Нуклеотидтердің эксцизиялық репарациясы (nucleotide excision repair –NER) NER-дің BER-ден бірнеше айырмашылықтары бар.
Түрлі ферменттер жүйесінің қолданылуы. Тіпті бір ғана нуклеотидте қателік кетсе де, зақымдалған аймақтан бірден көптеген нуклеотидтер алынып тасталынады.
NER-дің негізгі маңызды кезеңдері:
1. Зақымдалған аймақ бір немесе бірнеше факторлар арқылы танылып, байланысады.
2. Зақымдалған жердегі ДНҚ молекуласы тарқатылады. Бұл үрдіске бірнеше транскрипциялық факторлар қатысады IIH, TFIIH (қалыпты транскрипция үрдерісіне қатысатын).
3. ДНҚ тізбегі зақымдалған жерден 3' және 5' ұштарынан кесіледі, нәтижесінде зақымдалған нуклеотиді бар ДНҚ кесіндісі алынып тасталады.
4. ДНҚ полимеразалар дельта немесе эпсилон арқылы жаңа тізбек зақымдалмаған тізбекке комплементарлы синтезделеді.
5. Синтезделген кесінді лигаза арқылы тізбекке жалғанады.
Жұптаспаған негіздердің репарациясы (мисмэтч). ДНҚ репликациясы кезінде жиі ( E. coli ішек таяқшасында 10 мың жұп нуклеотидке бір, ал эукариоттарда одан да жиірек) жұптасу кезінде қателіктер кетіп отырады. Нәтижесінде комплементарлы нуклеотидтер А + Т немесе Г + Ц орнына жаңа синтезделген ДНҚ тізбегінде матрицалық тізбекке комплементарлы емес (оларды мисмэтчтар деп атайды - ағыл. mismatch) нуклеотидтер қойылады.
Негіздердің жұптаспуы кезінде жоғарыда сипатталған репарация жағдайларында ғана мофицирленген немесе зақымдалған негіздерде және нуклеотидтерде, ДНҚ құрылысында ерекше нуклеотид пайда болмайды, тек оның жұптасу сипатында ерекшелік болады. Жұптаспаған негіздер (репликация қателіктері) тек жаңа синтезделген ДНҚ тізбегіне ғана қатысты. Матрицалық тізбек репликация кезінде өзгеріссіз қалады (матрицалық тізбекте өзгерістер болып, ол өзерістер репарация арқылы жөнделмесе, бұл мутация болып табылады және репликация кезінде келесі жасушаның барлық ұрпақтарына беріліп отырады). Сондықтан, мисмэтч репарация жүйесі жаңа синтезделген тізбекке бағытталып, осы тізбектегі комплементарлы емес нуклеотидттерді түзетуі қажет. Бұл жағдайда жасушалар жаңа синтезделген тізбек пен матрицалық тізбек құрылымындағы маңызды ерекшеліктерді пайдаланады. Репликация аяқталған соң, арнайы метилаза ферменттері ГАТЦ қатарындағы аденинге метил тобын жалғайтындығы анықталды. Сондықтан, репликацияның келесі кезеңінде ДНҚ тізбектерінде айырмашылықтар болады: матрицалық тізбек аденин метилденген, ал жаңа синтезделген тізбекте репликация аяқталғанға дейін аденин метилденбейді. Олардың метилденуі тек репликация аяқталған соң жүреді. Метилдену жүргенге дейін мисмэтч репарациясы жүріп үлгеруі қажет.
Ішек таяқшасында бұл үрдіс төрт гендердің өнімдері арқылы іске асады: MutH, MutL, MutS и MutU. Мисмэтч үрдісі комплементарлы емес негізге mutS ақуызының келіп байланысуынан басталады. Онымен бірден mutL ақуызы және mutH ақузының екі молекуласы келіп байланысады. mutH ақуызының әрқайсысы ГАТЦ қатарлары орналасқан аймағын таниды және эндонуклеазалық белсенділікке ие сондықтан, ДНҚ метилденбеген тізбегі осы қатарлардан аденинге жақын жерден кесіледі. Егер мұндай кесу адениннің 5' жағынан жасалынса, тағы бір фермент-эндонуелеаза байланысып, ДНҚ тізбегін 5'→3' бағытында ыдыратады. Бұл фермент ДНҚ тізбегін жұптаспаған негіздерге жеткенге дейін, тіпті одан біраз алысқа дейін нуклеотидтерді ыдыратады. Егер біріншілік кесу мисмэтчтың 3' ұшынан mutH ақуызымен эндонуклеаза арқылы бірлессе іске асса, онда басқа ДНҚ тізбегінің 3'→ 5' қозғалатын экзонуклеаза қажет. Оның жұмысы мисмэтчты жойғанға дейін жалғасады. Содан кейін, 5'→3' бағытындағы сияқты, 3'→5' эндонуклеазалардан кейін болған бос орындарға ДНҚ полимеразалар нуклеотидтермен толтырады, ал ұштары лизгазамен жалғанады.
Пострепликативтік (рекомбинациялық) репарация. 1968 жылы американдық ғалымдар У. Рапп және П. Ховард-Фландерс УК-сәулесі арқылы эксинуклеаза ферментін синтездейтін гендері зақымдалған бактерияларды зерттеді. Эксцизиялық репарацияның жүруі мүмкін емес еді. Тәжірбие қараңғыда жүргізілгендіктен фотрореактивацияның жүруі де мүмкін емес еді. Бұл жасушаларда матрицалық ДНҚ молекуласы құрамында көптеген, қырқылмаған тиминдік димерлер болды. Нәтижесінде жаңа синтезделген ДНҚ тізбегінде тиминдік димерлерге қарама-қарсы бос қуыстар пайда болады. Жасуша мұндай өзгерістерді түзету үшін рекомбинация механизміне ұқсас әдісті қолданады. ДНҚ марицалық тізбегіне комплементарлы (ол зақымдалмаған болатын) репликация аяқталған тізбектен recA ақуызы көмегімен бос қуысқа сәйкес ДНҚ кесіндісі қырқылып алынып, қуыс толтырылады. Содан кейін лигаза ферменті койылған кесіндінің ұштарын жаңа синтезделген тізбек ұштарымен жалғайды. Репарацияның басқа ферменттері бастапқы зақымдалған тізбекті қалпына келтіріп, жөнделеді. Бірмезгілде қуысқа сәйкес матрицалық тізбетен кесіліп алынған орын ДНҚ полимераза І арқылы толтырылып, ұштары лигаза арқылы жалғанады.
SOS-репарациясы. Егер жоғарыда айтылған репарациялық жүйелер арқылы ДНҚ молекуласындағы өзгерістерді жөндлмей қалып қойса, ал жасуша репликациялану сәтіне жетсе не болады? Репликация үрдісі бірінші түзетілмеген зақымдалған жерге келгенде тоқтап, ондай зақымдаулар өте көп болса, жасуша жойылуы қажет. Мұндай жағдайда жасушада, 1974 жылы югославиялық ғалым Мирослав Радманмен ашылған, қауіпті репарация механизмі іске асады. Мұндай жағдайда арнайы ақуыздар синтезі іске қосылып, ДНК полимеразамен кешен түзіп, оның жұмысын «дөрекілендіретін» осындай «бұзылған» кешен ДНҚ молекуласының жаңа тізбегін матрицалық тізбектегі қателіктерге қарама-қарсы синтездейді, бірақ, жаңа синтезделген ДНҚ тізбегінде көптеген қателіктер, мутациялар пайда болатындығын анықтады.
SOS-репарациялар нәтижесінде жасуша бұл кезеңдегі жойылудан аман қалады: оның ДНҚ молекуласы қателіктермен болса да екі еселеніп, жасушаның бөлінуі жүре алады, бірақ, бәрібір де өмірлік маңызды қызметтерге зақым келген болса, мұндай жасушалар кейінірек дұрыс қызымет атқара алмау нәтижесінде жойылады. Егер де, пайда болған мутациялар летальды әсер етпесе, жасуша жақсылы-жаманды болса да тіршілігін сақтайды және оның келесі ұрпақтарының бәрі бір уақытта болған осы мутациялық апаттың зардабын ұрпақтарына беріп отырады.
Репарациялық жүйедегі ақаулықтар және тұқымқуалайтын аурулар. Арнайы бақылаулар арқылы сүтқоректелердің және адамдардың ұрық жасушалары линияларының геномында жылына 6 нуклеотидтік алмасулар болатындығы анықталған. Сомалық жасушаларда да осындай мутациялар болуы мүмкін.
Олардың жылдар бойы жинақталуы, жас ұлғайған сайын рак жасушаларының пайда болу қаупін жоғарлатады. Жалпы алғанда, барлық рак ауруларының 80 - 90% ДНҚ репарациясының іске аспауымен байланысты.
Қазіргі уақытта жасушаның өзгерістерді жөндей алу қабілетімен тек мутациялар ғана емес, сонымен қатар, тұқым қуалайтын аурулардың және ісіктердің пайда болуы, қартаю сияқты түбегейлі үрдістер толығымен байланысты екендігі анық.
Көптеген тұқымқуалайтын аурулар да репарация жүйесінің қызметінің дұрыс болмайына байланысты. Оларға жатады: 1) пигменттік ксеродерма (тері пигментациясының өзгеруі, тері жамылғысының мүйіздену, эпидермистегі атрофикалық өзгерістер, дәнекер ұлпаларының дистрофиясы, қатерлі ісіктер; 2) триходистрофия (шаш жасушаларында күкірттің жеткіліксіздігі нәтижесінде олардың сыңғыш болуы, тері мен тістердің аномалиялары, жыныстық жетілудегі бұзылыстар; 3) Кокэйн синдромы (бойдың қысқалығы, кереңдік, көру жасушаларының атрофиясы т.б.); 4) Фанкони анемиясы (қанның барлық элементтерінің санының азаюы, қаңқадағы өзгерістер, микроцефалия, кереңдік) және т.б. аурулар.
6.5. Оқытудың әдістері: үйлесімді оқыту әдісі (негізгі сұрақтар бойынша әңгімелесу, кестелер толтыру, тест тапсырмаларын шешу, видеофильмдер көру).
6.6. Әдебиеттер:
Негізгі:
6.6.1. Генетика. Под ред. Иванова В.И. М.: Академкнига, 2006. с. 164-173, 219-267.
6.6.2. Қуандықов Е.Ө., Нұралиева Ұ.Ә. Жалпы және медициналық генетика негіздері (дәрістер жинағы). Алматы: Эверо, 2009. б. 82-98.
6.6.3. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. М.,2003. с. 78-82.
6.6.4. Аманжолова Л.Е. Жалпы және медициналық генетиканың биологиялық негіздері. Алматы, 2006. б.141-153.
6.6.5. Қазымбет П.Қ., Аманжолова Л.Е., Нұртаева Қ.С. Медициналық биология. А., 2002. б. 134-144.
6.6.6. Қуандықов Е.Ө., Әбілаев С.А. Медициналық биология және генетика. Алматы, 2006. б. 77-86.
6.6.7. Медициналық биология және генетика. Е.Ө. Қуандықовтың ред. Алматы, 2004. б. 114-126.
6.6.8. Қуандықов Е.Ө., Нұралиева Ұ.Ә. Негізгі молекулалық - генетикалық терминдердің орысша-қазақша сөздігі. Алматы: Эверо, 2012. 112 б.
Қосымша:
6.6.9.Медицинская генетика: учеб. пособие/ Роберт Л.Ньюссбаум, Родерик Р, Мак-Иннес, Хантингтон Ф. Виллард: пер. с англ. А. Ш. Латыпова; под ред. Н. П. Бочкова.- М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010.
6.6.10. www.hmc-ims.ru
6.7. Бақылау
6.7.1. Когнитивті (білім) құзыреттілікті бағалау:
6.7.1.1. Тақырыптың сұрақтары бойынша ауызша сұрау.
6.7.1.2. Тест бақылау – 10 сұрақтан 3 нұсқа
6.7.1.3. Тақырып бойынша кәсіби терминдерді ағылшын және екінші тілде игеруін тексеру
6.7.2. Тәжірибелік дағды құзыреттілігін бағалау:
6.7.2.1. ДНҚ молекуласының жарықтық репарациясының маңызын түсіндіру және сызбасын сызу.
6.7.2.2. ДНҚ молекуласының қараңғылық репарациясының маңызын түсіндіру және сызбасын сызу.
6.7.2.3. ДНҚ молекуласының репликациядан кейінгі репарациясының маңызын түсіндіру және сызбасын сызу.
6.7.2.4. Ситуциалық есептерді шығару.
1. Ата-аналары сау жанұяда пигментті ксеродермамен бала дүниеге келді. Даму барысында балада белгілер қалыптасты ----------, ---------, ---------.
- Тұқым қуалау типін және баланың генотипін анықтау.
- Аурудың ары қарай дамуын тоқтатуға болады ма?
6.7.2.5. Кестені толтырыңыз:
| Р епараци я типтері | Тән ерекшеліктері |
| Фотореактивация | |
| Эксцизиялық | |
| Пострепликативтік | |
| Мисс-мэтч репарация | |
| SOS-репарация |
6.7.3 Бақылау сұрақтары :
6.7.3.1. Репарация, себептері, типтері.
6.7.3.2. Жарықтық ДНҚ репарациясы дегеніміз не?
6.7.3.3. Қараңғылық ДНҚ репарациясы дегеніміз не?
6.7.3.4. SOS – репарацияның ерекшілігі неде?
6.7.3.5. ДНҚ репарациясы үрдісінің бұзылуынан болатын тұқым қуалайтын аурулардың даму механизмдері қандай?
Үш тілдегі түсіндірме сөздер:
| Қазақ тілінде | Орыс тілінде | Ағылшын тілінде |
| Р епараци я — способность клетки исправлять повреждения и разрывы в молекулах ДНК | Репарация — жасушаның ДНҚ молекуласындағы зақымданулармен үзілулерді қайта қалпына келтіруге қаблеттілігі | Reparation – the ability of cells to correct damages and breaks in DNA molecules |
| Тиминовый диммер -соединение, образуемое в молекулах ДНК под действием УФ облучения вследствие возникновения ковалентных связей между двумя соседними пиримидиновыми основаниями | Тиминдік диммерлер – УК сәулесі әсерінен ДНҚ молекуласындағы қатар орналасқан пиримидиндік негіздер арасында түзілген байланыс | Thymine dimmer -compound formed by DNA molecules to UV radiation due to the occurrence of covalent bonds between two adjacent pyrimidine bases |
| Фотореактивация — явление восстановления видимым светом повреждений ДНК, вызванных УФЛ. | Фотореактивация – УКС әсерінен пайда болған ДНК молекуласындағы зақымдалулардың көрінетін жарық әсерінен қалпына келуі | Photoreactivation - a phenomenon visible light recovery of DNA damage caused by UV light. |
| Эксцизионная репарация – характеризующаяся удалением повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующим восстановлением нормальной структуры молекулы ДНК | Эксцизиялық репарация - ДНҚ–ғы зақымдалған азотты негіздердің алынып тасталуы және ДНҚ молекуланың қайта бастапқы қалпына келуімен сипатталады | Exisional repa ration - reparation chacterising by removing of damaged nucleotides of DNA with subsequent restoration of the normal structure of the molecule of DNA |
| Пострепликативная репарация – восстановление повреждений ДНК, обнаруживаемых после ее репликации | Пострепликатив ті р епарация – репликациядан кейін анықталынған зақымдалған ДНҚ қайта қалпына келуі | Postreplicative reparation – reparation of damages of DNA revealed after replication |
| Мисс-мэтч -некомплементарные звенья в двухцепочечной структуре, которые не образуют водородных связей и узнаются ферментами репарации. | Мисс-мэтч - қос тізбектегі сутектік байланыс түзілмейтін комплементарлық емес негіздер репарация ферменттері арқылы табылады. | Miss мatch -nekomplementarnye links in the double-stranded structure, which do not form hydrogen bonds and learn repair enzymes |
| SOS-репарация – репарация, имеющая место в случае многочисленных повреждений ДНК | SOS -репарация - ДНҚ молекуласының көп зақымдануында ғана іске қосылады | SOS-reparation – reparation taking place in case of numerous of damages of DNA |
| Моногенные болезни – болезни, обусловленные мутациями в единичным гене | Моногендік аурулар – жекеленген геннің мутацияларынан пайда болатын аурулар | Monogenic diseases – diseases resulting from mutations of single gene |
| Ксероде́рма пигме́нтная — наследственное заболевание кожи, проявляющееся повышенной чувствительностью к УФ облучению, проявляется в возрасте двух-трех лет и постоянно прогрессирует. | Пигменттік ксеродерма – УКС жоғарғы сезімталдық ретінде көрінетін екі үш жастарда байқалып, үнемі қарқындап дамитын тұқым қуалайтын тері ауруы | Xeroderma pigmentosa - a hereditary skin disease characterized by an increased sensitivity to UV radiation, is manifested in the age of two to three years and is constantly progressing. |
| Злокачественные опухоли , напротив ведут к прогрессивному ухудшению состояния больного, состоянию общей истощённости и поражению различных органов метастазами. | Қатерлі ісіктер керсінше, аурудың жағдайының қарқынды нашарлауына алып келетін, инвазивті өсіп және метастаз беріп көрші мүшелерді зақымдау тән. | Malignant tumor s – tumors characterized by unlimited division of cells, invasive growth and monoclonality. |
Құрастырушы: оқытушы Ә.Қ.Қыдырбаева