Репарация ошибочно спаренных нуклеотидов (mismatch repair)
Неспаренные основания в цепи ДНК могут возникать в результате прямого повреждения оснований ДНК или их предшественников, при ошибочном включении некомплементарного основания ДНК-полимеразой в ходе репликации, а также при рекомбинации. Вместо канонических пар G–C и А–Т в ДНК появляются пары G–G, А–А, А–С, G–T и др., локально искажающие двойную спираль макромолекулы. Так как подобный локальный дефект симметричен по отношению к обеим нитям, то возникает дополнительная сложность – необходимо не просто убрать из ДНК подобный дефект, а вырезать "неправильный" нуклеозид из вновь синтезированной нити, оставляя исходную (родительскую) нить интактной. Обычно у E. coli ДНК метилирована по сайтам GATC. Фермент Dam-метилаза присоединяет метильные группы к аденину в последовательностях GATC с образованием N6-метил-аденина (N6-mA). Однако после завершения репликации дочерняя цепь ДНК некоторое время остается неметилированной.
Система MutHLS избирательно репарирует дочернюю цепь ДНК, тем самым значительно повышая точность репликации. В состав системы входят белки MutH, MutL, MutS, UvrD (хеликаза II), холофермент ДНК-полимеразы III, ДНК-лигаза, белок SSB, а также одна из экзонуклеаз: ExoI, ExoVII или RecJ. Процесс репарации начинается с узнавания неспаренного основания продуктом гена mutS. При этом белок MutS связывается с ошибочно спаренными нуклеотидами. Затем происходит образование комплекса MutS–MutL. У белка MutL не обнаружено ферментативной активности, хотя он взаимодействует с MutS, стабилизируя его связывание с неспаренным основанием, и необходим для активации MutH, обладающего эндонуклеазной активностью. Комплекс MutS–MutL, собранный на участке ДНК с ошибочно спаренным нуклеотидом, стимулирует эндонуклеазную (никазную) активность MutH. Белок MutH вносит однонитевой разрыв в неметилированную нить ближайшего к этому основанию полуметилированного (т.е. метилированного лишь в одной нити ДНК) сайта GATC, расположенного с любой стороны от неспаренного основания. В вырезании ошибочно включенного нуклеотида принимают участие хеликаза II и одна из экзонуклеаз: ExoI (3'-экзо), ExoVII (3'- и 5'-экзо) или RecJ (5'-экзо). Последнее зависит от расположения GATC-сайта по отношению к неспаренному основанию. Образовавшаяся одноцепочечная брешь длиной до нескольких тысяч оснований заполняется холоферментом ДНК-полимеразы III в присутствии SSB-белка, который защищает одноцепочечную ДНК от эндонуклеаз и препятствует возникновению вторичных структур в ней. Разрыв зашивается ДНК-лигазой.
Система репарации ошибочно спаренных нуклеотидов у E. coli, использующая белки MutHLS, распознает и репарирует все некомплементарные пары оснований, за исключением C–C. Кроме того, эта система репарирует небольшие вставки в одну из цепей ДНК, образующиеся в результате ошибок репликации, длина которых не превышает четырех нуклеотидов.
Следует подчеркнуть, что использование белка MutH и Dam-метилазы для распознавания дочерней цепи реплицировавшейся ДНК является уникальным свойством грамотрицательных бактерий. У грамположительных бактерий не происходит метилирование цепей ДНК в целях маркировки. Если сайты GATC полностью метилированы, MutHLS-система репарации E. coli изменяет ошибочно спаренные нуклеотиды в обеих цепях ДНК с одинаковой эффективностью.
Репарация ошибочно спаренных оснований у эукариот происходит при участии комплекса белков, подобного системе MutHLS бактерий, при этом у высших эукариот возможно участие в ней белка PCNA. Система репарации способна опознавать и корректировать как отдельные основания, так и протяженные вставки и делеции.
У E. coli существуют по крайней мере еще два специфических пути репарации ошибочно спаренных нуклеотидов. Система VSP (very short patch repair pathway) (репарация очень коротких ресинтезируемых трактов) репарирует некомплементарные пары G–T, заменяя их на G–C. Такие пары могут образоваться в результате дезаминирования 5-метилцитозина в сайтах, где остатки С метилированы Dam-метилазой. С более низкой эффективностью эта же система заменяет пары G–U на G–C.
MutY-зависимая система репарации специфически ликвидирует последствия окислительных повреждений гуанина. Если dGTP окисляется с образованием 8-оксо-dGTP, белок MutT расщепляет последний, предотвращая его включение в ДНК. Если же он все-таки включается напротив остатка С, то гликозилаза (MutM) удаляет это модифицированное основание. В том случае, когда 8-оксо-G остается в составе ДНК, в следующем раунде репликации он спаривается с А, и в итоге может произойти трансверсия G–C T–A. В этом случае белок MutY действует как ДНК-гликозилаза, удаляющая остаток A из некорректной пары, и как AP-лиаза, вносящая одноцепочечный разрыв по соседству с AP-сайтом. Далее следуют процессы, рассмотренные в связи с функционированием системы репарации BER. Последовательность реакций с участием MutY также репарирует некомплементарные пары A–G и A–C с образованием соответственно пар C–G и G–C.
Достарыңызбен бөлісу: |
