Reparační mechanismy nukleových kyselin
Z WikiSkript
Navzdory působení mnoha faktorů, které mohou mutovat DNA, si organismy vyvinuly způsoby, jak mutace v genetickém materiálu opravovat.
Opravné systémy jsou velmi komplexní procesy, na nichž se účastní přibližně 130 genů a podílí řada bílkovin s různou funkcí .
U člověka existuje minimálně 5 typů oprav DNA.
Přímá oprava[upravit | editovat zdroj]
- u lidí méně častý způsob
- vyskytuje se u nás několik genů, které se účastní mechanismu přímé opravy
- z nich je nejlépe charakterizován gen, který kóduje DNA-methyltransferasu schopnou odstranit methyl-skupinu z nesprávně methylovaných guaninů
- u bakterií existuje opravný mechanismus, závislý na viditelném světle – fotoreaktivace
- ta opravuje dimery pyrimidinů (thyminů např.) produkované UV zářením
- viditelné záření indukuje enzymy nazývané fotolyasy, které rozpoznají thyminové dimery, váží se na ně a štěpí kovalentní vazby, které se mezi nimi vytvořily za využití světelné energie
Excizní opravy[upravit | editovat zdroj]
- excizní opravy jsou důležitou součástí procesu replikace
- při vysoké rychlosti zařazování nukleotidů do nového řetězce je frekvence chybného zařazení bazí poměrně vysoká
- jsou známy zejména dva hlavní typy excizních oprav
BER (base excision repair)
- odstranění abnormální nebo chemicky modifikované baze
- tento kontrolní systém opravuje velké množství nejběžnějších poškození DNA
- oprava probíhá za účasti různých DNA-glykosylas, které jsou kódovány nejméně 8 geny
- každá DNA-glykosylasa je odpovědná za identifikaci a odstranění specifické purinové nebo pyrimidinové baze
- po odstranění baze štěpí endonukleasa (AP endonukleasa) a fosfodiesterasa vlákno DNA v pozici špatně zařazené baze a odstraní zbytek nukleotidu (curk-fosfát) za vzniku mezery
- DNA-polymerasa pak nahradí chybějící baze podle originální struktury a DNA-ligasa spojí nový úsek DNA s původní DNA
NER (nucleotid excision repair)
- odstranění větších úseků DNA
- tento systém používá komplex jiných enzymů než systém BER
- má schopnost opravovat větší úseky DNA i dimery pyrimidinů
- excizní opravy poškozené DNA sestávají z následujících kroků
- enzym DNA-endonukleasa rozpozná poškozené místo a označí jej (např. přeruší jeden řetězec DNA v sousedství poškození)
- DNA-nukleasa odstraní označený nukleotid a také několik sousedních nukleotidů
- následně enzym DNA-polymerasa doplní vzniklou mezeru, přičemž jako templát slouží nepoškozený řetězec DNA
- reparační proces je ukončen spojením nově syntetizované DNA s původní DNA činností DNA-ligasy
Postreplikační oprava (homologní rekombinace)[upravit | editovat zdroj]
- uplatní se zejména při nápravě zlomů obou řetězců DNA a je mnohem méně objasněný než excizní systémy
- je realizován mechanismem, který je podobný genové konverzi
- jedná se o homologní rekombinaci, kdy se jedno vlákno homologního chromosomu spáruje a zrekombinuje s poškozenou DNA
- mezi lidské geny, které se účastní tohoto způsobu opravy patří gen NBS (gen mutovaný u Nijmegen breakage syndromu) nebo gen BLM (mutovaný u Bloomova syndromu) a geny BRCA1 a BRCA2
Mismatch repair[upravit | editovat zdroj]
- systém opravuje chyby, které vzniknou v průběhu replikace DNA
- enzymy jsou schopné identifikovat špatně zařazený nukleotid (mismatch) a označit ho nebo přímo opravit
- důležité je, že systém dokáže rozlišit původní řetězec a správnou sekvenci nukleotidů a dceřinný řetězec s mutovanou sekvencí a nahradit nesprávný nukleotid podle originálu
- systém byl nejprve objeven u bakterií (E. coli), kde je rozlišení umožněno porovnáním methylace obou řetězců
- řetězce DNA obsahují palindromové sekvence GATC, ve kterých je adenin v templátovém řetězci methylovaný
- v novém řetězci dochází k methylaci adeninu až po určité době
- proteiny mismatch repairu jsou schopné rozpoznávat tyto semimethylované GATC sekvence a tak původní a nově syntetizovaný řetězec
- u E. coli mismatch repair zajišťují produkty 4 genů – mutH, mutL, mutS a mutU
- mutU je helikasa, mutS protein rozpoznává chybné párování, mutL spojuje komplex proteinů a mutH přeruší nemethylovaný řetězec (GATC specifická endonukleasa) v semimethylované sekvenci GATC po nebo proti proudu
- nově syntetizovaný řetězec s chybnou bazí je vyštěpen mutD
- excidovaný úsek může být dlouhý i tisíce bazí
- jeho délka závisí na vzdálenosti nejbližší GATC sekvence od místa chybného párování
- vyštěpený úsek je syntetizován DNA-polymerasou I a spojen ligasou
- homology proteinů mutS a mutL byly prokázány i u člověka v souvislosti se studiem onkogeneze
- geny, které je kódují, jsou označovány jako mutátorové geny, i když mutace nevyvolávají, ale opravují
- mutace těchto genů znemožňují účinný mismatch repair
- mutace vzniklé při replikaci a změny struktury DNA jsou bez opravy přenášeny do dalších generací buněk
- kumulace mutací může vést až ke vzniku tumoru
- mismatch repair geny člověka jsou označovány jako hMSH2, hMLHl, hMSl, hPMS2 a MSH6
- mismatch repair je zřejmě univerzální ve všech buňkách s dvouřetězcovou DNA
- u člověka germinální mutace mutátorových genů podmiňují vznik nepolyposního hereditárního karcinomu tlustého střeva (Lynchův syndrom I a II)
Všechny tyto systémy (s výjimkou přímé opravy) vyžadují spolupráci řady enzymů – exo, endo nukleas, helikas, polymeras a ligas.
Odkazy[upravit | editovat zdroj]
Související články[upravit | editovat zdroj]
Použitá literatura[upravit | editovat zdroj]
Reference[upravit | editovat zdroj]
