WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 ||

3.5. Репарация неспаренных оснований (мисмэтч-система репарации) Ошибки спаривания азотистых оснований во время репликации ДНК происходят достаточно часто (у бактерий один раз на 10 тыс. нуклеотидов), в результате которых в дочернюю цепь ДНК включаются нуклеотиды, некомплементарные нуклеотидам материнской цепи - мисмэтчи (от англ. mismatch – несоответствие). Несмотря на то что ДНК-полимераза I прокариот обладает способностью к самокоррекции, ей не всегда удается устранить некомплементарные пары. В этом случае репарация происходит с использованием системы, связанной с метилированием ДНК. Суть ее заключается в том, что вскоре после окончания репликации (через несколько минут специальные ферменты – метилазы присоединяют метильные ) группы к аденинам в последовательностях GATC с образованием N6метил-аденина (N6 - mA). Поэтомуво время следующего раунда репликации нити ДНК оказываются различными: материнская нить ДНК (которая остается неизменной) несет метилированные аденины, а в дочерней их модификация начнется только по окончании репликации. Пока они остаются неметилированными, клетка должна успеть отрепарировать мисмэтчи в дочерней нити.

В репарации принимает участие целый комплекс ферментов, который: сканирует поверхность молекулы ДНК (узнавая последовательность G-N6-mA-T-C и следующую за ней деформацию в двойной спирали в местах отсутствия комплементарности), вырезает участок неметилированной дочерней цепи, включая мисмэтч (интервал между участками GATC), в результате чего образуется брешь иногда очень большой протяженностью – несколько тыс.п.н.), а затем создает условия для застраивания его комплементарными нуклеотидами (по матрице материнской цепи) и воссоеди нения однонитевых разрывов.

Различные компоненты этого комплекса обладают различными активностями (нуклеазной, хеликазной, АТРазной), необходимыми для внесения разрывов в ДНК и выщепления нуклеотидов, расплетания двойной спирали ДНК и энергетического обеспечения движения комплекса вдоль репарируемой части молекулы (рисунок 23). Так, у E. coli в процесс ини циации мисмэтч-репарации вовлечены продукты четырех генов: mutS (белок mutS распознает участок мисмэтча), mutL, mutH (продукт гена обладает эндонуклеазной активностью) и mutU (кодирующий геликазу II).

ДНК N6-метилированный аденин м м Структура, узнаваемая ферментами репарации м м репликация м м дочерние цепи G T мисмэтч м м Этапы репарации C-G м м брешь репаративный T-A-CH(N6-mA) (мисмэтч синтез A-T Т А Т удаляется) G-C м м Рисунок 23. Схема мисмэтч - репарации, связанной с метилированием ДНК (пояснения в тексте) Данный процесс репарации обнаружен у бактерий, дрожжей, в клетках человека и некоторых других организмов.

Несмотря на большое разнообразие систем репарации, в целом, процесс репарации можно охарактеризовать двумя основными показателями:

эффективностью и точностью. Точность важна для конкретного индивида, ибо в противном случае у него разовьется заболевание. В ходе эволюции же предпочтение отдается эффективности.

Поливариантность процесса репарации эволюционно выгодна потому что организм, попавший в экстремальные условия, и потомство свое, оставляет в этих условиях. Следовательно, если за счет SOS-репарации, включенной этими условиями, возникнут дополнительные мутанты, они могут оказаться более приспособленными к таким условиям, выжить и увеличить вероятность сохранения вида.

3.6. Наследственные болезни человека, связанные с дефектами систем репарации ДНК С нарушением систем репарации у человека связан ряд серьезных наследственных заболеваний. Приведем некоторые примеры.

Пигметная ксеродерма. Встречается в среднем с частотой – 1 случай на 100000 новорожденных (1:100000), как правило, в родственных браках. Впервые (1968 г.) Дж. Кливер выявил, что причиной этой коварной и неизлечимой болезни являются дефекты разных репарирующих систем.

Пигментная ксеродерма – это группа болезней, связанных с мутациями генов (так называемые варианты ХР-генов), обусловливающих дефекты эксцизионной репарации (нарушение вырезания нуклеотидов, застройка “брешей” и др.). Несколько форм этой болезни : XPI, XPII, XPvar имеют общий симптом: повышенную чувствительность к солнечным лучам, а точнее – к его УФ-части, той части спектра, от действия которой у нормальных людей происходит загар. При передозировке солнечного света у всех людей могутбыть ожоги в результате действия невидимых УФ-лучей.

Но при постепенном загорании образуется нормальный загар. У больных же пигментной ксеродермой даже после непродолжительного пребывания на солнце образуются сильные ожоги (красные пятна), а затем долгонезаживающие раны, приводящие к развитию злокачественной опухоли кожи (раку кожи). Причем, частота заболевания раком увеличивается с возрастом, вероятно, за счет накоплений повреждений в ДНК, связанных с нарушениями в системе репарации. Гиперчувствительность к УФ облучению является следствием дефектов репарирующих ДНК ферментов. У больных формой XPI – дефект эксцизионной репарации связан с отсутствием активности УФ-эндонуклеазы. В культуре клеток здоровых людей после облучения УФ в дозе 10 Дж/м2 через 20 час из ДНК исчезает до 90% тиминовых димеров, в то время как в клетках больных димеры вообще не удаляются из ДНК. Больные XPII - формой не способны репарировать однони тевые разрывы ДНК в связи с отсутствием у них фермента ДНКполимеразы I. У больных Xpvar выщепление димеров идет нормально, но нарушен этап пострепликативной репарации. Механизм пострепликативной репарации наименее специфичен, т.к. при этом отсутствует этап узнавания повреждений.

Анемия Фанкони – наследственное заболевание человека (НЗЧ), связанное с дефектами репарации повреждений от химических мутагенов и канцерогенов (но не УФ-света), обусловленными дефектами эндонуклеаз, пониженной способностью клеток больного к апоптозупосле воздействия ионизирующего излучения. Отмечается двухкратное по сравнению со здоровыми людьми удлинение G2-фазы клеточного цикла. Характеризуется угнетением кроветворных функций костного мозга (пониженным количеством всех клеточных элементов крови), а также многочисленными нарушениями роста и развития. Показана повышенная частота новообразований у больных и их кровных родственников.

Атаксия-телангиэктазия= синдром Луи-Бар. Является прогрессивным неврологическим заболеванием с частотой рождаемости 1:40000 новорожденных. Классифицируется как “синдром хромосомных разрывов” из-за повышенной чувствительности к повреждающим ДНК агентам и канцерогенам, что обусловлено нарушением процессов репарации ДНК (преимущественно с дефектами репаративного синтеза, нарушением клеточного цикла). Главными неврологическими признаками, проявляющи мися с самого раннего детства, является прогрессирующая атаксия (нарушение координации движения – больные нередко не могутсамостоятельно передвигаться и привязаны к инвалидной коляске), телангиэктазии (патологическое расширение кровеносных сосудов) на коже и конъюнктивах глаз, умственная и иммунная недостаточность (резко снижено содержание иммуноглобулина А), расстройствами речи и др.

С дефектами мисмэтч-репарации связана наследственная предрасположенность к раку прямой кишки - 1:200 человек, т.е. это одна из наиболее часто встречающихся наследственных предрасположенностей к раку.

Нарушения в системе репарации могутприводить к преждевременномустарению. Прогерии – группа болезней, для которых характерно ускоренное (преждевременное) старение. Известны две ее формы, определяемые по началупроцесса старения – до или после периода полового созревания.

Синдром Хатчинсона-Гилфорда = прогерия детей. Это крайне редко встречающееся заболевание (1 на 4-8 млн новорожденных), из-за чего до сих пор не известен тип его наследования. Признаки старения проявляются с самого рождения, а к 4-5 годам – глубокие старики. Продолжительность жизни среди описанных случаев – от 7 до 27 лет. Средний возраст наступления смерти – 12 лет. Больные имеют маленький рост при относительно большой голове, у них наблюдается склероз сосудов, старческая морщини стость кожи, катаракты. Больные отстают в развитии особенно физическом, бесплодны. При исследовании репарации ДНК в клетках этих больных обнаружена их неспособность избавляться от ДНК-белковых сшивок, вызываемых химическими агентами. Главная диагностическая особенность клеток больного – резкое снижение по сравнению с нормой числа Хейфлика (пролиферативной способности клеток in vitro). Длина теломерных последовательностей у больных также оказалась значительно сниженной по сравнению со здоровыми донорами (теломеры больных укорачиваются примерно в 3 раза быстрее, чем у здоровых), причем для них характерно врожденное укорочение теломер.

