Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 3 - Д. Мецлер 1980

Биохимическая генетика и синтез нуклеиновых кислот и белков
Мутации, рак и генная инженерия
Репарация поврежденной ДНК

Сохранение клеткой функционирующей копии генома необходимо для ее выживания. Не удивительно поэтому, что клетки содержат целые наборы ферментов, которые перемещаются вдоль двойных спиралей ДНК, восстанавливают повреждения и тем самым способствуют снижению частоты появления мутаций. Наиболее хорошо изучены репарационные системы, «заделывающие» повреждения, вызванные действием ультрафиолетового излучения. Мутации, снижающие репарирующую способность Е. coli и, следовательно, повышающие чувствительность к ультрафиолетовому облучению, локализуются в разных местах хромосомной карты. Соответствующие гены обозначают через uvrA, В, С, D, F (идентичен recF) и phr. Бактерии с мутантными генами rесА,В,С также проявляют повышенную чувствительность к ультрафиолетовому излучению, что свидетельствует об участии нуклеазы recB, С и продукта гена rесА не только в рекомбинации, но и в репарации повреждений, вызванных действием ультрафиолетового излучения.

Один из главных эффектов, вызываемых ультрафиолетовым облучением ДНК, состоит в образовании димеров циклобутана (гл. 13, разд. Г, 2) между соседними пиримидиновыми кольцами, расположенными в одной и той же цепи ДНК. Для репарации этого повреждения димер должен быть вырезан и заменен новыми мономерными единицами. Было показано, что гены uvrA и В детерминируют синтез белков, образующих УФ-эндонуклеазу [247], способную вызывать одноцепочечные разрывы со стороны 5'-конца димера, освобождая 3'-ОН-группу (рис. 15-33). Предполагают, что вслед за УФ-эндонуклеазной атакой происходит 5'—3'-экзонуклеолитическая реакция, завершающаяся вырезанием циклобутанового димера. Эта реакция может протекать либо благодаря 5'—3'-экзонуклеазной активности ДНК полимеразы I, либо при участии специальной зкзонуклеазы. Образовавшаяся в результате этой реакции брешь в одной из цепей (рис. 15-33) может быть в дальнейшем «заделана» ДНК-полимеразой и лигазой.

Другой механизм репарации повреждений, вызванных действием ультрафиолетового излучения, состоит в фотореактивации видимым светом или излучением ближайшей области ультрафиолетового спектра (гл. 13, разд. 6,2). Ген phr кодирует у бактерий синтез специального фермента ДНК-фотолиазы.

Репарирующие системы, устраняющие повреждения, вызванные действием ультрафиолетового излучения, имеются не только у бактерий: их обнаруживают во всех живых организмах. Особый интерес представляет аутосомное, рецессивное наследственное заболевание, известное под названием ксеродерма пигментосум (xeroderma pigmentosum). Люди, гомозиготные по соответствующему гену, необычайно чувствительны к воздействию ультрафиолетовых лучей и склонны к развитию множественных карцином. Заболевание вызывается несколькими причинами [248], одна из которых— недостаточность специфической УФ-эндонуклеазы. Было показано, что некоторые ксеродермальные клетки лишены фотореактивирующей способности [249]. Третья причина ксеродерми может состоять в недостаточности эндонуклеазы, специфически вырезающей апуринизованные участки ДНК [249а].

РИС. 15-33. 1. Вырезание повреждения, вызванного действием ультрафиолетового облучения.

Другим синдромом болезни, наблюдаемой у людей, при которой нарушается репарация ДНК, является прогерия — состояние, приводящее к преждевременному старению и многим биохимическим аномалиям, а также к атаксической телеангиэктазии. Фибробласты кожи таких больных в культуре не способны к репарации повреждений типа тех, которые возникают при действии рентгеновского излучения [250, 250а], — разрывов цепей ДНК, вызванных гамма-излучением ⁶⁰Со. Фибробласты больных с атаксической телеангиэктазией лишены функционирующей у-эндонуклеазы—фермента, инициирующего, как это принято считать, репарирующее вырезание у-модифицированных оснований. Это состояние отличается от ксеродермы, так как клетки больных, страдающих последним заболеванием, обладают способностью к нормальной репарации повреждений, вызванных рентгеновскими лучами.

Были идентифицированы также ферменты, которые, распознав неправильно образованные пары оснований в гетеродуплексе, исправляют их [251] и удаляют из ДНК основания, модифицированные под действием канцерогенов [252].