Differkinome

Cum poate fi reparat ADN-ul deteriorat

Ştiinţă
Share

ADN-ul celular este supus afecțiunilor atât prin procese exogene cât și endogene. În general, genomul uman poate suferi milioane de daune pe zi. Modificările genomului cauzează erori în exprimarea genelor, producând proteine ​​cu structuri modificate. Proteinele joacă un rol major în interiorul celulei prin implicarea în funcțiile celulare și semnalizarea celulară. Prin urmare, daunele ADN pot determina proteine ​​non-funcționale care în cele din urmă duc la forme de cancer. În plus, modificările genomului pot trece la următoarea generație de celule, devenind modificări permanente cunoscute ca mutații. Prin urmare, este esențial să se repare daunele ADN și un număr de mecanisme celulare sunt implicate în acest proces. Unele dintre aceste mecanisme de reparare includ repararea exciziei de bază, repararea exciziei nucleotidelor și reparația dublei pârghii.

Domenii cheie acoperite

1. Care sunt daunele ADN
     - Definiție, Cauze, Tipuri
2. Cum poate fi reparat ADN-ul deteriorat
     - Mecanisme de reparare a defectelor
3. Ce se întâmplă dacă daunele ADN nu sunt reparate
     - Răspunsurile celulare pentru ADN-ul celular deteriorat

Termeni cheie: inversarea directă a bazelor, deteriorarea ADN-ului, repararea daunelor duble, factorii endogeni, factorii exogeni, repararea daunelor cu un singur fir

Care sunt daunele ADN

Defectele ADN sunt modificările structurii chimice a ADN-ului, inclusiv lipsa bazei din structura ADN-ului, bazele modificate chimic sau pauzele cu dublă catenară. Ambele motive de mediu (factori exogeni) și surse celulare, cum ar fi procesele metabolice interne (factori endogeni), cauzează deteriorarea ADN-ului. ADN - ul fragmentat este afișat în figura 1.

Figura 1: ADN rupt

Cauze: factori exogeni

Factorii exogeni pot fi mutageni fizici sau chimici. Mutagentele fizice sunt în principal radiațiile UV care generează radicali liberi. Radicalii liberi provoacă atât pauze cu o singură fire, cât și duble. Mutagenele chimice cum ar fi grupările alchilice și compușii de azot de muștar se leagă covalent la bazele ADN. 

Cauze: factori endogeni

Reacțiile biochimice ale celulei pot digera parțial sau complet bazele în ADN. Unele dintre reacțiile biochimice care modifică structura chimică a ADN sunt descrise mai jos.

  • Depurarea - depurarea este defalcarea spontană a bazelor purinice din componenta ADN.
  • Depirimidina - Depirimidina este defalcarea spontană a bazelor pirimidine din componenta ADN. 
  • Deaminarea - Deaminarea se referă la pierderea grupărilor aminice din bazele de adenină, guanină și citozină.
  • Metodarea ADN - metilarea ADN-ului este adăugarea unei grupări alchil la baza citozinei în situsurile CpG. (Cytosina este urmată de guanină).

Cum poate fi reparat ADN-ul deteriorat

Diferite tipuri de mecanisme celulare sunt implicate în repararea daunelor ADN. Mecanismele de reparare a deteriorării ADN apar în trei niveluri; inversarea directă, repararea daunelor cu o singură fâșie și repararea daunelor cu două fire.

Direct inversare

În timpul inversării directe a daunelor ADN, cele mai multe modificări ale perechilor de bază sunt inversate chimic. Unele mecanisme de inversare directă sunt descrise mai jos.

  1. Photoreactivation - UV cauzează formarea de dimeri de pirimidină între bazele adiacente de pirimidină. Fotoreactivarea este inversarea directă a dimerilor de pirimidină prin acțiunea fotolizei. Dimerii de pirimidină sunt arătați în figura 2.

Figura 2: Dimerii pirimidinei

  1. MGMT - Grupările alchil sunt îndepărtate din baze prin metilguanină metiltransferază (MGMT).

Repararea daunelor cu un singur fir

Repararea daunelor cu un singur fir este implicată în repararea daunelor într-unul din lanțul ADN din dublu-fir ADN. Repararea bazei-excizie și repararea exciziei nucleotidelor sunt cele două mecanisme implicate în repararea daunelor unice.

  1. Repararea bazei-excizie (BER) - În reparația de bază-excizie, modificările cu singure nucleotide sunt scindate din gena ADN de glicozilază, iar ADN polimeraza reintegrează baza corectă. Repararea bazei de excizie este prezentată în figura 3.

Figura 3: REC

  1. Executarea excitației nucleotidice (NER) - Reparația de excitare a nucleotidelor este implicată în repararea distorsiunilor în ADN, cum ar fi dimerii de pirimidină. 12-24 baze sunt îndepărtate de la locul de distrugere prin endonucleaze și ADN polimeraza resintestează nucleotidele corecte.

Repararea daunelor cu două căi

Dubla provocare poate duce la rearanjarea cromozomilor. Legăturile end-non-omoloage (NHEJ) și recombinarea omoloagă sunt cele două tipuri de mecanisme implicate în repararea daunelor duble. Mecanismele de reparare a defecțiunilor cu două fire sunt afișate în figura 4.

Figura 4: NHEJ și HR

  1. Îmbinarea capătului non-omolog (NHEJ) - ADN ligaza IV și un cofactor cunoscut sub numele de XRCC4 ține cele două capete ale firului spart și se reunesc la capete. NHEJ se bazează pe secvențele omoloage mici pentru a detecta capetele compatibile în timpul reluării.
  2. Recombinarea omologă (HR) - Recombinarea homologică utilizează regiuni identice sau aproape identice ca șablon pentru reparații. Prin urmare, secvențele în cromozomi omologi sunt utilizate în timpul acestei reparații.

Ce se întâmplă dacă daunele ADN nu sunt reparate

Dacă celulele își pierd capacitatea de a repara leziunea ADN-ului, pot apărea trei tipuri de răspunsuri celulare în celulele cu ADN celular deteriorat.

  1. Senescență sau îmbătrânire biologică - deteriorarea treptată a funcțiilor celulelor
  2. Apoptoza - daune ADN pot declanșa cascade celulare de apoptoză
  3. Malignitate - dezvoltarea unor caracteristici nemuritoare, cum ar fi proliferarea necontrolată a celulelor care conduce la cancer.

Concluzie

Atât factorii exogeni cât și cei endogeni provoacă daune ADN care sunt reparate cu ușurință de mecanismele celulare. Trei tipuri de mecanisme celulare sunt implicate în repararea daunelor ADN. Acestea sunt inversarea directă a bazelor, repararea daunelor cu o singură fâșie și repararea daunelor cu două fire.

Datorită fotografiei:

1. "Brokechromo" (CC BY-SA 3.0) prin Wikimedia Commons
2. "ADN cu dimer ciclobutan pirimidină" Prin J3D3 - Lucrare proprie (CC BY-SA 4.0) prin Wikimedia Commons
3. "Executarea bazei de reparare a bazei de date" de către LadyofHats - (Domeniul Public) prin Wikimedia Commons
4. "1756-8935-5-4-3-l" De Hannes Lans, Jurgen A Marteijn și Wim Vermeulen - BioMed Central (CC BY 2.0) prin Wikimedia Commons

Ştiinţă
×