Прогерия взрослых= синдром Вернера характеризуется тем, что признаки старости проявляются с периода полового созревания: резко седеют, теряют волосы, появляются ранние морщины, “старческий голос”. Ускоренное старение начинается с 20 лет и раньше и активно развивается до лет. Сопровождаются широким спектром патологии, обычно связываемой с возрастными изменениями – атеросклероз, диабет, катаракта, различные типы доброкачественной и злокачественной опухоли. Средний возраст смерти – 47 лет. Больные могутиметь потомство.

У взрослых прогерия может быть следствием какой-либо болезни, психического или физического недоразвития, может возникнуть при недостаточном питании и изнурительном труде, как это отмечалось у лиц, заключенных в концлагерях. В данном случае это фенокопии мутаций генов, ответственных за работу систем репарации.

Клетки больных прогерией являются сейчас одной из основных клеточных моделей in vitro для изучения причин и молекулярных механизмов старения.

Большим успехом молекулярно-генетического подхода к проблеме старения можно считать открытие и выяснение клеточной функции гена синдрома Вернера (WRN), локализованного на коротком плече хромосомы 8. Ген WRN кодирует ядерный белок, гомологичный различным геликазам (RecQ, BLM, SGS1), участвующим в процессах репарации и репликации ДНК. Установлено, что роль WRN геликазы состоит в поддержании геномной стабильности, кроме того, она участвует в апоптозе. Мутации этого “гена старения” приводят к нарушению процессов репликации и репарации ДНК. Исследование фибробластов больных синдромом Вернера показало уменьшение потенциала делений в культуре клеток и 10-кратное увеличение темпа спонтанных мутаций, а также быстрое снижение теломерной длины. В лимфоцитах больных увеличена частота транслокаций. Это свидетельствует о снижении эффективности механизмов ДНК-репарации.

Как оказалось, гомолог гена WRN дрожжей SGS1, также участвует в клеточном старении.

Предполагается, что в основе процесса клеточного старения лежит возрастная реорганизация генома, вызванная укорочением теломер, активацией мобильных генетических элементов и дефектами систем репарации ДНК. Подобная генетическая нестабильность соматических клеток предполагает глубокое влияние на генную экспрессию, приводя к различным генетическим и эпигенетическим изменениям и обусловливая дегенерацию и атрофию клеток и тканей. Это, в свою очередь, является причиной старения организма в целом.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Геном, клонирование, происхождение человека / Л.И. Корочкин [и др.].- Фрязино : Век 2. - 2004. - 224с.

2. Глик Б. Молекулярная биотехнология: Принципы и применение. / Б.

Глик, Дж. Пастернак. - М. : Мир, 2002. - 589с.

3. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика / И.Ф. Жимулев. - Новосибирск : Изд-во Новосиб. ун-та, 2002. - 458 с.

4. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции / С.Г. ИнгеВечтомов. - М. : Высшая школа, 1989. - 592с.

5. Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии / В.Н. Рыбчин. – СПб.:

Изд-во СПбГТУ, 1999. - 521с.

6. Сингер М. Гены и геномы / М. Сингер, П. Берг. - М. : Мир, 1998. Т.1 - 373 с.; т.2 – 391 с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Айала Ф. Современная генетика / Ф. Айала, Дж. Кайгер. - М. : Мир, 1987, том 1 - 295с.; М. : Мир, 1988, тома 2 и 3.

2. Алиханян С.И. Общая генетика / С.И. Алиханян, А.П. Акифьев, Л.С.

Чернин. - М. : Высшая школа, 1985. - 446с.

3. Богданов А.А. Теломеры и теломераза / А.А. Богданов // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - №12. - С. 12 - 18.

4. Боринская С.А. Структура прокариотических геномов / С.А. Боринская, Н.К. Янковский. - Молекулярная биология, 1999. - Т.33, №6. - С. 941957.

5. Бочков Н.П. Клиническая генетика / Н.П. Бочков.- М. : Медицина, 1997.

- 288с.

6. Гвоздев В.А. Механизмы регуляции активности генов в процессе транскрипции / В.А. Гвоздев // Соросовский образовательный журнал. - 1996.

- №1. - С. 23 - 31.

7. Гвоздев В.А. Регуляция активности генов при созревании клеточных РНК / В.А. Гвоздев // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - №12. - С. 11 - 18.

8. Гвоздев В.А. Подвижная ДНК эукариот. 1. Структура, механизмы перемещения и роль подвижных элементов в поддержании целостности хромосом / В.А. Гвоздев // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - №8. - С. 8 - 14.

9. Гвоздев В.А. Подвижная ДНК эукариот. 2. Роль в регуляции активности генов и эволюции генома / В.А. Гвоздев // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - №8. - С. 15 - 21.

