جهش و سیستم های ترمیمی DNA

آسیب های DNA

توتومریسم: گروه های عاملی بازهای پورینی و پیریمیدینی در یک تعادل کتو-انول و آمینو-ایمینو وجود دارند. این توتومرها  قابلیت ایجاد جفت بازهای استاندارد در زمان همانندسازی را ندارند. توتومر آدنین با سیتوزین به جای تیمین جفت می شود. 

 

آنالوگ های بازی نظیر 5-برمو یوراسیل و 2-آمینوپورین می توانند در داخل DNA قرار گرفته و از طریق ایجاد توتومرهای موقتی سبب جهش های ترانزیشنی شوند. 5-برمو یوراسیل آنالوگ تیمین می باشد که در  وقعیت 5 به جای متیل حاوی برم است. این آنالوگ تیمین تمایل بالایی برای ایجاد توتومر انولی دارد که خود با گوانین جفت می شود. لذا سبب نوعی ترانزیشن از نوع G-C به A-T می شود.

دپوریناسیون و دپیریمیداسیون: پیوند بتا-N-گلیکوزیدی حساس بوده و به طور خود به خودی هیدرولیز می شود که نتیجه آن ایجاد محل آپورینی یا آپیریمیدینی می باشد. این واکنش ها در مورد پورین ها بیش از پیریمیدین ها است.

دآمیناسیون: در اثر دآمیناسیون، سیتوزین به یوراسیل، 5-متیل سیتوزین به تیمین، آدنین به هیپوگزانتین، گوانین به گزانتین تبدیل می گردد. در این میان دآمیناسیون سیتوزین به یوراسیل اهمیت بیشتری دارد که در صورت عدم ترمیم منجر به جهش G-C به A-T در همانندسازی بعدی می شود. دآمیناسیون آدنین به هیپوگزانتین اثر عکس دارد؛ زیرا هیپوگزانتین با سیتوزین جفت می شود. دآمیناسیون ممکن است به طور خود به خودی و یا در حضور عوامل تولید کننده اسید نیترو مانند نیتریت سدیم، نیترات سدیم و نیتروزآمین صورت بگیرد.

اشعه ماورای بنفش: می تواند پیریمیدین های مجاور در طول یک رشته ازDNA  را به شکل دیمرهای پیریمیدینی سیس-سین بوتان تبدیل کند.

متیلاسیون: عوامل آلکیله کننده نظیر دی متیل سولفات، دی متیل نیتروزآمین و نیتروژن موستارد سبب متیلاسیون بازهای مختلف از جمله گوانین به O6-متیل گوانین می گردد. در صورت عدم اصلاح O6-متیل
گوانین با T جفت شده و سبب تغییر G-C بهA-T  در همانندسازی بعدی می شود. s-آدنوزیل متیونین یک عامل متیله کننده داخل بدن است. عوامل آلکیله کننده شیمی درمانی اغلب دارای دو گروه عملکردی دارند که می توانند پل های عرضی بین رشته ای و درون رشته ای درDNA  ایجاد کند. سیکلوفسفامید، بوسولفان و نیتروزاوره ها از جمله عوامل آلکیله کننده هستند. سیس پلاتین نیز موجب ایجاد اتصالات عرضی در DNA می شود.

استرس اکسیداتیو: گونه های واکنشگر اکسیژن نظیر رادیکال هیدروکسیل و سوپراکسید می توانند باعث آسیب بهDNA شوند. به عنوان مثال رادیکال هیدروکسیل در واکنش با گوانین تولید 8-اکسوگوانین می کند که با آدنین جفت می شود.

عوامل اینترکلاته کننده: رنگ های آکریدینی و پروفلاوین با قرارگیری در ساختمان DNA سبب القاء جهش های تغییر قالب از طریق افزودن یا حذف یک یا چند باز در رشته مقابل می شوند.

پروکارسینوژن ها: این ترکیبات می توانند با یک سری فرآیندهای متابولیکی مانند اکسیده شدن با سیتوکروم P450 به یک کارسینوژن فعال تبدیل شده و به DNA آسیب بزنند. آفلاتوکسین B1 و بنزوپیرن دو نمونه پروکارسینوژن قوی هستند که توسط سیتوکروم P450 به یک اپوکسید شدیدا فعال تبدیل می شوند. آفلاتوکسین B1 با اتم N-7 گوانوزین واکنش داده و منجر به ترانسورشن G-C به T-A می شود.

ترمیم: DNA  

ترمیم برداشت بازی:

ابتدا آنزیم DNA گلیکوزیلاز با شکستن پیوند بین قند و باز آسیب دیده یک جایگاه فاقد باز (AP) ایجاد می کند. سپس آنزیم AP اندونوکلئاز با شکستن پیوند فسفودی استر قند را برداشت می کند. آنزیمDNA  پلیمراز شکاف حاصل را پر نموده و DNA لیگاز برش را حذف می کند.

ترمیم برداشت نوکلئوتیدی:

در E.coli یک کمپلکس برداشت آسیب شامل UvrA، UvrB، UvrC آسیب را شناخته و دو برش اندونوکلئولیتیکی ایجاد می کند: یکی برش به فاصله 3 تا 5 نوکلئوتید در سمت 3 ناحیه آسیب دیده و دیگری 8 نوکلئوتید از سمت 5 ناحیه فوق. بخشی از ناحیه صدمه دیده که خارج می گردد، 13-12 نوکلئوتید طول دارد. شناسایی آسیب به وسیلهUvrA  فرآیند را آغاز کرده و رشته توسط  UvrB(یک هلیکاز) باز می گردد.  vrC به رشتهDNA  متصل شده و شکست دوتایی ایجاد می کند (با برش در دو سمت آسیب). یک DNA پلیمراز شکاف ایجاد شده را پر نموده و سپس DNA لیگاز بریدگی موجود را می بندد.

در انسان کمپلکس های مختلف آنزیمی در شناسایی آسیب، باز کردن DNA و ایجاد شکست دخالت دارند. XPA عامل اصلی درگیر در شناسایی آسیب و تجمع کمپلکس ترمیم از طریق برداشت می باشد. XPA کمپلکسTF2-H  را که فاکتور عمومی در مرحله شروع رونویسی است به خدمت می گیرد. TF2-H دارای
زیر واحدهای XPB و XPD است که هر دو زیر واحد خاصیت  ATPase و فعالیت هلیکازی دارند. DNA با فعالیت هلیکازی TF2-H به طور جزئی باز شده و حبابی در حدود 25 جفت باز ایجاد می کند. سپس یک هترودیمر XPF/ERCC1 (پل تکمیل کننده ترمیم از طریق شکست) برش اندونوکلئولیتیکی ایجاد می کند که رشته آسیب دیده را در فاصله 24-22 نوکلئوتید از ناحیه آسیب دیده در سمت 5 بریده و  XPG یک شکست اندونوکلئولیتیکی در فاصله 5 نوکلئوتید از سمت 3 ناحیه آسیب دیده ایجاد می کند. شکاف ایجاد شده در DNA
توسط RPA احاطه شده و توسط DNA پلیمراز دلتا (DNA پلیمراز اپسیلون) پر می گردد. بریدگی باقیمانده با   DNA لیگاز بسته می شود.

در انسان بیماری اتوزوم مغلوب گزرودروما پیگمنتوزوم(XP)  ناشی از جهش در هر یک از هفت ژن درگیر در ترمیم از طریق شکست یا ژن درگیر در ساختDNA  است.

ترمیم جفت شده با رونویسی:

این نوع ترمیم یک نوع پاسخ ترمیمی سریع به به رشته الگوی ناحیه رونویسی شده هدایت می کند. در سلول های یوکاریوتی کمپلکسی متشکل ازCSA  وCSB  آنزیم RNA پلیمراز متوقف شده را شناسایی کرده و سبب بازگشت آن از ناحیه آسیب دیده گشته و پروتئین های ترمیم کننده را به خدمت می گیرد. در انسان جهش در اجزاءCSA  وCSB  منجر به سندرم کوکاین می شود. یکی از دو ژن مسئول ایجاد سندرم کوکاین زیر واحدی از RNA پلیمراز 2 است. پروتئین رمز شده به وسیله ژنB  در سندرم کوکاین میزان طویل سازی توسطRNA پلیمراز 2 را افزایش می دهد.

ترمیم ناهمخوانی:

ابتدا ناهمخوانی ها توسطMuts  شناسایی می شوند. سپس MutL متصل شده و شکست و خروج متعاقب قطعه ناهمخوان را هماهنگ می کند. MutH بخش غیر متیله را در رشته تازه سنتز ساخته شده و در دو جهت ناهمخوانی برش می دهد. شکاف توسط DNA پلیمراز دلتا (DNA پلیمراز اپسیلون) پر می شود و بریدگی باقیمانده باDNA  لیگاز بسته می شود. در انسان نقص در ترمیم ناهمخوانی سبب سرطان ارثی غیر پولیپی کولون می گردد.

ترمیم مستعد خطا (ساخت از مسیر فرعی):

این نوع ترمیم برای آسیب رشته هایی به کار می رود که برای اصلاح آن ها رشته الگو در دسترس قرار ندارد. در این نوع ترمیمDNA  پلیمرازهای با صحت پایین شرکت می کنند.

ترمیم شکاف رشته دختری (ترمیم نوترکیبی پس از همانند سازی):

در این نوع ترمیم بخش صدمه دیده را که سبب ایجاد شکاف شده است حذف نمی کنند بلکه شکاف را ترمیم می کنند.

دمتیلاسیون مستقیم:

در این نوع ترمیم آنزیم O6-متیل گوانین متیل ترانسفراز (MGMT) گروه متیل O6-متیل گوانین را به سیستئین موجود بر روی پروتئین خود منتقل می کند.

باز فعال سازی نوری:

این ترمیم جهت حذف دیمرهای پیریمیدینی است. آنزیم فوتولیاز به ناحیه آسیب دیده متصل می شود و با جذب نور پیوند بین پیریمیدین های مجاور را باز می کند. ترمیم به وسیله فتولیازها نیاز به دو کرموفور برای جذب نور دارد که یکی از آنها همیشهFADH  و دیگری در مخمر و E.coli ، فولات (به شکل متنیل-تتراهیدروفولات) می باشد.

پاسخ ترمیمی SOS:

این پاسخ در هنگام آسیب وسیع DNA باکتری رخ داده و ژن هایی را تنظیم می کند که فاصله زیادی از یکدیگر دارند. رونویسی این ژن ها تحت کنترل سرکوبگر LexA قرار دارد که به اپراتورهای موجود در قبل هر ژن اتصال می یابد. زمانی این سرکوب برداشته می شود که LexA به عنوان یک پروتئاز تجزیه خود را کاتالیز کند. برای این عمل نیاز به فعالیت RecA به عنوان کوپروتئاز است. به دنبال آسیب DNA، ایجاد شکاف تک رشته شده که با اتصال پروتئین RecA به آن، فعالیت کوپروتئازی تحریک می شود.