DNA의 뉴클레오티드 서열 보존 메커니즘. 수리하다

예를 들어 N-메틸-TG-니트로소우레아 또는 N-메틸-니트로소우레아 또는 N-메틸-니트로소구아니딘과 같은 알킬화제의 영향으로 O 6 -메틸 또는 O 6 -알킬 치환 구아닌 잔기가 DNA에 형성됩니다. 이러한 변형된 구아닌 잔기는 박테리아 및 포유류 세포에 존재하는 효소의 참여로 탈알킬화될 수 있습니다. O 6 -메틸구아닌 DNA 알킬트랜스퍼라제는 효소의 시스테인 잔기의 설프하이드릴 그룹으로의 알킬 그룹의 전달을 촉매하고 수용체 단백질은 비활성화됩니다. E. coli 세포의 알킬트랜스퍼라제 함량은 O 6 - 알킬구아닌 존재 시 증가하지만 포유류 세포에서는 유사한 유도성이 관찰되지 않습니다.

DNA에 자외선을 조사하면 인접한 피리미딘 염기 사이에 사이클로부탄 이합체가 형성됩니다. 이러한 화합물은 DNA 복제를 차단하므로 세포 생존력을 유지하려면 제거해야 합니다. 피리미딘 이량체를 제거하는 한 가지 방법은 300-600 nm 파장 범위의 가시광선으로 용액을 조명하여 이를 효소적으로 단량체로 변환하는 것입니다. 이러한 광활성화 효소는 박테리아와 하급 진핵생물에 존재하지만 포유류 세포에서는 발견되지 않습니다. 이 효소는 피리미딘 이량체와 안정한 복합체를 형성하고 피리미딘 이량체에 의해 흡수된 빛의 에너지를 사용하여 DNA 가닥을 끊지 않고 이량체를 파괴합니다.

비. 변형된 잔사를 교체하여 수리

변형된 뉴클레오티드 교체는 일반적으로 네 단계로 이루어집니다. 첫째, 효소는 이 뉴클레오티드를 인식하고 그 근처의 폴리뉴클레오티드 사슬을 절단하거나 변형된 염기와 디옥시리보스 사이의 글리코시드 결합을 끊습니다. 둘째, 엑소뉴클레아제는 변형된 뉴클레오티드 및/또는 인접한 뉴클레오티드를 제거하여 작은 간격을 남깁니다. 셋째, 반대 가닥을 주형으로 사용하여 3-OH 말단에서 삭제된 영역을 새로 합성합니다. 넷째, 수리 결과 형성된 파손된 부분의 끝부분이 결합되어 수리된 가닥의 공유 결합성을 복원합니다.

탈퓨린화 또는 탈피리미딘화가 발생한 부위는 AP 엔도뉴클레아제라는 효소에 의해 절단됩니다. 친핵세포와 진핵세포에는 다양한 AP 엔도뉴클레아제가 있으며, 종종 여러 가지 유형이 있습니다. 일부 AP 엔도뉴클레아제는 AP 부위의 3" 쪽에서 사슬을 절단하는 반면 다른 효소는 3" 쪽에서 디에스테르 결합을 절단합니다. 어떤 경우에도 3"-히드록실과 5"-포스포릴 말단이 형성됩니다. 파괴 부위의 한쪽 또는 다른 쪽에서 포스포디에스테르 결합을 끊으면 엑소뉴클레아제가 절단 부위의 양쪽에 있는 인접한 잔기를 제거한 다음 삭제된 서열을 재합성할 수 있습니다.

N-알킬화 퓨린 및 기타 변형된 염기의 복구에서 특정 N-글리코실라제(변형된 염기와 디옥시리보스 사이의 글리코시드 결합을 절단하는 효소)가 핵심 역할을 합니다. N-글리코실라제는 또한 시토신 또는 아데닌의 자발적인 탈아미노화와 각각 우라실 또는 하이포잔틴으로의 전환으로 구성된 장애의 교정에도 사용됩니다. 우라실 글리코실라아제와 하이포잔틴 글리코실라아제 효소는 각각 DNA에서 우라실과 하이포잔틴을 절단하여 절단 부위에 틈을 남깁니다. 그리고 다시 절단-재합성 메커니즘을 사용하여 손상된 사슬의 원래 순서가 복원됩니다.

Uracil 글리코실라제는 또한 복제 중에 dTTP 대신 dUTP를 사용할 때 발생하는 오류를 수정하는 데 매우 중요한 항돌연변이 유발 역할을 합니다. dUMP는 dTMP와 거의 마찬가지로 주형과 쌍을 이루기 때문에 Pol III는 이를 인식하지 못하며, dUMP가 특별히 절단되지 않으면 dGMP는 후속 복제 라운드 동안 새로운 가닥에 통합될 수 있습니다. 따라서, g-글리코실라제는 DNA 사슬에 dUMP가 포함되어 발생할 수 있는 돌연변이 유발 결과로부터 세포를 보호합니다.

티민 이량체의 복구는 다음 두 가지 방법 중 하나로 어둠 속에서도 발생할 수 있습니다. 대장균 세포에서는 uvrLBC-엔도뉴클레아제 효소 복합체를 형성하는 uvrA, uvrB 및 uvrC 유전자에 의해 암호화되는 세 가지 폴리펩티드가 합성됩니다. 이 효소는 피리미딘 이량체의 5" 쪽에 있는 8개의 포스포디에스테르 결합과 3" 쪽에 있는 4개 또는 5개의 결합 거리에서 피리미딘 이량체를 포함하는 DNA 가닥을 절단합니다. 손상된 영역의 제거는 또 다른 유전자인 uvrD에 의해 암호화된 헬리카제에 의해 촉매되는 것으로 보입니다. 이는 티민 이량체와 이를 둘러싼 약 12개의 다른 뉴클레오티드를 제거합니다. 생성된 틈은 Pol I의 도움으로 채워지고, DNA 리가아제는 사슬의 인접한 두 염기를 결합하여 복구를 완료합니다. 일부 유기체는 피리미딘 이합체 형성으로 인한 손상을 복구하기 위해 다른 메커니즘을 사용합니다. 수리는 아피리미딘 부위를 생성하는 피리미딘 이량체-g-글리코실라제의 참여로 수행됩니다. 티민과 디옥시리보스 중 하나 사이의 글리코시드 결합이 절단되어 티민 이합체가 끊어진 사슬의 5" 끝에 남고 3"-OH 그룹이 디옥시리보스에 남습니다. 생성된 3"-AP 말단은 DNA 중합효소의 3"-5" 엑소뉴클레아제 활성을 사용하여 절단된 후 틈 번역 및 결찰에 의해 인접한 티민 이량체와 함께 뉴클레오티드가 제거되고 생성된 틈이 채워지고 체인의 끝부분이 꿰매어져 있습니다.

V. DNA 복구의 중요성

진화 과정에서 세포는 다양한 화학적, 물리적 요인의 영향은 물론 복제나 재조합 중 오류로 인해 발생하는 DNA 손상을 제거하기 위한 복잡한 메커니즘을 개발했습니다. 그리고 이것은 꽤 이해할 수 있습니다. 대부분의 손상은 유전 정보가 다음 세대로 전달되는 것을 차단하고 나머지는 제거되지 않으면 후손의 게놈에 남아 유지에 필요한 효소를 포함하여 단백질 분자의 극적인 변화로 이어질 것입니다. 세포의 생명. 복구 시스템의 특정 부분이 손상되면 세포는 특정 화학적, 물리적 작용제에 특히 취약해집니다. 예를 들어, 티민 이량체가 절단되는 동안 DNA에 절단을 도입하는 시스템이 파괴된 E. coli 세포는 UV 광에 매우 민감합니다. 하나 또는 다른 N-글리코실라제 반응을 수행할 수 없는 세포는 정상 세포보다 알킬화제 또는 이온화 방사선의 돌연변이 유발 또는 치명적인 효과에 훨씬 더 민감합니다. Pol I이 결핍된 대장균 세포는 낮은 양의 UV 광을 조사할 때 생존율이 크게 감소했습니다.

하등 진핵생물 Saccharomyces cerevisiae에는 UV 조사 DNA에 절단을 도입하는 데 관여하는 단백질을 암호화하는 유전자가 5개 이상 있습니다. 이 5개의 RAD 유전자 중 하나만 중단되면 세포는 DNA 절단을 유도하는 능력을 상실하게 되어 피리미딘 이량체를 제거하게 됩니다. 효모에는 UV로 인한 손상 제거가 정상적으로 발생하지만 사슬 사이의 교차 결합을 제거하는 능력이 손상된 돌연변이도 있습니다. 이는 인간과 마찬가지로 효모가 교차 결합을 제거하고 아마도 DNA의 다른 많은 화학적 변형을 교정하기 위한 구체적이고 매우 복잡한 복구 메커니즘을 가지고 있음을 시사합니다.

색소성 건피증 환자는 자외선에 매우 민감하며 햇빛에 거의 노출되지 않아도 다양한 형태의 피부암이 발생합니다. 그러한 사람들의 세포는 효모의 RAD 돌연변이와 유사한 돌연변이를 가지고 있으며 UV 조사 DNA에서 피리미딘 이량체를 절단하는 능력이 손상되었다는 사실로 나타납니다. 이 질병은 적어도 9개 유전자 중 하나의 돌연변이로 인해 발생할 수 있으며, 이는 인간의 티민 이량체를 포함하는 DNA를 복구하는 다소 복잡한 메커니즘을 암시합니다. 일반적으로 이 질병은 티민 이량체를 방출할 수 없는 것과 관련이 있습니다. 티민 이량체 글리코실라제 및 AP 엔도뉴클레아제 활성을 갖는 효소를 배양 중인 조사된 세포에 첨가하면 UV 손상을 제거할 수 있습니다.

종합정보

6장에서 논의한 바와 같이, 세포막은 정상적인 조건에서 많은 기능을 제공합니다. 원형질막과 세포내 막은 주로 막 양쪽에 위치한 통합 단백질로 인해 독립적으로 기능하거나 (수용체 및 수송 단백질에 의한 제어로 인해) 이와 관련된 세포 기능 및 구조적 기능에 참여합니다. 다른 단백질, 지질, 당 및 미량 원소로 구성된 세포 구성 요소.

일반적으로 세포 손상은 그 안에서 발생하는 유전적, 생화학적, 물리화학적 과정의 교란을 동반하며 폴리뉴클레오티드 및 뉴클레오티드, 폴리펩티드 및 펩타이드, 다당류 및 단당류, 지질 및 그 구성 요소를 포함한 거대분자와 미세분자의 변형과 관련됩니다. 인지질, 스핑고지질, 지방산, 콜레스테롤)뿐만 아니라 금속 이온 및 기타 화학 화합물, 자유 라디칼, 전자, 원자 및 아토몰 구조의 움직임.

이것이 바로 보호 및 회복(수리) 효소 시스템이 다양한 유형의 손상이 발생한 경우 세포에 매우 중요한 이유입니다. 매뉴얼의 이전 장에 제시된 구조적 구성, 세포 손상의 원인 및 메커니즘에 대한 데이터와 세포 사멸의 주요 형태에 대한 데이터를 고려하여 이러한 시스템을 고려해 보겠습니다.

보호 및 회복

유기체의 효소 시스템

아시다시피 신체의 주요 보호 및 재생 시스템에는 신경계, 내분비선 및 면역 시스템이 포함됩니다(13~15장 참조). 그런 다음 (중요도 순으로) 내부 장기(간, 비장, 신장)의 해독 시스템이 나옵니다.

조직(피부 및 점막) 및 마지막으로 시토크롬 P 450 시스템, 글루타티온 의존성 효소, 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD), 카탈라제, 플라스마로겐, 퍼옥시다제 및 포스포리파제(특히 인지질) 및 기타 시스템을 포함한 세포 보호 및 재생 시스템 세포의 구조를 형성하는 구성 요소의 복원과 관련됩니다. 수많은 DNA 복구 시스템과 아직 거의 연구되지 않은 신체의 생물학적 체액(혈액, 림프액, 뇌액, 위액 및 장액)의 효소 보호 시스템은 특별한 주의를 기울일 가치가 있습니다. 신체의 이러한 보호 및 재생 시스템은 모두 단일 유전자 네트워크에 통합된 유전자의 활동에 기초합니다(2장 참조).

우선, 가장 잘 알려진 세포 방어 시스템을 살펴보자.

생체이물 해독 시스템

신체에 이물질 또는 생체이물질의 불활성화(해독) 시스템은 신체에서 생체이물을 대사(분해 및 해독)하고 제거하는 수많은 효소 단백질의 합성을 암호화하는 환경 유전자에 의해 제어됩니다.

해독 유전자의 돌연변이는 종종 다양한 신체 시스템과 개별 기관에 영향을 미치는 심각한 질병에 대한 유전적 소인을 유발합니다. 예를 들어, 주요 돌연변이(CFTR)로 인한 낭포성 섬유증의 임상 증상과 해독 시스템의 유전자 상태 사이의 연관성이 잘 연구되었습니다. 이 질병의 주요 증상은 심각한 만성 폐쇄성 폐렴으로, 일반적으로 20세까지 살지 못하는 아픈 어린이의 조기 사망을 초래합니다. 결과적으로, 해독 유전자 자체의 돌연변이는 종종 기관지 천식, 만성 폐쇄성 기관지염, 암, 폐기종 및 기타 폐병리와 같은 폐 질환의 발병을 유발합니다.

또한 해독 유전자의 대립유전자 변이가 낭포성 섬유증의 임상 증상에 영향을 미칠 수 있다고 제안되었습니다. 이 가정은 M.A.의 작업에서 확인되었습니다. Bakayet al. (1999). 혼합형 및 중증의 낭포성 섬유증 환자는 글루타티온 트랜스퍼라제 M1 유전자(GSTM1 0/0)의 "0" 대립유전자에 대해 동형접합성인 것으로 나타났습니다.

생체이물 해독의 두 번째 단계의 효소, 또는 해독의 첫 번째 단계인 마이크로솜 에폭시가수분해효소(mEPXH) 유전자의 천천히 발현된 S-대립유전자를 가졌습니다.

