Репарация

(от позднелат. Reparatio-восстановление), свойственное всем клеткам живых организмов восстановление первоначальной (нативной) структуры ДНК в случае ее нарушения. Повреждение структуры ДНК может привести к блокированию репликации ДНК (летальный исход) или к мутации. Дефекты структуры ДНК возникают в результате воздействия на нее разл. Хим. Агентов или физ. Факторов (индуцир. Повреждения), а также из-за ошибок при синтезе новых цепей ДНК (спонтанные повреждения). В процессе эволюции живые организмы выработали разнообразные способы Р. При реверсии поврежденное звено ДНК восстанавливается в результате обратной р-ции, к-рая активируется специфич. Ферментами. Примеры реверсий ДНК-фотореактивация (фоторепарация) и деалкилиро-вание остатка гуанина в положении О 6.В первом случае фермент дезоксирибопиримидинфотолиаза, активируемый солнечным светом (l 300-400 нм), превращает циклобута-новые пиримидиновые димеры (см.

Пиримидиноеые основания),образующиеся в ДНК при воздействии УФ излучения, вновь в мономеры. Реверсию О 6 -метилгуанина осуществляет фермент О 6 -метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза (Ada-белок). Фермент репарирует О 6 -метилгуанин (а также О 4 -метилтимин) путем прямого переноса группы СН 3 на цисте-иновый остаток фермента. При эксцизионной Р. Происходит замена поврежденного участка двойной спирали ДНК на нативный в результате сложного многостадийного процесса, в к-ром участвует неск. Ферментов. Как правило, первый этап состоит в вырезании поврежденного пуринового или пиримидинового основания из молекулы ДНК благодаря ферментативному гидролизу N-гликозидной связи. В ДНК образуются апури-новые или апиримидиновые сайты (участки)-т.

Наз. АП-сайты. На втором этапе в результате действия АП-эндо-нуклеаз происходит разрыв фосфодиэфирной связи в ДНК с 3'-стороны (АП-эндонуклеазы I класса) или с 5'-стороны (АП-эндонуклеазы II класса) от АП-сайта. Третий этап-вырезание АП-сайта из ДНК. Он может осуществляться двумя способами. В первом случае выщепление и заполнение бреши осуществляется одним и тем же ферментом-ДНК-полимеразой I или ДНК-полимеразой II. Во втором варианте вырезание АП-сайта катализируют экзонуклеазы типа 5' . 3' (разрыв цепи ДНК происходит с образованием на концах 3'-ОН и 5'-фосфата). Заполнение же бреши в результате ресинтеза ДНК осуществляется ДНК-полимера-зами (см. Также Полидезокеирибонуклеотид-синтетазы и Рибонуклеазы).Последний этап эксцизионной Р.-"сшивание" однонитевого разрыва, восстанавливающее целостность цепочки макромолекулы ДНК, осуществляется с помощью фермента ДНК-лигазы.

При рекомбинационной Р. Происходит замещение поврежденного участка одной из нитей двойной спирали ДНК на неповрежденный в результате обмена нитями между гомологичными хромосомами как при рекомбинации гене-тической. Подобным образом репарируются сложные де-фекты структуры ДНК, затрагивающие обе нити макромолекулы в области одного и того же сайта, напр. Сшивка между нитями или двойные (двунитевые) разрывы. Особый случай рекомбинационной Р.-т. Наз. Пострепликативная Р., при к-рой поврежденная ДНК (дефекты затрагивают лишь одиночные нити) реплицируется, однако во вновь синтезир. Нитях образуются бреши (т. К. Дефекты блокируют реплика-рию). Заполнение брешей происходит в результате реком-бинац. Обмена нитями ДНК из неповрежденных областей сестринских ДНК.

Ряд ферментов (напр., ДНК-полимеразы и ДНК-лигаза), участвующих в рекомбинац. Постреплика-тивной Р., одновременно способны участвовать и в эксци-зионной Р. Однако имеются и специфич. Ферменты рекомбинации, осв. Задача к-рых способствовать переносу нитей ДНК между гомологичными двутяжевыми участками макромолекул. У бактерии кишечной палочка Escherichia coli (E. Coli) подобную роль выполняет белок RecA (мол. М. Ок. 39 тыс.). Система коррекции ошибок репликации-важный механизм Р., определяющий частоту спонтанного мутагенеза. В результате ошибок при действии ДНК-полимеразы (а также при рекомбинации) во вновь синтезир. Нитях ДНК появляются некомплементарные остатки нуклеозидов. Вместо канонич. Пар G-C и А-Т в ДНК появляются пары G-G, А-А, А-С, G-T (G, A, C и Т-соотв.

Остатки гуанози-на, аденозина, цитидина и тимидина) и др., локально искажающие двойную спираль макромолекулы. Т. К. Подобный локальный дефект симметричен по отношению к обеим нитям, то возникает дополнит. Сложность-необходимо не просто убрать из ДНК подобный дефект, а вырезать "неправильный" нуклеозид из вновь синтезир. Нити, оставляя исходную (родительскую) нить интактной. У бактерии Е. Coli отличие вновь синтезир. Нити от родительской нити определяется спец. Сигналами-метилир. Адениловыми остатками в последовательностях GATC (катализирует метилирование фермент ifom-метилаза). Именно в этой нити-с 5'-стороны от GATC-последовательности специфич. Эн-донуклеаза MutH осуществляет разрыв фосфодиэфирной связи. Др. Специфич. Белки (MutS и MutL) "узнают" дефект, вырезают нуклеозид и помогают раскручивать двойную спираль ДНК.

Заключит. Этапы Р. (заполнение бреши с помощью ресинтеза и зашивание однонитевого разрыва) проводятся ДНК-полимеразой и ДНК-лигазой. Система коррекции ошибок позволяет понизить частоту спонтанного фона мутаций в 100 тыс. Раз. Особое место среди клеточных репарирующих систем занимает "ошибочная" Р. У бактерии Е. Coli ферменты этой системы синтезируются только в ответ на действие на клетку ДНК-повреждающих агентов, напр. УФ излучения. Поэтому эту систему Р. Называют иногда SOS-системой. Осн. Задача такой системы-модифицировать ДНК-поли-меразу и поврежденный участок ДНК таким образом, чтобы не блокировалось действие ДНК-полимеразы. У Е. Coli это достигается в результате совместного действия на ДНК и комплекс ДНК-ДНК-полимераза в области дефекта ферментов RecA и UmuCD.

Система SOS-P. Играет важную роль, т. К. Благодаря ей появляется возможность сохранить генетическую информацию при попадании организмов в условия, при к-рых значительно повышается частота мутаций. Системы Р. Являются осн. Факторами, определяющими нормальное функционирование клеточной ДНК и генетич. Стабильность клетки в целом. Известен в настоящее время ряд наследств. Заболеваний человека, связанных с нарушением репарац. Систем, напр. Пигментная ксеродерма, атак-сия-телеангиэктазия и прогерия. Лит. Жестяников В. Д., Репарация ДНК и ее биологическое значение, Л., 1979. Конев С. В., Волотовский И. Д., Фотобиология, 2 изд., Минск, 1979. Томилин Н. В., Генетическая стабильность клетки, Л., 1983. Friedberg E.C., DNA repair, N.Y., 1985.

Molecular biology of DNA repair, eds. By A. Collins, R. Johnson, J. Boyle. "J. Cell. Sci.", Suppl., 1987, v. 6. Friedberg E.C., "Microbiol. Rev.", .1988, v. 52, № i, r. 70-102. Г. Б. Завильгельский.