Эксцизионная репарация нуклеотидов

Эксцизио́нная репара́ция нуклеоти́дов (англ. Nucleotide Excision Repair, NER) — один из механизмов репарации ДНК. Наряду с эксцизионной репарацией оснований и репарацией ошибочно спаренных нуклеотидов, он позволяет исправить однонитевые повреждения ДНК, используя в качестве матрицы неповреждённую комплементарную цепь. В отличие от вышеуказанных механизмов, NER предназначен для более крупных повреждений ДНК, таких как пиримидиновые димеры, образующиеся в ДНК под действием ультрафиолета (УФ)[1].

У прокариотПравить

 
Схема работы системы Uvr[2]

У прокариот эксцизионная репарация нуклеотидов осуществляется системой белков Uvr. Три из этих белков — UvrA, UvrB и UvrC — образуют эндонуклеазу, известную как UvrABC-эндонуклеаза[en]. Сначала белок UvrA распознаёт пиримидиновые димеры и прочие крупные повреждения и связывается с UvrB. Далее UvrA диссоциирует с затратой АТФ, а к UvrB присоединяется UvrC, который вносит надрезы в ДНК по обе стороны от повреждения: с отступом в 7 нуклеотидов от 5'-конца и с отступом в 3—4 нуклеотида от 3'-конца. Внесение надрезов требует затраты АТФ. Далее хеликаза UvrD расплетает ДНК между насечками, благодаря чему повреждённая цепь высвобождается. Синтез новой цепи взамен повреждённой осуществляет ДНК-полимераза I[en], хотя её могут заменять ДНК-полимеразы II[en] и III. В 99 % случаев при эксцизионной репарации, опосредованной системой Uvr, заменяется фрагмент ДНК длиной около 12 пар оснований (п. о.). В 1 % случаев заменяются более протяжённые участки — длиной около 1500 п. о., а в исключительных случаях и более 9000 п. о. Механизмы, регулирующие длину заменяемого фрагмента (короткий или длинный), неизвестны[3].

Комплекс Uvr может не только сам распознавать повреждения, но и направляться к ним другими белками. Так, если повреждение ДНК мешает транскрипции, белок Mfd[en] смещает РНК-полимеразу и привлекает комплекс Uvr для устранения повреждения. Когда репарация матричной цепи ДНК завершается, транскрипция продолжается и образуется нормальный транскрипт[3].

У эукариотПравить

 
Схема путей эксцизионной репарации нуклеотидов у эукариот[4]

У эукариот существует два механизма эксцизионной репарации нуклеотидов: репарация всего генома и репарация, связанная с транскрипцией. При первом пути белок XPC[en] узнаёт повреждение в любом месте генома. У млекопитающих белок XPC входит в состав комплекса, распознающего повреждение, в который также входят белки HR23B и центрин-2[en]. XPC также распознаёт повреждения, которые не может устранить эксцизионная репарация нуклеотидов, например, короткие участки частично денатурированной ДНК. Для распознавания некоторых типов повреждений, например, пиримидиновых димеров, XPC нуждается в дополнительных белках, которые помогают ему связаться с местом повреждения[5].

При втором пути, связанном с транскрипцией, повреждение распознаётся самой РНК-полимеразой II, при этом фермент останавливает движение по матрице ДНК. В некоторых случаях для протекания процесса фермент должен быть особым образом модифицирован или даже разрушен. Так, при остановке РНК-полимеразы II на месте пиримидинового димера её большая субъединица деградирует[5].

Собственно репарация в двух случаях осуществляется сходными наборами белков. В месте повреждения транскрипционный фактор TFIIH[en], обладающий хеликазной активностью, раскручивает участок длиной около 20 п. о. Далее с обеих сторон повреждения эндонуклеазы FEN1[en] и ERCC4[en] который входит в состав комплекса, включающий также белок ERCC1[en]. Благодаря этому комплексу ERCC4 удерживается в связанном с ДНК виде в месте повреждений. Как правило, при эксцизионной репарации нуклеотидов у эукариот удаляется фрагмент длиной 25—30 п. о. Одноцепочечный повреждённый участок замещается за счёт синтеза новой цепи, который проводят ДНК-полимеразы δ[en] и ε[en], а комплекс лигазы III и XRCC1[en] лигируют разрыв[5].

Если на пути репликативной вилки оказывается пиримидиновый димер, не удалённый системами репарации, то для дальнейшей репликации необходимо участие ДНК-полимеразы η[en][6].

Клиническое значениеПравить

Мутации в разных белках, принимающих участие в эксцизионной репарации оснований, приводят к пигментной ксеродермеаутосомно-рецессивному заболеванию, при котором солнечный свет и особенно УФ вызывают повреждения кожи, больные предрасположены к заболеванию раком. У больных синдромом Коккейна при остановке РНК-полимеразы II на месте УФ-повреждения не происходит деградации большой субъединицы. Это нарушение репарации приводит к неврологическим нарушениям и проблемам с ростом. Больные синдромом Коккейна, как и пациенты с пигментной ксеродермой, чувствительны к солнечному свету, но не предрасположены к развитию рака. Мутация одного из компонентов TFIIH, XPD, приводит к развитию трихотиодистрофии[7].

ПримечанияПравить

  1. Carroll S. B., Wessler S. R., Griffiths AJFl, Lewontin R. C. Introduction to genetic analysis (неопр.). — New York: W.H. Freeman and CO, 2008. — С. 534. — ISBN 0-7167-6887-9.
  2. Morita R., Nakane S., Shimada A., Inoue M., Iino H., Wakamatsu T., Fukui K., Nakagawa N., Masui R., Kuramitsu S. Molecular mechanisms of the whole DNA repair system: a comparison of bacterial and eukaryotic systems. (англ.) // Journal Of Nucleic Acids. — 2010. — 14 October (vol. 2010). — P. 179594—179594. — doi:10.4061/2010/179594. — PMID 20981145. [исправить]
  3. 1 2 Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 393.
  4. Fuss J. O., Cooper P. K. DNA repair: dynamic defenders against cancer and aging. (англ.) // PLoS Biology. — 2006. — June (vol. 4, no. 6). — P. e203—203. — doi:10.1371/journal.pbio.0040203. — PMID 16752948. [исправить]
  5. 1 2 3 Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 394.
  6. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 395.
  7. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 394—395.

ЛитератураПравить

  • Кребс Дж., Голдштейн Э., Килпатрик С. Гены по Льюину. — М.: Лаборатория знаний, 2017. — 919 с. — ISBN 978-5-906828-24-8.