이 연구는 또한 만성 호흡기 질환 환자에서 mEPXH 유전자의 S(또는 S/S) 대립유전자에 대한 동형접합 상태의 상당한 우세를 지적했습니다.

mEPXH 유전자의 "느린" 대립유전자 및 GSTM1 유전자의 "null" 대립유전자와 폐병리학의 명확한 상관관계를 고려하여, 우리는 낭포성 섬유증 환자에서 상응하는 대립유전자 분포(mEPXH S/S 및 GSTM1)와 관련된 결론을 내렸습니다. ), 폐 병리학은 가장 자주 발생하며 특히 불리하게 진행됩니다. 이러한 이유로 저자들은 낭포성 섬유증 유전자의 돌연변이 특성을 명확히 하는 것뿐만 아니라 mEPXH S/S 및 GSTM1 유전자의 불리한 대립유전자를 보유한 환자를 결정하는 것도 적절하다고 생각했습니다. 즉, 이 연구는 HLA 유전자좌의 DQA1 유전자의 특정 대립유전자가 낭포성 섬유증 및 만성 호흡기 질환의 중증도에 미치는 영향을 분명히 보여줍니다.

시토크롬 P 450을 이용한 해독

간의 ER 세포막과 다른 기관 및 조직의 막에는 첫 번째 단계에서 생체이물질(약물 및 인공 화합물 - 발암 물질)을 중화(변형)시키는 생합성 및 해독 과정을 제공하는 모노옥시다제 효소 시스템이 있습니다. 해독의. 이러한 시스템은 광범위한 외인성 및 내인성 기질을 대사하는 시토크롬 P 450 또는 모노옥시게나제의 과다 계열로 형성됩니다.

2006년 1월 현재, 시토크롬 P 450과 관련된 1174개의 단백질과 이를 코딩하는 유전자의 해당 수가 인간과 동물의 게놈에서 확인되었습니다(Lisitsa A.V., 2007). 또한, 시토크롬 P 450 시스템의 효소와 상호작용하는 알려진 화합물의 수는 1,223개의 기질, 115개의 유도제 및 484개의 억제제를 포함하여 1,708개였습니다.

약 50가지 형태의 시토크롬 P 450이 인체에서 분리되었으며(Helson, 1998), 이는 모노옥시게나제 촉매 반응에 참여하고 기질에 선택적으로 결합하는 능력으로 인해 주도적인 역할을 합니다. 시토크롬 P 450의 기능은 파트너 단백질과의 상호작용에 의해 결정됩니다. 시토크롬 P 450 효소는 전자 전달 사슬을 닫고 생성된 산화환원 등가물을 사용하여 기질을 산화시킵니다. 처럼

시토크롬 P 450의 단백질 파트너는 NADPH-시토크롬 P 450 환원효소 및 시토크롬 b5뿐만 아니라 아드레노독신 환원효소 및 아드레노독신과 같은 여러 단백질이거나 환원효소와 같은 단 하나의 단백질일 수 있습니다.

시토크롬 P 450 효소를 코딩하는 인간 유전자 중에서 유방 조직을 포함한 다양한 조직에서 안드로겐을 에스트로겐으로 전환시키는 효소의 합성을 담당하는 아로마타제 유전자 CYP19가 분리되었습니다. 이 유전자에는 발현 증가 또는 감소와 관련된 11개의 DNA 다형성이 있습니다(대립유전자: TTTA 7, TTTA 11 TTTA 12 등).

이 시스템의 또 다른 유전자인 CYP1A1 유전자는 담배 연기에서 탄화수소를 대사하고 자체 다형성(T623C, A4489G)을 갖는 시토크롬 P 450 1A1을 암호화합니다.

CYP17 유전자는 시토크롬 P 450 c17alpha를 암호화합니다. 이는 성 스테로이드의 생합성에 관여합니다.

간 미세소체에 시토크롬 P 450이 위치하면 플라보단백질 단백질(시토크롬 P 450 환원효소)로부터 전자를 받을 수 있으며 시토크롬 P 450 자체가 헤모단백질 단백질의 활성 형태라는 점에 유의해야 합니다. 이 경우, 이 단백질의 안정성은 포스파티딜콜린 또는 미소체 인지질의 혼합물로 구성된 막의 지질 이중층에 의해 보장됩니다.

사이토크롬 P 450이 이물질과 상호작용하면 비활성화되고, 그 동안 활성 형태의 시토크롬 P 420에서 비활성 형태로 전환된다는 것이 확립되었습니다. 또한, 이 비활성 형태는 분리된 간 마이크로솜을 37°C에서 배양하여 얻을 수 있습니다.

"이물질-시토크롬 P 450" 반응에서 모든 이물질은 외인성 기질(발암 물질, 약물, 식품 첨가물, 독소, 독극물) 또는 내인성 기질(지방산, 프로스타글란딘, 스테로이드, 콜레스테롤)로 작용합니다. 이들 기질의 분자는 ER 막의 시토크롬 P 450 분자에 결합하여 일련의 지질 과산화 반응 및 기타 변화를 일으킵니다. 동시에 직간접적으로 행동할 수도 있습니다. 두 번째 경우에는 의무적 생체이물과 조건적 생체이물이 구별됩니다.

생체이물질 의무화,예를 들어, 페노바르비탈은 간세포에 직접적인 독성 영향을 미치며(효과는 용량에 따라 다름) 간 효소 유도로 인해 간비대를 유발합니다.

차례로, 생체이물 코르티손은 살리실산염 및 다환 탄화수소와 같은 독성이 높은 중간체로 전환되어 지방간이나 지방증을 유발합니다.

또한, 절대 ​​생체이물 또는 그 대사산물의 직접적인 효과는 빌리루빈 대사(헴에서 담관으로의 배설까지의 합성의 모든 단계에서)의 붕괴, 정현파의 확장 및 간 정맥의 폐색을 유발하여 괴사를 일으키고, 종종 간세포의 세포 사멸.

선택적 생체이물질약물에 대한 알레르기 반응과 같이 화합물에 대한 특이성이나 불내성을 나타내는 면역 매개 반응을 유발합니다.

시토크롬 P 450 분자 자체는 두 가지 손상 메커니즘, 즉 자유 라디칼에 의한 단백질 자체와 막 내 단백질의 지질 환경으로 인해 손상됩니다.

일반적으로 시토크롬 P 450의 참여로 간에서 생체이물질의 해독 메커니즘은 3단계로 구성됩니다.

첫 번째 단계- ER 효소(간세포의 미소체 부분), 모노옥시게나제, 시토크롬 c-환원효소, 감소된 NADP(보조인자로서) 및 시토크롬 P 450과 생체이물과의 접촉. 접촉 동안, 생체이물질의 변형은 기능성 물질의 형성(방출)과 함께 발생합니다. 여러 떼.

두 번째 단계- UDP-글루쿠로닐트랜스퍼라제 및 글루타티온-S-트랜스퍼라제라는 두 가지 효소가 참여하는 생체이물질 분자와 내인성 분자의 생체변형 또는 접합(조합)으로, 생체이물체의 가속화된 제거로 해독 또는 독성 감소를 제공합니다(아래 참조). 이 단계에서 마이크로솜 글루타티온 전이효소는 시토크롬 P 450 분자와 직접적으로 연관되어 중간 대사 산물이나 생체이물 반응 대사산물의 신속한 불활성화에 기여합니다.

세 번째 단계- 담즙 및 소변과 함께 사이토크롬 P 450의 도움으로 변형된 생체이물 생성물의 능동적 수송 및 배설(배출).

따라서 시토크롬 P 450의 불활성화는 간의 ER 막 손상을 나타내는 지표입니다. 동시에 시토크롬 P 450의 불활성화 속도를 사용하여 손상된 세포막의 회복 또는 복구를 판단할 수 있습니다.

인지질 하이드로퍼옥사이드의 해독

인지질 과산화수소(LOOH) 해독 시스템은 LOOH의 2전자 환원을 수행하는 3개의 글루타티온 의존 효소 복합체, 즉 글루타티온 퍼옥시다제, 인지질 과산화물-글루타티온 퍼옥시다제, 셀레늄 함유 글루타티온 전이효소, 유형 알파(-SH-S-) 또는 GST 콤플렉스. 이 효소 복합체는 항산화제로 분류됩니다. 퀴놀람(enolam)은 모든 세포, 조직 및 기관에 존재하며 비타민 E, C 및 유비퀴놀(코엔자임 Q)과 상호 작용하며 활성 대사산물을 결합하는 보편적인 시스템입니다. 세 가지 글루타티온 의존 항산화 시스템은 모두 다음에 속합니다. 글루타티온의 효소 산화환원 시스템(FRSG)는 LPO 및 면역 능력 세포의 증식에 관여합니다. GFSH는 산화촉진제의 분열과 활동을 제어하고, 과산화의 자유 라디칼 단계를 억제하고, (비라디칼) 과산화물을 파괴하고, 과산화의 비과산화물 생성물과 상호작용합니다.

산화환원 시스템의 특성은 균형 상태, 즉 "산화-환원"에 의해 결정됩니다(9장 참조).

다양한 세포와 ​​조직에서 글루타티온 의존성 효소의 활성 수준은 전체 항산화 시스템의 상태를 반영합니다. 왜냐하면 이러한 효소는 ROS의 공격, 사슬 자유 라디칼 반응 및 과정 강화로부터 보호하는 데 필요하기 때문입니다.

글루타티온 의존성 효소의 유도는 세포, 조직 및 기관의 산소화와 관련하여 활성 및 균형의 "중복성"을 특징으로 합니다.

특별한 역할은 21개의 효소를 포함하는 GST 복합체에 속하며 그 중 16개는 실제 세포질이며 알파, 뮤, 오메가, 파이, 세타 및 제타의 6개 하위 패밀리(클래스)로 분류됩니다. 각 클래스는 서로 독립적으로 작동하는 두 개의 동일하거나 다른 하위 단위(자체 활성 사이트 포함)로 구성된 이량체입니다. 각 하위 단위에는 6개의 아미노산 잔기로 구성된 짧은 링커 사슬로 연결된 2개의 도메인이 있습니다.

6가지 종류의 효소 각각은 유전자 클러스터에 의해 암호화됩니다.

알파 클래스- 유전자 클러스터는 6p12 유전자좌에 위치하며 GSTA1, GSTA2, GSTA3, GSTA4 및 GSTA5 유전자와 7개의 유사유전자를 포함합니다.

새로운 이 클래스의 유전자는 빌리루빈, 헴 및 스테로이드 호르몬의 대사에 관여합니다. GSTA1 및 GSTA2 유전자는 모든 조직에서 발현됩니다. GSTA3 유전자는 8~9주차 태반에서 분리되었습니다. GSTA5 유전자는 조직에서 분리되지 않았습니다.

뮤 클래스- 클러스터는 유전자좌 1p13.3에 매핑됩니다. 5개의 유전자를 포함합니다: GSTM1 유전자(세 가지 대립유전자 변이체: A, B 및 O로 표시, 간 및 혈액 세포에서 발현); GSTM2 유전자(근육에서만); GSTM3 및 GSTM4 유전자(고환 및 뇌); GSTM5 유전자(폐, 뇌, 심장, 고환) 및 2개의 유사유전자.

오메가 클래스- 클러스터는 유전자좌 10q25.1에 매핑된 두 개의 유전자로 구성됩니다. 이들 중 GSTO1 유전자는 산화 스트레스에 반응하여 형성된 S-티올 라디칼을 제거하는 독특한 하우스키핑 효소를 암호화합니다. 두 번째 유전자는 GSTO2(거의 연구되지 않음)입니다. 이 유전자의 전사체는 모든 조직에서 널리 나타납니다. 그들의 최대 발현은 간, 골격근 및 심장에서 관찰됩니다. 폐, 뇌 및 태반에서는 최소한의 발현이 발생합니다.

파이 클래스- 11q13 유전자좌에 매핑된 하나의 GSTP1 유전자와 12q13-q14 유전자좌에 매핑된 GSTPP 유사유전자로 표시됩니다. GSTP1 유전자에는 효소의 활성 중심과 관련된 코돈 105 및 114의 뉴클레오티드 서열의 다형성과 관련된 3개의 대립유전자 변이체가 있습니다. 이 유전자는 세포 증식과 세포사멸에 관여하는 단백질 키나제의 억제제입니다.

세타 클래스- 클러스터에는 22q11.23 유전자좌에 매핑된 2개의 유전자(GSTT1 및 GSTT2)가 포함되어 있습니다. GSTT1 유전자는 두 가지 대립형질 변종(활성 및 null)으로 존재합니다. GSTT2 유전자는 제대로 연구되지 않았습니다.

제타급- 14q24.3 유전자좌에 매핑된 하나의 유전자 GSTZ1로 표시됩니다. 이 유전자는 간세포에서 발현되며, 골격근과 뇌세포에서도 그 정도는 덜 발현됩니다. 페닐알라닌과 티로신 교환에 참여합니다.

이러한 모든 유전자 클래스에 의해 합성된 GST 복합체의 효소는 다음을 포함한 다양한 메커니즘을 기반으로 기능한다는 점에 유의해야 합니다.

글루타티온과의 연결 또는 친전자성 탄소 원자(할로겐 및 니트로알칸), 질소(트리니트로글리세린), 황(티오시아네이트 및 이황산염) 및 인(메틸 파라티오닌)의 치환 경로를 통한 생체이물질의 촉매적 불활성화

기질과의 비촉매적 접합(결합); 전형적인 기질은 1-클로로-2,4-디니트로벤젠이고; 이 경로는 또한 옥시아렌, 알켄 에폭사이드, 니트로늄 및 카르보늄 이온은 물론 자유 라디칼의 접합에도 일반적입니다.

GSH 퍼옥시다제 활성 또는 환원된 글루타민의 발현을 통해 유기 하이드로퍼옥사이드(지질 및 DNA 하이드록시퍼옥사이드)를 알코올로 환원합니다.

프로스타글란딘과 스테로이드의 이성질체화;

다른 외인성 화합물의 대사에 참여합니다.

글루타티온 감소(GSH)는 대부분의 증식 세포에서 지배적인 저분자량 티올을 의미합니다. 이 트리펩타이드(L-감마-글루타밀-L-시스테이닐글리신)는 글루타밀 회로에 참여하고 다양한 독성 화합물을 티오에스테르로 전환하여 중화합니다(이는 질소, 산소, 황 및 탄소 원자를 공격합니다). 추가 대사 과정에서 글루타티온 복합체는 머캅투르산(머캅탄)으로 전환되어 체내에서 배설됩니다(하루 약 0.1mmol의 비율).

GSH의 중요성은 유리 글루타민의 농도가 글루타민의 공급을 고갈시켜 종양 세포의 용해를 일으키는 세포증식억제제의 특성에 따라 달라지는 암 환자에서 추적될 수 있습니다. 또한, 세포 증식 및 종양 성장 동안 티올 및 이황산염 농도의 감소는 신진 대사 균형 유지, 글루타티온 의존성 효소 합성 및 인지질 하이드로퍼옥사이드 제거에 따라 달라집니다.

LOOH 해독은 다음을 포함하는 계획에 따라 진행됩니다.

"가수분해-환원-복구" 경로를 따라 과산화물-Ca 2 + -자극된 PLA 2 및 글루타티온 퍼옥시다제;

"환원-가수분해-복구" 경로를 따라 PL-과산화물-글루타티온-과산화효소 및 포스포리파제 A 2.

두 계획 모두 리소인지질의 재아실화를 유도합니다.

동시에, 내인성 산화제와 항산화제 사이의 불균형 조건 하에서 과도한 ROS와 그에 따른 산화 스트레스가 발생할 수 있습니다. "산화 스트레스 신호"라고 불리는 이러한 스트레스 메커니즘은 위험할 정도로 높거나 낮은 수준의 산화제에 반응하여 LPO 반응을 수반합니다.

산화 스트레스 신호

산화 스트레스 신호(OSS)의 도움으로 세포는 과도한 항산화제를 생성하고 환원된 글루타티온(위 참조), 헴 산소화효소-1, 글루타티온 퍼옥시다제, 카탈라아제, SOD 및 페리틴과 같은 하나 또는 여러 종류의 효소를 활성화합니다.

OCC는 세포사멸, 세포보호 및 기타 세포 효과를 조절하는 유전자의 발현을 자극하는 것으로 나타났습니다.

OCC에는 Ca 2 + 이온에 의해 활성화되는 단백질 키나제 C(PK C), MAPK, 가수분해효소뿐만 아니라 포스포리파제 C(PL C) 및 A 2(PLA 2)도 포함됩니다. 이러한 효소의 초기 매개체는 LOOH(위 참조)이며, 이는 성장 인자(TNF-알파), 사이토카인 및 기타 작용제 효과의 "모방체"로 간주되며, 이는 산화 유도체의 2차 전달자 역할을 나타냅니다(8장 참조).

예를 들어, 아라키돈산의 방출을 통한 포스포리파제의 산화적 활성화는 직접적인 효과를 생성하거나 PAF 및 기타 효과기로 대사되는 화합물로 작용하는 에이코사노이드 지질 매개체 및 리소인지질의 형성을 시작합니다.

특히 세포막을 손상시키는 산화제의 작용 후, 세포의 운명은 두 가지입니다: 생존 또는 세포사멸 또는 괴사를 통한 사망 - 이는 "산화 스트레스"의 심각도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 엔도 또는 외인성 과산화물을 사용하면 백혈병 세포에서 세포 사멸이 유발될 수 있습니다. 아라키도노일 인지질에 영향을 미치는 세포질 포스포리파제(9장 참조)에 의한 활성화의 가능한 메커니즘에는 PKC에 의해 촉매되는 효소의 인산화와 막 내에서의 전위(MAPK 활성화를 통해)가 포함됩니다. 이 메커니즘은 Ca 2+에 거의 의존하지 않으므로 상대적으로 낮은 LPO 수준에서만 활성화됩니다.

과산화물 제거효소 시스템

SOD 효소는 두 개의 초산화물 라디칼 사이의 반응을 촉매하여 과산화수소(H 2 O 2)와 분자 산소(O 2)를 형성합니다. 이 반응을 불일치 반응(6장과 9장 참조)

SOD 1 유전자는 염색체 21에 국한되어 있으며, 이러한 국소화는 다운증후군 발생의 원인과 메커니즘을 설명하기 위해 문헌에서 여러 번 논의되었습니다(유전자의 3배 용량). 그러나 이는 확인되지 않았습니다. ATP와 ROS의 공급원 역할을 하는 정상 세포의 미토콘드리아에서 허용되는

후자의 수준은 SOD와 함께 시토크롬 산화효소, 글루타티온 퍼옥시다아제 및 기타 효소를 포함하는 보호 효소 시스템에 의해 유지됩니다.

혈액의 항산화 역할

8장과 9장에서 언급했듯이 신호 전달 메커니즘은 막 효소 활성 조절에 중요한 역할을 합니다. 이러한 메커니즘의 대부분은 자체 항산화 활성을 가지며 주로 내피 세포로 대표되는 혈관벽의 구조적 구성 요소와 직접 접촉하는 혈액을 통해 실현됩니다.

혈액의 구조적 및 기능적 요소에 의한 효소 활성의 조절은 혈관 외막 및 죽상동맥경화반 내부 영역의 죽상경화증에서 발견되는 "조직 인자" 또는 막횡단 당단백질의 예를 통해 입증될 수 있습니다. 이 인자는 단핵구와 대식세포의 막에서 발현되며 염증과 플라크 불안정화에 관여합니다. 이는 신호 전달 중에 혈관 내피 세포에 의해 합성되는 억제제의 작용에 특히 민감합니다.

산소는 혈액을 통해 운반되고 식세포의 살균 효과가 수행되며 산화 환원 과정의 촉매제 또는 억제제인 ​​가변 원자가의 금속 이온이 이동한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 동시에, 혈액은 어느 정도 항산화 방어 시스템의 제한 고리입니다. 세포 내 함량과 비교하여 산화 반응을 향상시키고 환원 반응을 선호하지 않는 고분자 항산화 물질이 거의 포함되어 있지 않기 때문입니다.

세포막 복원 메커니즘

생화학자들은 오랫동안 세포막이 손상에 적응한다고 제안해 왔습니다. 예를 들어, 이는 PC C, MAPK 및 미토콘드리아 ATP 의존성 칼슘 채널에 의해 수행되는 반응으로 인한 효소 복원 작업에 대한 데이터로 뒷받침됩니다. 특히, 미토콘드리아 막의 칼슘 채널이 열리면 탈분극이 발생하여 Ca 2+의 과도한 축적이 감소됩니다.

심근경색 동안 세포 재생을 촉진하는 것이 바로 이 메커니즘입니다.

효소 활성의 회복이 실험적으로 입증되었습니다 시험관 내에서 PC 또는 PC와 lysoPC의 혼합물을 쥐에 첨가했을 때 쥐의 간에 있는 미세체 막이 손상되었습니다. 이러한 인지질을 첨가하면 글루코스-6-포스파타제, Ca2+-, Na+-, K+-ATPase, 스테로일-CoA 불포화효소, 리파제, UDP-글루쿠로닐트랜스퍼라제, 페닐알라닌 수산화효소 및 시토크롬 b5 환원효소의 활성이 회복되었습니다.

뇌 스핑고미엘리나제, 심장 미토콘드리아 베타-하이드록시부티레이트 탈수소효소 및 소 적혈구 아세틸콜린에스테라제에 대해서도 유사한 결과가 얻어졌습니다.

이러한 데이터와 관련하여, 대부분의 효소는 특정 유형의 인지질을 필요로 하지 않으므로 다양한 유형의 인지질(또는 이들의 혼합물)이 환원을 수행할 수 있기 때문에 인지질에 의한 막 단백질의 활성 복원은 비특이적이라는 것이 제안되었습니다. 그들을 위한 기능.

효소 단백질의 활성을 회복하는 데 막 인지질이 참여한다는 사실은 흥미 롭습니다. 동시에, 막 효소의 활성을 유지(및 복원)하려면 세포에 첨가된 인지질의 지방산 구성이 중요합니다. 예를 들어, 이는 근형질 세망의 Ca 2 + -ATPase에 대해 자체 인지질을 DPPC(포화 지방산 함량이 높은 포스파티딜콜린)로 대체할 때 부분적으로 지질이 제거된 효소에 비해 활성이 8배 감소한 것으로 나타났습니다. 반대로 디올레일-PC를 함유한 자체 인지질의 반응 속도는 급격히 증가했습니다.

또한, 효소 활성을 회복하기 위한 인지질 탄화수소 사슬의 높은 이동성과 막의 특정 표면 전하 존재의 중요성이 주목되었습니다.

다음에 대해서도 비슷한 결과가 얻어졌습니다.

후두 미오신 포스파타제에 작용하는 산성 인지질(PS, PI 및 FA);

음이온성 인지질(PS) - 인간 태반의 5-모노데하이드로게나제에 작용할 때.

따라서 현재 우리는 아직 발견되지 않았지만 세포막의 구조적, 기능적 손상을 복원하기 위한 실제로 존재하는 메커니즘의 무한한 다양성과 중요성에 대해 이야기할 수 있습니다.

돌연변이 유발 억제제

5장에서 언급한 바와 같이, 돌연변이 유발은 다양한 돌연변이 유발 요인의 작용으로 인해 유전 물질에 돌연변이가 형성되는 과정입니다.

20세기 중반으로 거슬러 올라갑니다. A. Novik과 L. Szilard는 아푸린산 리보뉴클레오시드가 E. coli에서 자발적 돌연변이와 유도된 돌연변이의 수준을 감소시켜 E. coli라는 새로운 종류의 화합물을 식별할 수 있음을 보여주었습니다. 항돌연변이물질.

20세기 말. S de Flora와 S. Ramel은 항돌연변이물질을 세포외(dismutagens)와 세포내의 두 가지 클래스로 분류했습니다.

세포외 항돌연변이물질세 개의 하위 그룹을 포함합니다.

항돌연변이원제 및 그 전구체(방향족 아미노산, 지방산 등)의 흡수 억제제. 그들은 침투를 방지하고 신체에서 돌연변이 유발 물질의 제거를 가속화합니다.

내인성 돌연변이 유발 물질 형성 억제제(아스코르브산, 토코페롤, 페놀, 발효 유제품). 이는 니트로소화 반응을 예방 또는 억제하거나 장내 세균총을 변경합니다.

물리적 및/또는 화학적 반응의 결과로 발생하는 돌연변이 유발물질의 비활성화제(산화방지제, 생물학적 체액의 pH 수준을 유지하는 물질 및 티올).

세포내 항돌연변이원제또한 세 개의 하위 그룹을 포함합니다.

대사 조절제(티올 및 페놀). 그들은 돌연변이 유발 물질이 비표적 세포로 전달되는 것을 가속화하고 해독 메커니즘을 유도합니다.

반응성 분자의 불활성화제. 그들은 친전자체와 상호작용하고, DNA의 친핵성 영역을 보호하며, 산소 라디칼을 포착합니다.

DNA 복제 및 복구 조절제(비소나트륨, 바닐린, 프로테아제 억제제, 쿠마린, 티올, 염화코발트). 복제의 정확성을 높이고 복구 효율성을 높이며 복구 오류를 방지합니다.

이 분류에서 다음과 같이 동일한 화합물이 여러 그룹(예: 티올)에 속할 수 있습니다.

세포외 및 세포내 항돌연변이 물질 외에도 B. Stavrik은 1992년에 다양한 유형의 식품에서 25개 이상의 항돌연변이 물질 또는 화학 예방제를 분리했습니다. 이 그룹에는 비타민, 지방산, 칼슘, 경동맥이 포함됩니다.

노이드, 쿠마린, 식이섬유, 식물성 산, 셀레늄, 플라보노이드 및 엽록소.

식물 기원의 항돌연변이물질에는 피망, 양배추, 민트 잎, 양파, 식물 씨앗 및 사과가 포함됩니다.

항돌연변이물질의 작용은 구체적입니다. 높은 선택성으로 나타나며 복용량에 따라 다릅니다. 이 경우 일부 항돌연변이물질은 돌연변이 유발물질의 억제제일 수도 있고 반대의 돌연변이 유발 효과를 가지거나 그 효과가 전혀 나타나지 않을 수도 있습니다. 특히, 이러한 항돌연변이물질에는 비타민 C,

다른 조직의 세포에 돌연변이 유발 효과가 동시에 강화되면서 일부 조직의 세포를 보호할 가능성을 배제할 수 없습니다.

일반적으로 외인성 및 내인성 돌연변이 유발 교정제의 유효성에 대한 문제는 여전히 열려 있습니다.

이와 관련하여 손상된 세포의 회복 메커니즘에 대한 과학 및 교육 문헌에서 더 잘 알려져 있고 널리 논의된 내용을 고려해 보겠습니다.

복구 메커니즘을 사용하여 DNA 구조 복원

알려진 바와 같이, 세포는 회복 능력 또는 DNA 분자의 손상을 수정 및 제거(복구)하여 원래 구조를 복원하는 능력을 가지고 있습니다. 이로 인해 복제, 전사 및 번역 과정에서 제한된 수의 돌연변이만이 유지됩니다.

그러나 돌연변이가 인식되지 않으면 왜곡된 정보가 mRNA로 전사되어 결함이 있는 단백질의 형태로 발현된다. 세포에 대한 그러한 사건의 결과는 종종 중요하지 않지만 때로는 매우 바람직하지 않으며 이는 결함이 있는 단백질이 수행하는 기능에 따라 달라집니다.

현재, 고전 유전학 시대부터 알려진 수많은 복구 메커니즘(광재활성화, 티민 이량체 복구, 절제 복구, SOS 복구)과 최근 몇 년간 발견된 메커니즘(아래 참조)이 잘 연구되었습니다.

이러한 메커니즘의 특징을 요약하면 DNA 분자의 다양한 유형의 손상 복구가 여러 단계에서 발생한다는 결론을 내릴 수 있습니다.

첫 번째 단계- 손상 식별 및 손상 유형 결정

두 번째 단계- 이는 손상을 원래 상태로 직접 변환하거나 (직접 복구가 불가능한 경우) 손상된 부위를 잘라내어 틈을 형성하는 효소의 활성화입니다.

후자의 경우 두 단계가 더 추가됩니다.

세 번째 단계- 이것은 DNA 분자의 새로운 부분을 합성하는 것입니다(손상된 부분을 대체하기 위해).

네 번째 단계- 이것은 틈새에 새로운 섹션을 삽입하는 것입니다.

티민 이량체의 광재활성화 또는 복구

UV 조사의 영향으로 분자의 서로 다른 가닥에 위치한 두 개의 인접한 피리미딘(두 개의 티민)의 공유 가교가 DNA 분자에서 발생할 수 있습니다. 이 경우 티민 이량체(사이클로부탄 고리)가 형성되어 DNA 복제를 차단합니다. 티민 이합체를 복구하는 동안 이를 "인식"하는 효소인 포토리아제가 티민 이합체와 결합하여 단일 복합체를 형성합니다. UVR은 이 효소를 활성화하고 사이클로부탄 고리가 끊어져 두 개의 별도 티민을 형성합니다. A. Kellner는 1949년에 이 메커니즘에 이름을 붙였습니다. 광반응.