10. Гвоздев В.А. Регуляция активности генов, обусловленная химической модификацией (метилированием) ДНК / В.А. Гвоздев // Соросовский образовательный журнал. - 1999. - №10. - С. 11 - 17.

11. Генетика развития растений / Л.А. Лутова [и др.]. – СПб : Наука, 2000. - 539с.

12. Георгиев П.Г. Различные механизмы регуляции длины теломер / П.Г.

Георгиев, Л.С. Мельникова, Т.Г. Кан // Молекулярная биология. - 2000.

- Т.34, №5. - С. 743 - 752.

13. Докинз Р. Эгоистичный ген / Р. Докинз. - М. : Мир, 1993. - 318 с.

14. Дубинин Н.П. Генетика / Н.П. Дубинин – Кишинев : Штиинца, 1985. – 533 с.

15. Дымшиц. Г.М. Проблема репликации концов линейных молекул ДНК и теломераза / Г.М. Дымшиц // Соросовский образовательный журнал. - 2000. - Т.6, №5. - С. 8 - 13.

16. Дымшиц. Г.М. Сюрпризы митохондриального генома / Г.М. Дымшиц // Природа. - 2002. - №6. - С. 54 - 61.

17. Жеребцов Н.А. Биохимия / Н.А. Жеребцов, Т.Н. Попова, В.Г. Артюхов.

– Воронеж : Изд-во Воронежского ун-та, 2002. - 696 с.

18. Жимулев И.Ф. Современные представления о структуре гена эукариот / И.Ф. Жимулев // Соросовский образовательный журнал. - 2000. - Т.6, №7. - С. 17 - 24.

19. Жимулев И.Ф. Интеркалярный гетерохроматин и проблема сайленсинга / И.Ф. Жимулев, Е.С. Беляева, Т.Д. Колесникова // Вестник ВОГиС. - 2004. - Т.8, №2. - С. 81 - 85.

20. Завалишин И.А. Прионы и прионные болезни / И.А. Завалишин, И.Е.

Шитикова // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. – 2000. - Т.2, №2. - С. 12 - 19.

21. Зайнуллин В.Г. Роль генетической нестабильности в старении клетки / В.Г. Зайнуллин, А.А. Москалев // Генетика. - 2000. - Т.36, №8. - С. - 1016.

22. Инге-Вечтомов С.Г. Цитогены и прионы : цитоплазматическая наследственность без ДНК / С.Г. Инге-Вечтомов // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - №5. - С. 11 - 18.

23. Инге-Вечтомов С.Г. Прионы дрожжей и Центральная догма молекулярной биологии / С.Г. Инге-Вечтомов // Вестник РАН. - 2000. - Т.70, №3. - С. 195 - 202.

24. Инге-Вечтомов С.Г. Матричный принцип в биологии (прошлое, настоящее, будущее) / С.Г. Инге-Вечтомов // Экологическая генетика. - 2003. - Т.1, вып.0. - С. 6 - 15.

25. Инге-Вечтомов С.Г. Белковая наследственность: конформационные матрицы и эпигенетика / С.Г. Инге-Вечтомов // Вестник ВОГиС. - 2004.

- Т.8, №2. - С. 60 - 66.

26. Киселев Л.Л. Двойная спираль ДНК – символ и основа современной биологии / Л.Л. Киселев // Вестник РАН. - 2003. - Т.73, №10. - С. 919 929.

27. Коничев А.С. Молекулярная биология / А.С. Коничев, Г.А. Севастьянова. - М. : Издательский центр “Академия”. - 2003. - 400с.

28. Корочкин Л.И. Как гены контролируют развитие клеток / Л.И. Корочкин // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - №1. - С. 17 - 22.

29. Кулаева О.Н. Белки теплового шока и устойчивость растений к стрессу / О.Н. Кулаева // Соросовский образовательный журнал. - 1997. - №2. - С.

5 - 13.

30. Ланцов В.А. Репарация ДНК и канцерогенез: универсальные механизмы репарации у про- и эукариот и последствия их повреждения у человека / В.А. Ланцов // Молекулярная биология. - 1998. - Т.5, вып.5. - С.757 - 772.

31. Лутова Л.А. Биотехнология высших растений / Л.А. Лутова. – СПб :

Изд-во СПбГУ, 2003. – 228 с.

32. Льюин Б. Гены / Б.Льюин. - М. : Мир, 1987. - 544 с.

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.