Репарация ДНК
Восстановление ДНК - это процессы, с помощью которых клетка выявляет и исправляет повреждения своих молекул ДНК.
В клетках нормальная метаболическая деятельность и факторы окружающей среды, такие как ультрафиолетовый свет и радиация, повреждают ДНК. В день на одну клетку приходится до миллиона молекулярных повреждений. Многие из этих повреждений вызывают структурные повреждения молекулы ДНК и могут изменить или устранить способность клетки транскрибировать соответствующий ген. Другие повреждения вызывают потенциально опасные мутации в геноме клетки, которые влияют на выживание ее дочерних клеток после деления. Процесс восстановления ДНК должен быть постоянно активным, чтобы быстро реагировать на любые повреждения в структуре ДНК.
Скорость восстановления ДНК зависит от многих факторов, включая тип клетки, возраст клетки и внеклеточную среду. Клетка, накопившая большое количество повреждений ДНК, или клетка, которая больше не может эффективно восстанавливать повреждения, может перейти в одно из трех состояний:
Повреждение ДНК, приводящее к множественным разрывам хромосом
Репарация ДНК
Скорость восстановления ДНК зависит от многих факторов, включая тип клетки, возраст клетки и внеклеточную среду. Оказалось, что многие гены, которые, как первоначально было показано, влияют на продолжительность жизни, участвуют в восстановлении и защите от повреждений ДНК.
Повреждения и мутации
Повреждения ДНК и мутации принципиально отличаются.
- Повреждения - это физические аномалии в ДНК, такие как однонитевые и двунитевые разрывы. Повреждения ДНК могут распознаваться ферментами, поэтому они могут быть восстановлены. Для восстановления необходима неповрежденная последовательность в комплементарной нити ДНК или в гомологичной хромосоме. Если в клетке сохраняются повреждения ДНК, транскрипция гена может быть предотвращена, и, следовательно, трансляция в белок также будет заблокирована. Репликация также может быть заблокирована или клетка может погибнуть.
- Мутация - это изменение последовательности оснований в ДНК. Мутация не может быть распознана ферментами, если изменение основания присутствует в обеих нитях ДНК, поэтому мутация не может быть восстановлена. На клеточном уровне мутации могут вызывать изменения в функции и регуляции белков. Мутации воспроизводятся при репликации клетки. В популяции клеток частота мутантных клеток увеличивается или уменьшается в зависимости от влияния мутации на способность клетки выживать и размножаться.
Повреждения ДНК и мутации, хотя и отличаются друг от друга, связаны между собой, поскольку повреждения ДНК часто вызывают ошибки синтеза ДНК во время репликации или репарации; эти ошибки являются основным источником мутаций. Повреждения ДНК в часто делящихся клетках, поскольку они приводят к мутациям, являются основной причиной рака. Напротив, повреждения ДНК в нечасто делящихся клетках, вероятно, являются основной причиной старения.
2015 Нобелевская премия исследования
Нобелевская премия по химии 2015 года была присуждена трем ученым, каждый из которых открыл часть истории восстановления ДНК.
- Томас Линдал FRS, швед, работающий в Великобритании, открыл механизм, называемый эксцизионной репарацией оснований. Он противодействует разрушению ДНК.
- Уроженец Турции Азиз Санкар, профессор Университета Северной Каролины, обнаружил другой способ восстановления ДНК, называемый эксцизионной репарацией нуклеотидов.
- Американец Пол Модрич из Университета Дьюка в Северной Каролине показал, как клетки исправляют дефекты ДНК, возникающие при делении клеток. Этот механизм, называемый исправлением несоответствий, приводит к 1000-кратному снижению частоты ошибок при репликации ДНК.
Вопросы и ответы
В: Что такое репарация ДНК?
О: Восстановление ДНК - это процесс, с помощью которого клетка выявляет и исправляет повреждения молекул ДНК, вызванные нормальной метаболической деятельностью и факторами окружающей среды, такими как ультрафиолетовый свет и радиация.
В: Сколько молекулярных повреждений может происходить на одну клетку в день?
О: В день на одну клетку приходится до миллиона молекулярных повреждений.
В: К чему может привести структурное повреждение молекулы ДНК?
О: Структурные повреждения молекулы ДНК могут изменить или устранить способность клетки транскрибировать пораженный ген.
В: На что могут повлиять потенциально вредные мутации, вызванные повреждениями ДНК?
О: Потенциально вредные мутации, вызванные повреждениями ДНК, могут повлиять на выживание дочерних клеток клетки после ее деления.
В: Почему процесс восстановления ДНК должен быть постоянно активным?
О: Процесс репарации ДНК должен быть постоянно активным, чтобы он мог быстро реагировать на любые повреждения в структуре ДНК.
В: Какие факторы могут влиять на скорость восстановления ДНК?
О: На скорость восстановления ДНК могут влиять многие факторы, включая тип клетки, возраст клетки и внеклеточную среду.
В: Что может произойти с клеткой, накопившей много повреждений ДНК, или с клеткой, которая больше не может эффективно восстанавливать повреждения?
О: Клетка, накопившая большое количество повреждений ДНК, или клетка, которая больше не может эффективно восстанавливать повреждения, может перейти в одно из трех состояний.
