Эксцизио́нная репара́ция основа́ний ( англ. base excision repair (BER) ) — система репарации ДНК , удаляющая из повреждённые азотистые основания . BER начинается с распознавания и удаления повреждённого основания . Далее особая эндонуклеаза удаляет фрагмент цепи, содержащий нуклеотид без основания, и ДНК-полимеразы застраивают брешь. Различают BER с точечной заплаткой, при которой удаляется только нуклеотид, лишённый азотистого основания, или BER с короткой заплаткой, при которой удаляется короткий фрагмент, содержащий повреждённый нуклеотид .

Механизм

BER начинается с распознавания ДНК-гликозилазами повреждённых оснований (например, алкилированных ), неспаренных оснований, а также урацила , который в норме отсутствует в ДНК и есть только в РНК . Гликозилаза разрезает связь азотистого основания с дезоксирибозой , удаляя его из ДНК. Некоторые гликозилазы также являются лиазами и вносят разрыв в цепь ДНК с 3'-конца повреждённого нуклеотида, используя аминогруппу в качестве атакующей группы. Дальнейший ход репарации определяется тем, участвовала ли лиаза в удалении повреждения .

Если гликозилаза функционировала как лиаза, то BER идёт по пути с точечной заплаткой. APE1 вносит разрыв у 5'-конца повреждённого нуклеотида, и он покидает ДНК. Образовавшаяся брешь застраивается и лигируется ДНК-лигазой /Lig3 .

Если лиазной активности не было, то с образовавшимся (то есть а пуриновым и а пиримидиновым ) связывается эндонуклеаза APE1, которая удаляет повреждённый нуклеотид и от двух до десяти его соседей. Далее репликативный комплекс, состоящий из ДНК-полимераз и и других компонентов, застраивает брешь, вытесняя близлежащие нормальные нуклеотиды. Вытесненные при этом нормальные нуклеотиды удаляются эндонуклеазой . Далее новосинтезированный участок лигируется лигазой 1 .

Механизм распознавания повреждённых оснований обычно основан на том, что они нарушают структуру двойной спирали ДНК и «выскакивают» из спирали, попадая непосредственно в активный центр гликозилазы .

Повреждённые основания не всегда подлежат удалению. Например, при репарации метилированных адениновых нуклеотидов метильная группа окисляется специальными ферментами до CH ₂ OH, далее высвобождается формальдегид (HCHO) и исходная структура аденина восстанавливается .

Выбор пути BER — с точечной или с короткой заплаткой — может также зависеть от стадии клеточного цикла и степени дифференцировки клетки . Кроме того, два механизма используются разными организмами с различной частотой. Например, у дрожжей Saccharomyces cerevisiae , по-видимому, отсутствует репарация точечной заплаткой, так как у них не выявлено гомологов человеческих генов , белковые продукты которых участвуют в этом пути .

Клиническое значение

Дефекты в различных путях репарации ДНК способствуют развитию рака , и BER не является исключением. В самых разных организмах нарушения в генах , белковые продукты которых задействованы в BER, приводят к резкому повышению частоты мутаций , что является предпосылкой для раковых заболеваний. Действительно, соматические мутации, затрагивающие ДНК-полимеразу β, наблюдаются в 30 % случаев рака, и некоторые из них вызывают злокачественную трансформацию у мышей . Активность репарации повреждённых оснований и нуклеотидов в клетках голого землекопа гораздо выше, чем в клетках мыши и может быть ответственна за то, что средняя продолжительность жизни этого грызуна 30 лет (тогда как у обычной мыши — полтора года) . Мутации ДНК-гликозилазы повышают риск развития рака толстой кишки .

Примечания

Литература

• Кребс Дж., Голдштейн Э., Килпатрик С. Гены по Льюину. — М. : Лаборатория знаний, 2017. — 919 с. — ISBN 978-5-906828-24-8 .