탈아미노화(메틸화) 및 불일치 복구

6장에서 설명한 바와 같이, 탈아미노화아데닌은 하이포잔틴으로 전환되어 시토신과 수소결합을 형성합니다. 구아닌은 잔틴으로 전환되어 티민과 수소 결합을 형성합니다. 티민은 탈아미노화될 수 없습니다(DNA의 유일한 질소 염기). 시토신이 대사되면 우라실이 형성됩니다. 이러한 질소 염기의 탈아미노화 과정이 중단되면 DNA 분자에 잘못되었거나 잘못 연결된 염기가 나타납니다. 따라서 DNA 사슬에는 AT 쌍 대신 GT 쌍이 형성되고 GC 쌍 대신 HA 쌍이 형성됩니다. 이는 페어링 오류입니다. 두 가지 메커니즘을 사용하여 제거됩니다. GT 불일치 보상그리고 GA 불일치 수리각기. 이러한 배상 메커니즘에 참여하는 사람은 다음과 같습니다.

4가지 Mut 계열 유전자의 단백질 산물: H, L, S 및 U;

헬리카제 단백질;

다음 뉴클레오티드를 성장하는 DNA 가닥에 배치하고 주형 DNA 가닥의 뉴클레오티드에 상보적이지 않은 경우 마지막 뉴클레오티드를 절단한 후 "한발 뒤로 물러나는" 특성을 갖는 DNA 중합효소, 즉 교정이 가능한

페어링 오류가 발생합니다.

아데노신 트리포스파타제(ATP);

데옥시뉴클레오티드 포스파타제(dNTP).

메커니즘은 다음과 같습니다. 불일치 배상딸 가닥에서 작동하고 그 안에서만 비보완 염기를 교체하십시오.

복제가 끝난 직후 메틸라제 효소는 GATC(구아닌-아데닌-티민-시토신) 서열의 아데닌에 메틸기를 추가합니다.

다음 복제 동안 DNA 가닥은 구별 가능해집니다. 모 가닥은 메틸화된 아데닌을 포함하고 딸 가닥의 아데닌은 복제가 끝날 때까지 아직 메틸화되지 않습니다. 그들의 메틸화는 복제가 끝난 후에만 시작됩니다. 따라서 아데닌은 메틸화되지 않지만 세포는 불일치를 "수리"할 시간이 있어야 합니다. 일치하지 않는 염기의 복구는 N-글리코실라아제 효소가 염기를 인식하고 공유 N-글리코시드 결합을 끊어 제거하는 DNA 탈아미노화 중에 발생할 수 있습니다. 또한 DNA 메틸화 중에 불일치 복구가 발생할 수 있습니다(7장 참조).

일반적으로 전통적인 "Watson-Crick" 염기쌍의 형성이 어려운 경우 복제 중에 페어링 오류(복제 오류)가 발생할 수 있으며 불일치도 발생할 수 있습니다. 이를 제거하기 위해 다른 효소가 관여합니다. 먼저 엔도뉴클레아제는 AT 또는 GC 쌍이 아직 형성되지 않은 위치에서 하나의 DNA 가닥을 절단한 다음 포스포디에스테라아제는 이러한 위치에서 절단되지 않는 당-인산염 그룹(AP 부위)을 절단합니다. 베이스가 부착되어 있습니다. 분자 사슬(1개의 뉴클레오티드 크기)에 나타나는 틈은 DNA 중합효소 I에 의해 채워지며, 그 후 효소 리가아제가 DNA 끝을 꿰매어 분자의 원래 상태를 복원합니다.

O 6 - 알킬화(메틸화) 구아닌 및 O 4 - 알킬화 티민의 알킬화 및 복구

알킬화 -여러 화학적 돌연변이 유발 물질(알킬화제)의 작용에 의해 DNA 분자의 퓨린 또는 피리미딘 염기에 알킬 측기(메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸)가 추가되는 것입니다. 예를 들어, 메틸니트로소-구아나이트는 구아닌에 메틸기를 추가하여 알킬화(메틸화)합니다.

동안 O 6 - 알킬화 구아닌의 복구(약 6meg 정도) 6번째 원자와 결합된 산소로 인해 구아닌에서 메틸기가 절단되고, 이 시점에서 DNA 구조가 복원됩니다. 이 메커니즘은 I.A.에 의해 발견되었습니다. 1944년 라포포트

알킬화 과정에서 단백질이 세포에서 합성된다는 것이 입증되었습니다. 메틸트랜스퍼라제는 변형된 구아닌에서 메틸기를 포획하여 원래 DNA 구조를 복원합니다. 더욱이, 이러한 그룹을 포획한 메틸트랜스퍼라제는 더 이상 이를 제거할 수 없으며, 이는 이들이 수많은 반응 중에 변하지 않는 효소 부류에 속하지 않음을 나타냅니다. 이 메커니즘 외에도 O 4 - 알킬화 티민 복구(O4-alT). 결과적으로, DNA를 직접 복구하는 각 행위에 대해 새로운 단백질 분자가 필요하다고 가정하면, 알킬화제에 의한 손상이 발생하는 경우 세포는 손상 1개당 분자 1개의 비율로 합성을 구성해야 합니다. 따라서 DNA 손상 형성과 복구 과정은 서로 연결되어 있습니다. 일반적으로 수천 개의 그러한 분자가 세포 내부에 축적됩니다. 예를 들어, E. coli에서 30분 동안 발생하는 한 세포 주기 동안 약 3000개의 메틸트랜스퍼라제가 축적되어 3000개의 DNA 손상을 중화할 수 있습니다.

아퓨린화 및 절제 복구

아푸린화 -이것이 뉴클레오티드 사슬에 AP 부위가 형성되는 것입니다.

알려진 바와 같이, 각 체세포는 기능할 때 하루에 약 10,000개의 퓨린과 피리미딘을 손실하며 그 결과 DNA 분자에 아퓨린 부위 또는 염기가 없는 당-인산염 그룹(AP 부위)이 형성됩니다. AP 사이트를 수정하지 않으면 재앙이 닥칠 것입니다.

AP 부위가 제거되는 동안 삽입 효소는 염기와 디옥시리보스 사이의 공유 N-글리코시드 결합을 끊고 퓨린이 직접 삽입됩니다. 이 메커니즘은 1979년 T. Lindahl에 의해 발견되었습니다.

아퓨린화의 원인: 온도 상승, pH 변화, 전리 방사선.

세포가 위에 나열된 복구 메커니즘을 사용하여 DNA 분자의 염기 및 뉴클레오티드 손상에 대처할 수 없는 경우 더 복잡한 복구 메커니즘이 작동하게 되며 그 중 하나가 절제 복구입니다.

이는 뉴클레오티드의 손상된 염기나 분자의 더 확장된 부분을 잘라내는(절제) 방식으로 수행됩니다.

절제술 수리염기 손상은 메틸화, 산화, 환원, 탈아미노화, 포름아미드기 첨가 및 기타 반응으로 인한 염기 손상을 인식하는 DNA 글리코실라제의 도움으로 발생합니다.

DNA 글리코실라제 계열에는 기질이나 손상된 표적에 결합하는 11가지 유형의 효소가 포함됩니다: ura-(우라실 함유); hmu-(히드록시메틸우라실); 5-tC-(메틸시토신); Hx-(하이포잔틴); 3ntA-, 유형 I(3-메틸아데닌) 및 유형 II(메틸아데닌, 7-메틸구아닌 또는 3-메틸구아닌 함유); FaPy-(포르미도피리미딘 또는 8-히드록시구아닌 잔기); 5,6-HT 또는 엔도뉴클레아제 III(5,6 수화된 티민 잔기); PD-(피리미딘 이량체); 티민 불일치(비상보적 GT 염기쌍 포함); 기질 mutY(상보적이지 않은 GA 쌍 포함).

DNA 글리코실라제는 병변에 부착되어 변형된 염기와 디옥시리보스 사이의 글리코시드 결합을 파괴하여 AP 부위를 형성합니다.

생성된 AP 부위는 AP 엔도뉴클레아제(DNA 또는 RNA 분자 내부의 사슬을 끊을 수 있음) 효소에 의해 인식됩니다. 파손이 나타난 후 효소 포스포디에스테라제가 작용하여 염기가 더 이상 부착되지 않은 당 인산염 그룹을 DNA에서 절단합니다.

결과적으로 하나의 DNA 가닥에는 하나의 뉴클레오티드 크기의 간격이 나타납니다. 반대쪽 DNA 가닥의 틈 반대편에는 온전한 뉴클레오티드가 있고 또 다른 효소(DNA 중합효소 I)가 틈에 상보적인 뉴클레오티드를 삽입하여 이를 자유 3" OH-말단에 부착합니다. DNA 가닥의 이 끝과 5 가닥이 끊어질 때 이미 형성된 말단은 폴리뉴클레오티드 리가제의 작용으로 서로 연결됩니다. 그 후, 전체 구조가 완전히 복원된 것으로 간주됩니다. 잘못된 염기가 제거되고, 염기가 부착된 당인산이 절단되고, 틈이 올바른 뉴클레오티드로 채워지고, 단일 가닥 파손이 복구됩니다.

손상된 뉴클레오티드의 절단 복구

절제 복구 메커니즘은 손상된 베이스뿐만 아니라 사슬의 중요한 부분을 절단하는 것과 관련된 더 복잡하고 에너지 소모가 더 많은 메커니즘입니다.

손상 전후의 DNA. 대장균에서 이러한 복구는 3개의 자외선 복구 유전자 또는 uvr 유전자(A, B 및 C)에 의해 암호화되고 엑시뉴클레아제 복합체라고 불리는 엔도뉴클레아제의 다중효소 복합체에 의해 수행됩니다(그림 50). 이 메커니즘은 R. Setlow 및 V.N. 1970년 Soifer. 여기에는 다음 단계가 포함됩니다.

uvr A 및 B 단백질에 의한 손상 인식;

DNA 분자의 굽힘 및 uvr B 단백질의 형태 변화;

uvr 단백질 B와 C를 사용하여 손상 양쪽에 두 개의 단일 가닥 DNA 절단을 만드는 단계;

uvr D 단백질(헬리카제 II)을 사용하여 두 절단 사이의 영역에서 DNA 풀림;

하나의 ATP 분자의 에너지를 소비하는 갭의 형성과 함께 길이가 12개 뉴클레오티드(12량체)의 결함을 포함하는 단편의 분리;

DNA 중합효소를 사용하여 생성된 간격을 채우는 단계;

DNA 리가제를 사용하여 DNA의 당-인산 골격의 자유 말단을 연결합니다.

비슷한 메커니즘이 인간에게도 존재합니다. 동시에 엑시뉴클레아제 복합체는 17개의 단백질로 구성되어 그 공백을 메웁니다.

쌀. 50. E. Coli의 절제 복구 메커니즘. (Elliot W., Elliot D., 2002 이후)

DNA 중합효소 O&E의 참여로 발생하며, 손상된 DNA 가닥에서 절제된 부분의 길이는 29개 뉴클레오티드입니다(대장균의 경우 12개).

손상된 뉴클레오티드의 복구에는 불일치 복구 또는 비보완적(비표준) 또는 비Watson-Crick 염기쌍의 복구가 포함됩니다. 이는 소위 불일치 복구입니다(위 참조).

단일 가닥 및 이중 가닥 DNA 파손 복구

위에서 설명한 복구 메커니즘 외에도 단일 가닥 파손(DNA 분자의 한 가닥에 있는 염기 사이의 결합 파손)과 이중 가닥 파손(DNA 분자의 두 가닥에 있는 염기 사이의 결합 파손)을 복구하는 메커니즘은 다음과 같습니다. 모두 다 아는.

단일 가닥 DNA 파손 복구

단일 가닥 DNA 파손 복구 - 이 직접적인 보상.이는 전리 방사선의 작용에 반응하여 발생하며 3"-포스포디에스테라제, DNA 폴리머라제-b 및 DNA 리가제(DNA 폴리뉴클레오티드 리가제)와 같은 효소의 순차적 작용에 의해 보장됩니다. 이러한 파손의 복원은 온전한 상보성을 사용하여 발생합니다. 템플릿으로서의 DNA 가닥.

이중 가닥 DNA 파손 복구

DNA 분자의 이중 가닥 절단은 세포에 가장 위험한 유형의 DNA 손상입니다. 이는 일반적으로 유전적 불안정성의 발달, 점 돌연변이 및 염색체 이상 및 그에 따른 세포 사멸의 출현으로 이어집니다.

이중 가닥 DNA 파손을 복구하는 메커니즘은 두 가지로 알려져 있습니다. 파손된 말단의 비상동 재결합과 상동 재조합입니다.

깨진 DNA 말단의 비상동적 재결합

깨진 DNA 말단의 비상동성 재결합은 서로 다른 길이의 비상동성 뉴클레오티드 서열 또는 매우 짧은 상동성 영역을 갖는 분자의 말단 사이에서 발생합니다. DNA 분자의 원래 구조 복원은 동일한 가닥의 끝을 재결합해야만 가능하기 때문에 이 복구 메커니즘은 오류가 없는 것이 아니며 점 돌연변이의 원인이 되는 경우가 많습니다. 이 조건이 충족되지 않으면 염색체 이상이 형성됩니다: 삭제, 중복,

반전, 삽입 및 전위(5장 참조). 포유류에서는 Rad50 단백질, 관련 단백질, Ku 인자, DNA 리가제 IV 및 침묵 인자의 참여로 비동종 재결합이 발생합니다.

상동재조합

상동 재조합 메커니즘은 Drosophila melanogaster에서 연구되었습니다. 인간의 세포에도 존재해야 한다고 추정되지만 이에 대한 확실한 증거는 아직 확보되지 않았습니다. 상동 재조합 동안 DNA 가닥 중 하나에 박테리아에서 제거된 요소(P 요소)와 크기가 동일한 갭이 형성되는 것으로 믿어집니다. 간격 복구는 자매 염색분체에 위치한 P 요소 사본의 참여로 발생하며 복구 합성을 위한 주형으로 사용됩니다.

그러나 복제 중에 복구되지 않은 부분 반대편에 단일 가닥 틈이 형성될 수 있으며, 이 상황은 다른 DNA 분자의 개입 없이는 오류 없이 교정될 수 없습니다.

따라서 이 메커니즘은 두 DNA 가닥이 모두 손상된 경우에만 복구를 제공합니다.

Alberts 단백질과 DNA 복제 및 복구에서의 역할

1968년에 DNA 복구에 관여하는 Alberts 단백질, 즉 SSB 단백질이 발견되었습니다. 이들 단백질은 3차 구조의 조직으로 인해 DNA에 정전기적으로 결합하는 능력을 가지고 있습니다. SSB 단백질은 양전하를 띤 아미노산 잔기의 클러스터를 포함하지만 전체 전하는 음전하를 유지하므로 단일 가닥 DNA에 대한 친화력이 증가합니다.

