ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA Tι είναι επιδιόρθωση του DNA Ποιά είναι τα κύρια συστήµατα επιδιόρθωσης DNA 1
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA: Tι είναι επιδιόρθωση του DNA; Οι προκαρυωτικοί και ευκαρυωτικοί οργανισµοί διαθέτουν διάφορα συστήµατα για την επιδιόρθωση ενδογενών ή εξωγενών αλλοιώσεων του DNA τους πριν σταθεροποιήσουν το γονιδίωµα τους µέσω της αντιγραφής. 2
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA: Γενικά Οι οργανισµοί µπορούν να επιβιώσουν µόνο εάν το DNA τους αντιγράφεται πιστά και προστατεύεται απο χηµική και φυσική βλάβη, η οποία θα µπορούσε να αλλάξει τις κωδικοποιητικές του ιδιότητες. Τα όρια της ακριβούς αντιγραφής και επιδιόρθωσης της βλάβης αποκαλύπτονται από το ποσοστό φυσικών µεταλλαγών. 3
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA: Γενικά Μεγάλο µέρος της ακρίβειας είναι εγγενής ΔΗΛΑΔΗ ο τρόπος µε το οποίο η DNA πολυµεράση αντιγράφει ένα εκµαγείο και βασίζεται στην αρχή της συµπληρωµατικότητας και της δράσης διορθωτικής ανάγνωσης της πολυµεράσης. Στην επιδιόρθωση των αταίριαστων βάσεων (mismatch repair) η νεοσυντιθέµενη αλυσίδα DNA (µη µεθυλιωµένη) σαρώνεται από ένα ένζυµο που αρχίζει την αντικατάσταση του DNA που περιέχει λανθασµένα ζευγαρωµένες βάσεις. Ο ακριβής µηχανισµός είναι άγνωστος. 4
Παρολαυτά, λαµβάνουν χώρα λάθη όλων των τύπων: αντικαταστάσεις βάσεων µικρές και µεγάλες προσθήκες και απαλειφές µεγάλης έκτασης αναδιατάξεις των αλληλουχιών του DNA ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA: Γενικά Φωτοεπαγόµενα διµερή πυριµιδινών Τα κύτταρα διαθέτουν ένα µεγάλο ρεπερτόριο ενζύµων που είναι επιφορτισµένα µε την διόρθωση των βλαβών του DNA, οι οποίες διαφορετικά θα ήταν θνησιγόνες ή θα άλλαζαν το DNA προκαλώντας ζηµιογόνες µεταλλαγές. 5
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA Eπιδιόρθωση κακόζευξης (missmatch repair) Ένα σφάλµα κατά την αντιγραφή δηµιουργεί ένα αταίριαστο ζεύγος που µπορεί να επιδιορθωθεί µε την αντικατάσταση µιας βάσης. Αν δεν επιδιορθωθεί, η µετάλλαξη θα εγκαθιδρυθεί στον ένα θυγατρικό κλώνο. 6
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA: ΕΚΤΟΜΗ Μια πιο «έξυπνη» στρατηγική είναι η επιδιόρθωση εκτοµής (excision repair) στην οποία ένα τµήµα µε βλάβη αποµακρύνεται και αντικαθίσταται µέσω της σύνθεσης νέου DNA, όπου η άθικτη αλυσίδα λειτουργεί ως εκµαγείο. 7
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA: Στο E. coli η επιδιόρθωση εκτοµής αρχίζει από την ενδονουκλεάση UvrABC η οποία δηµιουργεί µία φυσαλίδα γύρω από τη θέση της βλάβης και αποκόπτει ένα τµήµα 12 νουκλεοτιδίων της αλυσίδας DNA, το οποίο περιλαµβάνει τη βλάβη. Στα ευκαρυωτικά η επιδιόρθωση εκτοµής είναι παρόµοια, αλλά εµπλέκεται ενα µεγάλος αριθµός πρωτεϊνών και το εκτεµνόµενo µονόκλωνο DNA έχει µήκος 24-32 νουκλεοτίδια. 8
