Struktura chromatyny a powstawanie i naprawa uszkodzień DNA (artykul).pdf

Tom 51, 2002

Numer 1 (254)

Strony

5–12

P IOTR W ID£AK

Zak³ad Radiobiologii Doœwiadczalnej i Klinicznej

Centrum Onkologii - Instytut im. Marii Sk³adowskiej-Curie, Oddzia³ w Gliwicach

Wybrze¿e Armii Krajowej 15, 44-100 Gliwice

e-mail: widlak@io.gliwice.pl

STRUKTURA CHROMATYNY A POWSTAWANIE I NAPRAWA USZKODZEÑ DNA

WPROWADZENIE

Genomy wszystkich organizmów nara¿one

s¹ na dzia³anie czynników maj¹cych zdolnoœæ

modyfikacji chemicznej struktury DNA, czyli in-

dukowania uszkodzeñ DNA. Do takich czynni-

ków, nazywanych genotoksycznymi, nale¿¹ ró¿-

norodne substancje chemiczne i niektóre ro-

dzaje promieniowania elektromagnetycznego.

Jednym z rodzajów endogennych czynników

genotoksycznych s¹ reaktywne formy tlenu,

bêd¹ce produktami metabolizmu komórkowe-

go. Efektem dzia³ania substancji takich jak wol-

ne rodniki tlenowe s¹ oksydacyjne modyfikacje

zasad azotowych DNA (w tym 8-okso-deoksyg-

uanina, traktowana czêsto jako znacznik oksy-

dacyjnych uszkodzeñ DNA) oraz pêkniêcia jed-

nej lub obu nici DNA (ang. single-, do-

uble-strand breaks). Œrodowiskowe czynniki ge-

notoksyczne to przede wszystkim promienio-

wanie ultrafioletowe i promieniowanie joni-

zuj¹ce, ale równie¿ liczne chemiczne zwi¹zki al-

kiluj¹ce i aryluj¹ce (wœród nich policykliczne

wêglowodory aromatyczne). Fotouszkodzenia

DNA indukowane przez promieniowanie UV to

g³ównie dimery pirymidynowe, zaœ promienio-

wanie jonizuj¹ce indukuje przede wszystkim

oksydacyjne modyfikacje zasad i pêkniêcia nici

DNA. Alkiluj¹ce i aryluj¹ce zwi¹zki chemiczne

mog¹ kowalencyjnie wi¹zaæ siê z nukleotydami

tworz¹c tak zwane addukty DNA. Wszystkie ta-

kie uszkodzenia DNA w mniejszym lub wiêk-

szym stopniu zmieniaj¹ strukturê chromoso-

mów i zaburzaj¹ procesy ich replikacji. Ponie-

wa¿ replikacja DNA zawieraj¹cego uszkodzenia

wi¹¿e siê z ryzykiem powstania mutacji, obec-

noœæ takich uszkodzeñ jest szczególnie niebez-

pieczna w komórkach dziel¹cych siê.

Komórki dysponuj¹ detektorami uszkodzeñ

DNA i po ichwykryciu uruchamiaj¹ kilka typów

odpowiedzi. Podstawow¹ odpowiedzi¹ komór-

ki na uszkodzenia DNA jest jego naprawa, po-

zwalaj¹ca na usuniêcie uszkodzenia i odtworze-

nie prawid³owej struktury DNA. Jednoczeœnie z

zainicjowaniem naprawy, w komórkach uru-

chamiane s¹ mechanizmy prowadz¹ce do zablo-

kowania cyklu komórkowego (ang. checkpoint

control system). Zablokowanie cyklu komórko-

wego wyd³u¿a czas na naprawê DNA przed re-

plikacj¹ i podzia³em chromosomów. Uszkodze-

nia DNA, które nie mog¹ byæ naprawione, s¹

czêsto eliminowane razem z ca³¹ komórk¹. Pro-

ces umo¿liwiaj¹cy takie rozwi¹zanie nazywamy

apoptoz¹, czy inaczej — programowan¹ œmier-

ci¹ komórki. W organizmach funkcjonuj¹ ró¿ne

mechanizmy naprawy DNA. Najprostszy z nich

to tak zwana naprawa bezpoœrednia, pozwa-

laj¹ca na naprawê niektórych typów fotouszko-

dzeñ (proces katalizowany przez fotoliazy

DNA), czy alkilowanych nukleotydów (katalizo-

wany przez odpowiednie metylotransferazy).

