Эксцизионная репарация оснований

Эксцизио́нная репара́ция основа́ний (англ. base excision repair (BER)) — система репарации ДНК, удаляющая из двойной спирали[en] повреждённые азотистые основания. BER начинается с распознавания и удаления повреждённого основания ДНК-гликозилазами[en]. Далее особая эндонуклеаза удаляет фрагмент цепи, содержащий нуклеотид без основания, и ДНК-полимеразы застраивают брешь. Различают BER с точечной заплаткой, при которой удаляется только нуклеотид, лишённый азотистого основания, или BER с короткой заплаткой, при которой удаляется короткий фрагмент, содержащий повреждённый нуклеотид[1].

Основные этапы эксцизионной репарации оснований: справа — репарация короткими заплатками, слева — репарация точечными заплатками

МеханизмПравить

BER начинается с распознавания ДНК-гликозилазами повреждённых оснований (например, алкилированных), неспаренных оснований, а также урацила, который в норме отсутствует в ДНК и есть только в РНК. Гликозилаза разрезает связь азотистого основания с дезоксирибозой, удаляя его из ДНК. Некоторые гликозилазы также являются лиазами и вносят разрыв в цепь ДНК с 3'-конца повреждённого нуклеотида, используя аминогруппу в качестве атакующей группы. Дальнейший ход репарации определяется тем, участвовала ли лиаза в удалении повреждения[2].

Если гликозилаза функционировала как лиаза, то BER идёт по пути с точечной заплаткой. AP-эндонуклеаза[en] APE1 вносит разрыв у 5'-конца повреждённого нуклеотида, и он покидает ДНК. Образовавшаяся брешь застраивается ДНК-полимеразой β[en] и лигируется ДНК-лигазой XRCC1[en]/Lig3[3].

 
Схематическое представление AP-сайта

Если лиазной активности не было, то с образовавшимся AP-сайтом[en] (то есть апуриновым и апиримидиновым) связывается эндонуклеаза APE1, которая удаляет повреждённый нуклеотид и от двух до десяти его соседей. Далее репликативный комплекс, состоящий из ДНК-полимераз δ[en] и ε[en] и других компонентов, застраивает брешь, вытесняя близлежащие нормальные нуклеотиды. Вытесненные при этом нормальные нуклеотиды удаляются эндонуклеазой FEN1[en]. Далее новосинтезированный участок лигируется лизагой 1[3].

Механизм распознавания повреждённых оснований обычно основан на том, что они нарушают структуру двойной спирали ДНК и «выскакивают» из спирали, попадая непосредственно в активный центр гликозилазы[4].

Повреждённые основания не всегда подлежат удалению. Например, при репарации метилированных адениновых нуклеотидов метильная группа окисляется специальными ферментами до CH2OH, далее высвобождается формальдегид (HCHO) и исходная структура аденина восстанавливается[5].

Выбор пути BER — с точечной или с короткой заплаткой — может также зависеть от стадии клеточного цикла и степени дифференцировки клетки[6]. Кроме того, два механизма используются разными организмами с различной частотой. Например, у дрожжей Saccharomyces cerevisiae, по-видимому, отсутствует репарация точечной заплаткой, так как у них не выявлено гомологов человеческих генов, белковые продукты которых участвуют в этом пути[7].

Клиническое значениеПравить

Дефекты в различных путях репарации ДНК способствуют развитию рака, и BER не является исключением. В самых разных организмах нарушения в генах, белковые продукты которых задействованы в BER, приводят к резкому повышению частоты мутаций, что является предпосылкой для раковых заболеваний. Действительно, соматические мутации, затрагивающие ДНК-полимеразу β, наблюдаются в 30 % случаев рака, и некоторые из них вызывают злокачественную трансформацию у мышей[8]. Активность репарации повреждённых оснований и нуклеотидов в клетках голого землекопа гораздо выше, чем в клетках мыши и может быть ответственна за то, что средняя продолжительность жизни этого грызуна 30 лет (тогда как у обычной мыши — полтора года)[9]. Мутации ДНК-гликозилазы MUTYH[en] повышают риск развития рака толстой кишки[10].

ПримечанияПравить

  1. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 397.
  2. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 397—398.
  3. 1 2 Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 398.
  4. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 398—399.
  5. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 399.
  6. Fortini P., Dogliotti E. Base damage and single-strand break repair: mechanisms and functional significance of short- and long-patch repair subpathways. (англ.) // DNA Repair. — 2007. — 1 April (vol. 6, no. 4). — P. 398—409. — doi:10.1016/j.dnarep.2006.10.008. — PMID 17129767. [исправить]
  7. Gellon L., Carson D. R., Carson J. P., Demple B. Intrinsic 5'-deoxyribose-5-phosphate lyase activity in Saccharomyces cerevisiae Trf4 protein with a possible role in base excision DNA repair. (англ.) // DNA Repair. — 2008. — 1 February (vol. 7, no. 2). — P. 187—198. — doi:10.1016/j.dnarep.2007.09.009. — PMID 17983848. [исправить]
  8. Starcevic D., Dalal S., Sweasy J. B. Is there a link between DNA polymerase beta and cancer? (англ.) // Cell Cycle (Georgetown, Tex.). — 2004. — August (vol. 3, no. 8). — P. 998—1001. — PMID 15280658. [исправить]
  9. Исследователи ИХБФМ СО РАН и ИМКБ СО РАН установили возможную причину долгожительства голого землекопа, 9 ноября 2018 г.
  10. Farrington S. M., Tenesa A., Barnetson R., Wiltshire A., Prendergast J., Porteous M., Campbell H., Dunlop M. G. Germline susceptibility to colorectal cancer due to base-excision repair gene defects. (англ.) // American Journal Of Human Genetics. — 2005. — July (vol. 77, no. 1). — P. 112—119. — doi:10.1086/431213. — PMID 15931596. [исправить]

ЛитератураПравить

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