이중 가닥 DNA의 2차 구조 장애로 인해 나선의 개별 가닥에 "용해된 부분"이 형성되면 Alberts 단백질이 이에 결합하여 쉽게 그 위에 앉아서 "똑바르게" 합니다. 동시에, 분자의 상보 사슬에 있는 SSB 단백질은 "붕괴"를 허용하지 않습니다. 왜냐하면 정전기적 상호 작용으로 인해 강력한 음전하를 띠고 서로에 대한 친화력을 나타내며 "용해된 영역"을 용융물로 덮기 때문입니다. 연속 레이어 - 이 화학양론적 양의 단백질.즉, 이들 단백질은 DNA 분자를 변성시키지 않고 단일 가닥 상태만 고정시킵니다.

DNA 분자 복제에 SSB 단백질이 참여하는 것은 세포에 절대적으로 필요합니다. 복제 분기점에서 두 주형 가닥을 단일 가닥 상태로 유지하여 각 가닥을 뉴클레아제의 작용으로부터 보호하고 선택적으로 DNA 작업을 자극합니다. 중합효소(RNA 중합효소는 SSB로 코팅된 단일 가닥 DNA를 사용하지 않음).

따라서 단일 가닥 및 이중 가닥 DNA 파손 복구에서 SSB 단백질의 역할이 이제 완전히 입증되었습니다.

복제 후(재조합) DNA 복구

1968년에 W. Rapp과 P. Howard-Flanders는 박테리아가 UV 광선으로 처리된다는 사실을 발견했습니다. 복제 후 복구또는 절단되지 않은 많은 티민 이량체를 포함하는 주형 DNA 가닥의 재조합 복구 및 복제를 유도하는 DNA 중합효소가 첫 번째 이량체에 도달하는 순간 이 시점에서 10초 동안 "동결"된 다음 티민 이량체를 넘어 이동합니다(어떻게든 이해할 수 없는 방식으로) 다음 이량체를 "발견"할 때까지 결함 뒤에서 합성을 재개했습니다. 따라서 딸 가닥의 부분에는 간격(DNA 합성 중에 복제되지 않음)이 포함되어 있고 간격 반대편의 매트릭스 가닥 부분에는 치유되지 않은 결함이 남아 있습니다. 이어서 Rec A 단백질, 리가제 및 DNA 중합효소가 참여하는 손상된 부위의 복제 후 복구가 이루어졌습니다. 이 메커니즘은 재조합 메커니즘과 유사합니다. 첫째, Rec A 단백질 분자가 갭 영역에 부착되어 제어하에 재조합이 발생했으며, 그 동안 자매 가닥의 상보 사슬 부분이 갭 영역으로 이동했습니다. 복제 합성 중에 틈이 형성되었고, 리가아제가 분자의 새로운 가닥과 오래된 가닥의 끝을 연결했습니다.

SOS DNA 복구

SOS DNA 복구는 위에 나열된 모든 복구 메커니즘으로 복구되지 않은 손상으로 복제에 접근한 세포의 DNA에 대한 마지막 옵션입니다. 이 경우 첫 번째 복구되지 않은 손상에서 복제가 "지연"될 수 있으므로 세포가 죽을 수 있습니다.

동시에, 세포는 그러한 목적을 위해 설계된 극도로 위험한 메커니즘을 가지고 있습니다. SOS DNA 복구.이 메커니즘은 1953년 J. Wagle에 의해 처음 발견되었으며,

1974년 M. Radman에 의해 명명됨 W-재활성화(티민 이량체가 다음 복제까지 "생존"하는 능력). SOS 복구 메커니즘 동안, DNA 중합효소 복합체에 부착되어 손상된 복합체가 매트릭스 가닥의 결함 있는 연결 반대편에 딸 DNA 가닥을 만들 수 있게 되는 방식으로 그 작업을 "강화"시키는 단백질의 합성이 유도됩니다. 동시에 딸 가닥에는 많은 오류가 나타납니다(돌연변이). 결과적으로 이 단계에서 세포는 죽음으로부터 보호되고 유사분열을 달성할 수 있지만 오류가 발생하고 세포 사멸 위험이 높습니다.

위의 DNA 분자 복구 메커니즘은 주로 고전 유전학의 성취와 관련이 있다는 점에 유의해야 합니다. 동시에 최근 수십 년 동안 국제 과학 프로그램인 "인간 게놈"(1장 참조)의 성과 덕분에 DNA 복구 메커니즘의 일반 목록은 이전에는 잘 알려지지 않은 새로운 메커니즘으로 크게 보완되었습니다.

최근 몇 년 동안 발견된 메커니즘을 사용하여 DNA 분자 복구

폴리-ADP-리보스 폴리머라제 효소와 관련된 복구 메커니즘

단백질-효소 폴리-ADP-리보스 폴리머라제(PARP)는 DNA 손상을 최초로 인식하는 핵 인자 중 하나입니다. 이 인자는 DNA 손상 부위부터 시작하여 살아있는 세포에서 DNA 복구 메커니즘의 시작을 제어하며 XRCC1 인자, DNA 리가제 III 및 베타-DNA 중합효소도 포함하는 다중단백질 복합체(MP 복합체)의 일부입니다.

이 복합체에 PARP가 존재하면 모든 DNA 복구 참가자가 생체 내 DNA 손상 부위로 향하게 되어 DNA 분자의 복원이 촉진됩니다.

MR 복합체의 일부인 XRCC1 인자는 일반적으로 지지 분자 구조로서 복합체의 각 구성 요소와 개별적으로 상호 작용하는 "스캐폴딩"을 나타냅니다. 이 인자의 폴리ADP-리보실화가 발견된 이후 시험관 내, PARP는 XRCO 단백질을 변형하여 MP 복합체의 활성을 조절할 수 있다고 제안되었습니다. 생체 내에서,이는 단지의 다른 구성 요소와의 상호 작용을 방해합니다. 이 가정은 XRCC1 인자의 과발현이 생체 내에서 PARP 활성을 억제한다는 데이터에 의해 뒷받침되었습니다.

현재 이 가설은 계속해서 연구되고 있습니다. MP 복합체의 일부인 DNA 리가제 III이 PARP의 활성을 억제한다는 데이터로 확인되었습니다. 시험관 내,그 양이 PARP의 양을 초과하는 경우.

폴리-ADP-리보스 폴리머라제 효소의 항재조합 효과를 갖는 복구 모델

최근에는 PARP의 재조합 방지 효과를 지닌 DNA 복구 모델이 제안되었습니다(Satoh and Lindahl, 1992). 이 모델에 따르면, PARP는 DNA 파손과 상호작용하고, 이웃 단백질의 폴리-ADP-리보실화 반응과 함께 특히 뉴클레아제의 작용으로부터 DNA 말단을 보호하거나 재조합 과정을 차단합니다. 이는 PARP 유전자가 결핍된 실험동물의 예를 통해 확인됩니다. PARP가 없으면 재조합 과정이 자극되어 림프종 형성의 발생률이 증가하는 것으로 나타났습니다. 또한 PARP는 염색질 단백질을 변형하여 DNA 복구 인자를 모집할 수 있습니다.

메틸트랜스퍼라제를 이용한 DNA 복구

지원 효소 시토신-DNA 메틸트랜스퍼라제(M-taz)의 도움으로 DNA의 시토신 잔기의 새로운 메틸화를 수행하여 5-메틸시토신(5-mC)을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 잘못된 염기를 포함하는 올리고뉴클레오티드의 메틸화도 가능합니다. .

헬리카제를 이용한 DNA 복구

DNA 복구에 관여하는 효소 중에서 DNA 헬리카제(킬라제) 그룹에 많은 관심이 쏠리고 있습니다. 이들은 DNA 분자 사슬을 분리하여 원래 상태에서 단일 가닥 상태로 전환할 수 있는 계통발생적으로 안정적인 효소입니다. 헬리카제는 DNA 분자의 모 가닥을 분리하는 모든 기본 유전 과정 또는 그러한 분리에 기초한 과정(복제, 전사, 재조합, 복구, 염색체 분리, pre-mRNA 처리 및 접합, mRNA를 DNA로 수송)에 관여합니다. 세포질과 리보솜에서의 번역(2장과 3장 참조). 이러한 과정에서 킬라제는 다른 효소의 작용을 위해 열리는 DNA 분자의 단일 가닥 부분에 대한 접근을 제공합니다. Chylase는 DNA 사슬의 활성 방향(3" - 5" 및 5" - 3"), DNA 사슬의 3" 및 5" 말단에 대한 우선적 친화성 및 보조 인자(뉴클레오티드 삼인산)에 대한 친화력이 서로 다릅니다. . 이러한 에너지 의존적 철

뉴클레오티드 5"-삼인산(보통 ATP)의 가수분해 중에 생성된 에너지를 소비하고 Mg 2 + 이온이 있는 상태에서 작용합니다. 유전 과정을 수행할 때 일반적으로 킬라제는 복합체로 결합됩니다.

기질에 대한 친화력에 따라 킬라제는 DNA 헬리카제, RNA 헬리카제, 하이브리드 RNA/RNA 분자에서 작동하는 헬리카제 등의 그룹으로 나뉩니다. 전자는 전사, 재조합, 복구 및 염색체 분리의 시작에 관여합니다. 후자는 리보솜 생물 발생, mRNA 전사, pre-mRNA 접합, 성숙 및 mRNA의 세포질로의 수송 및 리보솜에서의 번역에 관여합니다.

킬라제는 활성(DNA 분자를 따라 이동하여 별도의 사슬로 나누는 능력), 전체 킬라제 계열에 내재되어 있지만 개별적인 것에는 필요하지 않은 7개의 특정 아미노산 서열 모티프의 존재로 분류됩니다. 이러한 모티프는 I, Ia, II, III, IV, V 및 VI의 숫자로 지정됩니다(이들은 킬라제와 DNA 간의 연결과 촉매 작용 중 이동 조정을 제공합니다). 이러한 모티프는 킬라제에만 국한되지만 뉴클레오티드 삼인산을 보조 인자(예: 킬라제)로 사용하는 단백질에서도 발견됩니다. 이러한 모티프의 돌연변이는 ATP 의존성 킬라제 활성의 결핍을 유발합니다. 킬라아제와 함께 킬라아제 활성이 없는 모티프를 가진 단백질이 분리되었습니다. 7개도 있었는데 이름이 붙었어요 킬라제에 대한 단백질 후보.그러한 단백질은 또한 세포내 유전 과정의 조절에도 관여해야 한다고 믿어집니다.

또한 DNA 분자의 뉴클레오티드 사슬을 따라 서로 다른 속도로 킬라제를 이동하는 두 가지 메커니즘, 즉 능동적 롤링 모델과 점진적 슬라이딩 모델이 확인되었습니다.

첫 번째 메커니즘한 주기(분자의 회전)에서 특정 수의 bp를 분리하는 DNA 헬리카제 이합체에 의해 수행됩니다.

두 번째 메커니즘특정 속도로 움직이는 DNA 헬리카제 단량체에 의해 수행됩니다.

인간 게놈에서 헬리카제를 코딩하는 유전자의 수와 특성은 완전히 결정되지 않았지만 일부 유전자는 잘 연구되었습니다. 이들은 TFIIH 및 RecQ 계열에 속하는 헬리카제 유전자입니다. 더욱이, 첫 번째 계열은 2개의 킬라제(XPB 및 XPD), 4개의 단백질(p62, p52, p44 및 p34), SAC 복합체,

활성화 키나제(CDK-활성화-키나제) 및 2개의 사이클린(H 및 Cdk7).

TFIIH는 XPB 및 XPD 하위 단위에 의해 각각 제어되는 ATP 의존성 헬리카제 및 키나제 활성을 가지고 있습니다. 키나제 활성은 SAC 복합체에서도 제공됩니다.

또한 TFIIH는 DNA 복구(손상이 포함된 20-30bp 길이의 DNA 섹션을 "인식"하여 잘라냄)에 관여하고 전사 인자 역할을 하는 것으로 나타났습니다(프로모터 영역과 상호작용하여 DNA 섹션을 풀림). 길이는 11-13 bp입니다. n. 전사 개시 부위 주변).

넌센스 mRNA 전사체의 복구

유전병과 다양한 형태의 암 중 약 1/3은 무의미한 전사나 기록으로 인해 발생합니다. 틀이동 돌연변이(5장 참조) 이러한 돌연변이의 결과로 PSC가 발생하고 결함이 있는 단백질이 나타납니다.

동시에, 세포에는 대부분의 넌센스 사본을 인식하고 파괴하는 시스템이 있습니다. 이러한 두 가지(진핵생물의 경우 보편적인) 시스템을 NMD와 SMD라고 합니다(7장 참조).

세포 DNA 복구 시스템을 고려한 결과, 돌연변이 유발 요인에 대한 노출로 인해 DNA 분자에서 발생하는 결함을 복구하는 것이 모든 살아있는 유기체의 가장 중요한 특성이라는 점에 유의해야 합니다.

증가하는 DNA 복구 메커니즘 중에는 다음과 같은 메커니즘이 있습니다. 단순한, DNA 분자가 손상된 직후에 유발되며, 복잡한,시간이 지남에 따라 확장되고 여러 효소의 합성이 필요합니다. 후자에는 세포 수명주기의 여러 단계와 관련된 메커니즘뿐만 아니라 SOS 순서 또는 DNA 분자에 새로운 돌연변이를 도입하는 순서로 세포를 저장하는 메커니즘도 포함됩니다. 모든 복원 메커니즘은 공통적인 병원성 특징을 가지며 발암, 돌연변이 발생, 기형 발생 및 세포와 유기체의 노화 과정과 밀접하게 얽혀 있습니다.

게놈의 질병

게놈의 질병(유전적 불안정성)은 분자 의학의 모든 영역에서 나타납니다. 고전유전학 시대부터 가장 유명한 것은 배상질환이다.

XX 세기 80-90년대 러시아에서. DNA 복구 질환은 유전적(염색체) 불안정성 질환이라는 이름으로 연구되었으며, 이는 염색체의 취약성 증가라는 주요 특징에 해당합니다.

현재 이러한 질병의 범위가 크게 확대되었습니다. 모세혈관 확장성 실조증(AT), 판코니 빈혈(AF), 색소성 건피증(XP), 허친슨-길포드 조로증(HG), 블룸 증후군(BS)과 같은 고전적인 DNA 복구 질환과 함께 다음과 같은 질병 그룹이 이에 속합니다. 수업 :

자가면역질환: 전신홍반루푸스, 피부경화증, 류마티스관절염 등;

유전성 효소병증: Knapp-Komrover, Lesch-Nyan, Pendred 등;

염색체 증후군: 다운(Down), 클라인펠터(Klinefelter), 파타우(Patau), 셰레셰프스키-터너(Shereshevsky-Turner) 및 에드워드(Edwards); 염색체 13(13q14)의 결실로 인한 망막모세포종;

단일 유전성 질환: 프리드라이히 운동실조증, 다리에-화이트병, 가드너 증후군, 기저 세포 모반, 마르판, 로트문트-톰슨, 코넬리아 드 랑게, 고환 여성화, 광피부증 등;

다유전성 질환: 건선, 전신 경화증 등 유전적 불안정성은 실제로도 나타납니다.

