Репликация Мутации Ошибки репликации Постоянные повреждения ДНК Геномная нестабильность Старение Репарация ДНК Канцерогенез Повреждающие факторы. - презентация

1 Репликация Мутации Ошибки репликации Постоянные повреждения ДНК Геномная нестабильность Старение Репарация ДНК Канцерогенез Повреждающие факторы

2 Повреждения в ДНК сводятся к минимуму благодаря существованию систем, которые узнают эти нарушения и исправляют их.

3 Репарация ДНК

4 Под повреждением понимают любое изменение ДНК, которое вызывает отклонение от обычной двухцепочечной структуры

5 Типы повреждений ДНК Отсутствие основания Некомплементарное основание Нарушенное основание Одноцепочечные разрывы Образование неспецифических связей между цепями (тиминовые димеры и поперечные сшивки) Двухцепочечные разрывы На уровне одного нуклеотида: Структурные:

6 Тип повреждения Причина Отсутствие основания Кислотная или тепловая апуринизация Неправильное основание Спонтанное или индуцированное дезаминирование Нарушенное основание Ионизирующая радиация, алкилирующие агенты ДимерыУФ-облучение Неспецифические связи Митомицин С Разрывы Ионизирующая радиация, перекиси, нуклеазы

7 Дезаминирование и апуринизация

8 Дезаминирование

9 Неверное основание в результате ошибки репликации при репликации на 10 млрд оснований происходит одна ошибка, т.е.около 3-х замен на гаплоидный геном (у млекопитающих)

10 Образование тимьяновых димеров

11 Разрывы в ДНК

12 Общая характеристика репарации Это процесс удаления поврежденного участка и восстановления правильной структуры ДНК Характерен только для ДНК и обусловлен особенностями ее структуры, а именно: комплементарностью и анти параллельностью цепей. Обеспечивает сохранение генетического материала. Происходит при участии специальных ферментов

13 Ферменты репарации Эндонуклеазы – расщепляют связи внутри ДНК. Экзонуклеазы – расщепляют связи с концов, могут быть специфичными для 5 и 3 концов ДНК. ДНК-полимераза – заполняет брешь, используя комплементарную цепь в виде матрицы. Лигаза – катализирует образование фосфорнодиэфирных связей, используя энергию гидролиза АТФ. ДНК-гликозилаза – расщепляет N-гликозидную связь. АР-эндонуклеаза – разрезает ДНК в апуриновых или апиримидиновых участках с образованием 5 концов.

14 По времени различают два типа репарации Репликативная Пострепликативная Для каждого из этих типов характерны определенные молекулярные механизмы.

15 Репликативная репарация неправильно встроенные в ходе репликации нуклеотиды узнаются и удаляются ДНК- полимеразой за счет ее экзонуклеазой ( 3-5) активности.

16 происходит в ходе репликации и обеспечивает исправление неверных спариваний, аномальных гетеродуплексов и палиндромов. Этапы: Узнавание и удаление неверных нуклеотидов эндонуклеазами; Заполнение бреши при помощи ДНК-полимеразы; Сшивание концов лигазами. Мismatch (MMR)-репарация

17 Механизмы пострепликативной репарации Прямая репарация Репарация путем удаления оснований Репарация больших фрагментов Репарация двухцепочечных разрывов путем гомологичной рекомбинации Репарация двухцепочечных разрывов путем соединения концов

18 Фотореактивация – прямая репарация,происходит у бактерий на свету при участии специального фермента – фото лиазы, - Фотолиаза активируется под действием света путем дестабилизации электронов и ослабления связи с пентозой, а освободившиеся основание заменяется но новое – правильное.

19 Путем фотореактивации удаляются тиминовыедимеры

20 Прямая репарация при участии MGMT Репарация при помощи MGMT – O6-метил- гуанил-ДНК-метилазы( у человека), которая восстанавливает повреждения в результате алкилирования Механизм заключается в переносе алкильной группы с ДНК на активный центр фермента. ! 20% раковых опухолей характеризуются недостаточной активностью фермента MGMT.

21 Репарация путем удаления оснований (BER) восстановление одного нуклеотида. Этапы: ДНК-гликозилаза удаляет неверное основание; Нуклеазы расщепляют участок, в котором не достает основания; ДНК-полимераза заполняет брешь; ДНК-лигаза сшивает концы.

22 Репарация путем удаления нуклеотидов - (NER) восстановление достаточно длинных фрагментов ДНК. Этапы: Белковый комплекс (XPA-PRA) распознает дефектный участок; Нуклеаза производит разрыв на расстоянии 5 пн от 3 конца и 8 пн от 5 конца; Образованная брешь заполняется при помощи ДНК- полимераз δ и ε; ДНК-лигаза сшивает концы.

23 Рекомбинативная репарация Репарация во время рекомбинации Заключается в удалении поврежденного фрагмента и замене его нормальным гомологичным участком

24 Репарация двухцепочечных повреждений Происходит при участии протеинкиназы Ku, Механизм заключается в следующем: протеинкиназа узнает разрыв и предотвращает действие эндонуклеаз, после чего катализирует соединение при участии лигазы.

25 SOS-репарация Механизм быстрого, но не всегда точного реагирования, на стресс. Обеспечивается специальными белками – LexA и RecA-протеазой. Механизм: - в ответ на повреждение происходит активация протеазной активности белка RecA, который расщепляет белок LexA, блокирующий гены ферментов репарации, - активированные гены транскрибируются и синтезируются ферменты репарации, которые исправляют повреждение.

26 Механизм SOS-репарации

27 Метилирование и его биологическая роль Присоединение метильной группы к цитозину и аденину Происходит при участии специального фермента метилтрансферазы Метилированные участки устойчивы к действию эндонуклеаз Биологическая роль: - у прокариот: защита собственной ДНК, - у эукариот: инактивация генов (в гетерохроматиновых участках много метилированных последовательностей ДНК)

28 Болезни человека, связанные с нарушениями процесса репарации Пигментная ксеродерма Атаксия Анемия Фанкони Синдром Блума Синдром Вернера

29 Пигментная ксеродерма Вызвана мутацией гена, участвующего в репарации тимьяновых димеров; У пациентов наблюдается повышенная чувствительность к УФ облучению и предрасположенность к раку кожи и меланомам; к 4-5 годам у больных детей развивается рак кожи, а в 20%-30% случаев наблюдается неврологическая дегенерация.

30

31 Атаксия повышенная чувствительность к ионизирующей радиации; как следствие, частота возникновения рака возрастает в 1200 раз (особенно лейкемий); болезнь проявляется в нарушениях двигательных функции, дегенеративных процессах на уровне мозга и тимуса.

32

33 Анемия Фанкони образование неспецифических связей между цепями ДНК; повышенная чувствительность к химическим факторам; болезнь проявляется в виде тяжелой формы анемии и сопровождается отставанием в росте и развитии, а также иммунодефицитом.

34

35 Синдром Блума Вызван мутацией в гене геликазы и связан с нарушениями рекомбинативной системы репарации; Наблюдается высокая частота хромосомных мутаций; Характеризуется повышенной чувствительностью к УФ лучам и проявляется в виде лейкемий.

36

37 Синдром Вернера Вызван мутацией гена Wrn, кодирующего белок с геликазными и эндонуклазными функциями. Проявляется в нарушениях в функция органов и организма, в целом, а также преждевременным старением.

38