Struktura chromatyny a powstawanie i naprawa uszkodzień DNA (artykul).pdf
(
534 KB
)
Pobierz
D:\kosmos\1-2002\1-2002b.VP
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-
6
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 PODATNOή 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
7
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 podatnoϾ 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).
8
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
9
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
zdolnoϾ 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:
rosicq
Inne pliki z tego folderu:
Struktura chromatyny a powstawanie i naprawa uszkodzień DNA (artykul).pdf
(534 KB)
Aberracje chromosomowe (prezentacja).pdf
(7639 KB)
Mikrotubule.ppt
(39395 KB)
Inhibitory kariokinezy (notatki).doc
(42 KB)
KARIOTYP 2008.ppt
(15704 KB)
Inne foldery tego chomika:
Botanika D
Chemia organiczna
Zoologia D
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin