Репарация химически модифицированных азотистых оснований

Репарация депуринизированной ДНК

Репарация ДНК

Для удаления ошибок репликации, неизбежных в процессе матричного синтеза таких огромных биополимеров, какими являются ДНК, существует специальная система ферментов репарации. Например, сопутствующие репликации одноцепочечные разрывы восстанавливаются при помощи ДНК-полимеразы I и ДНК-лигазы. ДНК-полимераза I, будучи, 3 -5 -экзонуклеазой, проверяет правильность присоединения нуклеотидов вновь образованной нити ДНК к нуклеотидам матрицы и гидролизует концевой нуклеотид, если его основание не комплементарно основанию матричной цепи. ДНК-полимераза III, также обладающая нуклеазной активностью, будет добавлять нуклеотиды только в том случае, если предыдущее основание дочерней цепи комплементарно связано с соответствующим основанием матричной цепи. Таким образом, осуществляется репарация неправильного спаривания нуклеотидов и контролируется корректность синтеза ДНК. Наиболее полно изучены повреждения, возникающие в клетках под действием ультрафиолетового облучения. Оно вызывает, в частности, взаимодействие двух соседних пиримидиновых оснований, чаще всего тиминов. При этом образуется тиминовый димер, блокирующий действие ДНК-полимеразы III.

Тиминовые димеры вырезаются при помощи ферментов репарации. У E.coli специфичная нуклеаза, вырезающая тиминовый димер, присоединяется к цепи ДНК и производит два разрыва: на расстоянии 7 нуклеотидов от 5 -конца тиминового димера и 4-х нуклеотидов от 3 -конца этого же димера. Заполнение бреши происходит при помощи ДНК-полимеразы I, синтезирующей короткие фрагменты ДНК. Эти фрагменты затем при помощи ДНК-лигазы ковалентно присоединяются к цепи ДНК. Таким образом, полностью устраняются повреждения, и восстанавливается нативная двухцепочечная спираль ДНК.

В результате действия повышенных температур некоторые пуриновые нуклеотиды лишаются своих азотистых оснований и возможности участия в репликации. Процесс репарации осуществляется при помощи особого фермента – апуриновой эндонуклеазы, которая находит участок апуриновой ДНК и вырезает его. Последующие события, связанные с синтезом олигонуклеотида и его встраиванием в цепь ДНК, аналогичны таковым при репарации тиминовых димеров.

Чаще всего такого рода модификация связана с метилированием под действием алкилирующих агентов. Репарация осуществляется при помощи группы специальных ферментов – ДНК-гликозилаз, каждая из которых специфична к одному из модифицированных азотистых оснований. В результате происходит вырезание основания из нуклеотида, причем его углеводно-фосфатный участок остается неизменным. Застройка апуриновых или апиримидиновых брешей, образованных в результате действия ДНК-гликозилаз, может происходить за счет внедрения в поврежденный нуклеотид немодифицированного азотистого основания вместо удаленного. Ферменты, катализирующие этот процесс, называются инсертазами.