Репарация ДНК-полимеразой

Большинство бактериальных полимераз в дополнение к основной полимеризующейактивности в направлении 5'-3' имеет редактирующую (корректирующую) экзонуклеазную активность в направлении 3'-5'. Если встраивается «неправильный» нуклеотид, ошибка чаще всего (в 99% случаев) распознается полимеразой, вероятно, из-за того, что в этом месте в двойной спирали образуется пузырь или впячивание. Процесс репликации останавливается до тех пор, пока «неправильный» нуклеотид не будет удален, а нужный не встанет на его место.

У эукариотических ДНК-полимераз 3'-5'-экзонуклеазной активности не обнаружено.

Световая репарация

В 1949 г. А. Кельнер, Р. Дюльбекко и И. Ф. Ковалев независимо друг от друга установили, что жизнеспособность ряда микроорганизмов, утраченная ими после облучения УФ – светом, может быть восстановлена, если их сразу после этого осветить видимым светом.

Это явление было названо фотореактивацией, или световой репарацией. Тиминовые димеры, возникшие в результате УФ-облучения, разрушаются, и тимины возвращаются к своей исходной форме под действием видимого света.

Фотореактивация катализируется ферментом фотолиазой, кодируемой геном phr. Этот фермент, когда активируется фотоном света, расщепляет димер на исходные составляющие. Линии с мутациями гена phrимеют дефекты световой репарации. Фотолиаза обнаружена у прокариот и у низших эукариот, однако ее нет, например, у человека.

Репарация алкилирующих повреждений

Генетические повреждения, вызываемые присоединением алкильных или метильных групп, могут репарироваться в результате удаления этих групп специфическими ферментами. Следует заметить, что в этой репарирующей системе модифицированное основание не удаляется из ДНК. В данном случае фермент, О⁶-метилгуанинтрансфераза, распознает О⁶-метилгуанин в ДНК и удаляет метильную группу, возвращая основание в исходную форму.

Репарация лигазой

Еще один тип прямойрепарации был обнаружен для однонитевых разрывов ДНК, индуцируемых, например, ионизирующим излучением. При этом фермент лигаза осуществляет прямое воссоединение разорванных концов в молекуле ДНК.

Эксцизионная репарация

При этом типе репарации поврежденные участки вырезаются из цепи ДНК, а затем образовавшиеся бреши заполняются неповрежденным материалом.

Темновая репарация

Первая система такого типа была открыта в 1964 г. Бойсом и др. Эти авторы выявили несколько УФ-чувствительных мутантов у E.coli, которые после облучения ультрафиолетом обнаруживали более высокий, чем в норме, уровень мутаций.

Эти мутации были названы UvrA(UV - repair — репарация УФ – повреждений). При этом мутанты UvrA сохраняли способность репарировать димеры с потреблением света, т. е. они имели нормальную систему фотореактивации. Поэтому предположили, что должна быть и другая система репарации, которая не требует света. Эта система была названа темновой, или эксцизионнойрепарацией. Так как клетки дикого типа могут репарировать димеры в темноте, аллель дикого типа называют UvrA⁺.

Предположим, что УФ – свет вызвал образование димера тимина в ДНК. Нарушение опознается UvrA, В, С - эндонуклеазой; это фермент, состоящий из 3 – х субъединиц — UvrA, UvrB и UvrC. Этот фермент (нуклеаза) делает надрез в поврежденной цепи через 8 нуклеотидов в 5'-сторону от димера и второй надрез — через 4 – 5 нуклеотидов с 3' – стороны. Затем вырезанный фрагмент удаляется, брешь заполняется с помощью ДНК-полимеразы I и запечатывается ДНК – лигазой.

Измененные азотистые основания репарируются в темноте и другими способами. Клетки содержат фермент гликозилазу, которая может обнаружить ненормальное основание и удалить его путем разрушения гликозидной связи между основанием и сахаром. Эта каталитическая активность оставляет брешь в ДНК, где удалено основание. Эта брешь называется АР-сайтом (апуриновым, если нет А или G, или апиримидиновым, если отсутствуют С или Т).

Фермент АР-эндонуклеаза опознает наличие бреши и разрезает остов ДНК на 5'-конце от поврежденного основания.Затем удаляется фосфат на 5'-конце надрезанной нити с помощью фосфодиэстеразы. Образовавшаяся брешь из одного нуклеотида заполняется ДНК-полимеразой и запечатывается ДНК-лигазой.

К настоящему времени описано много типов ферментов-гликозилаз, каждый из которых узнает разнообразные поврежденные основания – метилированные, дезаминированные и др.