1. Молекулярная биология для
биоинформатиков
• Академический университет
• Ефимова Ольга Алексеевна
В презентации выборочно использованы слайды из курса
«Мутационный процесс» СПбГУ
2. Лекция №7 Репарация ДНК
Как ДНК сохраняет стабильность?
Причины ошибок:
•Химические агенты
•Излучение
•Ошибки репликации
Системы репарации в клетке (исправление ошибок в
ДНК)
Восстановление поврежденной цепи по неповрежденной
матрице
3. Повреждения ДНК приводят к нарушению Уотсон-
Криковской структуры, локальной денатурации,
блокированию репликации
системы репарации
Контрольные точки check-points
4. Сигналы для репарации ДНК:
Непосредственно повреждение ДНК
События в цитоплазме, например окислительный стресс
Репарация поврежденной ДНК – часть общей адаптивной
реакции клетки на повреждающие воздействия
11. Где чаще всего возникают фотопродукты?
Последовательности ДНК, которые облегчают изгиб и
раскручивание ДНК: ssDNA, ТАТАА бокс.
Если CPD возник?
Влияние на транскрипцию
• CPD и 6-4PP блокируют РНК- полимеразу II млекопитающих
РНК полимераза II остается связанной с точкой препятствия, в
результате снижается как уровень РНК полимеразы, так и
блокируется транскрипция соответствующего гена.
• В основном CPD и 6-4PPs блокируют транскрипцию, и только
небольшая часть приводит к мутациям.
11
12. Фотореактивация (1963г)
• Гены PHR/PRE
• Кодируют фермент фотолиазу, мономерный флавин-
зависимый фермент
• Кофакторы : FADH- и 5,10-метенилтетрагидрофолат
(5,10-MTHF)
• Связывается в темноте с димерами ТТ
• На свету кофактор абсорбирует фотон
• Используя эту энергию фотолиаза расщепляет ТТ
димер
• Фотолиаза освобождает ДНК
12
15. Фотолиазы
• Принадлежат большому семейству фотолиаз-
криптохромов.
• Представители этого семейства широко
распространены во всех царствах
• В соответствии с их функцией:
– CPD-фотолиазы - репарируют CPDs,
– (6-4)PP- фотолиазы – репарируют (6-4) фотопродукты
– Криптохромы. Не участвуют в репарации ДНК,
происходят от фотолиаз. У растений криптохромы
регулируют рост, регулируемый синим светом, а у
животных – циркадные ритмы.
15
16. Фотолиазы имеют два типа
хромофоров
• FADH (флавинадениндинуклеотид) и MTHF
(метенилтетрагидрофолат) .
• Каталитический кофактор FADH –
непосредственно взаимодействует с субстратом –
(ТТ димером) в фоторепарирующей реакции.
• Светоуловитель MTHF– действует как антенна,
улавливает энергию и передает ее
каталитическому ко-фактору.
16
22. If the tautomeric shift is
slow, DNA polymerase
moves on and a mismatch
is incorporated into the
DNA
22
23. Deamination of Cytosine creates a G-U mismatch
Easy to tell that U is wrong
Deamination of 5-methyl cytosine creates a G-T mismatch
Not easy to tell which base is the mutation.
50%В случаев G “исправляется” наA, что
приводит к мутации
23
24. Пути коррекции ошибочно
спаренных оснований (ММ)
1. Коррекция с помощью 3’5’
экзонуклеазной активности полимераз
2. Мисмэтч репарация: выявляет
некомплементарную пару только на
дочерней цепи ДНК и производит
замену неправильного основания
только на дочерней цепи.
24
25. Основные белки метил-
направляемой MMR в E. coli
• Mut S и Mut L
узнают ММ
• Mut H -
– Узнает
полуметилированный
сайт GATC и делает
надрез
• MutU (UvrD) –
геликаза II
раскручивает
дуплекс и
освобождает
надрезанную область
25
36. У всех живых организмах NER состоит из
следующих этапов:
• Узнавание повреждений
• Связывание мультисубъединичного комплекса с
поврежденным сайтом
• Двойное надрезание поврежденной цепи на
несколько нуклеотидов от поврежденного сайта
в обоих направлениях 5' и 3'
• Освобождение олигонуклеотида, содержащего
повреждение между двумя надрезами
• Заполнение образовавшейся бреши ДНК
полимеразой
• Лигирование
36
37. Mechanism of Incision by the NER Pathway
E. coli
5’ incision is 8 nuc. from lesion
3’ incision is 4 nuc. from lesion
Mammals
5’ incision is 22 nuc. from lesion
3’ incision is 6 nuc. from lesion
37
PLAY
38. Genetics of NER in Humans
Xeroderma Pigmentosum (classical)
• Occurrence: 1-4 per million population
• Sensitivity: ultraviolet radiation (sunlight)
• Disorder: multiple skin disorders; malignancies of the
skin;
neurological and ocular abnormalities
• Biochemical: defect in early step of NER
• Genetic: autosomal recessive, seven genes (A-G)
Xeroderma Pigmentosum (variant)
• Occurrence: same as classical
• Sensitivity: same as classical
• Disorder: same as classical
• Biochemical: defect in translesion bypass
38
40. Genetics of NER in Humans
Cockayne’s Syndrome
• Occurrence: 1 per million population
• Sensitivity: ultraviolet radiation (sunlight)
• Disorder: arrested development, mental retardation,
dwarfism, deafness, optic atrophy, intracranial
calcifications; (no increased risk of cancer)
• Biochemical: defect in NER
• Genetic: autosomal recessive, five genes (A, B and XPB, D & G)
40
42. Genetics of NER in Humans
Trichothiodystrophy
• Occurrence: 1-2 per million population
• Sensitivity: ultraviolet radiation (sunlight) in subset of patients
• Disorder: sulfur deficient brittle hair, mental and growth
retardation, peculiar face with receding chin, ichthyosis;
(no increased cancer risk)
• Biochemical: defect in NER
• Genetic: autosomal recessive, three genes (TTDA, XPB, XPD)
42
Quizzish What is a mutation? What three types of DNA alterations responsible for mutations? What is a silent mutation? Where might a silent mutation occur? What does the Ames test measure? What gene is mutated in the Ames test? What sort of mutation must occur in order for the Ames test to score a positive result? What is meant by mismatch repair? What system is mismatch repair a part of? How does mismatch repair discriminate between old and new strands of DNA? Following discrimination, how does mismatch repair proceed? What binds the mismatched bases? How is the mismatched base excised? How is it replaced? What enzyme replaces it? Mutations in the human homolog of mut proteins can result in what disease? What enzymes carry out base excision repair? Which excises a damaged base? How is it excised? What results from base excision? What is the first cut made to restore an apurinic or apyrimidinic site? What catalytic process follows? What enzyme restores the DNA duplex? What seals the final phosphodiester break? Describe the complete process of nucleotide excision repair The type of damage most commonly restored. The genes in E. coli involved The function of the uvr genes. The amount of DNA removed The restoration of the double helix What human disease is a reslt of a failure of nucleotide excision repair? What is meant by direct repair? What activates a photolyase? What is the target and the product of photolyase activity? What type of damage does methyl transferase restore? What happens to methyltransferase following restoration of a methylated nucleotide base? How does recombinational repair proceed? Why is error prone repair error prone? When does it happen?
