DNA, nükleotit adı verilen yapı taşlarından oluşur. Nükleotitler, bir DNA zinciri oluşturmak için birbirine bağlanır. DNA, nükleotitlerdeki bazlar aracılığıyla birbirine bağlanabilen iki zincirden oluşan sarmal bir yapıdır. nükleotidlerin yapısındadır. Azotlu bir baz, bir deoksiriboz şekeri ve bir fosfat grubu içerir. azotlu baz Adenin (A), guanin (G), sitozin (C) veya timin (T) olabilir. Adenin bir timin bazıyla eşleşir ve sitozin genellikle bir guanin bazıyla eşleşir. Bu çiftlerin dışında bir eşleşme varsa DNA hasarı (mutasyon) oluşmuştur ve hücrenin yaşamını sürdürebilmesi için bu hasarı onarması gerekir. Ayrıca bazlara kimyasal grupların eklenmesi veya bazların kırılması da DNA hasarına neden olur.
Canlı organizmalar yaşamları boyunca DNA’larına zarar veren iç ve çevresel faktörlere maruz kalırlar. DNA’daki hasar geri döndürülemez ise; Mutasyona, hastalığa ve hücre ölümüne yol açabilir. DNA hasarına hücresel yanıt, DNA hasarı kontrol yolunun aktivasyonu veya DNA hasarının doğrudan onarımıdır. Bazal modifikasyonlar, DNA sarmal kırılmaları, sarmal çapraz bağlama ve uyumsuzluklar gibi farklı DNA hasarı türleri mevcuttur. Ayrıca birçok DNA onarım yolu vardır. Her onarım yolu, belirli bir hasar türüyle ilişkilendirilir. Bir tür hasar, birden fazla onarım mekanizması tarafından da hedeflenebilir. DNA onarımının en önemli mekanizmaları; Uyumsuzluk onarımı (MMR), nükleotit dışlama onarımı (NER), baz dışlama onarımı (BER), homolog rekombinasyon onarımı (HR) ve homolog olmayan onarım (NHEJ). Bu yollar çok sayıda protein gerektirir. Buna karşılık, guanin bazının alkilasyonu yalnızca bir metiltransferaz enzimi olan MGMT tarafından onarılabilir. MGMT, bazdaki alkil grubunu yapısındaki sistein kalıntısına (enzim yapısında bulunan bir amino asit) aktarır. Fotoliyaz enzimi, UV ışığı tarafından üretilen pirimidin dimerleri arasındaki (iki bitişik timin veya sitozin nükleotidi arasındaki bağı oluşturan) kovalent bağları da parçalayabilir. Bu enzim UV hasarlı bölgeye bağlanır ve aktivite gösterebilmesi için enerji kaynağı olarak 350-450 nm dalga boyuna sahip ışığa ihtiyaç duyar. NER’den bağımsız olmayan başka bir yol, UVB’nin neden olduğu hasarı onarabilir. Bu yol UVER olarak adlandırılır ve Saccaromyces pombe gibi mayalar da dahil olmak üzere birkaç organizmada görülür. UVER’deki ana faktör, DNA’daki hasarlı bölgeyi kesen ekzonükleaz Uve1/UVDE’dir.
Ülkemizde dünyaya gelen ve bugün çalışmalarını Amerika’da sürdüren bilim insanı Aziz Sanker, Nobel Ödüllü çalışmasında ultraviyole radyasyonun neden olduğu DNA hasarını tamir mekanizmasını ortaya koydu. Aziz Sanker bu çalışmasında bakterileri öldürücü dozda ultraviyole ışığa maruz bıraktıktan sonra görünür mavi ışık altında bir süre sonra iyileştiklerini gözlemledi. 1976’da doktora tezi için ultraviyole ışığın neden olduğu DNA hasarını onaran fotoliyaz adlı enzimi saflaştırmayı başardı. Bakterilerde, ışığa bağımlı onarım sistemi dışında, karanlıkta işleyen bir mekanizma keşfedilmiştir. Sankar, bir önceki çalışması olan fotoliyazda olduğu gibi, sistemin moleküler mekanizmasını karanlıkta araştırdı. Birkaç yıl içinde uvrA, uvrB ve uvrC genleri tarafından kodlanan enzimleri tanımlamış ve izole etmişti. Yaptığı deneylerde, bu enzimlerin DNA hasarını tespit edebildiğini ve DNA’daki nükleotitleri uzaklaştırmak için iki işlem gerçekleştirebildiğini ve bu işlemlerden birinin hasarlı bölgede olduğunu gösterdi. Fotoliyaz konusunda, fotolitazın sirkadiyen saati düzenlemeye yardımcı olduğunu gösteren çalışmaya katılın.