Wiele typów uszkodzeñ usuwanych jest z DNA

za poœrednictwemnaprawy przez wycinanie. W

naprawie takiej uszkodzony nukleotyd usuwa-

ny jest wraz z fragmentem jednej nici DNA, a

brakuj¹cy fragment syntetyzowany jest na ma-

P IOTR W ID£AK

trycy nici komplementarnej. W mechanizmie

naprawy przez wyciêcie zasady (ang. base exci-

sion repair, BER) naprawiane s¹ g³ównie zasady

oksydowane lub alkilowane. Z kolei wmechani-

zmie naprawy przez wyciêcie nukleotydu (ang.

nucleotide excision repair, NER) usuwane s¹ fo-

touszkodzenia indukowane przez promienio-

wanie UV czy addukty indukowane przez poli-

cykliczne wêglowodory aromatyczne. W me-

chanizm ten zaanga¿owanych jest ponad trzy-

dzieœci bia³ek o ró¿nej aktywnoœci enzymatycz-

nej (miedzy innymi helikazy, nukleazy, polime-

razy i ligazy DNA). Pêkniêcia obu nici DNA,

uszkodzenia szczególnie niebezpieczne dla ko-

mórek, naprawiane s¹ dziêki mechanizmom re-

kombinacyjnym: rekombinacji homologicznej

(HR) oraz ³¹czenia koñców niehomologicznych

(NHEJ). Poniewa¿ powstawanie uszkodzeñ

DNA jest procesem ci¹g³ym, sprawnoœæ mecha-

nizmów naprawy DNA ma ogromne znacznie

dla utrzymania stabilnoœci genomu. Os³abienie

wydajnoœci naprawy DNA (wynikaj¹ce na

przyk³ad z mutacji w genach koduj¹cych bia³ka

naprawcze) wi¹¿e siê ze zwiêkszonym ryzy-

kiem powstawania mutacji i rozwoju chorób

nowotworowych. Szczegó³owe omówienie

procesów prowadz¹cych do powstawania

uszkodzeñ DNA i mechanizmów ich naprawy

oraz zwi¹zkówz procesami mutagenezy i nowo-

tworzenia znajdzie Czytelnik w innych pracach

przegl¹dowych, w tym wielu pracach publiko-

wanych w jêzyku polskim (P IETRZYKOWSKA i

K RWAWICZ 1999, T RZECIAK iB £ASIAK 1999,

T UDEK 1999, Z DZIENICKA 1999).

Materia³ genetyczny ma w komórkach eu-

kariotycznych postaæ chromatyny, czyli kom-

pleksu DNA, histonów i innych bia³ek. Podsta-

wow¹ jednostk¹ strukturaln¹ chromatyny jest

nukleosom, zbudowany z oktameru histono-

wego (centralny tetramer [H3/H4] 2 i dwa pe-

ryferyjne dimery [H2A/H2B]), wokó³ którego

owiniête jest 146 par nukleotydów. Pomiêdzy

kolejnymi nukleosomami znajduje siê, wra¿li-

wy na dzia³anie nukleaz, DNA ³¹cznikowy o

zmiennej d³ugoœci (10-90 par zasad), który

mo¿e oddzia³ywaæ z histonem H1 lub innymi

niehistonowymi bia³kami chromatyny.

