3.2. 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 (рис. 8.9).

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

3.3 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.

3.4. Репарация лигазой

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

4.Эксцизионная репарация

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

4.1. 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). Мутанты UvrA могут репарировать димеры только с потреблением света, т. е. они имеют нормальную систему фотореактивации. Поэтому предположили, что должна быть другая система репарации, которая не требует света. Эта система была названа темновой, или эксцизионной репарацией. 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 (см. рис. 8. 10). 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 (рис. 8.12). 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.