DNA:n korjaantuminen suoraa entsyymillä

Taustaa tekijöistä jotka vahingoittavat DNA:ta

Röntgensäteet, vapaat radikaalit, alkyloivat aineet ja spontaanireaktiot

aiheuttavat urasiilin muodostusta, abaasisen kohdan, 8-oxoguaniinia, ja yhden säikeen katkeamaa ( single strand break).

Näitä korjaa BER –järjestelmä , joka tarvitsee DNA-glykosylaaseja, APE1 endonukleaasia, DNApolymeraasi betaa ja XRCC1-DNA-ligaas1:tä. BER järjestelmässä on varsinaista DNA:n synteesiä jo mukana, mutta on olemassa myös suoran reversion järjestelmä, missä ei ole varsinaista DNA-synteesiä (replikaatiota) vielä mukana, vaan asia on entsymaattisella tasolla nikkaroimista.

”Direct Reversal” on tämän suoran korjauksen nimi

Tunnetaan neljä eri DNA-vaurion suorakorjausjärjestelmää.

• Photolyase, fotolyaasientsyymi korjaa UV-säteilyn aiheuttaman vaurion pyrimidiinidimeerissä valosta riippuvassa reaktiossa. Tämä korjaus tapahtuu bakteerilla, mutta ei ihmisellä.

• DNA ligaasi korjaa yksinkertaisen DNA mutkan.

Ihmissoluissa on useita DNA-ligaaseja, joilla on erilaisia tehtäviä niin DNA::n korjauksessa kuin monimutakisemmassa replikaatiossa. (Esim. Polymeraasi beeta on interaktiossa DNA-ligaasi I:n kanssa suoraan ja epäsuoralla tavalla taas XRCC1:n välityksellä . (1996). DNA-ligaasi III alfa muodostaa stabiilin kompleksin XRCC1:n kanssa ja on interaktiossa myös PARP1 ja PARP2:n kanssa.

Nämä molemmat proteiinit ovat interaktiossa keskenään ja polymeraasi beetan kanssa ja samalla tekevät linkin DNA ligaasi IIIalfan ja Base Excision Repair (BER)- ja single -strand break repair- mekanismeihin, koska XRCC1 ja PARP ovat jälkimmäisessä osallisia.

Suurin osa short patch repair- tapahtumista saadaan täydellisesti suoritetuksi DNA-ligaasi IIIalfa/XRCC1- kompleksilla.

DNA-ligaasi IIIalfa ei ole assosioitunut replikaatiofokuksiin eikä ole BER:ssä mukana , jos se tapahtuu lähellä replikaatiohaarukkaa) .

Poikkeavat metylaatiot DNA:ssa korjataan BER-systeemillä ja suoralla korjauksella joko metyylitransferaasilla tai oksidatiivisella demetylaasilla, joka on AlkB-tyyppiä.

• Metyylin poistajat, MGMT, O-metylguanine-DNA-methyltransferase

http://www.mgmt-agt.net/mgmt-function.JPG

Tämä entsyymi siirtää metyylin tai muun yksinkertaisen alkyyliryhmän O6-alkyyliguaniinista (O6-mG) tai O4-alkyylithymiinistä omaan cysteiiniinsä, jolloin entsyymi itse inaktivoituu vapauttaessaan nukleotidin. Tämä entsyymi luo soluissa resistenssiä Guaniinia O6-alkyloivien aineitten sytotoksisuutta vastaan. (Toisaalta solut voidaan tehdä herkiksi alkylaatiolle alentamalla tämän MGMT-entsyymin vaikutusta).

Jos O6-mG ei korjaannu, seuraa ”mismatch” thymiiniin päin (T) ja silloin joutuu mismatch repair ( MMR)- systeemi triggeröitymään ja apoptoosi voi seurata.

• Alkyylin irrottajat AlkB, hABH12, hABH3 ( human AlkB homologue)

Alkyloitunut DNA voi korjautua siten, että alkyyli voidaan saada irrotettua. Alfa-KG:sta ja raudasta riippuva oxygenaasi hydroxyloi DNA-emäksen alkyyliryhmän, jolloin alfa-KG muuttuu meripihkahapoksi ja alfa-KG:n C5 irtoaa hiilidioksidina Hydroksyloitu metyyli vapautuu spontaanisti formaldehydinä

Tällä korjauksella irtoaisi CH3- ryhmä 1-meA.sta tai 3-meC.stä korjaten adeniinin ja cytosiinin DNA.ssa ja RNA.ssa. Tekijää tai entsyymiä sanotaan AlkB (DNA and RNA), tai hABH12 (DNA) tai hABH3 (DNA and RNA).

Tästä on uutta tietoa vuodelta 2008:

Yang et al. [Nature 452 (2008)

AlkBrakenne DNA-kompleksissa on voitu määrittää, samoin humaani AlkB homologi 2 rakenne (hABH2) käyttämällä crosslinking-strategiaa, jolla on DNA-proteiinikompleksi stabiloitu. AlkB-proteiineilla on samanlainen katalyyttinen domaani, mutta DNA-tunnistusmotiivit ovat erilaisia. AlkB tekee kontaktin pääasiassa vaurioituneesen säikeeseen, mutta hABH2 tekee useita kontakteja molempien säikeitten kanssa . hABH2 luiskauttaa ulos vaurioituneen emäksen ja täyttää tyhjän paikan hydrofobisella aminohappotähteellä, samaan tapaan kuin DNA-glykosylaasit , essentiellisti niin, että DNA-kaksoishelixrakenne ei kierry. Sitävastoin AlkB puristaa niitä emäksiä yhteen, mitkä sijaitsevat irrotettavan emäksen kyljissä siten että irtiluiskahtava emäs joutuu pinon päälle. Tämä odottamaton irrotuskeino ja ero AlkB ja hABH2:n välillä DNA-säiekontaktissa selittää, miksi niillä on eri prioriteetit single strand break ja DSB DNA vaurioissa vastaavasti.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/picrender.fcgi?book=eurekah&part=A79604&blobname=ch4177f2.jpg

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/picrender.fcgi?book=eurekah&part=A79604&blobname=ch4177f4.jpg