4.2. Репарация неспаренных оснований

Как мы уже говорили, во время репликации ДНК – полимераза допускает ошибки, в результате которых в дочернюю цепь ДНК оказываются включенными нуклеотиды, не комплементарные нуклеотидам в материнской нити (их называют мисмэтчами — от англ. mismatch). Такие ошибки корректируются с помощью мисмэтч – системы репарации. У Е. coli в этот процесс вовлечены продукты трех генов: mutS, mutL и mutH (рис. 8.14). Мутации по всем этим генам приводят к увеличению частоты спонтанных мутаций у Е. coli на 2-5 порядков.

Ясно, что неправильное спаривание (ошибка репликации) может затронуть только дочернюю нить ДНК, матричная нить в процессе репликации остается неизменной. Следовательно, система репарации мисмэтчей должна оперировать на дочерней цепи и производить замену некомплементарных оснований только в ней. Kлетки при этом используют важное различие в структуре матричной и дочерней нитей, найденное в 70-х гг. Оказалось, что вскоре после окончания репликации специальные ферменты метилазы присоединяют метильные группы к аденинам в последовательностях GАТС. Поэтому во время следующего цикла репликации нити ДНК оказываются различимыми: материнская нить несет метилированные аденины, а дочерняя – нет.

Пока они остаются неметилированными, клетки должны успеть отрепарировать мисмэтчи.

Процесс начинается с того, что к некомплементарной паре мисмэтча присоединяется белок MutS. С ним тут же связываются белок MutL и две молекулы белка MutH. Белок MutH распознает участок GATC и обладает эндонуклеазной активностью, с помощью которой ДНК в этой последовательности может быть надрезана вблизи аденина в неметилированной нити. Надрезы могут быть внесены как в 5'-, так и в З'-положение относительно аденина. Мультимолекулярный комплекс, составленный из этих белков, массивен и связывает длинный фрагмент ДНК. Последний протягивается через комплекс до следующего участка GATC, расположенного по другую сторону от мисмэтча. Иногда расстояние между участками GATC может превышать несколько тысяч нуклеотидов.

Благодаря своей эндонуклеазной активности MutH разрезает дочернюю нить в участке GATC. Затем к комплексу присоединяется еще один белок — экзонуклеаза, которая разрушает всю дочернюю нить до места неправильного спаривания и даже несколько дальше. Затем бреши застраиваются ДНК-полимеразой, а концы воссоединяются с помощью лигазы.

4.3. Пострепликативная репарация

Этот способ восстановления целостности ДНК заключается в репарации пробелов, образующихся в дочерних цепях напротив неудаленных до репликации димеров пиримидинов. Основная часть таких пробелов репарируется путем рекомбинационных обменов между двумя материнскими молекулами ДНК. В клетках этот процесс контролируется по крайней мере 17 генами.

Из комплементарной нити сестринской двойной спирали (она была свободна от дефектов), на которой репликация уже завершена, с помощью белка RecA вырезается участок ДНК, равный по длине участку бреши, и встраивается в брешь (рис. 8.15). Затем лигазы соединяют концы вставленного фрагмента с концами нормально синтезированного участка дочерней нити.

После этого другие ферменты репарации устраняют димер в исходно поврежденной нити, и ДНК становится "залеченной". Одновременно брешь, оставшаяся после вырезания участка из материнской нити, застраивается ДНК – полимеразой I и концы соединяются лигазой.