W³ókno nukleosomowe mo¿e byæ pofa³dowa-

ne w bardziej skomplikowane struktury o ró¿-

nym stopniu upakowania; najwiêkszy stopieñ

upakowania osi¹ga chromatyna w chromoso-

mie metafazowym. W³ókna chromatyny ko-

mórek interfazowych mog¹ oddzia³ywaæ z la-

min¹ j¹drow¹ i z hipotetyczn¹, wewn¹trz-

j¹drow¹ struktur¹ szkieletow¹, tak zwan¹ ma-

cierz¹ j¹drow¹. Oddzia³ywania chromatyny z

takimi bia³kami szkieletowymi umo¿liwiaj¹

tworzenie strukturalnie i funkcjonalniewyod-

rêbnionych domen, tak zwanych pêtli chro-

matyny. Kolejne struktury chromatyny po-

zwalaj¹ na uporz¹dkowane upakowanie

d³ugich cz¹steczek DNA na terenie j¹dra ko-

mórkowego oraz maj¹ istotne znaczenie dla

regulacji wszystkich procesów metabolicz-

nych przebiegaj¹cych w j¹drze. Informacje

dotycz¹ce struktury nukleosomów i organiza-

cji chromatyny w j¹drze znajdzie Czytelnik w

innych pracach przegl¹dowych (H AYES i

H ANSEN 2001, W OODCOCK iD IMITROV 2001).

Nukleosomowa organizacja chromatyny ma,

poza funkcjami strukturalnymi, decyduj¹ce

znaczenie dla regulacji ekspresji materia³u ge-

netycznego. We frakcji chromatyny o du¿ym

stopniu kondensacji (tzw. heterochromatyna)

nukleosomy s¹ czynnikiem odpowiedzialnym

za represjê transkrypcji. Zmiana struktury nu-

kleosomów i os³abienie oddzia³ywañ DNA z

histonami pozwala na udostêpnienie DNA dla

swoistych czynników transkrypcyjnych i poli-

meraz RNA. Zmiany struktury nukleosomów i

stopnia upakowania chromatyny, pozwa-

laj¹ce na regulacjê transkrypcji, zale¿ne s¹

miêdzy innymi od kowalencyjnych modyfika-

cji DNA (metylacja) i histonów (acetylacja,

metylacja i fosforylacja) oraz od aktywnoœci

kompleksów remodeluj¹cych chromatynê.

Szersze omówienie zwi¹zków miêdzy tran-

skrypcj¹ a nukleosomow¹ struktur¹ chroma-

tyny mo¿na znaleŸæ w licznych pracach

przegl¹dowych (K ORNBERG 1999, A LFS i

K INGSTON 2000, W U iG RUNSTEIN 2000).

Struktura nukleosomowa chromatyny (i jej

ewentualne zmiany) jest czynnikiem decy-

duj¹cym równie¿ o przebiegu procesów na-

prawy. Zagadnienie to jest przedmiotem ni-

niejszej pracy.

STRUKTURA CHROMATYNY MODULUJE PODATNOŒÆ DNA NA CZYNNIKI GENOTOKSYCZNE

Decyduj¹ce znaczenie dla powstania dane-

go typu uszkodzeñ DNA ma struktura nukle-

otydu i jej swoiste oddzia³ywania chemiczne z

czynnikiem uszkadzaj¹cym. Przyk³adowo: do-

datkowe wi¹zania indukowane przez promie-

niowanie UV tworz¹ siê miêdzy pierœcieniami

Chromatyna a powstawanie i naprawa uszkodzeñ DNA

s¹siaduj¹cych pirymidyn, a zwi¹zki alkilujace

preferuj¹ atom N7 guaniny. Jednak podatnoœæ

konkretnego nukleotydu na uszkodzenia mo-

dulowana jest przez szereg innych czynników.

