Структурные и динамические аспекты функционирования ДНК-N-гликозилаз в процессе эксцизионной репарации оснований ДНК

• Автор: Жарков, Дмитрий Олегович
• Шифр специальности: 03.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 397 с. : ил.

УФдиапазон электромагнитного излучения достаточно условно разделяется на поддиапазоны УФА нм, УФБ нм и УФС нм, из которых эффективнее всего ДНК повреждает УФС, поглощающийся азотистыми основаниями аЬв 0 нм. Однако поскольку УФС задерживается атмосферой, для живых систем наибольшую опасность представляет УФВ. При облучении ДНК возникают главным образом димеры пиримидиновых оснований, находящихся друг рядом с другом 7. Один из важнейших классов таких димеров объединяет циклобутановые пиримидиновые димеры ЦПД рис. Таким образом, теоретически в ДНК могут возникать разных видов ЦПД, однако наиболее эффективно образуются димеры циссин ТЬулТЬу 8. С несколько меньшей, но все равно заметной частотой соседние пиримидиновые основания дают пиримидинпиримидоновые фотопродукты 9, каждый из которых может существовать также в виде диазабициклоизомера изомера Дьюара 0. ЦПД и другие продукты УФоблучения достаточно сильно искажают структуру ДНК 1, и поэтому в основном подвергаются репарации по пути эксцизиоиной репарации нуклеотидов или реактивации 9. В связи с этим их биологические свойства в обзоре подробно не рассматриваются. Однако в ряде биологических систем бактериофаг Т4, Мсгососсм 1шеш и некоторые другие бактерии существуют специальные ДНКгликозилазы, инициирующие репарацию ЦПД по пути ЭРО разд. ЭРО представляет собой главный способ репарации ДНК в живой клетке. Этот путь репарации инициируется выщеплением модифицированного азотистого основания или канонического основания в составе гетеродуплекса одним из ферментов, принадлежащих к классу ДНКАгликозилаз К. ДНКгликознлазами 9, которые катализируют гидролиз Лгликозидной связи рис. Выщспление поврежденного элемента ДНК в виде основания отличает ЭРО от всех других типов репарации, в которых он удаляется в составе дезоксирибонуклсотидов или коротких ОДН и в которых участвуют другие ферменты. Рис. Обшая схема процесса эксцизионной репарации оснований у высших эукариот. ДНКгликозилазы делятся на несколько типов. В результате действия монофункциональных ДНКгликозилаз в ДНК образуется первый промежуточный продукт ЭРО сайт. Как указывалось выше, сайты также могут возникать за счет спонтанной апуринизации дезоксирибонуклсотидов в составе ДНК. Другие ДНКгликозилазы, называемые бифункциональными, могут после удаления поврежденного основания вносить разрыв с Зстороны от образовавшегося сайта рис. Изза этого ряд ДНКгликозилаз при открытии получил название эндонуклеаз например, эндонуклеаза III и эндонуклеаза VIII . Расщепляющая ДНК активность, присущая ДНКгликозилазам, называется АРлиазной. Продукты элиминации не могут служить субстратами для последующих шагов ЭРО и должны удаляться из ДНК рис. Некоторые бифункциональные ДНКгликозилазы способны катализировать две последовательных реакции элиминации межнуклеозидных фосфатов ,5элиминация, в результате чего на месте поврежденного звена образуется однонуклеозидная брешь, обрамленная фосфатными группами рис. ЭРО. Эти различия в механизме реакции приводят к разделению ЭРО на несколько путей на самом первом этапе рис. АРсайты, образовавшиеся при действии монофункциональных ДНКгликозилаз, служат субстратами для ферментов АРэндонуклсаз, которые гидролизуют фосфодиэфирную связь непосредственно с 5стороны от сайта и вносят таким образом одноцепочечный разрыв в ДНК рис. Ненасыщенные альдозные фрагменты продукты элиминации удаляются из ДНК фосфодиэстеразной активностью, обычно также ассоциированной с АРэндонуклеазами 5. Возникающие при ,5элиминации Зфосфатные группы выщепляются из ДНК фосфатазной активностью, которая у . АРэндонуклеазам, а в клетках человека полинуклеотидкиназе 5, 6. Наконец, в недавно открытом пути инцизионной репарации эндонуклеазы расщепляют ДНК с 5стороны от некоторых дезоксирибонуклеотидов с поврежденным основанием без его предварительного удаления ДНКгликозилазой 7 рис. Рис. Расшепление ДНК по АРсайту АРэндонуклеазами А и АРлиазами, катализирующими реакцию 3элимииации Б или 3,8элиминации В. Гидролиз ДНК по АРсайту АРэндонуклеазами приводит к появлению еще одного промежуточного продукта ЭРО одноцепочечного разрыва с 3концевой ОНгруппой, служащей субстратом для ДНКполимераз, и 5концевым фрагментом 2дезоксирибозо5фосфата бЯР.