İçindekiler
Uyuşmazlığı düzeltin
MMR’nin ana görevi, çoğaltma sırasında meydana gelen temel uyumsuzlukları ve küçük parça eklemelerini veya silmelerini düzenlemektir. İnsan hücrelerinde MMR mekanizmasında, baz uyuşmazlığı MSH2-MSH6 protein kompleksi tarafından tanınır. Küçük nükleotit eklemeleri ve silmeleri, MSH2-MSH6 ve MSH2-MSH3 protein kompleksleri tarafından belirlenir. Ökaryotik hücrelerde (bitkilerde ve memelilerde bulunan hücre tipi) eski ve yeni sentezlenmiş DNA zincirlerinin nasıl ayırt edileceği henüz anlaşılamamıştır. İplik, PCNA adı verilen bir ajanla ayrılabilir. Veya yeni kurulan bir zincirin boşlukları, kesikleri ve serbest uçları tanınabilir. Bir sonraki adımda, yeni sentezlenen dizi bölünür ve uyumsuzluk yok edilir.
Nükleotit giderme onarımı
NER, ultraviyole ışığın neden olduğu hasar da dahil olmak üzere çok çeşitli DNA hasarlarını tersine çevirebilir. NER’nin iki alt yolu vardır. Bunlar global genom onarımı (GGR) ve replikasyon onarımıdır (TCR). TCR spesifik olarak aktif genin transkripsiyonel sarmalını (RNA sentezinin meydana geldiği sarmal) yeniden oluşturur. GGR ve TCR arasındaki temel fark, hasarı tanıyan proteinlerin farklı olmasıdır. DDB1, DDB2 ve XPC-hHR23B proteinleri, GGR tanıma sisteminde bulunur. TCR mekanizması, RNA polimeraz II tarafından başlatılır. TCR için CSA ve CSB faktörleri de gereklidir. GGR ve TCR’deki sonraki adımlarda yer alan proteinler benzerdir. IIH adı verilen 9 alt birimden oluşan bir transkripsiyon faktörü, DNA’nın hasarlı bölgesini tanır. Bu noktada, ilk tanıma faktörleri DNA’dan ayrılır. IIH alt birimleri, XBP ve XPD, helikaz aktivitesi sergiler ve DNA sarmallarını hasarın etrafında açar.
Hasarlı alanla ilişkili diğer faktörler XPG ve XPA-RPA’dır. DA-RPA, NER kompleksinin uygun şekilde hazırlanıp hazırlanmadığını kontrol eder ve hasarlı DNA’nın uygun şekilde kırpıldığından emin olur. XPF-ERCC1 bağlanmasından sonra, XPG ve XPF-ERCC1 tarafından ikili kaldırma gerçekleşir. Bu noktada, hasar 24-32 nükleotit uzunluğunda bir oligonükleotid olarak salınır. Onarım, DNA sentezi ile tamamlanır. NER mekanizmasındaki bir hatanın neden olduğu hastalık, Xeroderma pigmentosum’dur. TCR’deki kusur; Cockayne sendromuna (CS) ve trikreatinin distrofisine (TTD) neden olur.
Temel çıkarma düzeltmesi
Temel olarak BER; Bazdan alkilasyon, oksidasyon ve deaminasyon (bir amin grubunun çıkarılması) nedeniyle oluşan hasarı onarır. Hücre birkaç tip DNA glikozilaz enzimi içerir. Bu enzimlerin her biri farklı bir molekülü hedefler. nükleotitte, baz ile şeker arasındaki bağ DNA glikozilaz tarafından kırıldıktan sonra; Hasarlı baz, DNA’dan ayrılarak DNA’da bir apurik veya abermedik bölge (AP bölgesi) ile sonuçlanır. AP ayrıca spontan bir yaralanma olarak da ortaya çıkabilir. Bifonksiyonel glikozilaz enzimleri ayrıca AP bölgesindeki şeker-fosfat bağını parçalayan aktiviteye sahiptir. Sonuç olarak, parçalanan şeker kalıntısı, bir AP eksonükleaz veya bir DNA polimeraz beta enzimi tarafından parçalanır. Bir nükleotit boşluğu doldurulur ve DNA polimeraz betaya bağlanır. AP bölgeleri, tek işlevli DNA glikosilazları tarafından işlenir ve DNA’nın 5′ ucunun AP ekzonükleaz tarafından bölünmesini gerektirir. Beta-nükleotit polimeraz, bir bölge ekler ve deoksiribofosfodiesteraz aktivitesi, 5. ucunda küçük bir parçayı çıkarır. Kalan alan kapatılır. BER yolunda, hasarlı nükleotide ek olarak 2-8 nükleotid de çıkarılır. Şu anda, BER disfonksiyonunun neden olduğu bilinen bir hastalık yoktur. Bununla birlikte, DNA glikosilaz enzimlerinin aktivitesine sahip olmayan transgenik farelerde fetüs öldü. Ancak sadece bir enzimdeki mutasyonlar farede herhangi bir anormalliğe neden olmaz.
Homolog rekombinasyon onarımı
DNA’daki çift sarmal kırılmaları, HR veya NHEJ mekanizmaları tarafından onarılabilir. HR, homolog kromozomdan (ökaryotik hücrelerde her kromozomdan iki tane bulunur) DNA şablonunu şablon olarak kullanır ve yüksek doğruluk sağlar. Buna karşılık, NHEJ bir şablon kullanmadan kırık uçları yeniden birleştirir ve bu mekanizma genellikle bazı nükleotidlerin kaybına neden olur. Bu nedenle, NHEJ mekanizması hataya açıktır. Her yolun göreceli katılımı, hücrenin mevcut olduğu aşamaya bağlıdır. NHEJ, G1 fazında (hücre proliferasyonunun mitotik fazı) daha aktiftir ve HR, S ve G2 fazlarında (mitotik fazlar) aktiftir. HR onarımı sırasında, çift sarmallar 3 uçlu tek sarmallara (DNA’nın fosfatsız ucu) dönüştürülür ve bu sarmallar RPA’ya bağlanır. MRE11-RAD50-NBS1 çift dişli ayırıcı işleme gerektirir. RAD52, NPA’ya bağlanır ve RAD51’in tek sarmallı DNA’ya bağlanmasını destekler. DNA sentezinden sonra zincirler arasında bir alışveriş olur.
asimetrik onarım
NHEJ, Ku70-Ku80 protein kompleksinin DNA uçlarına bağlanmasını başlatır. Daha yüksek ökaryotlarda, protein kinaz DNA katalitik alt birimi daha sonra dahil olur. Bu noktada DNA polimeraz gerekebilir. Son adımda, DNA’nın uçları XRCC4-DNA ligaza yeniden bağlanır.
çift iplik kopuşlarının yanlış sabitlenmesi; Kromozomların yapısal kararsızlığı, kromozom rekombinasyonuna veya kromozom kaybına yol açar. Ataksi Talenjiektazi (AT), Nijmegen kırık sendromu (NBS) ve meme ve yumurtalık kanserine neden olan BRCA1 ve BRCA2 genlerindeki mutasyonlar, çift kırık onarımındaki hatalarla ilişkilidir. Ancak bu sendromlar; HR veya NHEJ’nin bozulmasından ziyade çift kesirdeki hatalardan kaynaklanır.
DNA onarım mekanizmalarının daha iyi anlaşılması; Mutasyonların nasıl meydana geldiğini ve genetik hastalıkları, özellikle kanseri tedavi etmek için DNA’yı nasıl manipüle edebileceğimizi anlamamızı sağlar.
kaynak:
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2015/popular-chemistryprize2015.pdf
Pul ve Nielsen. DNA onarımı. Hücresel Bilimler Dergisi 117, 515-517
yazar: Ayka Olkay
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]