예를 들어 염색체 사이의 로버트소니언형 전좌와 같은 균형 잡힌 염색체 재배열의 건강한 운반체

게놈 질환의 일반적인 임상 증상은 뚜렷한 신경학적 발현, 기대 수명 감소, 조기 노화 증상, 악성 종양 발병률 증가 등입니다.

우선, 고전적인 게놈 질환, 즉 DNA 복구 질환의 예를 살펴보겠습니다.

감광성 증가 및 DNA 절단 복구 장애와 관련된 단일 유전자 질환

이 계열의 가장 유명한 질병은 PC입니다. 인구의 빈도는 1:40-250,000명입니다. PC는 첫 번째 질병인간에게 설명된 DNA 복구. 이는 이질적입니다. A, B, C, D, E, F 및 G의 7개 보완 그룹이 있습니다. 특히,

그룹 A는 일본에서 널리 퍼져 있으며 전체 PC 환자의 약 20%를 차지하며 복제 후 복구 시스템(ChRta1)의 결함과 관련이 있습니다. 보완 그룹 B와 C는 유럽 국가에서 일반적이고 그룹 D, E, F 및 G는 세계 다른 국가에서 일반적입니다.

그룹 A PC 유전자는 유전자좌 9q34.1에 위치합니다. 그 생성물은 두 개의 징크핑거 모티프를 갖는 DNA 결합 단백질이다(8장 참조).

그룹 B PC 유전자는 2q21 유전자좌에 매핑되어 있으며, 그 단백질 생성물은 TFIIH 전사 인자의 일부인 헬리카제입니다(위 참조).

그룹 C PC 유전자는 염색체 3에 매핑되어 있으며 p125 단백질을 암호화합니다. 이 단백질의 기능은 완전히 밝혀지지 않았지만 p58 단백질과 함께 복구 활동의 회복에 관여하는 것으로 알려져 있습니다.

그룹 D PC 유전자는 19q13.2-q13.3 유전자좌에 매핑되어 있으며, 그 단백질 생성물(그룹 B PC 유전자의 생성물과 유사)은 헬리카제 활성을 특징으로 합니다. 두 유전자 산물 모두 동일한 TFIIH 인자의 두 하위 단위인 것으로 여겨집니다.

그룹 F PC 유전자는 16p13.13 유전자좌에 매핑되어 있으며 5" 쪽에서 DNA를 절단하는 엔도뉴클레아제를 생성합니다.

G 그룹 PC 유전자는 13q33 유전자좌에 매핑되어 있으며 엔도뉴클레아제도 생성하지만 반대쪽 3" 쪽에서 DNA를 절단합니다.

이 질병의 주요 증상피부의 자외선, 색소 침착, 건조, 궤양 및 흉터 작용에 대한 높은 민감도입니다. 환자는 피부 및 점막에 암(흑색종, 암종)이 발생합니다.

두 번째 또는 세 번째 경우마다 신경학적 증상이 나타납니다(뉴런의 조기 세포사멸과 관련됨).

최근 몇 년 동안 7개의 PC 보완 그룹(그룹 B, D 및 G) 중 3개가 또 다른 DNA 복구 질병인 코케인 증후군(CS)의 유전자 복사로 나타날 수 있다는 것이 확인되었습니다. 이는 절제의 엔도뉴클레아제 결함으로 인해 발생합니다. 수리 시스템.

그러한 경우 PC 환자는 자외선에 대한 민감도 증가를 포함하여 MC와 관련된 일반적인 임상 징후를 나타낼 수 있습니다. 따라서 이러한 환자의 진단은 PKV/SK, PKD/SK, PKG/SK로 지정됩니다.

동시에 SK는 두 번째 질병(PC 이후) 절제 복구 질환으로 설명됩니다. 이 증후군은 왜소증(정상적인 성장 호르몬 수준), 두개골 뼈의 석회화, 시신경 위축, 청각 장애 및 노화 가속화로 나타납니다. 이 증후군에서는 A와 B라는 두 가지 보완 그룹이 확인되었습니다. 그룹 A의 CK 유전자는 5p12-p14 유전자좌에 위치하며 TFIIH 전사 복합체의 일부인 단백질을 암호화합니다(위 참조). 그룹 B CK 유전자는 10q11.2 유전자좌에 위치하며 E. coli에서 전사 및 복구를 제어하는 ​​인자와 공통 뉴클레오티드 서열을 갖는 단백질을 암호화하고 인간의 경우 절단 복구 단백질을 중단된 영역에 모집하는 것으로 보입니다. 전사.

세 번째 질병 DNA 복구는 발모이영양증(TCD)입니다. 이 질병으로 인해 자외선에 대한 과민증은 환자의 약 절반에서 나타납니다.

이 질병은 시스테인 결핍이 있는 황 함유 단백질의 농도 감소와 관련된 모발 취약성 증가를 동반합니다.

주요 증상 복합체로포함: 치아와 피부 발달의 이상, 어린선, 성적 발달 지연, 신체적, 정신적 지체, 피부암 소인.

많은 경우에 TCD의 DNA 복구 결함은 그룹 B를 제외한 모든 PC 보완 그룹에서 언급된 복구 결함에 해당하는 것으로 확인되었습니다.

이러한 일치성은 그룹 D의 PC 유전자에서 특히 흔합니다. 이와 관련하여 PC D 유전자는 다기능이며 그 단백질 생성물이 RNA 중합 효소 P에 의존하는 절단 복구 및 전사에 참여하는 것으로 가정되었습니다. 또한 세포에서 TCD 환자의 경우 전사 인자 TFIIH의 하위 단위가 2개가 아니라 4개 생성됩니다.

네번째 질병감광성 증가 및 DNA 복구 손상과 관련된 증상은 블룸 증후군(BS)입니다.

SB 유전자 또는 BLM 유전자(Bloom 돌연변이)는 fes protoncogene 옆의 15q26 유전자좌에 매핑됩니다. 이 유전자는 DNA 의존성 ATPase와 DNA 의존성 헬리카제 활성을 갖고 있으며 전자는 체세포의 염색체 안정성 유지와 관련이 있고 후자는 DNA 복구에 중요한 역할을 하는 것으로 추정됩니다.

SB의 증상:출생 전후의 비례적인 성장 지연, 피부의 색소침착 과다 또는 저하, 발적

나비 모양의 얼굴, 종양에 걸리기 쉬운 경향, 높은 수준의 자연 염색체 이상 및 SCO.

절단 복구가 전혀 없는 경우 이중 가닥 DNA 파손과 관련된 단일 유전성 질환

절단 복구 메커니즘이 전혀 없는 상태에서 이중 가닥 DNA 파손과 관련된 질병의 유일한 예는 AT 또는 Louis-Bar 증후군입니다. 이 질병은 1:40-100,000명의 빈도로 발생하며 소뇌 운동실조, 모세혈관 확장증, 면역 결핍, 높은 염색체 취약성 및 악성 종양에 대한 소인이 특징입니다(5장 참조).

지난 30년 동안 이 질병의 수많은 유전적 특징이 연구되었습니다. AT 환자의 염색체는 텔로미어가 거의 3배 단축되었으며, 염색체(염색체)는 전리 방사선 및 화학적 방사성 모방체의 작용에 매우 민감하여 염색체 이상 발생률이 증가하는 것으로 나타났습니다(이중 가닥 절단) 및 방사선 저항성 DNA 합성을 특징으로 하는 체세포의 생존 감소는 일반적으로 유사분열 주기의 지연(중지)을 담당하는 p53 단백질의 합성이 없을 때 나타납니다. G 1 -S 및 G 2 -M 단계는 DNA 손상 복구에 필요합니다. 즉, AT 환자의 세포는 절제 복구 메커니즘을 사용하여 정상적인 DNA 구조를 복원할 "단순히 시간이 없습니다". 따라서 복제 후 복구 메커니즘은 이러한 세포에서 이중 가닥 DNA 파손을 제거하는 데 사용됩니다.

감광성 및 이중 가닥 DNA 절단과 관련되지 않은 절제 복구 장애가 있는 단일 유전자 질환

감광성 및 이중 가닥 DNA 절단과 관련되지 않은 절제 복구 장애가 있는 질병에는 판코니 빈혈(FA) 및 허친슨-길포드 및 워너 조로 증후군이 포함됩니다.

판코니 빈혈

AF는 골수의 조혈 새싹의 선천적 결핍, 피부 색소 침착 장애, 모세 혈관 확장증, 양극성 장애 및 흑색종을 동반하는 가족성 저형성 재생 불량성 빈혈입니다.

(23장 참조), 골수성 백혈병의 소인 및 기타 증상.

질병의 지속적인 징후는 골수, 피부 및 림프구 세포에서 발견되는 자발적인 염색체 불안정성입니다.

FA는 9q22.3 유전자좌에 매핑된 그룹 A 및 C 유전자를 포함하여 8개의 보완 그룹(A, B, C, D, E, F, G 및 H)이 있는 이종 질병이지만 해당 단백질 산물은 아직 밝혀지지 않았습니다. 충분히 공부했습니다. 판코니빈혈 환자의 DNA 감광성이 증가하지 않았다는 데이터는 이전에 얻은 데이터에도 불구하고 일관성이 없다는 점에 유의해야 합니다(Higurashi M., Cohen P.E., 1975).

조로증 허친슨-길포드

PCP는 희귀질환이다(발생률 1:100만명). 환자의 평균 수명은 일반적으로 15년을 넘지 않습니다. 질병 유전자는 국소화되어 있지 않습니다.

주요 증상:짧은 키, 얼굴의 "새 프로필", 얼굴 부분에 대한 두개골의 대뇌 부분의 우세, 두피와 이마의 정맥 네트워크, 건조하고 낡은 피부, 눈썹과 속눈썹의 부재, 종종 전체 탈모증, 수의 결함 치아 모양, 피하 지방이 전혀 없음, 신체, 정신 운동 및 정신 발달 지연; 소변에서 - 히알루론산 함량이 높습니다. 환자는 대개 불임입니다.

조기 사망 원인: 전신 죽상경화증 및 섬유증을 동반한 심근경색, 뇌 조직 및 실질 기관의 지방 변성.

PRCH 환자의 세포에서 화학적 화합물에 의해 유도된 DNA-단백질 교차결합의 복구 결함이 확립되었습니다. Hayflick 수와 선천성 텔로미어 단축과의 관계가 급격히 감소했습니다.

KS(위 참조)와 유사하게 소아 조로증(CP)의 경우 상염색체 열성 유전 유형이 가정되지만, 새로 출현한 상염색체 우성 돌연변이로 인해 텔로미어 단축이 발생할 수도 있습니다.

베르너 증후군

베르너 증후군(WS) 또는 성인 조로증은 사춘기 이후에만 나타나는 조기 노화가 특징입니다. 환자는 조기에(최대 20세) 회색 및 대머리로 변합니다.

질병 유전자(WRN 유전자)는 8p12-p21 유전자좌에 위치하며 헬리카제 효소를 생성하지만 주요 TFIIN 전사 복합체의 일부는 아닙니다. 헬리카제 활성이 전사 관련 복구와 직접적으로 관련되어 있는 그룹 B 및 D PC 및 그룹 B SC와 SV를 구별하는 것이 바로 이 특징입니다.

주요 증상:"노화 피부"(색소침착과다증, 각화증, 주름, 건조, 모세혈관확장증), 둔한 목소리, 노화된 신체의 특징적인 내부 장기의 변화(심장 및 혈관의 죽상경화증, 백내장, 골다공증, 당뇨병, 양성 또는 악성 종양), 소변에서 - 히알루론산 함량이 높습니다. 헤이플릭 수는 분열 횟수뿐 아니라 세포 주기 기간(정상보다 3~5배 낮음)에서도 급격히 제한됩니다. PRCG의 상황과 달리 SV의 경우 환자의 염색체는 텔로미어가 짧아지지 않습니다.

손상된 수리와 관련된 종양학 질환

13번 염색체의 결실(13q14; 17장 및 25장 참조)으로 인해 발생하는 망막모세포종에 대한 설명 이후, 유전성 암에서 유전자 돌연변이의 역할에 대한 집중적인 연구가 시작되었습니다. 여러 형태의 암에서 유전자 돌연변이는 복제 오류(작은 삭제 또는 삽입으로 인해)로 발생하는 불일치의 복구를 손상시키는 것으로 나타났습니다. 이러한 돌연변이는 E. coli의 mutS 유전자 돌연변이와 유사하며, 이는 불일치 복구에 결함을 초래합니다.

인간의 경우 MSN2 유전자 사본 하나의 돌연변이가 가족성 비용종증 대장암(HNPCC) 및 자궁내막암 발병과 밀접한 관련이 있습니다. 또한 이러한 질병에서는 유전자의 두 번째 사본이 종양 세포에 없으며 매우 높은 빈도의 미세부수체 반복이 관찰된다는 사실도 확립되었습니다(정상보다 100배 높음). 또한, BRC1 및 BRC2 유전자와 관련된 유방암의 형태, 4개의 유전자(PS1-PS4) 및 프리온 단백질 유전자와 관련된 알츠하이머병의 형태뿐만 아니라 다수의 단일 유전자 및 다유전자성 질병의 유전자 복제의 다른 예도 있습니다. 종양과 관련된 종양이 인간에게서 확인되었습니다(17장과 25장 참조).

세포나 유기체의 주요 특성을 수명 전반에 걸쳐, 그리고 여러 세대에 걸쳐 유지하려면 유전 물질이 외부 영향에 저항성을 갖거나 그 안에서 발생하는 변화를 수정하는 메커니즘이 있어야 합니다. 살아있는 자연에서는 두 가지 요소가 모두 사용됩니다. 세 번째 요소는 복제 중에 모체 DNA의 뉴클레오티드 서열을 복사하는 정확성입니다.

쌀. 3. 13. DNA 복제 과정에 관여하는 단백질

DNA 헬리카제는 DNA 이중나선을 풀어 폴리뉴클레오티드 사슬을 분리합니다. 불안정화 단백질은 DNA 사슬의 일부를 직선화합니다. DNA 토포이소머라제는 DNA의 폴리카보네이트 사슬 중 하나에서 포스포디에스테르 결합을 끊어 나선의 풀림과 복제 분기점의 사슬 발산으로 인한 장력을 완화합니다. RNA 프리마제는 딸 가닥과 각 Okazaki 단편에 대한 RNA 프라이머를 합성합니다. DNA 중합효소는 선도 가닥의 연속 합성과 지연 가닥의 오카자키 단편 합성을 수행합니다. DNA 리가아제는 RNA 프라이머를 제거한 후 Okazaki 단편을 함께 연결합니다.

반응성 측면에서 DNA 분자는 화학적으로 불활성 물질의 범주에 속합니다. DNA뿐만 아니라 RNA(일부 바이러스)도 유전물질의 역할을 할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. DNA를 선호하는 선택은 RNA에 비해 반응성이 낮기 때문인 것으로 여겨집니다.

위에서 논의한 복제 메커니즘은 DNA 구조를 재현하는데 있어서 매우 높은 정확도를 특징으로 합니다. DNA가 두 배가 되면 평균 1·10-6개의 상보 염기쌍 빈도로 오류가 발생합니다.

높은 복제 정확도를 유지하는 데 있어서 중요한 역할은 주로 효소 DNA 중합효소에 속합니다. 이 효소는 핵 수액에 존재하는 뉴클레오시드 삼인산(ATP, TTP, GTP, CTP) 중에서 필요한 뉴클레오티드를 선택하고 이를 주형 DNA 가닥에 정확하게 부착한 다음 성장하는 딸 가닥에 통합합니다(그림 3.10 참조). 이 단계에서 잘못된 뉴클레오티드가 포함되는 빈도는 1·10 -5 염기쌍입니다.

DNA 중합효소의 작동 오류는 모체인의 염기와 "불법적인" 쌍을 형성하는 변형된 형태의 질소 염기의 출현과 관련이 있습니다. 예를 들어, 구아닌 대신 변형된 형태의 시토신이 아데닌에 수소 결합을 합니다. 결과적으로, 성장하는 DNA 사슬에 잘못된 뉴클레오티드가 포함됩니다. 이러한 염기의 변형된 형태가 일반적인 염기로 빠르게 전이하면 기질과의 결합이 중단되고 성장하는 DNA 사슬의 짝을 이루지 않은 3"-OH 끝이 나타납니다. 이 상황에서, 자기 교정 메커니즘 DNA 중합효소(또는 이와 밀접하게 관련된 효소, 즉 엔도뉴클레아제 편집)에 의해 수행됩니다. 자가교정은 DNA 사슬에 잘못 포함되어 주형과 짝을 이루지 않는 뉴클레오티드를 절단하는 것입니다(그림 3.14). 자체 수정의 결과로 오류율이 10배(10 -5에서 10 -6로) 감소합니다.

자가 교정의 효과에도 불구하고 DNA 복제 후 복제 중에 오류가 감지됩니다. 이는 주변 기질에 있는 4개의 뉴클레오시드 삼인산의 농도가 교란될 때 특히 자주 관찰됩니다. 변화의 상당 부분은 퓨린 염기의 손실(아데닌 및 구아닌(아푸린화)) 또는 우라실로 전환되는 시토신의 탈아미노화와 관련된 자발적으로 발생하는 과정의 결과로 DNA 분자에서도 발생합니다. 최근 변경 빈도는 하루에 1개 게놈당 100개에 이릅니다.

DNA에 포함된 염기는 정상적인 결합을 방해하는 반응성 화합물뿐만 아니라 DNA의 인접한 두 티민 잔기(티민 이량체) 사이에 공유 결합을 형성할 수 있는 자외선에 의해 변경될 수 있습니다. 다음 복제 주기에서 이러한 변화는 딸 DNA의 염기쌍이 손실되거나 일부 쌍이 다른 쌍으로 대체되는 결과를 가져옵니다. 이러한 변화는 실제로 DNA 복제의 각 주기에 수반되지만 그 빈도는 예상보다 훨씬 낮습니다. 이는 메커니즘의 작동으로 인해 이러한 종류의 변경 사항이 대부분 제거된다는 사실로 설명됩니다. 배상금원래 DNA 뉴클레오티드 서열의 (분자 복원).

복구 메커니즘은 DNA 분자에 두 개의 상보적인 사슬이 존재한다는 사실에 기초합니다. 그 중 하나의 뉴클레오티드 서열의 왜곡은 특정 효소에 의해 감지됩니다. 그런 다음 해당 부분이 제거되고 두 번째 상보적인 DNA 가닥에서 합성되는 새로운 부분으로 대체됩니다. 이런 종류의 보상을 배상이라고 합니다. 절단,저것들. "절단"(그림 3.15). 다음 복제 주기 이전에 수행되므로 이를 복제 주기라고도 합니다. 사전 복제.

쌀. 3.14. DNA 합성 중 수정 과정 계획:

나- 아데닌과 "불법적으로" 쌍을 이루는 시토에인의 변경된(호변이성질체) 형태를 갖는 뉴클레오티드의 DNA 사슬에 포함; II- 시토신이 정상 형태로 빠르게 전이하면 아데닌과의 결합이 중단됩니다. 합성된 사슬의 짝이 없는 3"-OH 끝은 DNA 중합효소의 작용으로 더 이상 늘어나는 것을 방지합니다. III - DNA 중합효소는 불법적인 뉴클레오티드를 제거하여 주형과 짝을 이루는 뉴클레오티드가 다시 나타나게 합니다. 3 "- OH-끝; IV- DNA 중합효소는 3'-OH 말단의 사슬을 계속해서 확장합니다.

원래의 DNA 구조를 복원하려면 여러 효소의 참여가 필요합니다. 복구 메커니즘을 촉발하는 중요한 점은 DNA 구조의 오류를 감지하는 것입니다. 복제 프로세스 중에 새로 합성된 체인에서 이러한 오류가 발생하는 경우가 많습니다. 복구 효소는 이 특정 사슬을 감지해야 합니다. 많은 생물종에서 새로 합성된 DNA 가닥은 질소 염기의 메틸화 정도가 모체 DNA 가닥과 다르며, 이는 합성보다 뒤떨어집니다. 이 경우, 메틸화되지 않은 사슬이 복구됩니다. DNA 가닥 절단은 복구 효소에 의해 인식될 수도 있습니다. DNA 합성이 연속적으로 일어나지 않는 고등 유기체에서는 별도의 레플리콘에서 새로 합성된 DNA 가닥에 끊어짐이 있어 이를 인식할 수 있습니다.

사슬 중 하나의 퓨린 염기가 손실되었을 때 DNA 구조를 복원하려면 사슬 손상 부위에서 포스포에스테르 결합을 끊는 엔도뉴클레아제 효소를 사용하여 결함을 탐지해야 합니다. 그런 다음 여러 개의 인접한 뉴클레오티드가 있는 변경된 부분이 효소 엑소뉴클레아제에 의해 제거되고 그 자리에서 상보 사슬의 염기 순서에 따라 올바른 뉴클레오티드 서열이 형성됩니다(그림 3.15).

쌀. 3.15. 절제 계획, 복제 전 DNA 복구

DNA 사슬의 염기 중 하나가 변경되면 약 20개의 DNA 글리코실라제 효소가 원래 구조를 복원하는 데 참여하며 특히 염기의 탈아미노화, 알킬화 및 기타 구조적 변형으로 인한 손상을 인식합니다. 이러한 변형된 염기는 제거됩니다. 퓨린이 손실된 것처럼 염기가 없는 영역이 나타나고 복구됩니다. 예를 들어 질소 염기의 탈아민화의 경우 정상적인 구조가 복원되지 않으면 일부 보완 염기 쌍이 다른 쌍으로 대체됩니다. C-G 쌍은 T-A 쌍으로 대체될 수 있습니다. (섹션 3.4.2.3 참조)

UV 광선의 영향을 받아 폴리뉴클레오티드 사슬에 티민 이량체(T-T)가 형성되려면 개별적으로 변경된 염기가 아니라 DNA 구조에 대한 더 광범위한 손상을 인식하는 효소의 참여가 필요합니다. 이 경우 복구 과정은 또한 이합체를 운반하는 영역의 제거 및 상보적인 DNA 가닥의 합성에 의한 정상적인 뉴클레오티드 서열의 복원과 관련됩니다.

절제 복구 시스템이 한 DNA 가닥에서 발생한 변화를 수정하지 못하는 경우 복제 중에 이 변화가 고정되어 두 DNA 가닥의 특성이 됩니다. 이로 인해 한 쌍의 상보적인 뉴클레오티드가 다른 쌍으로 대체되거나 변경된 부분에 대해 새로 합성된 사슬에 끊어짐(틈)이 나타납니다. 정상적인 DNA 구조의 복원은 복제 후에도 발생할 수 있습니다.

복제 후 복구새로 형성된 두 개의 DNA 이중나선 사이의 재조합(단편 교환)에 의해 수행됩니다. 이러한 복제 후 복구의 예는 티민 이량체(T-T)가 가시광선의 영향으로 자발적으로 제거되지 않을 때 발생하여 정상적인 DNA 구조를 복원하는 것입니다. 가벼운 배상) 또는 복제 전 절제 복구 중에.

인접한 티민 잔기 사이에 발생하는 공유 결합으로 인해 티민 잔기는 상보적인 뉴클레오티드에 결합할 수 없게 됩니다. 그 결과, 복구 효소에 의해 인식되는 새로 합성된 DNA 사슬에 파손(틈)이 나타납니다. 딸 DNA 중 하나의 새로운 폴리뉴클레오티드 사슬의 완전성 복원은 다른 딸 DNA의 상응하는 정상 모 사슬과의 재조합으로 인해 수행됩니다. 모체인에 형성된 틈은 이에 상보적인 폴리뉴클레오티드 사슬의 합성에 의해 채워집니다(그림 3.16). 두 개의 딸 DNA 분자 사슬 사이의 재조합에 의해 수행되는 이러한 복제 후 복구의 징후는 자매 염색체 사이에서 흔히 관찰되는 물질 교환으로 간주될 수 있습니다(그림 3.17).

쌀. 3.16. 복제 후 DNA 복구 계획:

나- DNA 사슬 중 하나에 티민 이량체의 출현;

II- 복제 후 모분자의 변경된 부분에 대해 새로 합성된 사슬에 "간격"이 형성됩니다(화살표는 두 번째 딸 DNA 분자의 해당 사슬의 부분으로 "간격"이 채워지는 것을 보여줍니다).

III- 상보사슬의 합성으로 인해 하위분자와 재조합으로 인해 상위 분자의 딸 사슬의 완전성이 회복됩니다.

쌀. 3.17. 염색체간 교환(화살표로 표시)

복제 전 및 복제 후 복구 중에 DNA 구조 손상의 대부분이 복원됩니다. 그러나 세포의 유전 물질에 너무 많은 손상이 발생하고 일부가 제거되지 않으면 유도성(자극형) 복구 효소 시스템(SOS 시스템)이 활성화됩니다. 이들 효소는 상보성의 원리를 엄격하게 준수하지 않고도 합성된 폴리뉴클레오티드 사슬의 무결성을 복원하여 공백을 메웁니다. 이것이 때때로 복구 과정 자체가 DNA 구조의 영구적인 변화(돌연변이)의 원인이 될 수 있는 이유입니다. 이 반응은 SOS 시스템에도 적용됩니다.

세포에서 복구가 수행되었음에도 불구하고 DNA 구조의 손상 정도가 여전히 높으면 DNA 복제 과정이 차단됩니다. 그러한 세포는 분열하지 않습니다. 이는 결과적인 변화를 자손에게 전달하지 않는다는 것을 의미합니다.

DNA 손상으로 인한 세포 주기 정지는 변경된 유전 물질의 분자 복구 불가능성과 결합되어 p53 유전자에 의해 합성이 제어되는 단백질의 참여로 자기 파괴 과정(세포사멸)의 활성화로 이어질 수 있습니다. ) 결함이 있는 세포를 신체에서 제거합니다.

따라서 광범위한 복구 효소 세트가 DNA를 지속적으로 "검사"하여 손상된 부분을 제거하고 유전 물질의 안정성을 유지하는 데 도움을 줍니다. 복제 효소(DNA 중합효소 및 편집 엔도뉴클레아제)와 복구 효소의 결합된 작용은 DNA 분자의 오류 빈도를 상당히 낮게 보장하며, 이는 게놈당 1 x 10 -9 쌍의 변경된 뉴클레오티드 수준으로 유지됩니다. 인간 게놈의 크기가 3 × 10 9 뉴클레오티드 쌍인 경우 이는 복제 게놈 당 약 3개의 오류를 의미합니다. 동시에, 이 수준조차도 지구상에 생명체가 존재하는 동안 유전자 돌연변이 형태로 중요한 유전적 다양성을 형성하기에 충분합니다.

다른 쌍. 이러한 변화는 실제로 DNA 복제의 각 주기에 수반되지만 그 빈도는 예상보다 훨씬 낮습니다. 이는 원래 DNA 뉴클레오티드 서열의 복구 메커니즘(분자 복원)의 작용으로 인해 이러한 종류의 변화가 대부분 제거된다는 사실로 설명됩니다.

복구 메커니즘은 DNA 분자에 두 개의 상보적인 사슬이 존재한다는 사실에 기초합니다. 그 중 하나의 뉴클레오티드 서열의 왜곡은 특정 효소에 의해 감지됩니다. 그런 다음 해당 부분이 제거되고 두 번째 상보적인 DNA 가닥에서 합성되는 새로운 부분으로 대체됩니다. 이러한 유형의 복구를 절제 복구라고 합니다. "절단"(그림 3.15). 다음 복제 주기 이전에 수행되므로 이를 복제 주기라고도 합니다.

사전 복제.

쌀. 3.14. DNA 합성 중 수정 과정 계획 : I - 아데닌과 "불법적으로"쌍을 이루는 변경된 (호변 이성질체) 형태의 시토에인을 갖는 뉴클레오티드의 DNA 사슬에 포함; II - 빠른 전환

시토신을 정상적인 형태로 바꾸면 아데닌과의 결합이 방해됩니다. 합성된 사슬의 짝을 이루지 않은 3"-OH 끝은 DNA 중합효소의 작용으로 더 이상 늘어나는 것을 방지합니다. III - DNA 중합효소는 불법적인 뉴클레오티드를 제거하고 그 결과 매트릭스와 짝을 이루는 3"-OH 끝이 다시 나타납니다. IV - DNA 중합효소는 3"-OH 말단에서 사슬 연장을 계속합니다.

원래의 DNA 구조를 복원하려면 여러 효소의 참여가 필요합니다. 복구 메커니즘을 촉발하는 중요한 점은 DNA 구조의 오류를 감지하는 것입니다. 복제 프로세스 중에 새로 합성된 체인에서 이러한 오류가 발생하는 경우가 많습니다. 복구 효소는 이 특정 사슬을 감지해야 합니다. 많은 생물종에서 새로 합성된 DNA 가닥은 질소 염기의 메틸화 정도가 모체 DNA 가닥과 다르며, 이는 합성보다 뒤떨어집니다. 이 경우, 메틸화되지 않은 사슬이 복구됩니다. DNA 가닥 절단은 복구 효소에 의해 인식될 수도 있습니다. DNA 합성이 연속적으로 일어나지 않는 고등 유기체에서는 별도의 레플리콘에서 새로 합성된 DNA 가닥에 끊어짐이 있어 이를 인식할 수 있습니다.

사슬 중 하나의 퓨린 염기가 손실되었을 때 DNA 구조를 복원하려면 사슬 손상 부위에서 포스포에스테르 결합을 끊는 엔도뉴클레아제 효소를 사용하여 결함을 탐지해야 합니다. 그런 다음 여러 개의 인접한 뉴클레오티드가 있는 변경된 부분이 효소 엑소뉴클레아제에 의해 제거되고 그 자리에서 상보 사슬의 염기 순서에 따라 올바른 뉴클레오티드 서열이 형성됩니다(그림 3.15).

쌀. 3.15. 절제 계획, 복제 전 DNA 복구 DNA 사슬의 염기 중 하나가 원본 복원에서 변경되는 경우

구조에는 약 20개의 DNA 글리코실라제 효소가 참여하며 특히 염기의 탈아미노화, 알킬화 및 기타 구조적 변형으로 인한 손상을 인식합니다. 이러한 변형된 염기는 제거됩니다. 퓨린이 손실된 것처럼 염기가 없는 영역이 나타나고 복구됩니다. 예를 들어 질소 염기의 탈아민화의 경우 정상적인 구조가 복원되지 않으면 일부 보완 염기 쌍이 다른 쌍으로 대체됩니다. C-G 쌍은 T-A 쌍으로 대체될 수 있습니다. (섹션 3.4.2.3 참조)

UV 광선의 영향을 받아 폴리뉴클레오티드 사슬에 티민 이량체(T-T)가 형성되려면 개별적으로 변경된 염기가 아니라 DNA 구조에 대한 더 광범위한 손상을 인식하는 효소의 참여가 필요합니다. 이 경우 복구 과정은 또한 이합체를 운반하는 영역의 제거 및 상보적인 DNA 가닥의 합성에 의한 정상적인 뉴클레오티드 서열의 복원과 관련됩니다.

절단 복구 시스템이 한 DNA 가닥에서 발생한 변화를 수정하지 못하는 경우 복제 중에 고정이 발생합니다.

이 변화는 두 DNA 가닥의 특성이 됩니다. 이로 인해 한 쌍의 상보적인 뉴클레오티드가 다른 쌍으로 대체되거나 변경된 부분에 대해 새로 합성된 사슬에 끊어짐(틈)이 나타납니다. 정상적인 DNA 구조의 복원은 복제 후에도 발생할 수 있습니다.

복제 후 복구새로 형성된 두 개의 DNA 이중 나선 사이의 재조합(단편 교환)에 의해 수행됩니다. 그러한 복제 후 복구의 예는 티민 이량체(T-T)가 가시광선의 영향으로 자발적으로 제거되지 않을 때 발생하여 정상적인 DNA 구조를 복원하는 것입니다. 가벼운 배상) 또는 복제 전 절제 복구 중에.

인접한 티민 잔기 사이에 발생하는 공유 결합으로 인해 티민 잔기는 상보적인 뉴클레오티드에 결합할 수 없게 됩니다. 그 결과, 복구 효소에 의해 인식되는 새로 합성된 DNA 사슬에 파손(틈)이 나타납니다. 딸 DNA 중 하나의 새로운 폴리뉴클레오티드 사슬의 완전성 복원은 다른 딸 DNA의 상응하는 정상 모 사슬과의 재조합으로 인해 수행됩니다. 모체인에 형성된 틈은 이에 상보적인 폴리뉴클레오티드 사슬의 합성에 의해 채워집니다(그림 3.16). 두 개의 딸 DNA 분자 사슬 사이의 재조합에 의해 수행되는 이러한 복제 후 복구의 징후는 자매 염색체 사이에서 흔히 관찰되는 물질 교환으로 간주될 수 있습니다(그림 3.17).

쌀. 3.16. 복제 후 DNA 복구 계획: I - DNA 사슬 중 하나에 티민 이량체가 나타납니다.

II - 복제 후 모분자의 변경된 부분에 대해 새로 합성된 사슬에 "간격"이 형성됩니다(화살표는 두 번째 딸 DNA 분자의 해당 사슬의 부분으로 "간격"이 채워지는 것을 보여줍니다).

III - 상보 사슬의 합성으로 인해 재조합으로 인한 상위 분자의 딸 사슬 및 하위 분자의 딸 사슬의 완전성 복원

쌀. 3.17. 염색체간 교환(화살표로 표시)

복제 전 및 복제 후 복구 중에 DNA 구조 손상의 대부분이 복원됩니다. 그러나 세포의 유전 물질에 너무 많은 손상이 발생하고 일부가 제거되지 않으면 유도성(자극형) 복구 효소 시스템(SOS 시스템)이 활성화됩니다. 이들 효소는 상보성의 원리를 엄격하게 준수하지 않고도 합성된 폴리뉴클레오티드 사슬의 무결성을 복원하여 공백을 메웁니다. 이것이 때때로 복구 과정 자체가 DNA 구조의 영구적인 변화(돌연변이)의 원인이 될 수 있는 이유입니다. 이 반응은 SOS 시스템에도 적용됩니다.

세포에서 복구가 수행되었음에도 불구하고 DNA 구조의 손상 정도가 여전히 높으면 DNA 복제 과정이 차단됩니다. 그러한 세포는 분열하지 않습니다. 이는 결과적인 변화를 자손에게 전달하지 않는다는 것을 의미합니다.

DNA 손상으로 인한 세포 주기 정지는 변경된 유전 물질의 분자 복구 불가능성과 결합되어 p53 유전자에 의해 합성이 제어되는 단백질의 참여로 자기 파괴 과정(세포사멸)의 활성화로 이어질 수 있습니다. ) 결함이 있는 세포를 신체에서 제거합니다.

따라서 광범위한 복구 효소 세트가 DNA를 지속적으로 "검사"하여 손상된 부분을 제거하고 유전 물질의 안정성을 유지하는 데 도움을 줍니다. 복제 효소(DNA 중합효소 및 편집 엔도뉴클레아제)와 복구 효소의 결합된 작용은 DNA 분자의 오류 빈도를 상당히 낮게 보장하며, 이는 게놈당 1 x 10-9 쌍의 변경된 뉴클레오티드 수준으로 유지됩니다. 3 × 109 뉴클레오티드 쌍의 인간 게놈 크기를 고려하면 이는 복제 게놈 당 약 3개의 오류를 의미합니다. 동시에, 이 수준조차도 지구상에 생명체가 존재하는 동안 유전자 돌연변이 형태로 중요한 유전적 다양성을 형성하기에 충분합니다.

3.4.2.3. DNA 뉴클레오티드 서열의 변화. 유전자 돌연변이

연속적인 복제 주기로 재생산되고 새로운 형질의 형태로 자손에게 나타나는 유전자의 화학 구조의 수정되지 않은 변화를 호출합니다. 유전자 돌연변이.

유전자를 형성하는 DNA 구조의 변화는 세 그룹으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 그룹의 돌연변이는 일부 염기를 다른 염기로 대체하는 것으로 구성됩니다. 이는 자연적으로 발생하는 유전자 변화의 약 20%를 차지합니다. 두 번째 돌연변이 그룹은 유전자의 뉴클레오티드 쌍 수가 바뀔 때 발생하는 판독 프레임의 이동으로 인해 발생합니다. 마지막으로 세 번째 그룹은 유전자 내 뉴클레오티드 서열의 순서 변화(역전)와 관련된 돌연변이로 표시됩니다.

질소 염기 대체 유형에 따른 돌연변이. 이러한 돌연변이는 여러 가지 특정한 이유로 발생합니다. 그 중 하나는 우연히 또는 특정 화학 물질의 영향으로 발생하는 DNA 나선에 이미 포함된 염기 구조의 변화일 수 있습니다. 이러한 변경된 형태의 염기가 복구 효소에 의해 감지되지 않은 채 남아 있으면 다음 복제 주기 동안 다른 뉴클레오티드가 그 자체에 부착될 수 있습니다. 한 가지 예는 자발적으로 또는 아질산의 영향으로 우라실로 전환되는 시토신의 탈아미노화입니다(그림 3.18). 생성된 우라실은 효소에 의해 감지되지 않습니다.DNA 글리코실라제,복제하는 동안 아데닌에 결합하고 이어서 티미딜 뉴클레오티드를 부착합니다. 그 결과 부부는 C~G DNA에서 한 쌍으로 대체됨 T-A(그림 3.19, I ). 메틸화된 시토신의 탈아미노화는 이를 티민으로 전환시킵니다(그림 3.18 참조). DNA의 천연 성분인 티미딜 뉴클레오티드는 복구 효소에 의해 변화로 감지되지 않으며 다음 복제 중에 아데닐 뉴클레오티드를 부착합니다. 결과적으로 쌍 대신 C~G DNA 분자에도 한 쌍이 나타납니다 T-A(그림 3.19, II).

쌀. 3.18. 시토신의 자발적인 탈아미노화

염기 치환의 또 다른 이유는 화학적으로 변경된 형태의 염기 또는 그 유사체를 운반하는 뉴클레오티드의 합성 DNA 사슬에 잘못 포함되었을 수 있습니다. 이 오류가 복제 및 복구 효소에 의해 감지되지 않은 채 남아 있으면 변경된 염기가 복제 과정에 포함되어 종종 한 쌍이 다른 쌍으로 교체됩니다. 이에 대한 예는 복제 중에 모쇄의 아데닌에 티미딜 뉴클레오티드와 유사한 5-브로모우라실(5-BU)이 포함된 뉴클레오티드를 추가하는 것입니다. 후속 복제 중에 5-BU는 아데닌보다는 구아닌을 더 쉽게 부착합니다. 구아닌은 추가 복제 과정에서 시토신과 상보적인 쌍을 형성합니다. 결과적으로 A-T 쌍은 DNA 분자에서 G-C 쌍으로 대체됩니다(그림 3.20).

쌀. 3. 19. 염기 치환 유형에 따른 돌연변이(DNA 사슬에서 질소 염기의 탈아미노화):

I - 시토신을 우라실로 전환하고, C-G 쌍을 T-A 쌍으로 대체합니다.

II - 메틸 시토신의 티민으로의 전환, C-G 쌍을 T-A 쌍으로 대체

위의 예에서 염기 대체와 같은 DNA 분자 구조의 변화가 복제 과정 전이나 도중에 처음에는 하나의 폴리뉴클레오티드 사슬에서 발생한다는 것이 분명합니다. 이러한 변경 사항이 복구 중에 수정되지 않으면 후속 복제 중에 두 DNA 가닥의 속성이 됩니다.

쌀. 3.20. 염기 치환 돌연변이

(DNA 복제 중 질소 염기 유사체의 통합)

한 쌍의 상보적인 뉴클레오티드를 다른 쌍으로 교체한 결과, 펩타이드 사슬의 아미노산 서열을 암호화하는 DNA 뉴클레오티드 서열에 새로운 삼중항이 형성됩니다. 이는 새로운 삼중항이 이전 삼중항과 "동의어"인 경우, 즉 펩타이드의 구조에 영향을 미치지 않을 수 있습니다. 동일한 아미노산을 코딩합니다. 예를 들어, 아미노산 발린은 CAA, CAG, CAT, CAC의 4개 삼중항으로 암호화됩니다. 이들 삼중항 중 세 번째 염기를 교체해도 그 의미는 변하지 않습니다(유전암호의 퇴화).

안에 새롭게 출현한 삼중항이 다른 아미노산을 암호화하는 경우, 펩타이드 사슬의 구조와 해당 단백질의 성질이 변화된다. 대체의 성질과 위치에 따라 단백질의 특정 특성이 다양한 정도로 변합니다. 펩타이드에서 단 하나의 아미노산만 교체하면 단백질의 특성에 큰 영향을 미치고, 이는 더 복잡한 특성의 변화로 나타나는 경우가 있습니다. 예를 들어 인간 헤모글로빈 특성의 변화는 다음과 같습니다.겸상적혈구빈혈(그림 3.21) 이러한 헤모글로빈(HbS)에서는(일반 HbA와 달리) 여섯 번째 위치의 p-글로빈 사슬에서 글루탐산이 발린으로 대체됩니다. 이는 글루탐산(CTT 또는 TTC)을 코딩하는 삼중항의 염기 중 하나가 대체된 결과입니다. 결과는 발린(CAT 또는 TsAT)을 암호화하는 삼중항입니다. 이 경우, 펩타이드의 아미노산 하나를 교체하면 헤모글로빈의 일부인 글로빈의 특성이 크게 바뀌고(O2에 결합하는 능력이 감소함) 겸상 적혈구 빈혈의 징후가 나타납니다.

안에 어떤 경우에는 하나의 베이스를 다른 베이스로 교체하면 다음 중 하나가 나타날 수 있습니다.어떤 아미노산도 암호화하지 않는 말도 안되는 삼중항(ATT, ATC, ACT). 이러한 교체의 결과는 펩타이드 사슬의 합성이 중단되는 것입니다. 하나의 삼중항의 뉴클레오티드 치환으로 인해 25%의 경우에서 동의 삼중항이 형성되는 것으로 추정됩니다. 2-3 - 의미 없는 삼중항, 70-75% - 실제 유전자 돌연변이 발생.

따라서 염기 치환 돌연변이는 기존 DNA 이중 나선 가닥 중 하나의 기본 구조가 자발적으로 변경되거나 새로 합성된 가닥의 복제 중에 발생할 수 있습니다. 이러한 변경 사항이 복구 프로세스 중에 수정되지 않으면(또는 반대로 복구 중에 발생하면) 두 체인 모두에서 수정된 다음 후속 복제 주기에서 재현됩니다. 따라서 그러한 돌연변이의 중요한 원인은 복제 및 복구 프로세스의 중단입니다.

프레임 이동 돌연변이. 이러한 유형의 돌연변이는 자발적인 돌연변이의 상당 부분을 차지합니다. 이는 DNA 뉴클레오티드 서열에 하나 이상의 상보적인 뉴클레오티드 쌍이 손실되거나 삽입된 결과로 발생합니다. 원인이 되는 연구된 돌연변이의 대부분은