Nale¿¹ do nich struktura przestrzenna danego

fragmentu DNA czy kontekst sekwencji DNA

(czyli rodzaj s¹siaduj¹cych nukleotydów). Do-

datkowo podatnoœæ konkretnego fragmentu

DNA na uszkodzenia modulowana jest przez

oddzia³uj¹ce z nimbia³ka. Od lat znany jest fakt,

i¿ struktura nukleosomowa ma wp³yw na iloœæ

uszkodzeñ DNA. Poziom adduktów indukowa-

nych przez wiele chemicznych zwi¹zków ge-

notoksycznych, podobnie jak poziom tzw.

(6-4)-fotoproduktów indukowanych przez

promieniowanie UV, jest wielokrotnie wy¿szy

w DNA ³¹cznikowym ni¿ w DNA z rdzenia nu-

kleosomów. Z kolei w plemnikach, gdzie histo-

ny zast¹pione s¹ przez protaminy (co pozwala

na silniejsz¹ ni¿ w nukleosomach kondensacjê

chromatyny), DNA jest bardziej oporny na

uszkadzenia ni¿ DNA z komórek somatycznych

(W ID£AK 1994, 1997). Innymi bia³kami, któ-

rych oddzia³ywania z DNA moduluj¹ jego po-

datnoœæ na uszkodzenia s¹ czynniki transkryp-

cyjne. Zwi¹zanie czynnika transkrypcjnego

mo¿e zmniejszyæ lub zwiêkszyæ wydajnoœæ z

jak¹ czynniki genotoksyczne uszkadzaj¹ DNA

w obrêbie miejsca wi¹zania. Fakt ten wykorzy-

stywany jest do mapowania miejsc wi¹zania

czynników transkrypcyjnych w ¿ywej komór-

ce (ang. footprinting); wykorzystuje siê do

tego najczêœciej proste czynniki alkilujace ta-

kie jak siarczan dwumetylu (DMS). Stwierdzo-

no, ¿ewi¹zanie takich czynników transkrypcyj-

nych jak Sp1, AP-1 czy NF-1 wielokrotnie zwiê-

ksza poziom fotouszkodzeñ indukowanych

przez promieniowanie UV. Wskazuje to, ¿e po-

ziom uszkodzeñ w pewnych regionach DNA

mo¿e mieæ charakter swoisty tkankowo

(T ORNALETTI iP FEIFER 1995).

W niektórych sekwencjach DNA prawdo-

podobieñstwo zaistnienia mutacji jest wielo-

krotnie wy¿sze ni¿ w innych fragmentach tego

samego genu. Powstanie takich gor¹cych

punktów mutacyjnych (ang. mutation hot

spots) jest wypadkow¹ kilku czynników, mie-

dzy innymi: (i) szybkoœci uszkadzania danego

nukleotydu, (ii) wydajnoœci naprawy tego nu-

kleotydu i (iii) dok³adnoœci z jak¹ polimerazy

DNA odczytuj¹ dane uszkodzenie. Struktura

chromatyny i obecnoœæ zwi¹zanych bia³ek jest

jednym z czynników decyduj¹cych o czêstoœci

z jak¹ dany nukleotyd jest uszkadzany. Podob-

nie, oddzia³ywanie z bia³kami jest czynnikiem

moduluj¹cym wydajnoœæ naprawy tego nukle-

otydu. Zagadnienie to zostanie omówione w

dalszej czêœci artyku³u.

STRUKTURA CHROMATYNY DECYDUJE O SZYBKOŒCI NAPRAWY DNA

Ju¿ w latach 70. stwierdzono, ¿e naprawcza

synteza DNA jest szybsza w DNA ³¹cznikowym

ni¿ w DNA zwi¹zanym z rdzeniem nukleoso-

mów. Natomiast rekonstytucja nukleosomów

na DNA plazmidowym (tworzenie tak zwa-

nych minichromosomów) jest czynnikiem

wielokrotnie spowalniaj¹cym jego naprawê

(W ID£AK 1997). W po³owie lat 80. w laborato-

rium P. Hanawalta wykryto, ¿e indukowane

przez promieniowanie UV dimery pirymidyno-

we usuwane s¹ wielokrotnie szybciej z aktyw-

nego genu reduktazy dwuhydrofolianowej ni¿

z innych czêœci genomu tych samych komórek.

