9.6 Репарация генетического материала. Мутации, связанные с

нарушением репарации, и их роль в патологии человека

Не все повреждения генетического аппарата, вызываемые мутагенами,

реализуются в виде мутаций. Многие из них исправляются с помощью

особых репарирующих ферментов.

Репарация представляет эволюционно выработанные приспособле-

ния, повышающие помехоустойчивость генетической информации и ее

стабильность в ряду поколений. Механизм репарации основан на том, что

каждая молекула ДНК содержит 2 полных набора генетической информа-

ции, записанной в комплементарных друг другу полинуклеотидных нитях.

Это обеспечивает сохранение неискаженной информации в одной нити,

даже если другая повреждена, и по неповрежденной нити исправит дефект.

В настоящее время известно 3 механизма репарации: фотореактивация,

темновая репарация, пострепликативная репарация.

Фотореактивация заключается в устранении видимым светом диме-

ров тимина, особенно часто возникающих в ДНК под влиянием УФ-лучей.

Замена осуществляется особым фотореактивирующим ферментом, моле-

кулы которого не обладают сродством с неповрежденной ДНК, но опозна-

ют димеры тимина и связываются с ними сразу после их образования. Этот

комплекс остается стабильным, пока не подвергнется действию видимого

света. Видимый свет активирует молекулу фермента, она отделяется от

димера тимина и одновременно разъединяет его на два отдельных тимина,

восстанавливая исходную структуру ДНК.

Темновая репарация не требует света. Она способна исправлять

очень разнообразные повреждения ДНК. Темновая репарация протекает в

несколько этапов при участии нескольких ферментов:

1. Молекулы эндонуклеазы постоянно обследуют молекулу ДНК, опо-

знав повреждение, фермент разрезает вблизи него нить ДНК.

2. Эндо- или экзонуклеаза делает в этой нити второй надрез, иссекая

поврежденный участок.

3. Экзонуклеаза значительно расширяет образующуюся брешь, отсе-

кая десятки или сотни нуклеотидов.

4. Полимераза застраивает брешь в соответствии с порядком нуклео-

тидов во 2-й (неповрежденной) нити ДНК.

Световая и темновая репарации наблюдаются до того, как произошла

репликация поврежденных молекул. Если же не происходит репликация

поврежденных молекул, то дочерние молекулы могут подвергнуться по-

стрепликативной репарации. Механизм ее пока не ясен. Допускается,

что при ней бреши в дефектах ДНК могут застраиваться фрагментами, взя-

тыми от неповрежденных молекул.

83

Предельно важное значение принадлежит генетическим различиям в

активности репарирующих ферментов. Подобные различия имеются и у

человека. У человека известно заболевание пигментная ксеродерма. Кожа

у таких людей чувствительна к солнечным лучам и при их интенсивном

воздействии покрывается крупными пигментированными пятнами, изъязв-

ляется и может перерождаться в рак кожи. Пигментная ксеродерма вызы-

вается мутацией, нарушающей механизм репарации повреждений, вызы-

ваемых в ДНК кожных клеток УФ-лучами солнечного света.

Явление репарации ДНК распространено от бактерий до человека и

имеет большое значение для сохранения стабильности генетической ин-

формации, передаваемой из поколения в поколение.