معلومة

في إصلاح الحمض النووي ، كيف يتم تحديد الخيط الذي يحتوي على الخطأ؟

في إصلاح الحمض النووي ، كيف يتم تحديد الخيط الذي يحتوي على الخطأ؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يعد تكرار الحمض النووي أكثر دقة من النسخ (أو تكرار الحمض النووي الريبي) لأن الآليات موجودة لإثبات قراءة وإصلاح الحمض النووي ، ولكن ليس من أجل الحمض النووي الريبي. ضع في اعتبارك قطعة من خيط DNA ، AGTC. مكمله هو GACT. لنفترض الآن أن مكملها قد تحور إلى TACT - سيحل نظام إصلاح الحمض النووي محل T الخطأ بـ G. لماذا لا يتم استبدال A في الخيط الأصلي بـ C؟ كيف يحدد النظام أن الخيط الأول صحيح ومكمله غير صحيح؟


السبب في حقيقة أنه غير واقعي مهم. تعمل آلات إصلاح الحمض النووي عن طريق إصلاح الأخطاء الشائعة التي تحدث بسبب المسارات الطفرية الشائعة. الإنزيمات مخصصة لهذا الغرض ، على سبيل المثال إنزيم معين يستهدف الطفرات التي تسببها الأشعة فوق البنفسجية ويتم تنشيطه بواسطة أشعة الشمس وبالتالي فإن خصوصيته تجعله يصلح السلسلة الصحيحة. أيضًا أثناء النسخ المتماثل ، يفتقر الحمض النووي المركب حديثًا إلى المثيلة. وهكذا تعرف إنزيمات الإصلاح السلسلة الصحيحة.


هناك أنواع عديدة من إصلاح الحمض النووي. دعونا نقتصر على الأنواع الثلاثة المختلفة التالية للإجابة على هذا الشرط.

1. ضرر الأشعة فوق البنفسجية

يمكن أن يؤدي تعرض الخلية لضوء الأشعة فوق البنفسجية إلى الانضمام التساهمي لاثنين من البيريميدين المتجاورين (عادة الثايمينات) ، مما ينتج عنه ثنائي مائي. تمنع ثنائيات الثايمين بوليميراز الحمض النووي من تكرار خيط الحمض النووي خارج موقع تكوين الثايمر.

في مثل هذه الحالات ، تشق نوكليازات محددة للأشعة فوق البنفسجية كلا الطرفين 5 'و 3' من الآفة. إلى جانب هذه الآفة ، يُفقد أيضًا بعض الحمض النووي الطبيعي باعتباره قليل النوكليوتيد. هنا يتم إجراء التعديلات على شريط واحد فقط ، والآخر يؤخذ كقالب (صحيح) ويتم استبدال الحمض النووي في الجزء المفقود.

قد يحدث تلف الأشعة فوق البنفسجية على كل من الخيوط ولكن محليًا ، يتأثر أحدهما والآخر هو القالب (حيث لا يمكنك الحصول على الثايمين على كلا الجانبين)

2. استئصال القاعدة

يمكن فصل قواعد الحمض النووي العادية تلقائيًا أو إهانة لقاعدة غير طبيعية (وليس على الحمض النووي). يتم استئصال القاعدة غير الطبيعية عن طريق الجليكوزيلات ويتم ملء الفجوة لاحقًا عن طريق النظر إلى الشريط الآخر في القالب.

3. إصلاح عدم التطابق

ما تتحدث عنه في مثالك ليس حالة إزالة الأمين أو تلف الأشعة فوق البنفسجية ولكن إصلاح عدم التطابق. يمكن أن تكون هناك أخطاء في النسخ المتماثل أيضًا حيث يمكن أن تحدث مثل هذه الحالة. هناك إنزيمات محددة لهذا الإصلاح ، لكن التمييز يعتمد على درجة المثيلة. يتم ميثلة متواليات GATC ، التي توجد مرة واحدة تقريبًا كل ألف نيوكليوتيدات ، على بقايا الأدينين. لا يتم إجراء هذه المثيلة على الفور بعد التوليف ، لذا فإن الحمض النووي المركب حديثًا هو ميثيل نصف ميثيل (أي أن الخيط الأبوي يتم ميثيله ولكن الخيط الابنة ليس كذلك). يُفترض أن الخصلة الأبوية الميثيلية صحيحة ، ويتم إصلاح خصلة الابنة.

آلية التمييز المذكورة أعلاه هي فقط في البكتيريا سالبة الجرام. على حد تعبير ويكيبيديا ،

ومع ذلك ، في بدائيات النوى وحقيقيات النوى الأخرى ، فإن الآلية الدقيقة غير واضحة. يُشتبه في أنه ، في حقيقيات النوى ، يحتوي الحمض النووي المتأخر المركب حديثًا بشكل عابر على شقوق (قبل أن يتم ختمه بواسطة ليجاز الحمض النووي) ويوفر إشارة توجه أنظمة تصحيح عدم التطابق إلى الخيط المناسب. هذا يعني أن هذه النكات يجب أن تكون موجودة في الخيط الرئيسي ، وقد تم العثور على أدلة على ذلك مؤخرًا.

هناك حالات أخرى يحدث فيها تلف في كلا الخيوط التي أقترحها لمزيد من القراءة.

مراجع

  1. مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية ، إد. 6
  2. مراجعات Lippincott المصورة ، الكيمياء الحيوية ، إد. 5
  3. ويكيبيديا. عدم تطابق الحمض النووي

السيناريو المحدد الخاص بك غير واقعي ، الثايمين هو قاعدة بيريميدين بينما الجوانين هو قاعدة البيورين. هم مختلفون كيميائيًا ولا يمكن أن يتحولوا تلقائيًا إلى بعضهم البعض. لذلك هذا نوع من الضرر يحدث فقط أثناء تكرار الحمض النووي.

الضرر النموذجي الذي يحدث ويمكن إصلاحه هو الأكسدة والمثيلة والتحلل المائي للحمض النووي. ينتج عن هذا النوع من الضرر قواعد معدلة أو مفقودة ويمكن اكتشافها بسبب ذلك.

قد تكون مهتمًا أيضًا بمعرفة سبب استخدام الثايمين في الحمض النووي بدلاً من اليوراسيل ، حيث يمكن أن يتلف اليوراسيل بسهولة بطريقة لا يمكن اكتشافها.


لحل مشكلة الخيط الذي يتم تحريره لتصحيح الأخطاء ، مباشرة بعد تكرار الحمض النووي ، يتم ميثيل الخيط الأصلي لمنع التصحيح على هذه الخصلة ، وبالتالي يتم البحث فقط عن الخيط المركب حديثًا عن الأخطاء من أجل التصحيح. باختصار ، يمنع المثيلة من تحرير خيط القالب وتصحيح الخطأ.


إصلاح عدم تطابق الحمض النووي

إصلاح عدم تطابق الحمض النووي هو آلية لإصلاح الحمض النووي عن طريق إزالة نيوكليوتيدات غير متطابقة عبر بروتينات MMR. ساعد دور بروتينات إصلاح عدم التطابق في الحمض النووي بدائية النواة في دراسة نظام إصلاح عدم التطابق في الحمض النووي حقيقيات النواة أيضًا. يعد نظام إصلاح عدم التطابق ضروريًا ، لأنه يحافظ على استقرار الجينوم و # 8217s في وقت تكرار الحمض النووي وإعادة التركيب.

يقوم نظام MMR باستخدام MMR أو بروتينات إصلاح عدم التطابق لإصلاح كل من نوع الحمض النووي بدائية النواة وحقيقية النواة. في حالة عدم وجود نظام MMR ، تظهر بعض العيوب المرتبطة بما يلي:

  • عدم استقرار الجينوم
  • الاستعداد لأنواع معينة من سرطان
  • شذوذ في انقسام الخلايا الانقسام الاختزالي
  • العقم في نظام الثدييات

لشرح نظام MMR ، بكتريا قولونية هو أفضل نموذج حي. سنتعرف على التعريف والآلية والأنواع والمكونات والدور الوظيفي لنظام إصلاح عدم التطابق في هذا السياق.

المحتوى: إصلاح عدم تطابق الحمض النووي

تعريف إصلاح عدم تطابق الحمض النووي

يشير إصلاح عدم تطابق الحمض النووي إلى نظام الانقاذ الذي يحافظ على تسلسل الحمض النووي عن طريق إزالة الخطأ غير متطابق, مدرج أو القواعد المحذوفة أثناء ال ازدواجية الحمض النووي و إعادة التركيب. يعمل نظام إصلاح عدم التطابق للحفاظ على الاستقرار الجيني وسلامته. يقلل من فرص الخطأ بمقدار 20-400 ضعف في بكتريا قولونية.


محتويات

يحدث تلف الحمض النووي ، بسبب العوامل البيئية وعمليات التمثيل الغذائي الطبيعية داخل الخلية ، بمعدل 10000 إلى 1000000 آفة جزيئية لكل خلية يوميًا. [2] في حين أن هذا يشكل 0.000165٪ فقط من قواعد الجينوم البشري البالغ عددها 6 مليارات ، فإن الآفات غير المعالجة في الجينات الحرجة (مثل الجينات الكابتة للورم) يمكن أن تعوق قدرة الخلية على أداء وظيفتها وتزيد بشكل ملحوظ من احتمالية تكوين الورم والمساهمة في ذلك. إلى عدم تجانس الورم.

تؤثر الغالبية العظمى من تلف الحمض النووي على البنية الأساسية للحلزون المزدوج ، أي أن القواعد نفسها معدلة كيميائيًا. يمكن أن تؤدي هذه التعديلات بدورها إلى تعطيل البنية الحلزونية المنتظمة للجزيئات عن طريق إدخال روابط كيميائية غير أصلية أو مقاربات ضخمة لا تتناسب مع الحلزون المزدوج القياسي. على عكس البروتينات والحمض النووي الريبي ، يفتقر الحمض النووي عادةً إلى البنية الثلاثية وبالتالي لا يحدث التلف أو الاضطراب عند هذا المستوى. ومع ذلك ، فإن الحمض النووي ملفوف للغاية وملفوف حول "حزم" بروتينات تسمى الهستونات (في حقيقيات النوى) ، وكلا التركيبتين الفوقيتين عرضة لتأثيرات تلف الحمض النووي.

تحرير المصادر

يمكن تقسيم تلف الحمض النووي إلى نوعين رئيسيين:

    ضرر مثل هجوم من قبل أنواع الأكسجين التفاعلية الناتجة عن المنتجات الثانوية الأيضية العادية (طفرة تلقائية) ، وخاصة عملية نزع الأمين التأكسدي
    1. يتضمن أيضًا أخطاء النسخ المتماثل
    1. الأشعة فوق البنفسجية [UV 200-400 nm] من الشمس أو مصادر الضوء الاصطناعي الأخرى
    2. ترددات إشعاعية أخرى ، بما في ذلك الأشعة السينية وأشعة جاما أو الاضطراب الحراري
    3. بعض السموم النباتية
    4. المواد الكيميائية المسببة للطفرات من صنع الإنسان ، وخاصة المركبات العطرية التي تعمل كعوامل تداخل الحمض النووي [8]

    يمكن أن يؤدي تكرار الحمض النووي التالف قبل انقسام الخلية إلى دمج قواعد خاطئة مقابل القواعد التالفة. تحمل خلايا الابنة التي ترث هذه القواعد الخاطئة طفرات لا يمكن استرداد تسلسل الحمض النووي الأصلي منها (باستثناء الحالات النادرة للطفرة الخلفية ، على سبيل المثال ، من خلال التحويل الجيني).

    أنواع تحرير

    هناك عدة أنواع من الأضرار التي تلحق بالحمض النووي بسبب العمليات الخلوية الداخلية:

    1. أكسدة القواعد [على سبيل المثال 8-oxo-7،8-dihydroguanine (8-oxoG)] وتوليد انقطاعات شرائط DNA من أنواع الأكسجين التفاعلية ،
    2. الألكلة القواعد (عادة الميثيل) ، مثل تكوين 7-ميثيل جوانوزين ، 1-ميثيل أدينين ، 6-O-Methylguanine
    3. التحلل المائي من القواعد ، مثل نزع الآلام ، ونزع الرطوبة ، وإزالة الإثارة. (على سبيل المثال ، benzo [a] pyrene diol epoxide-dG adduct، aristolactam I-dA adduct)
    4. عدم تطابق من القواعد ، بسبب أخطاء في تكرار الحمض النووي ، حيث يتم خياطة قاعدة الحمض النووي الخاطئة في مكانها في حبلا مكونًا حديثًا من الحمض النووي ، أو يتم تخطي قاعدة الحمض النووي أو إدخالها عن طريق الخطأ.
    5. يتسبب تلف القناة الأحادية في التغيير في القاعدة النيتروجينية المفردة للحمض النووي
    6. تلف الأنبوب

    يأتي الضرر الذي تسببه العوامل الخارجية بأشكال عديدة. بعض الأمثلة هي:

    1. ضوء UV-B يسبب تشابكًا بين قواعد السيتوزين والثايمين المجاورة ديمر بيريميدين. وهذا ما يسمى الضرر المباشر للحمض النووي.
    2. ضوء الأشعة فوق البنفسجية يخلق في الغالب الجذور الحرة. يسمى الضرر الذي تسببه الجذور الحرة الضرر غير المباشر للحمض النووي.
    3. إشعاعات أيونية مثل تلك الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي أو في الأشعة الكونية يسبب فواصل في خيوط الحمض النووي. قد يؤدي الإشعاع المؤين ذو المستوى المتوسط ​​إلى تلف الحمض النووي الذي لا يمكن إصلاحه (مما يؤدي إلى حدوث أخطاء في النسخ والنسخ اللازمة للأورام أو قد يؤدي إلى تفاعلات فيروسية) مما يؤدي إلى الشيخوخة المبكرة والسرطان.
    4. اضطراب حراري في درجات الحرارة المرتفعة ، يزيد معدل التنقية (فقدان قواعد البيورين من العمود الفقري للحمض النووي) والكسر أحادي الجديلة. على سبيل المثال ، يُلاحظ التنقية المائي في البكتيريا المحبة للحرارة ، التي تنمو في الينابيع الساخنة عند 40-80 درجة مئوية. [9] [10] معدل التنقية (300 من بقايا البيورين لكل جينوم لكل جيل) مرتفع جدًا في هذه الأنواع بحيث لا يمكن إصلاحه بآلات الإصلاح العادية ، وبالتالي لا يمكن استبعاد إمكانية الاستجابة التكيفية.
    5. المواد الكيميائية الصناعية مثل كلوريد الفينيل وبيروكسيد الهيدروجين والمواد الكيميائية البيئية مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات الموجودة في الدخان والسخام والقطران تخلق تنوعًا هائلاً من قواعد الحمض النووي المقربة- قواعد الإيثينوالقواعد المؤكسدة ومركبات الفوسفوتريسترات المؤلكلة والربط المتشابك للحمض النووي ، على سبيل المثال لا الحصر.

    يعد التلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية والألكلة / المثيلة وتلف الأشعة السينية والأضرار التأكسدية أمثلة على الضرر المستحث. يمكن أن يشمل الضرر العفوي فقدان القاعدة ، نزع الأمين ، تجعيد حلقة السكر والتحول التوتوميري. يمكن الكشف عن تلف الحمض النووي (العفوي) الناجم عن المؤكسدات الداخلية على أنه مستوى منخفض من فسفرة هيستون H2AX في الخلايا غير المعالجة. [11]

    التحرير النووي مقابل الميتوكوندريا

    في الخلايا البشرية ، والخلايا حقيقية النواة بشكل عام ، يوجد الحمض النووي في موقعين خلويين - داخل النواة وداخل الميتوكوندريا. يوجد الحمض النووي (nDNA) كروماتين خلال المراحل غير التكاثرية لدورة الخلية ويتم تكثيفه في هياكل مجمعة تعرف باسم الكروموسومات أثناء انقسام الخلية. في كلتا الحالتين ، يتم ضغط الحمض النووي بشدة وينتهي حول بروتينات تشبه حبة تسمى الهستونات. كلما احتاجت الخلية إلى التعبير عن المعلومات الجينية المشفرة في nDNA الخاص بها ، يتم تفكيك منطقة الكروموسومات المطلوبة ، ويتم التعبير عن الجينات الموجودة فيها ، ثم يتم تكثيف المنطقة مرة أخرى إلى شكلها الساكن. يقع الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) داخل عضيات الميتوكوندريا ، وهو موجود في نسخ متعددة ، كما أنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بعدد من البروتينات لتشكيل معقد يعرف باسم النيوكليويد. داخل الميتوكوندريا ، أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ، أو الجذور الحرة ، المنتجات الثانوية للإنتاج المستمر للأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) عبر الفسفرة المؤكسدة ، تخلق بيئة مؤكسدة للغاية معروفة بتلف mtDNA. إن الإنزيم المهم في مواجهة سمية هذه الأنواع هو ديسموتاز الفائق ، الموجود في كل من الميتوكوندريا والسيتوبلازم للخلايا حقيقية النواة.

    شيخوخة وموت الخلايا المبرمج تحرير

    الشيخوخة ، وهي عملية لا رجعة فيها لا تنقسم فيها الخلية بعد الآن ، هي استجابة وقائية لتقصير نهايات الكروموسوم. التيلوميرات عبارة عن مناطق طويلة من الحمض النووي المتكرر غير المشفر والذي يغطي الكروموسومات ويتعرض للتدهور الجزئي في كل مرة تخضع فيها الخلية للانقسام (انظر حد Hayflick). [12] في المقابل ، الهدوء هو حالة قابلة للعكس من السكون الخلوي الذي لا علاقة له بتلف الجينوم (انظر دورة الخلية). قد يعمل الشيخوخة في الخلايا كبديل وظيفي لموت الخلايا المبرمج في الحالات التي يكون فيها الوجود المادي للخلية لأسباب مكانية مطلوبًا من قبل الكائن الحي ، [13] والذي يعمل كآلية "الملاذ الأخير" لمنع الخلية ذات الحمض النووي التالف من التكاثر بشكل غير لائق في غياب الإشارات الخلوية المؤيدة للنمو. يمكن أن يؤدي الانقسام الخلوي غير المنظم إلى تكوين ورم (انظر السرطان) ، والذي يحتمل أن يكون مميتًا للكائن الحي. لذلك ، يعتبر تحريض الشيخوخة والاستماتة جزءًا من استراتيجية الحماية من السرطان. [14]

    تحرير الطفرة

    من المهم التمييز بين تلف الحمض النووي والطفرة ، وهما النوعان الرئيسيان من أخطاء الحمض النووي. يختلف تلف الحمض النووي والطفرة اختلافًا جوهريًا. ينتج عن الضرر تشوهات فيزيائية في الحمض النووي ، مثل الانقطاعات المفردة والمزدوجة الجديلة ، وبقايا 8 هيدروكسي ديوكسي جوانوزين ، ومقاربات هيدروكربونية عطرية متعددة الحلقات. يمكن التعرف على تلف الحمض النووي بواسطة الإنزيمات ، وبالتالي يمكن إصلاحه بشكل صحيح إذا كانت المعلومات الزائدة عن الحاجة ، مثل التسلسل غير التالف في خيط الحمض النووي التكميلي أو في كروموسوم متماثل ، متاحًا للنسخ. إذا احتفظت الخلية بتلف الحمض النووي ، فيمكن منع نسخ الجين ، وبالتالي سيتم أيضًا حظر الترجمة إلى بروتين. يمكن أيضًا حظر النسخ المتماثل أو قد تموت الخلية.

    على عكس تلف الحمض النووي ، فإن الطفرة هي تغيير في التسلسل الأساسي للحمض النووي. لا يمكن التعرف على الطفرة بواسطة الإنزيمات بمجرد أن يكون التغيير الأساسي موجودًا في كل من خيوط الحمض النووي ، وبالتالي لا يمكن إصلاح الطفرة. على المستوى الخلوي ، يمكن أن تسبب الطفرات تغيرات في وظيفة البروتين وتنظيمه. يتم تكرار الطفرات عندما تتكاثر الخلية. في مجموعة من الخلايا ، تزداد الخلايا الطافرة أو تنقص في التردد وفقًا لتأثير الطفرة على قدرة الخلية على البقاء والتكاثر.

    على الرغم من اختلافهما بشكل واضح عن بعضهما البعض ، فإن تلف الحمض النووي والطفرة مرتبطان لأن تلف الحمض النووي غالبًا ما يتسبب في حدوث أخطاء في تخليق الحمض النووي أثناء التكرار أو إصلاح هذه الأخطاء التي تعد مصدرًا رئيسيًا للطفرة.

    نظرًا لخصائص تلف الحمض النووي والطفرة هذه ، يمكن ملاحظة أن تلف الحمض النووي يمثل مشكلة خاصة في الخلايا غير المنقسمة أو التي تنقسم ببطء ، حيث يميل الضرر غير المُصلح إلى التراكم بمرور الوقت. من ناحية أخرى ، في الخلايا سريعة الانقسام ، فإن تلف الحمض النووي غير المرمم الذي لا يقتل الخلية عن طريق منع التكاثر سيؤدي إلى حدوث أخطاء في التكاثر وبالتالي حدوث طفرة. الغالبية العظمى من الطفرات غير الحيادية في تأثيرها ضارة ببقاء الخلية. وهكذا ، تميل الخلايا الطافرة إلى الضياع في مجموعة من الخلايا التي تتكون منها الأنسجة ذات الخلايا المتكاثرة. ومع ذلك ، فإن الطفرات النادرة التي توفر ميزة البقاء تميل إلى التوسع نسبيًا على حساب الخلايا المجاورة في الأنسجة. هذه الميزة للخلية غير مواتية للكائن الحي بأكمله ، لأن مثل هذه الخلايا الطافرة يمكن أن تؤدي إلى الإصابة بالسرطان. وبالتالي ، فإن تلف الحمض النووي في الخلايا التي تنقسم بشكل متكرر ، لأنه يؤدي إلى حدوث طفرات ، يعد سببًا بارزًا للسرطان. في المقابل ، من المحتمل أن يكون تلف الحمض النووي في الخلايا التي لا تنقسم بشكل متكرر سببًا بارزًا للشيخوخة. [15]

    لا يمكن للخلايا أن تعمل إذا كان تلف الحمض النووي يفسد سلامة وإمكانية الوصول إلى المعلومات الأساسية في الجينوم (لكن الخلايا تظل تعمل بشكل سطحي عندما تكون الجينات غير الأساسية مفقودة أو تالفة). اعتمادًا على نوع الضرر الذي لحق بالبنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي ، تطورت مجموعة متنوعة من استراتيجيات الإصلاح لاستعادة المعلومات المفقودة. إذا أمكن ، تستخدم الخلايا الشريط التكميلي غير المعدل للحمض النووي أو الكروماتيد الشقيق كقالب لاستعادة المعلومات الأصلية. بدون الوصول إلى قالب ، تستخدم الخلايا آلية استرداد عرضة للخطأ تُعرف باسم توليف translesion كملاذ أخير.

    يؤدي الضرر الذي يلحق بالحمض النووي إلى تغيير التكوين المكاني للحلزون ، ويمكن للخلية اكتشاف مثل هذه التغييرات. بمجرد تحديد الضرر ، ترتبط جزيئات إصلاح الحمض النووي المحددة في موقع الضرر أو بالقرب منه ، مما يحفز الجزيئات الأخرى على الارتباط وتشكيل معقد يسمح بالإصلاح الفعلي.

    تحرير الانعكاس المباشر

    من المعروف أن الخلايا تقضي على ثلاثة أنواع من الضرر الذي يلحق بحمضها النووي عن طريق عكسه كيميائيًا. لا تتطلب هذه الآليات قالبًا ، نظرًا لأن أنواع الضرر التي تواجهها يمكن أن تحدث في قاعدة واحدة فقط من القواعد الأربع. آليات الانعكاس المباشر هذه خاصة بنوع الضرر المتكبّد ولا تنطوي على كسر العمود الفقري للفوسفوديستر. ينتج عن تكوين ثنائيات بيريميدين عند التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية رابطة تساهمية غير طبيعية بين قواعد بيريميدين المجاورة. تعكس عملية التنشيط الضوئي مباشرة هذا الضرر بفعل عمل إنزيم فوتولياز ، الذي يعتمد تنشيطه بشكل إلزامي على الطاقة الممتصة من الضوء الأزرق / الأشعة فوق البنفسجية (الطول الموجي 300-500 نانومتر) لتعزيز التحفيز. [16] إنزيم فوتولياز ، وهو إنزيم قديم موجود في البكتيريا والفطريات ومعظم الحيوانات لم يعد يعمل لدى البشر ، [17] الذين يستخدمون بدلاً من ذلك إصلاح استئصال النوكليوتيدات لإصلاح الضرر الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية. نوع آخر من الضرر ، هو ميثيل قواعد الجوانين ، يتم عكسه مباشرة بواسطة بروتين ميثيل جوانين ميثيل ترانسفيراز (MGMT) ، المكافئ البكتيري منه يسمى ogt. هذه عملية مكلفة لأنه لا يمكن استخدام كل جزيء MGMT إلا مرة واحدة ، يكون التفاعل مقياسًا متكافئًا وليس تحفيزيًا. [18] تُعرف الاستجابة العامة لعوامل الميثلة في البكتيريا بالاستجابة التكيفية وتعطي مستوى من المقاومة لعوامل الألكلة عند التعرض المستمر عن طريق تنظيم إنزيمات إصلاح الألكلة. [19] النوع الثالث من تلف الحمض النووي الذي تعكسه الخلايا هو مثيلة معينة لقاعدتي السيتوزين والأدينين.

    تحرير تلف الخيط الفردي

    عندما يكون هناك عيب واحد فقط من خيطي اللولب المزدوج ، يمكن استخدام الخيط الآخر كقالب لتوجيه تصحيح الخيط التالف. من أجل إصلاح الضرر الذي لحق بأحد جزيئي الحمض النووي المقترنين ، يوجد عدد من آليات إصلاح الختان التي تزيل النيوكليوتيدات التالفة وتستبدلها بنكليوتيد غير تالف مكمل لتلك الموجودة في خيط الحمض النووي غير التالف. [18]

      (BER): يتم إصلاح القواعد المفردة أو النيوكليوتيدات التالفة بشكل شائع عن طريق إزالة القاعدة أو النيوكليوتيدات المعنية ثم إدخال القاعدة الصحيحة أو النيوكليوتيدات.في إصلاح استئصال القاعدة ، يقوم إنزيم الجليكوزيلاز [20] بإزالة القاعدة التالفة من الحمض النووي عن طريق شق الرابطة بين القاعدة و deoxyribose. تزيل هذه الإنزيمات قاعدة واحدة لإنشاء موقع أبوريني أو أبيرميدين (موقع AP). [20] إنزيمات تسمى نوكليازيس AP تلتصق بالعمود الفقري للحمض النووي التالف في موقع AP. ثم يزيل بوليميراز الحمض النووي المنطقة التالفة باستخدام نشاط نوكليازه الخارجي من 5 "إلى 3" ويقوم بتوليف الخيط الجديد بشكل صحيح باستخدام الخيط التكميلي كقالب. [20] ثم يتم سد الفجوة بواسطة إنزيم ليجاسى DNA. [21] (NER): الضرر الضخم المشوه للحلزون ، مثل ثنائي بيريميدين الناجم عن ضوء الأشعة فوق البنفسجية يتم إصلاحه عادة من خلال عملية من ثلاث خطوات. أولاً ، يتم التعرف على الضرر ، ثم تتم إزالة 12-24 خيوطًا طويلة من النوكليوتيدات في كل من المنبع والمصب في موقع الضرر بواسطة نوكليازات داخلية ، ثم يتم إعادة تركيب منطقة الحمض النووي التي تمت إزالتها. [22] NER هي آلية إصلاح محفوظة تطوريًا للغاية وتستخدم في جميع الخلايا حقيقية النواة وبدائية النواة تقريبًا. [22] في بدائيات النوى ، يتم التوسط في NER بواسطة بروتينات Uvr. [22] في حقيقيات النوى ، تشارك العديد من البروتينات ، على الرغم من أن الإستراتيجية العامة هي نفسها. [22] أنظمة موجودة بشكل أساسي في جميع الخلايا لتصحيح الأخطاء التي لم يتم تصحيحها عن طريق التدقيق اللغوي. تتكون هذه الأنظمة من بروتينين على الأقل. يكتشف أحدهما عدم التطابق ، والآخر يجند نوكليازًا داخليًا يشق خيط الحمض النووي المركب حديثًا بالقرب من منطقة التلف. في بكتريا قولونية ، البروتينات المعنية هي بروتينات فئة Mut: MutS ، MutL ، و MutH. في معظم حقيقيات النوى ، يكون التناظرية لـ MutS هو MSH والنظير لـ MutL هو MLH. MH موجود فقط في البكتيريا. يتبع ذلك إزالة المنطقة التالفة بواسطة نوكلياز خارجي ، وإعادة التركيب بواسطة بوليميريز الحمض النووي ، وختم النيك بواسطة ليجاز الحمض النووي. [23]

    مزدوج حبلا فواصل تحرير

    تعتبر الفواصل المزدوجة ، حيث يتم قطع كل من خيوط اللولب المزدوج ، خطيرة بشكل خاص على الخلية لأنها يمكن أن تؤدي إلى إعادة ترتيب الجينوم. في الواقع ، عندما يكون كسر الخيط المزدوج مصحوبًا بربط متقاطع يربط بين الخيطين في نفس النقطة ، فلا يمكن استخدام أي من الخيطين كقالب لآليات الإصلاح ، بحيث لا تكون الخلية قادرة على إكمال الانقسام عندما ينقسم بعد ذلك ، ويموت أو ، في حالات نادرة ، يخضع لطفرة. [3] [4] توجد ثلاث آليات لإصلاح فواصل الشرائط المزدوجة (DSBs): انضمام طرف غير متماثل (NHEJ) ، ووصلة طرف بوساطة ميكروهومولوجي (MMEJ) ، وإعادة تركيب متماثل (HR). [18] [24] في في المختبر النظام ، حدث MMEJ في خلايا الثدييات عند مستويات 10-20 ٪ من الموارد البشرية عندما كانت آليات كل من HR و NHEJ متاحة أيضًا. [25]

    في NHEJ ، ينضم DNA Ligase IV ، وهو عبارة عن ليجاز DNA متخصص يشكل معقدًا مع العامل المساعد XRCC4 ، مباشرة إلى الطرفين. [26] لتوجيه الإصلاح الدقيق ، يعتمد NHEJ على تسلسلات متجانسة قصيرة تسمى الميكروهومولوجيات الموجودة على ذيول أحادية الجديلة لنهايات الحمض النووي المراد ربطها. إذا كانت هذه الأجزاء المتراكمة متوافقة ، فعادة ما يكون الإصلاح دقيقًا. [27] [28] [29] [30] يمكن أن تقدم NHEJ أيضًا طفرات أثناء الإصلاح. يمكن أن يؤدي فقدان النيوكليوتيدات التالفة في موقع الفاصل إلى عمليات الحذف ، والانضمام إلى أشكال نهائية غير متطابقة لإدراج أو نقل مواضع. يعتبر NHEJ مهمًا بشكل خاص قبل أن تقوم الخلية بتكرار الحمض النووي الخاص بها ، حيث لا يوجد قالب متاح للإصلاح عن طريق إعادة التركيب المتماثل. هناك مسارات "احتياطية" NHEJ في حقيقيات النوى الأعلى. [31] إلى جانب دوره كراعٍ للجينوم ، فإن NHEJ مطلوب للانضمام إلى فواصل الخيوط المزدوجة المغطاة بدبابيس الشعر الناتجة أثناء إعادة التركيب V (D) J ، وهي العملية التي تولد التنوع في مستقبلات الخلايا البائية والخلايا التائية في مناعة الفقاريات النظام. [32]

    تتطلب إعادة التركيب المتماثل وجود تسلسل متطابق أو متطابق تقريبًا لاستخدامه كقالب لإصلاح الكسر. الآلية الأنزيمية المسؤولة عن عملية الإصلاح هذه مطابقة تقريبًا للآلة المسؤولة عن تقاطع الكروموسومات أثناء الانقسام الاختزالي. يسمح هذا المسار بإصلاح الكروموسوم التالف باستخدام كروماتيد أخت (متوفر في G2 بعد تكرار الحمض النووي) أو كروموسوم متماثل كقالب. تسبب DSBs الناتجة عن آلية النسخ التي تحاول التخليق عبر كسر أحادي الخيط أو الآفة غير المعالجة انهيار شوكة النسخ ويتم إصلاحها عادةً عن طريق إعادة التركيب.

    يبدأ MMEJ باستئصال نهاية قصيرة المدى بواسطة نوكلياز MRE11 على جانبي فاصل الخيط المزدوج للكشف عن مناطق الجسيمات الدقيقة. [25] في خطوات أخرى ، [33] بولي (ADP-ribose) بوليميريز 1 (PARP1) مطلوب وقد يكون خطوة مبكرة في MMEJ. يوجد إقران بين مناطق علم الميكروبات متبوعًا بتوظيف نوكلياز داخلي 1 خاص بهيكل الرفرف (FEN1) لإزالة اللوحات المتدلية. يتبع ذلك توظيف XRCC1 – LIG3 في الموقع لربط نهايات الحمض النووي ، مما يؤدي إلى DNA سليم. دائمًا ما يكون MMEJ مصحوبًا بحذف ، بحيث يكون MMEJ مسارًا مطفرًا لإصلاح الحمض النووي. [34]

    المتطرف Deinococcus radiodurans لديه قدرة ملحوظة على النجاة من تلف الحمض النووي من الإشعاع المؤين ومصادر أخرى. يمكن لنسختين على الأقل من الجينوم ، مع فواصل عشوائية للحمض النووي ، تكوين شظايا الحمض النووي من خلال التلدين. ثم تُستخدم الأجزاء المتداخلة جزئيًا لتركيب مناطق متجانسة من خلال حلقة D متحركة يمكنها الاستمرار في التمدد حتى تجد خيوطًا شريكة مكملة. في الخطوة الأخيرة ، هناك تقاطع عن طريق إعادة التركيب المتماثل المعتمد على RecA. [35]

    تقدم Topoisomerases فواصل أحادية ومزدوجة الجدائل في سياق تغيير حالة الحمض النووي من الالتفاف الفائق ، وهو أمر شائع بشكل خاص في المناطق القريبة من شوكة النسخ المتماثل المفتوحة. لا تعتبر مثل هذه الفواصل ضررًا للحمض النووي لأنها وسيط طبيعي في الآلية الكيميائية الحيوية للتوبويزوميراز ويتم إصلاحها على الفور بواسطة الإنزيمات التي خلقتها.

    تحرير توليف Translesion

    توليف التحويل (TLS) هو عملية تحمل تلف الحمض النووي التي تسمح لآلة تكرار الحمض النووي بتكرار آفات الحمض النووي السابقة مثل ثايمين الثايمر أو مواقع AP. [36] وهو يتضمن تبديل بوليميراز الدنا العادي لبوليميراز الترانزستور المتخصص (مثل بوليميريز الحمض النووي IV أو V ، من عائلة Y Polymerase) ، غالبًا مع المواقع النشطة الأكبر التي يمكن أن تسهل إدخال القواعد المقابلة للنيوكليوتيدات التالفة. يُعتقد أن تبديل البوليميراز يتم بوساطة ، من بين عوامل أخرى ، التعديل اللاحق للترجمة لعامل معالجة النسخ المتماثل PCNA. غالبًا ما يكون للبوليميرات التخليقية التحويلية دقة منخفضة (ميل مرتفع لإدخال قواعد خاطئة) على قوالب غير تالفة بالنسبة إلى البوليميرات العادية. ومع ذلك ، فإن العديد منها فعال للغاية في إدخال القواعد الصحيحة مقابل أنواع محددة من الضرر. على سبيل المثال ، يتوسط Pol - تجاوز خالي من الأخطاء للآفات التي يسببها تشعيع الأشعة فوق البنفسجية ، في حين أن Pol - يقدم طفرات في هذه المواقع. من المعروف أن Pol يضيف الأدينين الأول عبر T ^ T photodimer باستخدام الاقتران الأساسي Watson-Crick وستتم إضافة الأدينين الثاني في شكله المتزامن باستخدام الاقتران الأساسي Hoogsteen. من المنظور الخلوي ، قد يكون المخاطرة بإدخال طفرات نقطية أثناء تخليق الترانزيت أفضل من اللجوء إلى آليات أكثر جذرية لإصلاح الحمض النووي ، والتي قد تسبب انحرافات الكروموسومات الإجمالية أو موت الخلايا. باختصار ، تتضمن العملية بوليميرات متخصصة إما لتجاوز أو إصلاح الآفات في مواقع تكاثر الحمض النووي المتوقف. على سبيل المثال ، يمكن لبوليميراز DNA البشري eta تجاوز آفات الحمض النووي المعقدة مثل الارتباط المتشابك بين الجوانين والثايمين ، G [8،5-Me] T ، على الرغم من أنه يمكن أن يتسبب في حدوث طفرات مستهدفة وشبه مستهدفة. [37] درس باروميتا رايشودري وآشيس باسو [38] السمية والطفرات من نفس الآفة في الإشريكية القولونية عن طريق تكرار G [8،5-Me] البلازميد المعدل على شكل T في بكتريا قولونية مع الضربات القاضية محددة DNA polymerase. كانت قابلية البقاء منخفضة جدًا في سلالة تفتقر إلى pol II و pol IV و pol V ، وهي بوليميرات الحمض النووي الثلاثة التي تحفز SOS ، مما يشير إلى أن توليف translesion يتم إجراؤه بشكل أساسي بواسطة بوليميرات الحمض النووي المتخصصة هذه. يتم توفير منصة الالتفاف لهذه البوليميرات عن طريق تكاثر مستضد الخلية النووية (PCNA). في ظل الظروف العادية ، يكرر PCNA المرتبط بالبوليميرات الحمض النووي. في موقع الآفة ، ينتشر PCNA في كل مكان ، أو يتم تعديله بواسطة بروتينات RAD6 / RAD18 لتوفير منصة للبوليميرات المتخصصة لتجاوز الآفة واستئناف تكرار الحمض النووي. [39] [40] بعد توليف translesion ، يلزم التمديد. يمكن تنفيذ هذا التمديد بواسطة بوليميراز مكرر إذا كان TLS خاليًا من الأخطاء ، كما في حالة Pol ، ولكن إذا نتج عن TLS عدم تطابق ، يلزم وجود بوليميراز متخصص لتمديده Pol. يعتبر Pol فريدًا من حيث أنه يمكن أن يمد عدم التطابق الطرفي ، في حين أن البوليميرات الأكثر معالجة لا يمكنها ذلك. لذلك عند مواجهة الآفة ، ستتوقف شوكة النسخ المتماثل ، وسيتحول PCNA من بوليميراز معالج إلى بوليميراز TLS مثل Pol لإصلاح الآفة ، ثم قد يتحول PCNA إلى Pol لتمديد عدم التطابق ، وسيتحول PCNA الأخير إلى البوليميراز المعالج لمواصلة النسخ المتماثل.

    الخلايا المعرضة للإشعاع المؤين أو الأشعة فوق البنفسجية أو المواد الكيميائية معرضة لاكتساب مواقع متعددة من آفات الحمض النووي الضخمة وفواصل الشرائط المزدوجة. علاوة على ذلك ، يمكن للعوامل الضارة بالحمض النووي أن تدمر الجزيئات الحيوية الأخرى مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون والحمض النووي الريبي. يعد تراكم الضرر ، ليكون محددًا ، فواصل أو تقريب مزدوج يوقف شوكات النسخ المتماثل ، من بين إشارات التحفيز المعروفة للاستجابة العالمية لتلف الحمض النووي. [41] الاستجابة العالمية للضرر هي فعل موجه نحو الحفاظ على الخلايا ويطلق مسارات متعددة لإصلاح الجزيئات الكبيرة ، أو تجاوز الآفة ، أو التحمل ، أو موت الخلايا المبرمج. السمات المشتركة للاستجابة العالمية هي تحريض جينات متعددة ، وتوقف دورة الخلية ، وتثبيط انقسام الخلايا.

    الخطوات الأولية تحرير

    يمثل تغليف الحمض النووي حقيقيات النوى في كروماتين حاجزًا أمام جميع العمليات القائمة على الحمض النووي التي تتطلب توظيف الإنزيمات في مواقع عملها. للسماح بإصلاح الحمض النووي ، يجب إعادة تشكيل الكروماتين. في حقيقيات النوى ، تعتبر مجمعات إعادة تشكيل الكروماتين المعتمدة على ATP والإنزيمات المعدلة للهيستون عاملين سائدين يستخدمان لإنجاز عملية إعادة التشكيل هذه. [42]

    يحدث استرخاء الكروماتين بسرعة في موقع تلف الحمض النووي. [43] [44] في واحدة من الخطوات الأولى ، بروتين كيناز المنشط بالإجهاد ، c-Jun N-terminal kinase (JNK) ، فسفوريلات SIRT6 على سيرين 10 استجابة لانكسار الشريط المزدوج أو أي تلف آخر في الحمض النووي. [45] هذا التعديل اللاحق للترجمة يسهل تحريك SIRT6 إلى مواقع تلف الحمض النووي ، وهو مطلوب للتوظيف الفعال للبوليميراز 1 (ADP-ribose) (PARP1) في مواقع كسر الحمض النووي ولإصلاح أجهزة DSBs بكفاءة. [45] يبدأ بروتين PARP1 في الظهور في مواقع تلف الحمض النووي في أقل من ثانية ، مع تراكم نصف أقصى خلال 1.6 ثانية بعد حدوث الضرر. [46] يصنع PARP1 سلاسل بوليمرية أدينوزين ثنائي فوسفات ريبوز (بولي (ADP-ريبوز) أو PAR) على نفسه. بعد ذلك ، يتم ربط جهاز إعادة تشكيل الكروماتين ALC1 بسرعة بمنتج إجراء PARP1 ، وهو عبارة عن سلسلة ريبوز متعددة ADP ، ويكمل ALC1 الوصول إلى تلف الحمض النووي في غضون 10 ثوانٍ من حدوث الضرر. [44] حوالي نصف الحد الأقصى من استرخاء الكروماتين ، الذي يُفترض أنه بسبب عمل ALC1 ، يحدث بمقدار 10 ثوانٍ. [44] هذا يسمح بعد ذلك بتوظيف إنزيم إصلاح الحمض النووي MRE11 ، لبدء إصلاح الحمض النووي ، في غضون 13 ثانية. [46]

    γH2AX ، الشكل الفسفوري لـ H2AX متورط أيضًا في الخطوات المبكرة التي تؤدي إلى فك تكثف الكروماتين بعد فواصل الحمض النووي المزدوج. يشكل متغير هيستون H2AX حوالي 10٪ من هيستون H2A في الكروماتين البشري. [47] يمكن الكشف عن γH2AX (H2AX فسفرته على سيرين 139) في أقرب وقت بعد 20 ثانية من تشعيع الخلايا (مع تشكيل كسر مزدوج للحمض النووي) ، ويحدث نصف الحد الأقصى لتراكم γH2AX في دقيقة واحدة. [47] مدى الكروماتين مع γH2AX الفسفوري هو حوالي مليوني زوج قاعدي في موقع كسر الحمض النووي المزدوج. [47] لا يسبب γH2AX في حد ذاته تفكك الكروماتين ، ولكن في غضون 30 ثانية من التشعيع ، يمكن اكتشاف بروتين RNF8 بالاقتران مع γH2AX. [48] ​​يتوسط RNF8 تفكيك كروماتين واسع النطاق ، من خلال تفاعله اللاحق مع CHD4 ، [49] أحد مكونات إعادة تشكيل الجسيم النووي ومركب ديستيلاز NuRD.

    يحدث DDB2 في مجمع غير متجانس مع DDB1. يتضافر هذا المركب مع بروتين ubiquitin ligase CUL4A [50] ومع PARP1. [51] يرتبط هذا المركب الأكبر بسرعة بالضرر الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية داخل الكروماتين ، مع اكتمال نصف الحد الأقصى للارتباط في 40 ثانية. [50] بروتين PARP1 ، مرتبط بكل من DDB1 و DDB2 ، ثم PARylates (ينشئ سلسلة ريبوز متعددة ADP) على DDB2 الذي يجذب بروتين إعادة تشكيل الحمض النووي ALC1. [51] يعمل عمل ALC1 على إرخاء الكروماتين في موقع تلف الحمض النووي للأشعة فوق البنفسجية. يسمح هذا الاسترخاء للبروتينات الأخرى في مسار إصلاح ختان النوكليوتيدات بالدخول إلى الكروماتين وإصلاح الأضرار التي تسببها الأشعة فوق البنفسجية السيكلوبوتان بيريميدين.

    بعد إعادة تشكيل الكروماتين السريع ، يتم تنشيط نقاط فحص دورة الخلية للسماح بإصلاح الحمض النووي قبل أن تتقدم دورة الخلية. أولاً ، يتم تنشيط اثنين من كينازات ، أجهزة الصراف الآلي و ATR في غضون 5 أو 6 دقائق بعد تلف الحمض النووي. يتبع ذلك فسفرة بروتين نقطة تفتيش دورة الخلية Chk1 ، لبدء وظيفتها ، بعد حوالي 10 دقائق من تلف الحمض النووي. [52]

    نقاط فحص تلف الحمض النووي تحرير

    بعد تلف الحمض النووي ، يتم تنشيط نقاط تفتيش دورة الخلية. يعمل تنشيط نقطة التفتيش على إيقاف دورة الخلية مؤقتًا ويمنح الخلية وقتًا لإصلاح الضرر قبل الاستمرار في الانقسام. تحدث نقاط فحص تلف الحمض النووي عند حدود G1 / S و G2 / M. توجد أيضًا نقطة تفتيش داخلية. يتم التحكم في تنشيط نقاط التفتيش بواسطة حركتين رئيسيتين ، أجهزة الصراف الآلي و ATR. يستجيب ATM لانكسارات الحمض النووي المزدوجة واضطرابات بنية الكروماتين ، [53] بينما يستجيب ATR بشكل أساسي لشوكات النسخ المتماثل المتوقفة. تعمل هذه الكينازات على فسفوريلات أهداف المصب في سلسلة تحويل الإشارة ، مما يؤدي في النهاية إلى إيقاف دورة الخلية. تم تحديد فئة من بروتينات وسيط نقاط التفتيش بما في ذلك BRCA1 و MDC1 و 53BP1. [54] يبدو أن هذه البروتينات مطلوبة لنقل إشارة تنشيط نقطة التفتيش إلى بروتينات المصب.

    نقطة تفتيش تلف الحمض النووي هو مسار تحويل الإشارة الذي يمنع تقدم دورة الخلية في G1 و G2 و metaphase ويبطئ معدل تقدم المرحلة S عند تلف الحمض النووي. يؤدي إلى توقف مؤقت في دورة الخلية مما يتيح للخلية وقتًا لإصلاح الضرر قبل الاستمرار في الانقسام.

    يمكن فصل بروتينات نقاط التفتيش إلى أربع مجموعات: فوسفاتيديلينوسيتول 3-كيناز (PI3K) - مثل بروتين كيناز ، مجموعة تشبه مستضد الخلية النووية (PCNA) ، واثنين من كينازات سيرين / ثريونين (S / T) ومحولاتها. هناك زوج من كينازات البروتين الكبيرة التي تنتمي إلى المجموعة الأولى من كينازات البروتين الشبيهة بـ PI3K-the ATM (Ataxia telangiectasia mutated) و ATR (Ataxia- and Rad-related) ، والتي يكون تسلسلها ووظائفها أمرًا أساسيًا لجميع استجابات نقاط التفتيش التي يسببها تلف الحمض النووي. تم حفظها جيدًا في التطور. تتطلب جميع استجابة تلف الحمض النووي إما ATM أو ATR لأن لديهم القدرة على الارتباط بالكروموسومات في موقع تلف الحمض النووي ، جنبًا إلى جنب مع البروتينات الملحقة التي تعد منصات يمكن تجميع مكونات استجابة تلف الحمض النووي ومجمعات إصلاح الحمض النووي عليها.

    هدف مهم في المصب لـ ATM و ATR هو p53 ، حيث إنه مطلوب للحث على موت الخلايا المبرمج بعد تلف الحمض النووي. [55] يتم تحفيز مثبط الكيناز المعتمد على السيكلين p21 عن طريق كل من الآليات المعتمدة على p53 والمستقلة عن p53 ويمكنه إيقاف دورة الخلية عند نقطتي تفتيش G1 / S و G2 / M عن طريق إلغاء تنشيط مجمعات كيناز المعتمدة على السيكلين / السيكلين. [56]

    تحرير استجابة SOS بدائية النواة

    استجابة SOS هي التغييرات في التعبير الجيني في الإشريكية القولونية والبكتيريا الأخرى استجابة لتلف الحمض النووي الواسع. يتم تنظيم نظام SOS بدائية النواة بواسطة نوعين من البروتينات الرئيسية: LexA و RecA. يعد جهاز LexA homodimer أداة ضغط نسخية ترتبط بتسلسلات المشغل التي يشار إليها عادةً باسم مربعات SOS. في الإشريكية القولونية من المعروف أن LexA ينظم نسخ ما يقرب من 48 جينًا بما في ذلك جينات lexA و recA. [57] من المعروف أن استجابة SOS منتشرة على نطاق واسع في مجال البكتيريا ، ولكنها غالبًا ما تكون غائبة في بعض الشعب البكتيرية ، مثل Spirochetes. [58] الإشارات الخلوية الأكثر شيوعًا التي تنشط استجابة SOS هي مناطق الحمض النووي أحادي الجديلة (ssDNA) ، والتي تنشأ من تعطل شوكات النسخ المتماثل أو فواصل الشرائط المزدوجة ، والتي تتم معالجتها بواسطة هليكاز الحمض النووي لفصل خيوط الحمض النووي. [41] في خطوة البدء ، يرتبط بروتين RecA بـ ssDNA في تفاعل مدفوع بالتحلل المائي لـ ATP مكونًا خيوط RecA-ssDNA. تعمل خيوط RecA-ssDNA على تنشيط نشاط LexA autoprotease ، والذي يؤدي في النهاية إلى انشقاق ثنائيات LexA وتدهور LexA اللاحق. يؤدي فقدان مثبط LexA إلى نسخ جينات SOS ويسمح بمزيد من تحريض الإشارة وتثبيط انقسام الخلايا وزيادة مستويات البروتينات المسؤولة عن معالجة التلف.

    في الإشريكية القولونية، مربعات SOS عبارة عن تسلسل طويل من 20 نيوكليوتيد بالقرب من محفزات ذات بنية متجانسة ودرجة عالية من حفظ التسلسل. في الفئات والشعب الأخرى ، يختلف تسلسل مربعات SOS اختلافًا كبيرًا ، باختلاف الطول والتركيب ، لكنها دائمًا ما تكون محفوظة بدرجة عالية وإحدى أقوى الإشارات القصيرة في الجينوم. [58] محتوى المعلومات العالي في صناديق SOS يسمح بالربط التفاضلي لـ LexA بمروجين مختلفين ويسمح بتوقيت استجابة SOS. يتم تحفيز جينات إصلاح الآفة في بداية استجابة SOS. يتم تحفيز بوليميرات الترانزستور المعرضة للخطأ ، على سبيل المثال ، UmuCD'2 (وتسمى أيضًا DNA polymerase V) ، لاحقًا كملاذ أخير. [59] بمجرد إصلاح تلف الحمض النووي أو تجاوزه باستخدام بوليميراز أو من خلال إعادة التركيب ، تقل كمية الحمض النووي أحادي الجديلة في الخلايا ، ويقلل خفض كميات خيوط RecA من نشاط الانقسام لـ LexA homodimer ، والذي يرتبط بعد ذلك بصناديق SOS القريبة المروجين ويعيد التعبير الجيني الطبيعي.

    تحرير الاستجابات النسخية حقيقية النواة لتلف الحمض النووي

    تقوم الخلايا حقيقية النواة التي تتعرض لعوامل ضارة بالحمض النووي بتنشيط مسارات دفاعية مهمة عن طريق تحفيز بروتينات متعددة تشارك في إصلاح الحمض النووي والتحكم في نقطة تفتيش دورة الخلية والاتجار بالبروتينات وتدهورها. هذه الاستجابة النسخية العريضة للجينوم معقدة للغاية ومنظمة بإحكام ، مما يسمح بالاستجابة العالمية المنسقة للضرر. التعرض للخميرة خميرة الخميرة إلى العوامل المدمرة للحمض النووي يؤدي إلى تشكيلات نسخ متداخلة ولكنها مميزة. تشير أوجه التشابه مع الاستجابة للصدمات البيئية إلى وجود مسار استجابة عالمي عام للإجهاد على مستوى التنشيط النسخي. في المقابل ، تستجيب أنواع مختلفة من الخلايا البشرية للضرر بشكل مختلف مما يشير إلى عدم وجود استجابة عالمية مشتركة.قد يكون التفسير المحتمل لهذا الاختلاف بين الخميرة والخلايا البشرية في عدم تجانس خلايا الثدييات. في الحيوان ، تتوزع أنواع مختلفة من الخلايا بين أعضاء مختلفة طورت حساسيات مختلفة لتلف الحمض النووي. [60]

    بشكل عام ، تتضمن الاستجابة العالمية لتلف الحمض النووي التعبير عن جينات متعددة مسؤولة عن إصلاح ما بعد النسخ ، وإعادة التركيب المتماثل ، وإصلاح ختان النيوكليوتيدات ، ونقطة تفتيش تلف الحمض النووي ، وتنشيط النسخ العالمي ، والجينات التي تتحكم في تحلل الرنا المرسال ، وغيرها الكثير. يترك قدر كبير من الضرر الذي يلحق بالخلية قرارًا مهمًا: الخضوع لموت الخلايا المبرمج والموت ، أو البقاء على قيد الحياة على حساب العيش مع جينوم معدل. يمكن أن تؤدي زيادة تحمل الضرر إلى زيادة معدل البقاء على قيد الحياة مما يسمح بتراكم أكبر للطفرات. الخميرة Rev1 والبوليميراز البشري η هما عضوان في [بوليميراز الحمض النووي لترانزستور الأسرة Y الموجود أثناء الاستجابة العالمية لتلف الحمض النووي وهما مسؤولان عن الطفرات المحسّنة أثناء الاستجابة العالمية لتلف الحمض النووي في حقيقيات النوى. [41]

    الآثار المرضية لضعف إصلاح الحمض النووي

    غالبًا ما تُظهر الحيوانات التجريبية التي تعاني من قصور جيني في إصلاح الحمض النووي انخفاضًا في العمر الافتراضي وزيادة الإصابة بالسرطان. [15] على سبيل المثال ، الفئران التي تعاني من نقص في مسار NHEJ المهيمن وفي آليات صيانة التيلومير تصاب بسرطان الغدد الليمفاوية والالتهابات في كثير من الأحيان ، ونتيجة لذلك ، يكون لها عمر أقصر من الفئران البرية. [61] وبطريقة مماثلة ، فإن الفئران التي تعاني من نقص في بروتين الإصلاح والنسخ الرئيسي الذي يحل حلزونات الحمض النووي لديها بداية مبكرة للأمراض المرتبطة بالشيخوخة وبالتالي تقصير العمر. [62] ومع ذلك ، ليس كل نقص في إصلاح الحمض النووي يخلق بالضبط التأثيرات المتوقعة التي تعاني منها الفئران التي تعاني من نقص في مسار NER والتي تظهر تقصير فترة الحياة دون معدلات طفرة أعلى. [63]

    إذا تجاوز معدل تلف الحمض النووي قدرة الخلية على إصلاحه ، فإن تراكم الأخطاء يمكن أن يطغى على الخلية ويؤدي إلى الشيخوخة المبكرة أو موت الخلايا المبرمج أو السرطان. تؤدي الأمراض الوراثية المرتبطة بأداء إصلاح الحمض النووي الخاطئ إلى الشيخوخة المبكرة ، [15] وزيادة الحساسية للمواد المسرطنة ، وبالتالي زيادة خطر الإصابة بالسرطان (انظر أدناه). من ناحية أخرى ، فإن الكائنات الحية ذات أنظمة إصلاح الحمض النووي المحسنة ، مثل Deinococcus radiodurans، أكثر الكائنات الحية المعروفة مقاومة للإشعاع ، يُظهر مقاومة ملحوظة للتأثيرات المحفزة للكسر المزدوج للنشاط الإشعاعي ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى تحسين كفاءة إصلاح الحمض النووي وخاصة NHEJ. [64]

    طول العمر وتقييد السعرات الحرارية

    تم تحديد عدد من الجينات الفردية على أنها تؤثر على التغيرات في مدى الحياة داخل مجموعة من الكائنات الحية. تأثير هذه الجينات يعتمد بشدة على البيئة ، على وجه الخصوص ، على النظام الغذائي للكائن الحي. يؤدي تقييد السعرات الحرارية بشكل متكاثر إلى إطالة العمر الافتراضي لمجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، على الأرجح عبر مسارات استشعار المغذيات وانخفاض معدل الأيض. الآليات الجزيئية التي يؤدي من خلالها مثل هذا التقييد إلى إطالة العمر غير واضحة حتى الآن (انظر [65] للحصول على بعض المناقشات) ومع ذلك ، يتم تغيير سلوك العديد من الجينات المعروفة بالمشاركة في إصلاح الحمض النووي في ظل ظروف تقييد السعرات الحرارية. تم إثبات أن العديد من العوامل التي تم الإبلاغ عن امتلاكها لخصائص مضادة للشيخوخة تخفف من المستوى التكويني لإشارات mTOR ، وهو دليل على تقليل النشاط الأيضي ، وفي نفس الوقت تقلل المستوى التكويني لتلف الحمض النووي الناجم عن أنواع الأكسجين التفاعلية المتولدة داخليًا. [66]

    على سبيل المثال ، زيادة جرعة الجين من الجين SIR-2 ، الذي ينظم تغليف الحمض النووي في دودة الديدان الخيطية أنواع معينة انيقة، يمكن أن يطيل بشكل كبير من العمر الافتراضي. [67] من المعروف أن متماثل الثدييات لـ SIR-2 يحفز عوامل إصلاح الحمض النووي المتضمنة في NHEJ ، وهو نشاط يتم تعزيزه بشكل خاص في ظل ظروف تقييد السعرات الحرارية. [68] تم تقييد السعرات الحرارية مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بمعدل إصلاح استئصال القاعدة في الحمض النووي النووي للقوارض ، [69] على الرغم من عدم ملاحظة تأثيرات مماثلة في الحمض النووي للميتوكوندريا. [70]

    ال C. ايليجانس الجين AGE-1 ، المستجيب الأولي لمسارات إصلاح الحمض النووي ، يمنح فترة حياة ممتدة بشكل كبير في ظل ظروف التغذية الحرة ولكنه يؤدي إلى انخفاض في اللياقة الإنجابية في ظل ظروف تقييد السعرات الحرارية. [71] تدعم هذه الملاحظة نظرية تعدد الأشكال للأصول البيولوجية للشيخوخة ، والتي تشير إلى أن الجينات التي تمنح ميزة بقاء كبيرة في وقت مبكر من الحياة سيتم اختيارها حتى لو كانت تحمل عيبًا مماثلًا في وقت متأخر من الحياة.

    تعديل اضطرابات إصلاح الحمض النووي الوراثي

    عيوب آلية NER مسؤولة عن العديد من الاضطرابات الوراثية ، بما في ذلك:

      : فرط الحساسية لأشعة الشمس / الأشعة فوق البنفسجية ، مما يؤدي إلى زيادة الإصابة بسرطان الجلد والشيخوخة المبكرة: فرط الحساسية للأشعة فوق البنفسجية والعوامل الكيميائية: البشرة الحساسة ، والشعر الهش والأظافر.

    غالبًا ما يصاحب التخلف العقلي الاضطرابين الأخيرين ، مما يشير إلى زيادة ضعف الخلايا العصبية التنموية.

    تشمل اضطرابات إصلاح الحمض النووي الأخرى:

      : الشيخوخة المبكرة والنمو المتخلف: فرط الحساسية لأشعة الشمس ، ارتفاع معدل الإصابة بالأورام الخبيثة (خاصة اللوكيميا). : الحساسية للأشعة المؤينة وبعض العوامل الكيميائية

    غالبًا ما يطلق على جميع الأمراض المذكورة أعلاه اسم "الشيخوخة القطاعية" ("أمراض الشيخوخة المتسارعة") لأن ضحاياها يظهرون من كبار السن ويعانون من أمراض مرتبطة بالشيخوخة في سن مبكرة بشكل غير طبيعي ، بينما لا تظهر جميع أعراض الشيخوخة.

    تشمل الأمراض الأخرى المرتبطة بوظيفة إصلاح الحمض النووي المنخفضة فقر الدم فانكوني وسرطان الثدي الوراثي وسرطان القولون الوراثي.

    بسبب القيود المتأصلة في آليات إصلاح الحمض النووي ، إذا عاش البشر لفترة كافية ، فإنهم جميعًا سيصابون بالسرطان في النهاية. [72] [73] هناك ما لا يقل عن 34 طفرة جينية وراثية لإصلاح الحمض النووي البشري تزيد من خطر الإصابة بالسرطان. يتسبب العديد من هذه الطفرات في أن يكون إصلاح الحمض النووي أقل فعالية من الطبيعي. على وجه الخصوص ، يرتبط سرطان القولون والمستقيم الوراثي (HNPCC) ارتباطًا وثيقًا بطفرات معينة في مسار إصلاح عدم تطابق الحمض النووي. BRCA1 و BRCA2، وهما جينان مهمان تمنح طفراتهما خطرًا متزايدًا للإصابة بسرطان الثدي لدى حاملات المرض ، [74] كلاهما مرتبطان بعدد كبير من مسارات إصلاح الحمض النووي ، وخاصة NHEJ وإعادة التركيب المتماثل.

    تعمل إجراءات علاج السرطان مثل العلاج الكيميائي والعلاج الإشعاعي على زيادة قدرة الخلية على إصلاح تلف الحمض النووي ، مما يؤدي إلى موت الخلايا. تتأثر الخلايا التي تنقسم بسرعة أكبر - الخلايا السرطانية في الغالب - بشكل تفضيلي. التأثير الجانبي هو أن الخلايا الأخرى غير السرطانية ولكن سريعة الانقسام مثل الخلايا السلفية في الأمعاء والجلد والجهاز المكون للدم تتأثر أيضًا. تحاول علاجات السرطان الحديثة تحديد موقع تلف الحمض النووي للخلايا والأنسجة المرتبطة بالسرطان فقط ، إما بالوسائل الفيزيائية (تركيز العامل العلاجي في منطقة الورم) أو بالوسائل الكيميائية الحيوية (استغلال ميزة فريدة للخلايا السرطانية في الجسم) . في سياق العلاجات التي تستهدف جينات الاستجابة لتلف الحمض النووي ، يُطلق على النهج الأخير اسم "الفتك الاصطناعي". [75]

    ولعل أشهر هذه الأدوية المميتة الاصطناعية هو مثبط بوليميريز 1 (PARP1) بوليميراز 1 (PARP1) ، والذي تمت الموافقة عليه من قبل إدارة الغذاء والدواء في عام 2015 لعلاج النساء من المبيض المعيب BRCA. سرطان. تعتمد الخلايا السرطانية ذات الفقد الجزئي لاستجابة تلف الحمض النووي (على وجه التحديد ، إصلاح إعادة التركيب المتماثل) على آلية أخرى - إصلاح كسر الخيط المفرد - وهي آلية تتكون جزئيًا من منتج الجين PARP1. [76] يتم دمج Olaparib مع العلاجات الكيميائية لمنع إصلاح كسر الخيط المفرد الناجم عن تلف الحمض النووي الناجم عن العلاج الكيميائي المشترك. الخلايا السرطانية التي تعتمد على آلية إصلاح الحمض النووي المتبقية غير قادرة على إصلاح الضرر وبالتالي فهي غير قادرة على البقاء والتكاثر ، في حين أن الخلايا الطبيعية يمكنها إصلاح الضرر بآلية إعادة التركيب المتجانسة العاملة.

    العديد من الأدوية الأخرى المستخدمة ضد آليات إصلاح الحمض النووي المتبقية الشائعة في السرطان قيد التحقيق حاليًا. ومع ذلك ، فقد تم التشكيك في الأساليب العلاجية المميتة الاصطناعية بسبب الأدلة الناشئة على المقاومة المكتسبة ، والتي تم تحقيقها من خلال إعادة توصيل مسارات الاستجابة لتلف الحمض النووي وعكس العيوب التي تم تثبيتها سابقًا. [77]

    عيوب إصلاح الحمض النووي في السرطان تحرير

    لقد أصبح من الواضح على مدى السنوات العديدة الماضية أن استجابة تلف الحمض النووي تعمل كحاجز للتحول الخبيث للخلايا السابقة للأورام. [78] وقد أظهرت الدراسات السابقة استجابة مرتفعة لتلف الحمض النووي في نماذج زراعة الخلايا مع تنشيط الجينات الورمية [79] وأورام القولون الغدية السابقة للورم. [80] تؤدي آليات الاستجابة لتلف الحمض النووي إلى توقف دورة الخلية ومحاولة إصلاح آفات الحمض النووي أو تعزيز موت الخلايا / الشيخوخة إذا لم يكن الإصلاح ممكنًا. لوحظ إجهاد النسخ المتماثل في الخلايا السابقة للأورام بسبب زيادة إشارات الانتشار من الطفرات السرطانية. يتميز إجهاد النسخ المتماثل بـ: زيادة بدء النسخ المتماثل / إطلاق النار الأصلي زيادة النسخ وتصادمات معقدات النسخ المتماثل زيادة نقص النوكليوتيدات في أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS). [81]

    إجهاد النسخ ، جنبًا إلى جنب مع اختيار تعطيل الطفرات في جينات الاستجابة لتلف الحمض النووي في تطور الورم ، [82] يؤدي إلى تقليل التنظيم و / أو فقدان بعض آليات الاستجابة لتلف الحمض النووي ، وبالتالي فقدان إصلاح الحمض النووي و / أو الشيخوخة / موت الخلية المبرمج. في نماذج الفئران التجريبية ، لوحظ فقدان شيخوخة الخلايا الناتجة عن استجابة الحمض النووي بعد استخدام RNA قصير الشعر (shRNA) لتثبيط استجابة الانكسار المزدوج للكيناز ، ترنح الشعيرات الدموية (ATM) ، مما يؤدي إلى زيادة حجم الورم والغزو. [80] إن البشر الذين يولدون بعيوب وراثية في آليات إصلاح الحمض النووي (على سبيل المثال ، متلازمة Li-Fraumeni) يكونون أكثر عرضة للإصابة بالسرطان. [83]

    يختلف انتشار طفرات الاستجابة لتلف الحمض النووي باختلاف أنواع السرطان ، على سبيل المثال ، 30٪ من سرطانات الثدي الغازية بها طفرات في الجينات المشاركة في إعادة التركيب المتماثل. [78] في السرطان ، لوحظ انخفاض التنظيم في جميع آليات الاستجابة لتلف الحمض النووي (إصلاح استئصال القاعدة (BER) ، وإصلاح ختان النيوكليوتيدات (NER) ، وإصلاح عدم تطابق الحمض النووي (MMR) ، وإصلاح إعادة التركيب المتماثل (HR) ، والانضمام غير المتماثل للطرف ( NHEJ) وتخليق DNA translesion (TLS). بالإضافة إلى الطفرات في جينات إصلاح تلف الحمض النووي ، تظهر الطفرات أيضًا في الجينات المسؤولة عن إيقاف دورة الخلية لإتاحة الوقت الكافي لحدوث إصلاح الحمض النووي ، وتشارك بعض الجينات في كل من إصلاح تلف الحمض النووي والتحكم في نقطة تفتيش دورة الخلية ، على سبيل المثال أجهزة الصراف الآلي ونقطة التفتيش كيناز 2 (CHEK2) - مثبط للورم غالبًا ما يكون غائبًا أو خاضعًا للتنظيم في سرطان الرئة ذو الخلايا غير الصغيرة.

    الموارد البشرية NHEJ SSA FA BER NER معدل وفيات الأمهات
    ماكينة الصراف الآلي x x x
    ATR x x x
    باكسيب x x
    RPA x x x
    BRCA1 x x
    BRCA2 x x
    RAD51 x x
    RFC x x x
    XRCC1 x x
    PCNA x x x
    PARP1 x x
    ERCC1 x x x x
    MSH3 x x x

    الجدول: الجينات المشاركة في مسارات الاستجابة لتلف الحمض النووي والمتحورة بشكل متكرر في السرطان (HR = إعادة التركيب المتماثل NHEJ = نهاية غير متجانسة الانضمام إلى SSA = التلدين أحادي الخيط FA = مسار فقر الدم fanconi BER = إصلاح الختان الأساسي NER = إصلاح استئصال النوكليوتيدات MMR = عدم التطابق يصلح)

    عيوب إصلاح الحمض النووي الوراثي في ​​السرطان تحرير

    تقليديًا ، يُنظر إلى السرطان على أنه مجموعة من الأمراض التي تحركها تشوهات وراثية تقدمية تشمل طفرات في الجينات الكابتة للورم والجينات المسرطنة ، والزيغ الصبغي. ومع ذلك ، فقد أصبح من الواضح أن السرطان مدفوع أيضًا بالتغيرات اللاجينية. [86]

    تشير التعديلات اللاجينية إلى التعديلات الوظيفية ذات الصلة بالجينوم والتي لا تنطوي على تغيير في تسلسل النيوكليوتيدات. ومن الأمثلة على هذه التعديلات التغييرات في مثيلة الحمض النووي (فرط الميثيل ونقص الميثيل) وتعديل الهيستون ، [87] والتغيرات في بنية الكروموسومات (الناتجة عن التعبير غير المناسب للبروتينات مثل HMGA2 أو HMGA1) والتغيرات التي تسببها الرنا الميكروي. يعمل كل من هذه التعديلات اللاجينية على تنظيم التعبير الجيني دون تغيير تسلسل الحمض النووي الأساسي. عادة ما تبقى هذه التغييرات من خلال الانقسامات الخلوية ، وتدوم لأجيال خلايا متعددة ، ويمكن اعتبارها على أنها تداعيات (مكافئة للطفرات).

    في حين تم العثور على أعداد كبيرة من التغيرات اللاجينية في السرطانات ، يبدو أن التعديلات اللاجينية في جينات إصلاح الحمض النووي ، والتي تسبب انخفاض التعبير عن بروتينات إصلاح الحمض النووي ، مهمة بشكل خاص. يُعتقد أن مثل هذه التغييرات تحدث في وقت مبكر من التقدم إلى السرطان وتكون سببًا محتملًا لخاصية عدم الاستقرار الجيني التي تتميز بها السرطانات. [89] [90] [91]

    انخفاض التعبير عن جينات إصلاح الحمض النووي يسبب نقصًا في إصلاح الحمض النووي. عندما يكون إصلاح الحمض النووي ناقصًا ، تظل أضرار الحمض النووي في الخلايا أعلى من المستوى المعتاد وتؤدي هذه الأضرار الزائدة إلى زيادة تواتر الطفرات أو الطفرات. تزداد معدلات الطفرات بشكل كبير في الخلايا المعيبة في إصلاح عدم تطابق الحمض النووي [92] [93] أو في الإصلاح التأشبي المتماثل (HRR). [94] إعادة ترتيب الكروموسومات واختلال الصيغة الصبغية يزيدان أيضًا في الخلايا المعيبة HRR. [95]

    لا تؤدي المستويات المرتفعة من تلف الحمض النووي إلى زيادة الطفرات فحسب ، بل تؤدي أيضًا إلى زيادة الإصابة بالدم. أثناء إصلاح فواصل شرائط الحمض النووي المزدوجة ، أو إصلاح أضرار أخرى للحمض النووي ، يمكن أن تتسبب مواقع الإصلاح التي تم تطهيرها بشكل غير كامل في إسكات الجينات اللاجينية. [96] [97]

    يمكن أن يتسبب التعبير الناقص لبروتينات إصلاح الحمض النووي بسبب طفرة موروثة في زيادة خطر الإصابة بالسرطان. الأفراد الذين يعانون من ضعف وراثي في ​​أي من الجينات الـ 34 لإصلاح الحمض النووي (انظر مقالة اضطراب نقص إصلاح الحمض النووي) لديهم مخاطر متزايدة للإصابة بالسرطان ، مع بعض العيوب التي تسبب السرطان بنسبة تصل إلى 100٪ (مثل طفرات p53). [98] ومع ذلك ، فإن مثل هذه الطفرات الجرثومية (التي تسبب متلازمات سرطانية شديدة الاختراق) هي سبب حوالي 1٪ فقط من السرطانات. [99]

    تواتر epimutations في جينات إصلاح الحمض النووي تحرير

    تحدث أوجه القصور في إنزيمات إصلاح الحمض النووي أحيانًا بسبب طفرة جسدية ناشئة حديثًا في جين إصلاح الحمض النووي ، ولكنها تحدث في كثير من الأحيان بسبب التغيرات اللاجينية التي تقلل أو تكتم التعبير عن جينات إصلاح الحمض النووي. على سبيل المثال ، عندما تم فحص 113 سرطان القولون والمستقيم بالتسلسل ، كان لأربعة فقط طفرة مغلوطة في جين إصلاح الحمض النووي MGMT ، في حين أن الغالبية قللت من تعبير MGMT بسبب مثيلة منطقة المروج MGMT (تغيير فوق جيني). [100] وجدت خمس دراسات مختلفة أن ما بين 40٪ و 90٪ من سرطانات القولون والمستقيم قللت من تعبير MGMT بسبب مثيلة منطقة المروج MGMT. [101] [102] [103] [104] [105]

    وبالمثل ، من بين 119 حالة من حالات سرطان القولون والمستقيم التي تعاني من قصور في الإصلاح والتي تفتقر إلى التعبير الجيني لإصلاح الحمض النووي PMS2 ، كان PMS2 ناقصًا في 6 حالات بسبب الطفرات في جين PMS2 ، بينما في 103 حالات كان تعبير PMS2 ناقصًا لأن شريكه في الاقتران MLH1 تم قمعه بسبب لتحفيز المثيلة (بروتين PMS2 غير مستقر في غياب MLH1). [106] في الحالات العشر الأخرى ، من المحتمل أن يكون فقدان التعبير PMS2 ناتجًا عن فرط التعبير اللاجيني للـ microRNA ، miR-155 ، الذي ينظم MLH1. [107]

    في مثال آخر ، تم العثور على عيوب جينية في أنواع مختلفة من السرطان (مثل الثدي والمبيض والقولون والمستقيم والرأس والرقبة). اثنين أو ثلاثة من أوجه القصور في التعبير عن ERCC1 ، XPF أو PMS2 تحدث في وقت واحد في غالبية 49 سرطان القولون تقييمها Facista وآخرون. [108]

    يوضح الرسم البياني في هذا القسم بعض العوامل التي تتسبب في تلف الحمض النووي بشكل متكرر ، وأمثلة على آفات الحمض النووي التي تسببها ، والمسارات التي تتعامل مع أضرار الحمض النووي هذه. يتم استخدام 169 إنزيمًا على الأقل بشكل مباشر في إصلاح الحمض النووي أو التأثير على عمليات إصلاح الحمض النووي. [109] من هؤلاء ، 83 منهم يعملون بشكل مباشر في إصلاح الأنواع الخمسة لأضرار الحمض النووي الموضحة في الرسم البياني.

    يتم عرض بعض الجينات المدروسة جيدًا والمركزة لعمليات الإصلاح هذه في الرسم البياني. تشير تسميات الجينات الموضحة باللون الأحمر أو الرمادي أو السماوي إلى أن الجينات تتغير بشكل متوالي في أنواع مختلفة من السرطانات. تصف مقالات ويكيبيديا عن كل من الجينات التي تم تمييزها باللون الأحمر أو الرمادي أو السماوي التغيير (التغييرات) اللاجينية والسرطان (السرطانات) التي توجد فيها هذه التقرحات. مقالات المراجعة ، [110] ومقالات المسح التجريبية الواسعة [111] [112] توثق أيضًا معظم أوجه القصور اللاجينية في إصلاح الحمض النووي في السرطانات.

    غالبًا ما يتم تقليل أو إسكات الجينات ذات الضوء الأحمر بواسطة آليات الوراثة اللاجينية في السرطانات المختلفة. عندما يكون لهذه الجينات تعبير منخفض أو غائب ، يمكن أن تتراكم أضرار الحمض النووي. يمكن أن تؤدي أخطاء النسخ بعد هذه الأضرار (انظر التوليف التحولي) إلى زيادة الطفرات ، وفي النهاية السرطان. قمع جيني لجينات إصلاح الحمض النووي في دقيق يبدو أن مسارات إصلاح الحمض النووي مركزية في التسرطن.

    الجينات ذات اللون الرمادي RAD51 و BRCA2، مطلوبة للإصلاح التأشبي المتماثل. في بعض الأحيان يتم التعبير عنها بشكل مفرط جينيًا وفي بعض الأحيان يتم التعبير عنها بشكل ناقص في بعض أنواع السرطان. كما هو مبين في مقالات ويكيبيديا على RAD51 و BRCA2 ، فإن مثل هذه السرطانات عادة ما يكون لها عيوب جينية في جينات إصلاح الحمض النووي الأخرى. من المحتمل أن تتسبب أوجه القصور الإصلاحية هذه في زيادة أضرار الحمض النووي التي لم يتم إصلاحها. الإفراط في التعبير عن RAD51 و BRCA2 الملحوظة في هذه السرطانات قد تعكس ضغوطًا انتقائية للتعويض RAD51 أو BRCA2 الإفراط في التعبير وزيادة الإصلاح التأشبي المتماثل للتعامل جزئيًا على الأقل مع مثل هذه الأضرار الزائدة للحمض النووي. في تلك الحالات حيث RAD51 أو BRCA2 يتم التعبير عنها بشكل ناقص ، وهذا من شأنه أن يؤدي في حد ذاته إلى زيادة أضرار الحمض النووي التي لم يتم إصلاحها. يمكن أن تسبب أخطاء النسخ بعد هذه الأضرار (انظر التخليق translesion) زيادة الطفرات والسرطان ، بحيث يكون نقص التعبير عن RAD51 أو BRCA2 ستكون مسرطنة في حد ذاتها.

    الجينات المظللة باللون السماوي موجودة في مسار الانضمام إلى النهاية بوساطة علم الأحياء الدقيقة (MMEJ) ويتم تنظيمها في السرطان. MMEJ هو أكثر عرضة للخطأ غير دقيق مسار الإصلاح لفواصل الشريط المزدوج. في إصلاح MMEJ للكسر المزدوج ، يكون التماثل من 5-25 زوجًا أساسيًا مكملًا بين كلا الجدائل المزدوجة كافيًا لمحاذاة الخيوط ، ولكن عادةً ما تكون النهايات غير المتطابقة (اللوحات) موجودة. يقوم MMEJ بإزالة النيوكليوتيدات الإضافية (اللوحات) حيث يتم ربط الخيوط ، ثم يقوم بربط الخيوط لإنشاء حلزون مزدوج للحمض النووي سليم. غالبًا ما يتضمن MMEJ حذفًا صغيرًا على الأقل ، بحيث يكون مسارًا مطفرًا. [24] FEN1 ، نوكلياز السديلة في MMEJ ، يتم زيادته فوق الجينات عن طريق المحفز hypomethylation ويتم التعبير عنه بشكل مفرط في غالبية سرطانات الثدي ، [113] البروستاتا ، [114] المعدة ، [115] [116] الأورام الأرومية العصبية ، [ 117] البنكرياس ، [118] والرئة.[119] يتم التعبير عن PARP1 أيضًا بشكل مفرط عندما يكون موقع ETS الخاص بالمنطقة المحفزة ناقص الميثيل جينياً ، وهذا يساهم في تطور سرطان بطانة الرحم [120] وسرطان المبيض المصلي المتحول إلى سرطان الثدي BRCA. [121] الجينات الأخرى في مسار MMEJ يتم التعبير عنها أيضًا بشكل مفرط في عدد من السرطانات (انظر MMEJ للحصول على ملخص) ، وتظهر أيضًا باللون السماوي.

    تحرير توزيع الجينوم على نطاق واسع لإصلاح الحمض النووي في الخلايا الجسدية البشرية

    يتسبب النشاط التفاضلي لمسارات إصلاح الحمض النووي عبر مناطق مختلفة من الجينوم البشري في توزيع الطفرات بشكل غير متساوٍ داخل جينومات الورم. [122] [123] على وجه الخصوص ، تُظهر المناطق الغنية بالجينات ، والتي تتكاثر مبكرًا في الجينوم البشري ترددات طفرة أقل من تلك التي تفتقر إلى الجينات ، وتتأخر في التكاثر. تتضمن إحدى الآليات الكامنة وراء ذلك تعديل H3K36me3 للهيستون ، والذي يمكنه تجنيد بروتينات إصلاح عدم التطابق ، [124] وبالتالي خفض معدلات الطفرات في المناطق ذات العلامات H3K36me3. [125] هناك آلية مهمة أخرى تتعلق بإصلاح ختان النوكليوتيدات ، والذي يمكن تجنيده بواسطة آلية النسخ ، مما يقلل معدلات الطفرات الجسدية في الجينات النشطة [123] ومناطق الكروماتين المفتوحة الأخرى. [126]

    يتم الحفاظ على العمليات الأساسية لإصلاح الحمض النووي بشكل كبير بين كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى وحتى بين العاثيات (الفيروسات التي تصيب البكتيريا) ، ومع ذلك ، فإن الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا التي تحتوي على جينومات أكثر تعقيدًا لها آليات إصلاح أكثر تعقيدًا. [127] لعبت قدرة عدد كبير من الأشكال البنيوية للبروتين على تحفيز التفاعلات الكيميائية ذات الصلة دورًا مهمًا في تطوير آليات الإصلاح أثناء التطور. للحصول على مراجعة مفصلة للغاية للفرضيات المتعلقة بتطور إصلاح الحمض النووي ، انظر. [128]

    يشير السجل الأحفوري إلى أن حياة الخلية المفردة بدأت في التكاثر على الكوكب في مرحلة ما خلال فترة ما قبل الكمبري ، على الرغم من عدم وضوح وقت ظهور الحياة الحديثة بشكل واضح. أصبحت الأحماض النووية الوسيلة الوحيدة والعالمية لتشفير المعلومات الجينية ، مما يتطلب آليات إصلاح الحمض النووي التي ورثتها جميع أشكال الحياة الموجودة في شكلها الأساسي من سلفها المشترك. استلزم ظهور الغلاف الجوي الغني بالأكسجين للأرض (المعروف باسم "كارثة الأكسجين") بسبب كائنات التمثيل الضوئي ، فضلاً عن وجود الجذور الحرة التي قد تكون ضارة في الخلية بسبب الفسفرة المؤكسدة ، تطوير آليات إصلاح الحمض النووي التي تعمل على وجه التحديد لمواجهة أنواع الضرر الناجم عن الإجهاد التأكسدي.

    معدل التغيير التطوري تحرير

    في بعض الحالات ، لا يتم إصلاح تلف الحمض النووي ، أو يتم إصلاحه بواسطة آلية عرضة للخطأ تؤدي إلى تغيير التسلسل الأصلي. عندما يحدث هذا ، قد تنتشر الطفرات في جينومات ذرية الخلية. في حالة حدوث مثل هذا الحدث في خلية خط جرثومية ستنتج في النهاية مشيجًا ، فإن الطفرة لديها القدرة على الانتقال إلى نسل الكائن الحي. معدل التطور في نوع معين (أو ، في جين معين) هو دالة على معدل الطفرة. نتيجة لذلك ، فإن معدل ودقة آليات إصلاح الحمض النووي لهما تأثير على عملية التغيير التطوري. [129] حماية وإصلاح تلف الحمض النووي لا يؤثر على معدل التكيف من خلال تنظيم الجينات وإعادة التركيب واختيار الأليلات. من ناحية أخرى ، يؤثر إصلاح تلف الحمض النووي وحمايته على معدل تراكم الطفرات غير القابلة للإصلاح ، والمفيدة ، وتوسيع الشفرة ، والوراثة ، ويبطئ الآلية التطورية لتوسيع جينوم الكائنات الحية بوظائف جديدة. يحتاج التوتر بين قابلية التطور وإصلاح الطفرات والحماية إلى مزيد من التحقيق.

    تم اكتشاف تقنية تسمى التكرار المتناوب القصير المتناوب بشكل منتظم (اختصار إلى CRISPR-Cas9) في عام 2012. تسمح التكنولوجيا الجديدة لأي شخص لديه تدريب في علم الأحياء الجزيئي بتغيير جينات أي نوع بدقة ، عن طريق إحداث تلف في الحمض النووي عند نقطة معينة ثم تغيير آليات إصلاح الحمض النووي لإدخال جينات جديدة. [130] إنه أرخص وأكثر كفاءة وأكثر دقة من التقنيات الأخرى. بمساعدة تقنية CRISPR-Cas9 ، يمكن للعلماء تحرير أجزاء من الجينوم عن طريق إزالة أو إضافة أو تغيير أجزاء في تسلسل الحمض النووي.


    يمكن أن يؤدي إصلاح حالات عدم التطابق التي تحدث بشكل طبيعي إلى حدوث طفرات في الحمض النووي المجاور

    يحتوي الحمض النووي الجيني "الطبيعي" على مئات من حالات عدم التطابق التي يتم إنشاؤها يوميًا عن طريق نزع الأمين العفوي لـ C (U / G) و methyl-C (T / G). وبالتالي ، فإن التأثير المطفر لإصلاحها يمكن أن يشكل عبئًا وراثيًا خطيرًا. نوضح هنا أنه في حين تم إصلاح حالات عدم التطابق التي تم إدخالها في الخلايا البشرية على الحلقة المستندة إلى SV40 بشكل ثابت ، تسببت هذه العملية في حدوث طفرات في الحمض النووي المحيط بمعدل أعلى بكثير من عدم وجود عناصر تحكم عدم التطابق. تضمنت معظم الطفرات C of TpC ، وهي الركيزة لبعض ديامينازات السيتدين مفردة محددة الخيط APOBEC ، على غرار الطفرات التي يمكن أن تميز "النمط الظاهري للطفرة" للعديد من الأورام. أظهرت الضربات القاضية لـ siRNA والترسيب المناعي للكروماتين أن TpC الذي يفضل APOBECs يتوسط في حدوث الطفرات ، وأظهرت الضربات القاضية لـ siRNA أن كلا من ختان القاعدة ومسارات إصلاح عدم التطابق متورطة. يمكن تحويل هذه الأزواج الخاطئة التي تحدث بشكل طبيعي إلى طفرات ، وهي تمثل حتى الآن مصدرًا غير متوقع للتغيرات الجينية التي يمكن أن تكمن وراء المرض والشيخوخة والتغيير التطوري.

    الكلمات الدالة: طفرات إصلاح الحمض النووي APOBEC deaminase.

    بيان تضارب المصالح

    يعلن المؤلفون أنه لا توجد مصالح متنافسة.

    الأرقام

    الشكل 1 .. إجراء لتحديد تأثير الطفرات الجينية ...

    الشكل 1 .. إجراء لتحديد التأثير المطفر لإصلاح الحمض النووي.

    الشكل 1 - ملحق الشكل 1 .. رصد الفجوة ...

    الشكل 1 - الشكل الملحق 1 .. رصد الفجوة وإعادة تكوين الحلقات عن طريق الهضم KpnI.

    الشكل 1 - ملحق الشكل 2 .. مراقبة التواجد ...

    الشكل 1 - الشكل الملحق 2 .. مراقبة وجود عدم تطابق يولد قليلات النوكليوتيدات عن طريق الهضم AatII.

    الشكل 2 .. التأثير المطفر لإصلاح الحمض النووي.

    الشكل 2 .. التأثير المطفر لإصلاح الحمض النووي.

    ( أ ) قطع نقطية للإصلاح الذي يسببه ...

    الشكل 2 - ملحق الشكل 1 .. الحد الأدنى من التلاعب في ...

    الشكل 2 - ملحق الشكل 1 .. الحد الأدنى من التلاعب في الحلقات المعاد تشكيلها يقلل من توليد عمليات الحذف.

    الشكل 2 - الشكل الملحق 2 .. حجم ...

    الشكل 2 - ملحق الشكل 2 .. يختلف حجم الطفرات التي يسببها الإصلاح باختلاف نوع الآفة ...

    الشكل 2 - ملحق الشكل 3 .. تأثير الطفرات ...

    الشكل 2 - ملحق الشكل 3 .. لا يتأثر تأثير الطفرات الجينية بمحتوى C + G لـ ...

    الشكل 2 - الشكل الملحق 4 .. تأثير الطفرات ...

    الشكل 2 - ملحق الشكل 4 .. التأثير المطفر لإصلاح كسر الخصلة الواحدة يحل محل تأثير ...

    الشكل 3 .. الطيف الطفري الناجم عن الحمض النووي ...

    الشكل 3 .. الطيف الطفري الناجم عن إصلاح الحمض النووي لآفات الضفيرة العلوية لـ FM1.

    الشكل 3 - ملحق الشكل 1 .. سياق ثنائي النوكليوتيد لـ ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 1 .. سياق ثنائي النوكليوتيد للطفرات الناجمة عن استعادة ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 2 .. قطع نقطية من ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 2 .. قطع نقطية للطفرات الناجمة عن استعادة خصلة القاع ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 3 .. أطياف الطفرات المستحثة ...

    الشكل 3 - الشكل الملحق 3 .. الأطياف الطفرية التي يسببها إصلاح الآفات في القاع ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 4 .. سياق ثنائي النوكليوتيد لـ ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 4 .. سياق ثنائي النوكليوتيد للطفرات التي يسببها استعادة حبلا القاع ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 5 .. سياق ثنائي النوكليوتيد لـ ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 5 .. سياق ثنائي النوكليوتيد للطفرات الناجمة عن تحويل الجزء العلوي أو ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 6 .. تحدث معظم الطفرات ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 6 .. تشتمل معظم الطفرات التي يسببها إصلاح SSB على C للإصلاح ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 7 .. 0 مم ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 7 .. التوقيع الطفري 0 مم يتوافق مع الأطياف الطفرية ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 8 .. سياق ثلاثي النوكليوتيدات لـ ...

    الشكل 3 - ملحق الشكل 8 .. سياق ثلاثي النوكليوتيد لـ G الطافر الناجم عن استعادة الجزء العلوي ...

    الشكل 4 .. عملية الطفرات والنتيجة الطفرية.

    الشكل 4 .. عملية الطفرات والنتيجة الطفرية.

    ( أ ) تمثيل رسومي يوضح المتوقع ...

    الشكل 5 .. الأطياف الطفرية وسياق ثنائي النوكليوتيد ...

    الشكل 5 .. الأطياف الطفرية وسياق ثنائي النوكليوتيدات للطفرات العنقودية وغير المتجمعة.

    الشكل 6 .. APOBEC deaminases تتوسط حدوث الطفرات التي يسببها الإصلاح.

    الشكل 6 .. APOBEC deaminases تتوسط الطفرات التي يسببها الإصلاح.

    ( أ ) تأثير ضربات قاضية APOBEC. قمة…

    الشكل 6 - ملحق الشكل 1 .. سياق ثلاثي النوكليوتيدات لـ ...

    الشكل 6 - ملحق الشكل 1 .. سياق ثلاثي النوكليوتيدات للطفرة C لـ TpC الناجم عن الحمض النووي ...

    الشكل 7 .. محتوى APOBEC والمطفر ...

    الشكل 7 .. محتوى APOBEC وتأثير الطفرات الجينية لإصلاح الحمض النووي في الخلايا المختلفة.

    الشكل 8 .. الضربات القاضية لـ siRNA لإصلاح الحمض النووي ...

    الشكل 8 .. ضربات قاضية سيرنا لمسارات إصلاح الحمض النووي تقلل الطفرات.

    الشكل 8 - ملحق الشكل 1 .. علاج Klenow يقلل ...

    الشكل 8 - ملحق الشكل 1 .. يقلل علاج Klenow من الملوثات المحظورة إلى مستويات لا يمكن اكتشافها.

    الشكل 8 - الشكل الملحق 2 .. ضربة قاضية للحمض النووي ...

    الشكل 8 - ملحق الشكل 2 .. ضربة قاضية لبروتينات إصلاح الحمض النووي لا تؤثر على التوقيع الطفري.

    الشكل 9 .. تأثير PCNA و ATR ...

    الشكل 9 .. تأثير PCNA و ATR على الطفرات التي يسببها الإصلاح.

    الشكل 9 - ملحق الشكل 1 .. ضربة قاضية لـ PCNA ...

    الشكل 9 - ملحق الشكل 1 .. ضربة قاضية لـ PCNA أو ATR لا تؤثر على التوقيع الطفري.

    الشكل 10 .. نموذج للطفرات التي تحدث بوساطة APOBEC ...

    الشكل 10 .. نموذج للطفرات التي تحدث بوساطة APOBEC الناجم عن إصلاح U / G أو T / G.


    شكر وتقدير

    يشكر المؤلفون جوهانس والتر وجو لوبارو وأندريه نوسينزويج وستيفن جاكسون وإديسون ليو وديفيد كورتيز وأغاتا سموجورزيوسكا وأعضاء مختبر سكالي على المناقشات المفيدة ومشاركة نتائج الأبحاث غير المنشورة. تم دعم هذا العمل بجوائز R01CA095175 و R01CA217991 و OC160440 و BC160172P1 و R21ES027776 (إلى RS) و P50CA168504 (إلى NAW).

    معلومات المراجع

    مراجعات الطبيعة بيولوجيا الخلية الجزيئية أشكر P. Čejka والمراجع (المراجعين) المجهولين الآخرين على مساهمتهم في مراجعة الزملاء لهذا العمل.


    إصلاح الحمض النووي

    سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

    إصلاح الحمض النووي، أي من الآليات العديدة التي تحافظ الخلية من خلالها على سلامة شفرتها الجينية. يضمن إصلاح الحمض النووي بقاء النوع من خلال تمكين الأبوين من توريثه بأمانة قدر الإمكان عن طريق الأبناء. كما أنه يحافظ على صحة الفرد. يمكن أن تؤدي الطفرات في الشفرة الجينية إلى الإصابة بالسرطان وأمراض وراثية أخرى.

    يتطلب تكرار الحمض النووي الناجح أن تتزاوج قاعدتا البيورين ، الأدينين (A) والجوانين (G) ، مع نظيراتهما من البيريميدين ، الثايمين (T) والسيتوزين (C). ومع ذلك ، يمكن أن تمنع أنواع مختلفة من الضرر الاقتران الصحيح للقاعدة ، من بينها الطفرات التلقائية ، وأخطاء النسخ المتماثل ، والتعديل الكيميائي. تحدث الطفرات العفوية عندما تتفاعل قواعد الحمض النووي مع بيئتها ، كما هو الحال عندما يتحلل الماء قاعدة ويغير هيكلها ، مما يتسبب في الاقتران بقاعدة غير صحيحة. يتم تقليل أخطاء النسخ إلى الحد الأدنى عندما تقوم آلية نسخ الحمض النووي "بمراجعة" التوليف الخاص بها ، ولكن في بعض الأحيان تفلت أزواج القواعد غير المتطابقة من التدقيق اللغوي. العوامل الكيميائية تعدل القواعد وتتداخل مع تكرار الحمض النووي. يمكن أن يسبب النتروزامين ، الموجود في منتجات مثل البيرة والأطعمة المخللة ، ألكلة الحمض النووي (إضافة مجموعة ألكيل). العوامل المؤكسدة والإشعاعات المؤينة تخلق الجذور الحرة في الخلية التي تؤكسد القواعد ، وخاصة الجوانين. يمكن أن تؤدي الأشعة فوق البنفسجية (UV) إلى إنتاج الجذور الحرة الضارة ويمكن أن تندمج البيريميدينات المجاورة ، مما ينتج عنه ثنائيات بيريميدين التي تمنع تكاثر الحمض النووي. يمكن أيضًا للإشعاع المؤين وبعض الأدوية ، مثل عامل العلاج الكيميائي البليوميسين ، منع التكاثر ، عن طريق إنشاء فواصل مزدوجة في الحمض النووي. (يمكن لهذه العوامل أيضًا إنشاء فواصل أحادية الخيط ، على الرغم من أن هذا النوع من الضرر غالبًا ما يكون من الأسهل على الخلايا التغلب عليه.) ​​يمكن أن تتسبب النظائر الأساسية والعوامل المقحمة في عمليات إدخال وحذف غير طبيعية في التسلسل.

    هناك ثلاثة أنواع من آليات الإصلاح: الانعكاس المباشر للضرر وإصلاح الختان وإصلاح ما بعد النسخ المتماثل. إصلاح الانعكاس المباشر خاص بالضرر. على سبيل المثال ، في عملية تسمى التنشيط الضوئي ، يتم فصل قواعد بيريميدين المنصهرة بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية عن طريق إنزيم DNA photolyase (إنزيم يحركه الضوء). من أجل الانعكاس المباشر لأحداث الألكلة ، يكتشف ناقل ميثيل الحمض النووي أو جليكوزيلاز الحمض النووي ويزيل مجموعة الألكيل. يمكن أن يكون إصلاح الختان محددًا أو غير محدد. في إصلاح استئصال القاعدة ، تحدد جليكوزيلات الحمض النووي على وجه التحديد القاعدة غير المتطابقة وتزيلها. في إصلاح استئصال النوكليوتيدات ، تتعرف آلية الإصلاح على مجموعة واسعة من التشوهات في الحلزون المزدوج الناتج عن القواعد غير المتطابقة في هذا الشكل من الإصلاح ، ويتم استئصال المنطقة المشوهة بأكملها. يحدث إصلاح ما بعد النسخ المتماثل في اتجاه مجرى الآفة ، لأنه يتم حظر النسخ المتماثل في الموقع الفعلي للضرر. من أجل حدوث النسخ المتماثل ، يتم تصنيع أجزاء قصيرة من الحمض النووي تسمى شظايا أوكازاكي. يتم ملء الفجوة المتبقية في الموقع التالف من خلال إصلاح إعادة التركيب ، والذي يستخدم التسلسل من كروموسوم شقيق غير تالف لإصلاح الكروموسوم التالف ، أو من خلال الإصلاح المعرض للخطأ ، والذي يستخدم الشريط التالف كقالب تسلسلي. يميل الإصلاح المعرض للخطأ إلى أن يكون غير دقيق وخاضع للطفرة.

    في كثير من الأحيان عندما يتلف الحمض النووي ، تختار الخلية أن تتكاثر فوق الآفة بدلاً من انتظار الإصلاح (التوليف التحولي). على الرغم من أن هذا قد يؤدي إلى حدوث طفرات ، إلا أنه من الأفضل التوقف التام في تكرار الحمض النووي ، مما يؤدي إلى موت الخلايا. من ناحية أخرى ، يتم إبراز أهمية الإصلاح المناسب للحمض النووي عندما يفشل الإصلاح. تؤدي أكسدة الجوانين بواسطة الجذور الحرة إلى تحويل G-T ، وهو أحد أكثر الطفرات شيوعًا في سرطان الإنسان.

    ينتج سرطان القولون والمستقيم الوراثي غير السلائلي عن طفرة في بروتينات MSH2 و MLH1 ، والتي تعمل على إصلاح عدم التطابق أثناء النسخ المتماثل. جفاف الجلد المصطبغ (XP) هو حالة أخرى ناتجة عن فشل إصلاح الحمض النووي. المرضى الذين يعانون من XP حساسون للغاية للضوء ، ويظهرون شيخوخة الجلد المبكرة ، وهم عرضة لأورام الجلد الخبيثة لأن بروتينات XP ، التي يتوسط العديد منها إصلاح استئصال النوكليوتيدات ، لم تعد تعمل.


    السادس. نقاط تفتيش

    العيب في AT هو واحد في نقطة فحص دورة الخلية ، وهي نقطة قرار تتحكم في التقدم خلال المرحلة التالية من دورة الخلية. هناك نقاط تفتيش خاضعة للرقابة الوراثية تقرر الدخول في دورة خلية جديدة (G0 إلى G1 نقطة) ، وقرار تكرار الحمض النووي (G1 إلى S نقطة) ، وقرار التقسيم (G2 إلى M نقطة). يمكن أن تؤدي الطفرات في جينات نقاط التفتيش إلى نمو الخلايا غير المنضبط ، أي. سرطان.

    على الرغم من أن AT بحد ذاتها حالة نادرة ، فقد قدر أن تواتر الزيجوت المتغاير مع طفرة AT واحدة تبلغ حوالي 1 ٪ في السكان. هؤلاء الأفراد لديهم أيضًا مخاطر أعلى للإصابة بالسرطان وحساسية إشعاع متوسطة. وبالتالي ، فإن الفحص بواسطة طرق الأشعة السينية (مثل التصوير الشعاعي للثدي) قد يزيد من فرص الإصابة بسرطان الزيجوت المتغاير من النوع AT.


    تتوقف بروتينات "التدقيق اللغوي" وتتدحرج في الحمض النووي لتصحيح أخطاء النسخ المتماثل

    الائتمان: مركز قاعدة البيانات لعلوم الحياة. مشترك تحت رخصة المشاع الإبداعي.

    على خط تجميع الحمض النووي ، يعمل بروتينان للتدقيق اللغوي معًا كزر إيقاف طارئ لمنع أخطاء النسخ المتماثل. يُظهر بحث جديد من جامعة ولاية كارولينا الشمالية وجامعة نورث كارولينا في تشابل هيل كيف تمنع هذه البروتينات - MutL و MutS - أخطاء تكرار الحمض النووي عن طريق إنشاء بنية غير متحركة تستدعي المزيد من البروتينات إلى الموقع لإصلاح الخطأ. يمكن أن يمنع هذا الهيكل أيضًا المنطقة غير المتطابقة من "التعبئة" مرة أخرى في الخلية أثناء الانقسام.

    عندما تستعد الخلية للانقسام ، ينقسم الحمض النووي ، مع "فك ضغط" اللولب المزدوج إلى عمودين فقريين منفصلين. يتم ملء النوكليوتيدات الجديدة - الأدينين أو السيتوزين أو الجوانين أو الثايمين - في الفجوات الموجودة على الجانب الآخر من العمود الفقري ، مع الاقتران بنظيراتها (الأدينين مع الثايمين والسيتوزين مع الجوانين) وتكرار الحمض النووي لعمل نسخة لكل من القديم و الخلايا الجديدة. النيوكليوتيدات هي التطابق الصحيح في معظم الأوقات ، ولكن في بعض الأحيان - مرة واحدة تقريبًا من كل 10 ملايين - يكون هناك عدم تطابق.

    تقول دوروثي إيري ، أستاذة الكيمياء في جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل: "على الرغم من ندرة حالات عدم التطابق ، إلا أن الجينوم البشري يحتوي على ما يقرب من ستة مليارات نيوكليوتيد في كل خلية ، مما يؤدي إلى ما يقرب من 600 خطأ لكل خلية ، ويتكون جسم الإنسان من أكثر من 37 تريليون خلية". وعضو في مركز لاينبرجر الشامل للسرطان التابع لجامعة الأمم المتحدة ومؤلف مشارك في العمل. "وبالتالي ، إذا لم يتم التحقق من هذه الأخطاء يمكن أن تؤدي إلى مجموعة واسعة من الطفرات ، والتي بدورها يمكن أن تؤدي إلى مجموعة متنوعة من السرطانات ، والمعروفة مجتمعة باسم متلازمة لينش."

    يعمل زوج من البروتينات يُعرفان باسم MutS و MutL معًا لبدء إصلاح حالات عدم التطابق هذه. تنزلق MutS على طول الجانب الذي تم إنشاؤه حديثًا من خيط الحمض النووي بعد تكرارها ، وتقوم بمراجعتها. عندما تعثر على عدم تطابق ، فإنها تستقر في مكانها في موقع الخطأ وتجنّد MutL للانضمام إليه. يشير MutL إلى أن خيط DNA الذي تم تشكيله حديثًا على أنه معيب ويشير إلى بروتين مختلف يلتهم جزء الحمض النووي الذي يحتوي على الخطأ. ثم تبدأ مطابقة النوكليوتيدات من جديد ، لملء الفراغ مرة أخرى. تقلل العملية برمتها من أخطاء التكاثر بحوالي ألف مرة ، وهي بمثابة أحد أفضل دفاعات أجسامنا ضد الطفرات الجينية التي يمكن أن تؤدي إلى الإصابة بالسرطان.

    يقول عالم الفيزياء الحيوية كيث وينينجر ، عالم الفيزياء الحيوية بجامعة نورث كارولاينا والمؤلف المشارك في العمل: "نحن نعلم أن كل من MutS و MutL يعثران على بروتينات إصلاح الحمض النووي ويربطها ويوظفها". "لكن بقي سؤال واحد - هل ينتقل كل من MutS و MutL من عدم التطابق أثناء عملية التجنيد الإصلاحية ، أم يبقون في مكانهم؟"

    في ورقتين منفصلتين تظهران في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلومنظر وينجر وإيري في كل من الحمض النووي البشري والبكتيري للحصول على صورة هيكلية ومؤقتة أوضح لما يحدث عندما ينخرط كل من MutS و MutL في إصلاح عدم التطابق.

    باستخدام كل من تقنيات التصوير الفلوريسنت وغير الفلوري ، بما في ذلك الفحص المجهري للقوة الذرية ، والتحليل الطيفي البصري وحركة الجسيمات المربوطة ، وجد الباحثون أن MutL "تجمد" MutS في مكانها في موقع عدم التطابق ، وتشكيل مجمع ثابت يبقى في تلك المنطقة المجاورة حتى يمكن أن يحدث الإصلاح.يبدو أن المركب يلتف في الحمض النووي حول عدم التطابق أيضًا ، مما يؤدي إلى تمييز منطقة الحمض النووي وحمايتها حتى يمكن إجراء الإصلاح.

    يقول وينجر: "نظرًا لحركة هذه البروتينات ، فإن التفكير الحالي يتصور أن كل من MutS و MutL ينزلقان بحرية على طول الخيط غير المتطابق ، بدلاً من التوقف". "يوضح هذا العمل أن العملية مختلفة عما كان يعتقد سابقًا.

    "بالإضافة إلى ذلك ، فإن تفاعل المركب مع الخيط يوقف بشكل فعال أي عمليات أخرى حتى يتم الإصلاح. لذلك لا يمكن إعادة تجميع خيط الحمض النووي المعيب في كروموسوم ثم نقله للأمام من خلال انقسام الخلية."


    إصلاح تأشيب متماثل

    يمكن إصلاح الفواصل المزدوجة (DSBs) إما عن طريق HR أو NHEJ. يستخدم قسم الموارد البشرية نموذجًا متماثلًا للحمض النووي وهو دقيق للغاية ، بينما يعيد NHEJ الانضمام إلى الأطراف المكسورة دون استخدام قالب وغالبًا ما يكون مصحوبًا بفقدان بعض النيوكليوتيدات. تعتمد المساهمة النسبية لكل مسار على مرحلة دورة الخلية ، مع كون NHEJ أكثر نشاطًا في G1 وهيمنة الموارد البشرية خلال مرحلتي S و G2. أثناء HR DSBs يتم تحويلها إلى ذيول DNA (ssDNA) أحادي الجديلة 3 ، والتي ترتبط بـ RPA. ربما تتطلب معالجة DSBs MRE11-RAD50-NBS1. يتفاعل RAD52 مع RPA ويعزز ربط RAD51 بـ ssDNA ، والذي يمكن تثبيته بواسطة نظائر RAD51 (RAD51B و RAD51C و RAD51D و XRCC2 و XRCC3 في الإنسان و RAD55 و RAD57 في الخميرة). بعد ذلك ، يغزو ssDNA المرتبط بـ RAD51 جزيءًا متماثلًا في تفاعل يحفزه RAD54. بعد تخليق الحمض النووي والربط ، يتم تشكيل تقاطعات هوليداي ويمكن أن تحدث هجرة الفرع. يتم حل تقاطعات Holliday أخيرًا عن طريق resolvases ، والتي لم يتم تحديدها في حقيقيات النوى بعد.

    تمثل الموارد البشرية أيضًا مسارًا فرعيًا خالٍ من الأخطاء لتحمل الضرر ، مما يسمح بتجاوز النسخ المتماثل للآفات من خلال تبديل القالب. بدلاً من ذلك ، يمكن تحقيق تحمل الضرر عن طريق توليف ترانسلون خالي من الأخطاء وعرضة للخطأ يتم إجراؤه بواسطة بوليميراز DNA متخصص. قد ينتج عن مجازة الآفة المعتمدة على الموارد البشرية أحيانًا سديلة 3 يمكن شقها بواسطة MUS81-EME1 أو حلها بواسطة TOP3-RECQ.


    شاهد الفيديو: ستغير لون عينيك بسهولة بعد اليوم طريقة تغيير الحمض النووي DNA وكيف يتم تجديد الخلايا بالعقل الباطن (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Digar

    أنا متأكد تمامًا من ذلك.

  2. Beornham

    أود أن أتمنى الرخاء لموردك في العام الجديد ، والقراء الأكثر نشاطًا!

  3. Makus

    في موضوعي المثير للاهتمام. أقترح عليك مناقشة هذا هنا أو في رئيس الوزراء.

  4. Maetthere

    يمكن



اكتب رسالة