Wkrótce potem stwierdzono, ¿e fotouszkodze-

nia usuwane s¹ szybciej z nici bêd¹cej matryc¹

w procesie transkrypcji (niæ antysensowna),

ni¿ z nie transkrybowanej nici sensownej

(B OHR 1991). Taka preferencyjna naprawa

DNA dotyczy naprawy przez wycinanie nukle-

otydu (NER). Obecnie wiadomo, ¿e w komór-

kach funkcjonuj¹ dwa rodzaje tego mechani-

zmu reperacyjnego. Naprawa nici transkrybo-

wanej, (ang. transcription-coupled NER

TC-NER), ca³kowicie zale¿na jest od transkryp-

cji, a sygna³em dla jej rozpoczêcia jest zabloko-

wanie polimerazy II RNA na uszkodzonym nu-

kleotydzie. W komórkach bakteryjnych prze-

bieg TC-NER zale¿ny jest od bia³ka TRCF, które

inicjuje dysocjacjê polimerazy RNA z uszko-

dzonej matrycy i stymuluje wi¹zanie z uszko-

dzonym DNA kompleksu naprawczego

UvrABC nukleazy. Mechanizm TC-NER w ko-

mórkach eukariotycznych nie jest do koñca

wyjaœniony; czynniki swoiœcie zwi¹zane z tym

rodzajem naprawy w komórkach ludzkich to

bia³ka CSA i CSB. DNA nieaktywny transkryp-

cyjnie i niæ sensowna genów transkrybowa-

nych naprawiana jest w mechanizmie okreœlo-

nym z ang. global genome NER, GG-NER. Czyn-

nikiem swoistym dla GG-NER jest bia³ko XPC;

pozosta³e bia³ka reperacyjne s¹ wspólne dla

obu rodzajów naprawy przez wyciêcie nukle-

otydu (W ID£AK 1997, P IETRZYKOWSKA i

K RWAWICZ 1999, T RZECIAK iB £ASIAK 1999).

P IOTR W ID£AK

Preferencyjna naprawa nici transkrybowanej

sprawia, ¿e mutacje znacznie czêœciej

wywo³ywane s¹ przez uszkodzenia nici sen-

sownej ni¿ uszkodzenia nici antysensownej,

nawet jeœli obie nici uszkadzane s¹ z podobn¹

czêstoœci¹. Przyk³ademmo¿e byæ wolna napra-

wa uszkodzeñ nici sensownej w miejscach od-

powiedzialnych za powstawanie „gor¹cych”

punktów mutacyjnych w genie p53

(D ENISSENKO i wspó³aut. 1998).

Chocia¿, poza aktualnie transkrybowanymi

niæmi DNA, ca³y genom naprawiany jest przy

udzialemechanizmuGG-NER, to ró¿ne obszary

genomu naprawiane s¹ ró¿n¹ szybkoœci¹.

Uszkodzenia usuwane s¹ 2-3-krotnie wolniej z

DNA znajduj¹cego siê w silnie skondensowa-

nej heterochromatynie ni¿ z genów aktywnych

lub potencjalnie aktywnych znajduj¹cych siê

chromatynie o luŸniejszej strukturze (B OHR

1991). Równie¿ ró¿ne fragmenty tego samego

genumog¹ byæ naprawiane z ró¿n¹ szybkoœci¹.

Decyduj¹ o tym swoiste oddzia³ywania z histo-

nami lub innymi bia³kami niehistonowymi.

Przyk³adem mo¿e byæ bardzo wolna naprawa

promotora w regionie oddzia³uj¹cym z czynni-

kami transkrypcyjnymi (G AO i wspó³aut.

1994). Jedn¹ z cech chromatyny aktywnej tran-

skrypcyjnie s¹ jej oddzia³ywania ze strukturami

szkieletowymi j¹dra, a frakcja DNA zwi¹zanego

z macierz¹ j¹drow¹ jest zwykle wzbogacona w

geny transkrybowane. Wiadomo, ¿e te rodzaje

uszkodzeñ, które mog¹ byæ naprawiane prefe-

rencyjnie w mechanizmie TC-NER (np. foto-

uszkodzenia) usuwane s¹ najszybciej z frakcji

DNA zwi¹zanego z macierz¹ j¹drow¹

(M ULLENDERS i wspó³aut. 1990). Ostatnio

stwierdzono, ¿e swoiste dla TC-NER bia³ko CSA

ulega przemieszczeniu do macierzy j¹drowej

w komórkach poddanych dzia³aniu czynników

uszkadzaj¹cych DNA (K AMIUCHI i wspó³aut.

2002). Sugeruje to, ¿e mechanizmy naprawy

DNA (a przynajmniej mechanizm TC-NER) zlo-

kalizowane s¹ wmacierzy j¹drowej. Nie mo¿na

jednak wykluczyæ, ¿e szybka naprawa DNA

zwi¹zanego z macierz¹ j¹drow¹ jedynie od-

zwierciedla preferencyjn¹ naprawê genów ak-

tywnych transkrypcyjnie, zlokalizowanych w

pobli¿u tej struktury.

ZMIANY STRUKTURY CHROMATYNY W TRAKCIE NAPRAWY DNA

Typow¹ cech¹ niemal wszystkich mechani-

zmów naprawy jest to, ¿e bior¹ w nich udzia³

olbrzymie kompleksy bia³kowe, a naprawiany

DNA poddany jest wielu zmianom struktural-

nym (rozplatanie, obróbka nukleolityczna czy

synteza nici). Mo¿na wiêc ³atwo wyobraziæ so-

bie, ¿e upakowana struktura chromatyny (czy

sama obecnoœæ nukleosomów) jest czynni-

kiem spowalniaj¹cym lub nawet uniemo¿li-

wiaj¹cym naprawê uszkodzeñ. Szereg danych

wskazuje, ¿e w trakcie naprawy DNA struktura

chromatyny ulega istotnym zmianom. Stwier-

dzono na przyk³ad, ¿e dimery pirymidynowe

usuwane s¹ z DNA rdzenia nukleosomu z szyb-

koœci¹ niezale¿n¹ od ich po³o¿enia wzglêdem

oktameru histonowego. Sugeruje to, ¿e w trak-

cie naprawy zachodzi rearan¿acja struktury nu-

kleosomów (lub nawet ich ca³kowite usuwa-

nie) (S MERDON 1991).

Procesy, które u³atwiaj¹ oddzia³ywanie

bia³ek naprawczych z uszkodzeniami maj¹

swoje analogie w znacznie lepiej poznanych

mechanizmach reguluj¹cych aktywnoœæ tran-

skrypcyjn¹ chromatyny i u³atwiaj¹cych wi¹za-

nie czynników transkrypcyjnych. Dwa spoœród

wielu mechanizmów modyfikuj¹cych struktu-

rê chromatynywydaj¹ siêmieæ decyduj¹ce zna-

czenie dla regulacji aktywnoœci transkrypcyj-

nej. Jednym z nich jest acetylacja histonów ka-

talizowana przez swoiste acetylotransferazy.

Acetylacja reszt lizynowychw aminowych koñ-

cach histonów neutralizuje dodatni ³adunek

grup aminowych, zmieniaj¹c ich oddzia³ywa-

nia z DNA i innymi bia³kami, co inicjuje lokaln¹

dekondensacjê w³ókna nukleosomowego. Na-

tomiast deacetylacja histonów katalizowana

przez swoiste deacetylazy zwiêksza stopieñ

kondensacji chromatyny (B ROWN i wspó³aut.

2000, C HEN i wspó³aut. 2001). Drugim czynni-

kiem u³atwiaj¹cym wi¹zanie czynników tran-

skrypcyjnych jest aktywnoœæ kompleksów re-

modeluj¹cych chromatynê. Kompleksy te

sk³adaj¹ siê z kilku-kilkunastu podjednostek, w

ich sk³ad wchodz¹ bia³ka posiadaj¹ce domenê

helikazy, a ich aktywnoœæ zale¿na jest od hydro-

lizy ATP. Efektem dzia³ania kompleksów remo-

deluj¹cych chromatynê jest zwykle przemiesz-

czenie DNAwzglêdem oktameru histonowego

(mechanizm ich dzia³ania nie jest jednak jasny)

(C ALIKOWSKI 2001 , F LAUS iO WEN -H UGHES

2001). Zarówno acetylotransferazy (i deacety-

lazy) histonów, jak i kompleksy remodeluj¹ce

chromatynê swoiœcie oddzia³uj¹ z czynnikami

transkrypcyjnymi, maj¹c charakter aktywato-

Chromatyna a powstawanie i naprawa uszkodzeñ DNA

rów (lub represorów) transkrypcji. Przyk³a-

dem mog¹ byæ oddzia³ywania acetylotransfe-

raz z czynnikiem transkrypcyjnym E2F lub de-

acetylaz z kompleksem bia³ek pRB i E2F, regu-

luj¹ce aktywnoœæ genów decyduj¹cych o wejœ-

ciu komórek w fazê S cyklu komórkowego

(H ARBOUR iD EAN 2000).

Wyniki badañ prowadzonych w ostatnich

latach wskazuj¹, ¿e aktywnoœæ acetylotransfe-

raz histonów i kompleksów remodeluj¹cych

chromatynê ma istotne znaczenie dla stymula-

cji naprawy DNA (przynajmniej w przypadku

mechanizmu NER). We wszystkich znanych

kompleksach remodeluj¹cych chromatynê

obecne s¹ bia³ka z rodziny SWI2/SNF2, ATP-azy

maj¹ce domenê strukturaln¹ helikazy DNA. Do

rodziny SWI2/SNF2 nale¿y równie¿ kilka

bia³ek bior¹cych udzia³ w naprawie DNA:

Rad16 (mechanizm GG-NER u dro¿d¿y),

CSB/Rad26 (mechanizm TC-NER), Rad5 (na-

prawa postreplikacyjna) i Rad54 (naprawa re-

kombinacyjna) (F YODOROV iK ADONAGA

2001). Stwierdzono, ¿e bia³ko CSB wykazuje

zdolnoœæ remodelowania struktury nukleoso-

mów (C ITTERIO i wspó³aut. 2000). Z kolei na-

prawa fotouszkodzeñ obecnych w minichro-

mosomach stymulowana by³a przez czynnik re-

modeluj¹cy chromatynê ACF (U RA i wspó³aut.

2001). Jednym z czynników zwi¹zanych z NER

jest bia³ko XPE, sk³adaj¹ce siê dwu podjedno-

stek p48 i p127. Bia³ko to swoiœcie wi¹¿ê siê z

DNA uszkodzonym przez promieniowanie UV

(inna jego nazwa to bia³ko UV-DDB), a jego

obecnoœæ jest niezbêdna dla naprawy chroma-

tyny, lecz nie „nagiego” DNA. Stwierdzono, ¿e

podjednostka p48 oddzia³uje z acetylotransfe-

raz¹ histonów CBP/p300 (D ATTA i wspó³aut.

2001). Kolejn¹ acetylotransferaz¹ histonów

jest bia³ko GCN5, wchodz¹ce miêdzy innymi w

sk³ad kompleksu transkrypcyjnego TFTC. In-

nym sk³adnikiem tego kompleksu jest bia³ko

SAP130, wykazuj¹ce bardzo siln¹ homologiê z

podjednostk¹ p127 bia³ka UV-DDB. Stwierdzo-

no, ¿e czynnik TFTC preferencyjnie wi¹¿e siê z

chromatyn¹ uszkodzon¹ przez promieniowa-

nie UV i katalizuje acetylacjê histonów w miej-

scu uszkodzenia (B RAND i wspó³aut. 2001).