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA: Επιδιόρθωση µε εκτοµή βάσης από ειδικές γλυκοζυλάσες του DNA που αναγνωρίζουν αφύσικες βάσεις Η γλυκοζυλάση αναγνωρίζει συγκεκριµένη βάση (πχ. 5Fουρακίλη) υδρολύει το δεσµό ανάµεσα στη βάση και στη δεσοξυριβόζη. Δηµιουργείται ένα κενό και αναγνωρίζεται ως απο πουρινική/απυρυµιδινική περιοχή και το σύστηµα ενζύµων αναλαµβάνει την επιδιόρθωση. 9
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA Eπιδιόρθωση µε απευθείας αναστροφή της βλάβης (direct repair) Τρείς κατηγορίες βλαβών επιδιορθώνονται απευθείας: 1. Εντοµές: διορθώνονται µε το ένζυµο DNA λιγάση αποκαθιστώντας ένα φωσφοδιεστερικό δεσµό όπως η σύνδεση των τµηµάτων Okazaki. Στους ευκαρυωτικούς ρήξεις στο ίδιο σηµείο και στις δυο αλυσίδες διορθώνονται µε ένα σύνθετο µηχανισµό. 2. Φωτοαποκατάσταση: επαναφορά διµερών πυριµιδινών στη µονοµερή τους µορφή από τα ένζυµα φωτολυάσες του DNA 3. Αλκυλιωµένες βάσεις: επιδιορθώνονται απο ειδικά ένζυµα που αποκόπτουν την µεθυλοµάδα. 10
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA Τα γονίδια επιδιόρθωσης στον άνθρωπο µπορούν να χωριστούν σε µονοπάτια που χρησιµοποιούν διαφορετικούς µηχανισµούς για να αντιστρέψουν ή να προσπεράσουν µια βλάβη στο DNA. 11
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA: Επιδιόρθωση SOS Όταν µια βλάβη σε ένα βακτήριο είναι σοβαρή, και δεν επαρκούν οι απλοί µηχανισµοί που αναφέραµε τότε ενεργοποιείται ένα σύστηµα 30 περίπου γονιδίων που βρίσκεται σε καταστολή. Η αντίστοιχη διαδικασία είναι ακόµη πιο πολύπλοκη στα ευκαρυωτικά και εαν δεν επιτευχθεί αποτέλεσµα τότε το κύτταρο αποφασίζει να πάει για απόπτωση=αυτοκτονία. 12
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA: Tρόποι επιδιόρθωσης του DNA Συνοπτικά: Τα βασικά συστήµατα επιδιόρθωσης DNA είναι: Eπιδιόρθωση µε απευθείας αναστροφή της βλάβης Eπιδιόρθωση µε εκτοµή Eπιδιόρθωση κακόζευξης Ανασυνδιαστική επιδιόρθωση Επιδιόρθωση SOS 1 3
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA Συστήµατα επιδιόρθωσης του DNA Τύπος Βλάβη Ένζυμο Επιδιόρθωση αταίριαστων ζευγών Λάθη αντιγραφής MutS,MutL,MutH E.coli MSH, MLH PMS άνθρωπο Φωτοενεργοποίηση Διμερή πυριμιδίνης DNA φωτολυάση Επιδιόρθωση εκτομής βάσης Βλαφθείσα βάση DNA γλυκοζυλάση Επιδιόρθωση εκτομής νουκλεοτιδίων Διμερή πυριμιδίνης, ογκώδες προϊόν προσθήκης σε βάση UvrA,B,C,D E.coli XPC,A,D, ERCCI- XPF,G άνθρωπο Επιδιόρθωση δίκλωνων ρήξεων Δίκλωνες ρήξεις RecA,RecBCD E.coli Σύνθεση DNA διαμέσου της βλάβης Διμερές πυριμιδίνης ή απουρινική θέση Υ- οικογένεια DNA πολυμερασών Ε.coli 1 4
ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΗ ΤΟΥ DNA: ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΣΕ ΑΛΛΟΙΩΣΕΙΣ ΤΟΥ DNA 15