ԴՆԹ-ի վերականգնում

ԴՆԹ-ի վերականգնումը՝ ռեպարացիան, գենետիկական նյութի վնասումները ճանաչող և շտկող բջջային մեխանիզմների ամբողջությունն է։ Վնասումներն առաջանում են ԴՆԹ-ի պատճենման, ուլտրամանուշակագույն ու իոնացնող ճառագայթման, քիմիական գործոնների և սովորական ներբջջային գործընթացների հետևանքով։ Դրանցից են հիմքերի կորուստը, դեզամինացումը, սխալ զուգավորումն ու այլ փոփոխություններ։

ԴՆԹ-ի երկու շղթաները կոմպլեմենտար են․ անվնաս շղթայի տեղեկատվությունը հաճախ թույլ է տալիս վերականգնել մյուսը։ Սակայն դրանք երկու նույնական պատճեն չեն, և ոչ բոլոր վնասումներն են վերականգնվում առանց սխալի։ Տարբեր վնասումների համար գործում են տարբեր ուղիներ։

Կրկնապատկման սխալներ և ճշգրտության ստուգում

Կրկնապատկման ընթացքում երբեմն ներառվում է սխալ նուկլեոտիդ։ Մարդու կրկնապատկող պոլիմերազները, մասնավորապես՝ δ-ն և ε-ն, ունեն շտկող 3′→5′ էկզոնուկլեազային ակտիվություն՝ սխալ ծայրային նուկլեոտիդը հեռացնելու համար։ Մնացած սխալները կարող է շտկել անհամապատասխան զույգերի վերականգնման համակարգը՝ mismatch repair (MMR)։ Պոլիմերազ β-ն հիմնականում մասնակցում է հիմքերի էքսցիզիոն վերականգնմանը և կրկնապատկման հիմնական պոլիմերազը չէ։ Սխալների հաճախականությունը կախված է համակարգից ու պայմաններից․ 1:10⁶, 1:10⁷ և 1:10⁹ համընդհանուր շարքը չի նկարագրում բոլոր բջիջները։

MMR-ի հիմնական փուլերը

1. Սխալ զուգավորված հիմքերի կամ ներդրման/կորստի փոքր օղակների ճանաչում։
2. Շտկվող շղթայի ընտրություն և սխալ պարունակող հատվածի հեռացում։
3. Ճիշտ հաջորդականության սինթեզ՝ կոմպլեմենտար մատրիցով։
4. Շաքարաֆոսֆատային հենքի ճեղքի միացում ԴՆԹ-լիգազով։

Escherichia coli-ի դասական համակարգը

Ստորև նկարագրված է E. coli-ի մեթիլացմամբ ուղղորդվող MMR-ը, ոչ թե բոլոր բակտերիաների կամ մարդու համակարգը։ Կրկնապատկումից հետո ծնողական GATC տեղամասերի ադենինն արդեն մեթիլացված է, իսկ նոր շղթան որոշ ժամանակ մնում է չմեթիլացված։ Այդ տարբերությունն օգնում է շտկումն ուղղել նոր շղթային։

• MutS․ ճանաչում է սխալը։ Բակտերիալ MutS-ը գործում է որպես հոմոդիմեր՝ երկու նույնական ենթամիավորի համալիր։ MutS₂-ն այստեղ նշանակում է դիմեր, ոչ թե առանձին MutS2 սպիտակուց։
• MutL․ համակարգում է ճանաչող համալիրի ու հետագա ֆերմենտների փոխազդեցությունը։
• MutH․ համալիրով ակտիվացվող էնդոնուկլեազ է, որը կիսամեթիլացված GATC տեղամասում ճեղքում է չմեթիլացված շղթան։ Տեղամասը կարող է հեռու լինել սխալից։
• UvrD․ ԴՆԹ-հելիկազ II է, որը ճեղքից սկսած քանդում է կրկնակի պարույրը։ Այն էկզոնուկլեազ չէ և ինքնուրույն չի կտրում ու հեռացնում սխալ հատվածը։
• Էկզոնուկլեազներ․ հեռացնում են նոր շղթայի՝ սխալը ներառող հատվածը։ Ֆերմենտն ընտրվում է ըստ հեռացման ուղղության․ օրինակ՝ ExoI, ExoVII, ExoX կամ RecJ։
• ԴՆԹ-պոլիմերազ III և լիգազ․ լրացնում են բացն ու վերականգնում շղթայի անընդհատությունը․ մասնակցում է նաև միաշղթա ԴՆԹ-ն կապող SSB սպիտակուցը։

MMR-ը մարդու մոտ

Մարդու մոտ սխալը ճանաչում են տարբեր սպեցիֆիկությամբ հետերոդիմերները՝ MutSα-ն (MSH2–MSH6) և MutSβ-ն (MSH2–MSH3)։ Հետագա փուլերում գործում են MutLα-ն (MLH1–PMS2), EXO1-ը, PCNA-ն և այլ սպիտակուցներ։ Նոր շղթայի շտկումը կապված է կրկնապատկման ազդանշանների ու շղթայի ճեղքերի, ոչ թե բակտերիալ GATC մեթիլացման/MutH սխեմայի հետ։ Բացը լրացնում է պոլիմերազ δ-ն, ճեղքը միացնում է լիգազը։ Սա պարզեցված նկարագրություն է, ոչ թե ուղու բոլոր տարբերակների ամբողջական ցանկ։

Հիմքերի դեզամինացում

Ինքնաբուխ դեզամինացումը ԴՆԹ-ի սովորական քիմիական վնասումներից է։ Ցիտոզինը կարող է վերածվել ուրացիլի, ադենինը՝ հիպօքսանտինի, գուանինը՝ քսանտինի։ Այդ փոփոխված հիմքերը ճանաչվում են համապատասխան վերականգնող համակարգերով։ Սակայն 5-մեթիլցիտոզինի դեզամինացումից առաջանում է թիմին՝ ԴՆԹ-ի բնականոն հիմք․ հետևաբար սխալ է պնդել, որ դեզամինացման բոլոր արգասիքները ԴՆԹ-ին ոչ բնորոշ են։

Հիմքերի էքսցիզիոն վերականգնում՝ BER

Մարդու բջիջների տիպիկ կարճ հատվածով BER-ի ժամանակ․

1. ԴՆԹ-գլիկոզիլազը հեռացնում է վնասված հիմքը՝ թողնելով AP տեղամաս՝ առանց հիմքի հատված։
2. AP-էնդոնուկլեազ APE1-ը ճեղքում է շաքարաֆոսֆատային հենքը AP տեղամասի հարևանությամբ․ այն պարզապես չի հեռացնում դեզօքսիռիբոզի ամբողջ մնացորդը։
3. Պոլիմերազ β-ի լիազային ակտիվությունը հեռացնում է դեզօքսիռիբոզաֆոսֆատի մնացորդը, իսկ պոլիմերազային ակտիվությունը բացը լրացնում է ճիշտ նուկլեոտիդով։
4. ԴՆԹ-լիգազը միացնում է մնացած ճեղքը։

Կան նաև երկար հատվածով BER և այլ տարբերակներ՝ լրացուցիչ ֆերմենտներով։ Վերականգնումը նվազեցնում է փոփոխությունների ամրապնդման հավանականությունը, սակայն չի երաշխավորում յուրաքանչյուր վնասման շտկում։ ԴՆԹ-ի վնասումն ու արդեն ամրապնդված գենետիկական տարբերակը նույնը չեն։