Czêœæ „instrukcji” o sposobie ekspresji in-

formacji genetycznej zawarta jest w struktu-

rze chromatyny. Tote¿ naprawa DNA, poza

przywróceniem prawid³owej struktury i se-

kwencji nukleotydów, musi pozwalaæ na od-

tworzenie pierwotnej struktury chromatyny

w miejscu uszkodzenia. Precyzyjne odtworze-

nie struktury nukleosomów jest szczególnie

istotne w regionach reguluj¹cych aktywnoœæ

genów. Tak wiêc mechanizmy rekonstytucji

chromatyny musz¹ wydajnie wspó³dzia³aæ z

mechanizmami naprawy DNA. Zaobserwowa-

no, ¿e jeœli DNA plazmidowy zawieraj¹cy

uszkodzenia indukowane przez promienio-

wanie UV inkubowany by³ z ekstraktami ko-

mórkowymi, to naprawa uszkodzeñ skorelo-

wana by³a z upakowaniem plazmidu w nukle-

osomy. Taka rekonstytucja chromatyny prze-

biega³a jednoczeœnie z syntez¹ naprawcz¹

DNA i zale¿na by³a od kompleksu bia³kowego

CAF1 (ang. chromatin assembly factor 1),

czynnika zwi¹zanego z replikacj¹ DNA

(G AILLARD i wspó³aut. 1996). Równie¿ inny

czynnik zwi¹zany z replikacj¹, kompleks

bia³kowy RCAF (ang. replication-coupling as-

sembly factor), mo¿e braæ udzia³ rekonstytucji

nukleosomów na DNA zawieraj¹cym fotousz-

kodzenia (T YLER i wspó³aut. 1999). Mog³oby

to sugerowaæ, ¿e rekonstytucja nukleosomów

na naprawianym DNA jest mechanicznie

zwi¹zana z reperacyjn¹ syntez¹ DNA. Jednak

fakt, ¿e w trakcie naprawy DNA rearan¿acji

ulega fragment chromatyny o d³ugoœci nawet

kilku tysiêcy par nukleotydów, a nowosynte-

tyzowana niæ DNA ma oko³o 30 nukleotydów

(w przypadku NER), wskazuje na bardziej

z³o¿ony zwi¹zek miedzy napraw¹ a rekonsty-

tucj¹ chromosomów. Stwierdzono, ¿e rekon-

stytucja nukleosomów w trakcie naprawy

DNA plazmidowego obejmuje kilka (4 do 6)

nukleosomów w obu kierunkach od uszko-

dzenia. Co ciekawe, tak¹ rekonstytucjê nukle-

osomów obserwowano nawet jeœli reperacyj-

na synteza DNA (lecz nie wczeœniejsze etapy

naprawy) zosta³a zablokowana przez inhibi-

tor polimerazy DNA (G AILLARD i wspó³aut.

1997). Wskazuje to, ¿e sygna³em dla rekonsty-

tucji nukleosomów s¹ poœrednie produkty na-

prawy.

Mechanizm NER jest w obecnej chwili naj-

lepiej zbadanymmechanizmemnaprawy DNA.

Najlepiej znane s¹ równie¿ zmiany struktury

chromatyny towarzysz¹ce temu rodzajowi na-

prawy (Ryc. 1). Mo¿na przypuszczaæ, ¿e podob-

ne zmiany, to jest rearan¿acja struktury nukle-

somówu³atwiaj¹ca dostêp bia³ek naprawczych

do uszkodzenia i koñcz¹ce naprawê odtworze-

nie struktury chromatyny, towarzysz¹ równie¿

innymmechanizmom naprawy DNA. Przyk³ad-

owo, aktywnoœæ kompleksu RCAF niezbêdna

jest dla naprawy pêkniêæ nici DNA (T YLER i

wspó³aut. 1999).

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: