Reparační mechanismy organismu a jejich genetická kontrola

Reparační mechanismy zabraňují ohrožení existence druhu vlivem selekce a mutace. Byly popsány zejména u bakterií, u eukaryot existuje ještě mnoho neznámých.

Fotoreaktivace

Ozáření UV-světlem vytváří v DNA dimery thyminu. Enzym DNA fotolyasa se váže k těmto dimerům. Jeho štěpící aktivita je závislá na energii viditelného světla, zejména modré frakce. Po ozáření rozštěpí dimery. Ve tmě se enzym naváže na DNA, ale dimery neštěpí. DNA fotolyasa je schopna štěpit i jiné dimery.

Výrazně se uplatňuje u bakterií;
u mnohobuněčných se tento proces uplatňuje jen v povrchové vrstvě buněk.

Excizní opravy

Nezávislé na procesu replikace;
při vysoké rychlosti zařazování nukleotidů do nového řetězce je vysoká frekvence chybného zařazení bazí;
u bakterií je první kontrolou správnosti párování v nově syntetizovaném řetězci DNA a v matrici zajišťuje polypeptid, který je součástí komplexu DNA polymerasy III; u eukaryot tuto funkci zřejmě zastává DNA polymerasa β
Schéma mechanismu Base Excision Repair a Nucleotide Excision Repair
vyžadují účast nejméně 17-ti polypeptidů. Mutace kteréhokoliv z nich vede ke vzniku syndromu s rizikem neoplazií a dalšími příznaky.

Base excision repair

Pomalejší ale přesnější

DNA glykosylasa vyštěpí poškozenou bazi
DNA endonukleasa s DNA-exonucleasou vyštěpí přebývající cukerný zbytek
DNA polymerasa doplní chybějící nukleotidy
DNA ligasa nově nasyntetizovanou sekvenci napojí

Nucleotide excision repair

Rychlejší, méně přesně - slouží k opravě rozsáhlejších chyb
může probíhat i jako součást transkripce

Helikasa rozplete dsDNA
DNA endonukleasa vyrvoří single strand notch (zářez) na obou stranách chybového úseku
DNA-exonucleasa odstraní sekvenci mezi zářezy
DNA polymerasa dosyntetizuje chybějící sekvenci
DNA ligasa nově nasyntetizovanou sekvenci napojí

Mismatch repair

Mismatch repair je časný postreplikační kontrolní a opravný mechanismus. Pro rozpoznání, která z dvojice bazí je chybně zařazena, je důležitá možnost rozpoznávat templát a nově syntetizovaný řetězec.

U E. coli rozlišení umožněno porovnáním methylace řetězců (GATC – templát metylovaný);
u člověka homology proteinů MutS a MutL kódovány mutátorovými geny, které mutace nezpůsobují, ale opravují. Umožňují pozdržení replikace buněk do ukončení reparace DNA nebo při větším poškození DNA vyvolají apoptózu buněk jako konečnou ochranu před vznikem klonu buněk s mutovanou DNA.

Mutace těchto genů znemožňují mismatch a vzniklé mutace jsou přenášeny do dalších generací. Může to vést ke vzniku tumoru.

Mismatch repair geny u lidí: hMSH2, hMLH1, hMS1, hPMS2.

Postreplikační opravy

Pokud DNA polymerasa III. u E. coli dospěje k dimeru thyminu v templátu, zastaví činnost a odpojí se od řetězce. Syntéza nového řetězce je znovu zahájena napojením primasy v místě nejbližší signální frekvence dimerem, vzniklá mezera může být vyplněna rekombinací působením proteinu RecA (zprostředkuje párování homologních řetězců a doplnění mezery z druhého dvojvlákna). Chybějící část řetězce doplní DNA polymerasa I. a spojí ho DNA ligasa. Pokud není dimer thyminu odstraněn excizním mechanismem, musí se proces postreplikační opravy opakovat při každé replikaci.

SOS reparace

Jde o poslední "zoufalý" pokus o přežití při závažném poškození DNA bakterie. Proteiny umuC a umuD umožňují replikaci i poškozených a neopravených úseků templátu DNA. Tento typ reparace zvyšuje frekvenci replikačních chyb.

#PŘESMĚRUJ[[Reparační mechanismy DNA]]

Funkce a biologická úloha transkripčních faktorů

Regulace bazální transkripce

GTFs (general transcription factors) – nezbytné pro průběh transkripce
mnohé z nich se neváží na DNA, ale jsou součástí preiniciačního komplexu, který reaguje přímo s RNA-polymerázou II
nejběžnější: TFIIA, TFIIB, TFIID (součástí je podjednotka zvaná TATA binding protein (TBP) – váže se specificky na sekvenci TATA box), TFIIE, TFIIF a TFIIH

Buněčný vývoj

na základě signálů regulují buněčnou diferenciaci a determinaci
rodina TF Hox je významná pro správné tělesné uspořádnání
TF kódovaný SRY (Sex-determining region of Y) – určení pohlaví člověka

Odpověď na mezibuněčné signály

součástí signalizační kaskády (aktivace x suprese)
např. estrogenová signalizace: TF je součástí estrogenového receptoru, který po aktivaci putuje do jádra, kde reguluje transkripci určitých genů

Odpověď na vnější prostředí

TF rovněž regulují signalizační kaskády exogenního původu
Heat shock factor (HSF) – aktivuje geny umožňující přežití při vyšších teplotách
Hypoxia inducible factor (HIF) – přežití v prostředí s nedostatkem kyslíku

Kontrola buněčného cyklu

hl. TF, které jsou onkogeny (např. myc) a tumorsupresory (např. p53) – úloha v buněčném růstu a apoptóze

Odkazy

Související články