бета и лигазной активности, обеспечиваемой гетеродимером лигаза III / белок XRCC1. Однако поиск генов-гомологов пока нельзя признать успешным. Они найдены пока только для урацил-ДНК-гликозилазы (гены ung, UNG и hUDG в клетках E. coli, S. cervisiae и человека соответственно); индуцибельной полифункциональной гликозилазы AlkA из E. coli, репарирующей разнообразные продукты метилирования оснований, которая оказалась гомологична N-гликозилазе MAG из S. cerevisiae и аналогична гликозилазе MPG из клеток человека [ Seeberg E., Eide F., Bjoras M., 1995 ], и формамидопиридин ДНК-гликозилазы Fpg из E. coli, гомолог которой найден в клетках S. cerevisiae.
В целом, система ЭРО - чрезвычайно действенный барьер мутациям оснований.
Ярким примером этому является тройная система защиты ДНК от окисления гуанинов, выявленная у E. coli [ Kolodner R., 1995 , Friedberg E.C., Walker G.C., ea., 1991 ].
Как в любой другой репаративной реакции, в системе ЭРО завершающим является ресинтетический этап, восстанавливающий правильность спаривания с помощью ДНК-полимеразы I (у E. coli) и ДНК-лигазы. Естественно, что столь изощренная система специализированной защиты не могла не оказаться универсальной: активности, свойственные белкам MutT, MutM и MutY, как и Эндонуклеазе III, уже выявлены у S. cerevisiae и человека. Однако пока не найдены гены, кодирующие эти и другие N-гликозилазы высших. Не найдены также и генетические заболевания, сопряженные с нарушением системы ЭРО.
Смотрите также:
