Ассоциация полиморфизма генов эксцизионной репарации ДНК с продолжительностью жизни

Взаимосвязь продолжительности жизни и старения с функционированием репарационных систем: теоретические и экспериментальные предпосылки

К числу таких предпосылок относятся сведения о нарушениях репарационного процесса при синдромах преждевременного старения (подробнее описано в главе 2). Наиболее типичными среди

Н2АХ

Гомологичная рекомбинация

безошибочная

склонная к ошибкам

M/R/N

/ BRCA1/Bard1

Воссоединение негомологичных концов

Разрезание 5’ 3'

нити 5'

Rad 51-опосредованное 3’ образование нуклеопротеинового филамента

Нахождение гомологии и стимуляция синтеза ДНК

DNA-PKcs/Ku/WRN

RecQ геликазы как посредники главных путей рекомбинационной репарации

ДНК-полимераза

ДНК-лигаза

Синапсис

Helicase

Ligase IV

XRCC4

Процессинг, экзонуклеаза

Восстановление без ошибок

Восстановление с ошибками

Рис. 5.2. Роль RECQ-геликаз в репарации двунитевых разрывов ДНК. RECQ-геликазы взаимодействуют с протеином Н2АХ (гистон, участвующий в формировании нуклеосом и фосфорилировании других компонентов репарационной машины), комплексом NBS1/MRE11/RAD50, протеинами RPA (рспликационный протеин A), BRCA1, BRCA2 (компоненты специализированного репарационного пути - см. глава 5, рис. 2.5), RAD51, RAD52, RAD54 и другими фермен-и— тами, участвующими в репарации двунитевых разрывов ДНК как безошибочным путем гомологичной рекомбинации, так и путем воссоединения негомологичных концов, которое может происходить с ошибками них являются синдромы Вернера и Блума, которые возникают вследствие дефектов в генах WRN vl BLN, соответственно. Эти гены в норме кодируют протеины, принадлежащие к семейству RecQ-геликаз. Как представлено на рис. 5.2, RecQ-семейство вовлечено, главным образом, в начальные этапы репарации двунитевых разрывов, требующие раскручивания нитей ДНК для последующего подключения и эффективной работы основных репарационных комплексов.

Сходную функцию в эксцизионной репарации нуклеотидов (NER) выполняют некоторые протеины, ассоциированные с сегментарными прогериями: пигментной ксеродермой и синдромом Коккейна (рис. 5.3, подробнее в главе 2). Нарушение репараци-

Эксцизионная репарация нуклеотидов (NER)

Повреждение ДНК

Transcription-coupled -х Global excision

repair ’ ’ repair

2 RNA polymerase XPC/hHR23B 5'^ stalls (<-/- DDB) I ' ?

DNA^S

RNA--

XPG# CSB®

IXPE/DDB2

RPA

ХРА

DNA pol

Узнавание повреждения

'XPC/hHR23B

ХРА, RPA, XPG, and TFIIH I связывание

TFIIH раскручивание нитей ДНК

XPG and XPF/ERCC1 РазРезание-вырезание повреждения ДНК

ДНК-полимераза заполняет пробел, лигаза «сшивает» нить

для транскрипции

“ Восстанавливается нормальная

*' нуклеотидная последовательность для репликации

Рис. 5.3. Участие протеинов, ассоциированных с пигментной ксеродермой и синдромом Коккейна, в эксцизионной репарации нуклеотидов (адаптировано из Singh et al., 2009). Повреждение ДНК задерживает продвижение РНК-поли-меразы, что является сигналом для активации ДНК-геликаз и формирования преинцизионного комплекса. Репарация транскрибируемой нити (слева) и глобальная геномная репарация (справа) различаются только начальными этапами и участием в опознании повреждения разных ферментов с ДНК-геликазной активностью онного процесса вследствие подавления функций ДНК-геликаз является одним из этиологических факторов преждевременного старения и присоединения так называемых болезней пожилого возраста. Поэтому следует ожидать, что полиморфизм соответствующих генов, модифицирующий активность ДНК-геликаз, может затрагивать процесс старения и сказываться на продолжительности жизни.

В качестве другой предпосылки следует рассмотреть вклад окислительного стресса и связанного с ним накопления повреждений ДНК в старение. Не углубляясь в свободнорадикальную теорию старения [Harman, 1994; 2006; Анисимов, 2008], напомним еще раз, что основным путем репарации модифицированных под влиянием АФК оснований ДНК является система эксцизионной репарации оснований (BER) и специализированная ДНК-гли-козилаза (8-оксигуанин-ДНК-гликозилаза), которая узнает и вырезает образовавшийся в результате окисления аддукт (рис. 5.4).

окислительный стресс

репликация

Удаление _________

модифицированного X X X л X и встраивание ? О w / ?

подходящего основания

замена GC-> АТ

Рис. 5.4. Эксцизионная репарации окисленных оснований ДНК с помощью ДНК-гликозилаз (адаптировано из David et al., 2007). hOGGl - 8-оксигуанин-ДНК-гликозилаза узнает и вырезает окисленный гуанин, способствуя безошибочной репарации ДНК; MutYH - ДНК-гликозилаза узнает и удаляет аденин, встроенный напротив окисленного гуанина

Протеин XRCC1 играет координирующую роль в BER (рис. 5.5). Несмотря на то, что его собственная биохимическая функция остается неизвестной, современные данные подтверждают взаимодействие XRCC1 с другими партнерами этой репарационной системы [Marsin et al., 2003; Campalans et al., 2005]. Но еще более интригующими являются недавно опубликованные результаты

Домены XRCC1 и их взаимодействие с другими протеинами

«Короткая заплата» с помощью poip

«Длинная заплата»

«Короткая» либо «длинная заплата»

Рис. 5.5. Координирующая роль XRCC1 на начальных этапах BER (адаптировано из Marsin et al., 2003). а - связывающие домены XRCC1 с партнерами по BER: гликозилазой hOGGl, АР-эндонуклеазой АРЕ1, поли-(АВР-рибозо)-полимеразой (PARP), ДНК-полимеразой (3, ДНК-лигазой III. б - этапы BER в репарации окислительных повреждений (8oxoG), апуриновых (АР) сайтов и однонитевых разрывов (SSB) с последующим образованием длинной либо короткой заплаты (подробнее глава 2, подраздел 2.1.1-2.1.2)

E. Parlanti и Н. Menoni с соавторами (2012). Эти исследовательские группы независимо друг от друга и с помощью разных подходов (с использованием иммунофлуоресцентного метода и дефектных по соответствующим генам линий клеток млекопитающих) доказали связывание двух ключевых протеинов эксцизионной репарации нуклеотидов, CSB и ХРС, с повреждениями ДНК, возникшими в результате действия активных радикалов кислорода. Их данные с большой вероятностью указывают на подключение NER в ответ на окислительные повреждения в клетках.

Таким образом, мутации в генах XPD и CSB приводят к преждевременному старению, а нормальное функционирование этих генов требуется для эксцизионной репарации нуклеотидов и, возможно, защитного ответа клеток на окислительный стресс. Протеины hOGGl и XRCC1 как основные компоненты эксцизионной репарации оснований непосредственно участвуют в удалении аддуктов окисления. Учитывая, что окислительный стресс и вызванные им повреждения ДНК представляют наиболее существенные факторы старения, предположение о влиянии полиморфизма генов ERCC2/XPD, ERCC6/CSB, XRCC1 и hOGGl на продолжительность жизни является вполне обоснованным.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >