Системы защиты клеточной ДНК

Молекулярная биология – комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации
Центральная догма молекулярной биологии
ЭКСПРЕССИЯ ГЕНА
Молекулярная биология – это наука о биополимерах: белках и нуклеиновых кислотах (ДНК и РНК) и их взаимоотношениях
Обратная
транскрипция

Взаимосвязь молекулярной биологии с другими близкими науками

Системы защиты клеточной ДНК

80-90% случаев

Особенности повреждений ДНК

Молекулярные основы мутаций и повреждений DNA.

1) Ошибки репликации, не исправленные DNA-Pol
Cyt
(амино-форма)
Cyt
(имино-форма)

Таутомерная имино-форма Cyt вызывает трансцизию за счёт образования неканонических пар
Мисмэтч С/А

Дезаминирование
- H2O
- H2O

Причины возникновения Thy у молекулы ДНК в эволюции живого мира
репарация

Причиной сбоя репарации служат минорные основания

Апуринизация
АР-сайт

Метаболические яды и химические отравляющие вещества с алкилирующим действием (бромистый метил, этиленоксид, метилхлорид, диметилсульфат) вызывают дополнительную потерю пуринов
DMS = (CH3O)2SO2

4) Химические мутагены
а) Алкилирующие агенты
Алкилирование – это добавление алкильных боковых групп (метиловые, этиловые, пропиловые или бутиловые) в пуриновые или пиримидиновые основания молекулы ДНК под действием ряда химических мутагенов (алкилирующих агентов).
Такой способностью обладают сернистый и азотистый иприты, многие промышленные токсиканты, лекарственные противоопухолевые препараты, являющиеся производными дихлорэтиламина (циклофосфамид, мелфалан), нитрозомочевины (кармустин, ломустин), а также алкилсульфонаты (бисульфан, цисплатин) и др.
иприт
азотистый
иприт
диметилнитрозамин

химический канцерогенез
kat – цитохром Р450 печени
Микотоксин Aspergillus flavus
Заболевание «Х»

Канцерогены группы бензпирена и бензантрацена
Постоянные компоненты табачного дыма, копчёных продуктов и продуктов,
приготовленных на углях, а также выхлопных газов
индукция этанолом

5) Интеркаляция и образование кинков
Этидий бромид

6) Ошибки DNA-Pol, связанные с включением аналогов природных и синтетических нуклеотидов
2-аминопурин
Механизм трансцизии

5-бром-дезоксиуридинтрифосфат как аналог TMP

5-BrUra/Ade
5-BrUra/Gua
норма
патология
Кетон
(лактам)
Енол
(лактим)

Механизм трансцизии A/T → G/C

7) Физические мутагены (Х-, УФ- и γ-лучи)
Образование пиримидиновых димеров Т/Т, Т/С и С/С

Типы защиты ДНК
1) Структурная (оформленное ядро; наличие белков гистоновой и негистоновой природы в хроматине).
2) Функциональная:
2.1.) особенности работы DNA-Pol,
2.2.) R-M-защита,
2.3.) Молекулярный аппарат для исправления ошибок в DNA – репарация.

R-M-защита. Общая схема.
«+»

Минорные нуклеотиды необходимы для проверки «подлинности» DNA на уровне молекулярного узнавания ферментами системы рестрикции-модификации.

РЕПАРАЦИЯ

Репарация повреждений в молекуле ДНК (по классической схеме) идет в несколько этапов:
первый этап – это идентификация повреждения и определение его типа;
второй этап – это активация ферментов, которые или напрямую преобразуют повреждение до исходного состояния, или (если прямое восстановление невозможно) вырезают поврежденный участок, формируя брешь.
В последнем случае прибавляются еще 2 этапа:
третий этап - синтез нового участка молекулы ДНК (взамен поврежденного)
четвертый этап - его встраивание в брешь.

Виды репарации
1. Прямая (исправление ошибок) – механизм обращения ошибок
O6-алкилгуанинтрансфераза
(AGT)
фотореактивация

Оксидоредуктазы AlkB (E.coli), hABH2 и hABH3 (Homo sapiens)

2. Экцизионная (удаление ошибок)

Молекулярный механизм удаления неканонического нуклеотида ДНК - UMP

SOS-репарация как крайне рискованный механизм
В ходе этого механизма индуцируется синтез белков, присоединяющихся к ДНК-полимеразному комплексу и «загрубляющих» его работу таким образом, что подпорченный комплекс становится способным строить дочернюю нить ДНК напротив дефектных звеньев матричной нити, и при этом в дочерней нити появляется много ошибок (мутаций).
В результате SOS – репарации клетка спасается от гибели на этом этапе, и теперь может произойти клеточное деление. ДНК клетки удвоится, хотя и с ошибками и с высоким риском угрозы для последующей жизни клетки.
SOS-ответ определяется взаимодействием белков RecA и LexA

Спонтанный аборт как механизм сохранения генофонда
1. Собственно спонтанный аборт (СА). Характеризуется самопроизвольным отторжением из полости матки прекратившего развитие более или менее сформированного эмбриона, не имеющего заметных признаков внутриутробной задержки развития.
Такой СА происходит до 20-24 недели беременности.
2. Неразвивающаяся беременность (НБ), при которой развитие зародыша прекращается в эмбриогенезе (со 2-ой до 7-ой недели), но по неизвестным причинам не происходит отторжение эмбриона из полости матки (вплоть до 10-14-ой недели беременности).
3. Анэмбриония (АЭ). Характеризуется развитием экстраэмбриональных оболочек без развития эмбриона. При АЭ развитие эмбриона прекращается в раннем эмбриогенезе на стадии дифференциации внутренней клеточной массы (2-4 недели), и зародыш представлен пустым плодным мешком.