Oprava DNA: Porovnání verzí

Přidáno 6 bajtů ,  před 1 rokem
typo, pravopis; je třeba udělat další opravy
(link)
(typo, pravopis; je třeba udělat další opravy)
 
{{Neověřeno část}}
[[Soubor:Brokechromo.jpg|náhled|Porušení celých řetězců DNA na tomto obrázku vyústilo ve vady ve stavbě [[chromozom]]ů]]
'''Oprava DNA''' je označení pro jakýkoliv mechanismus, který je schopen v poškozeném řetězci [[DNA]] obnovit původní pořadí [[nukleotid]]ů („''písmen genetického kódu''“ - jednotlivých [[Nukleová báze|bází]]). Takové poškození, které může být způsobené například jednou, nebo několika [[mutace]]mi. Nebo také modifikací [[nukleová báze|bází]], by jinak mohlo mít za následek poškození [[sekvence DNA|genetické informace]] buňky.<ref name="dictionary">{{citace monografie| titul = A Dictionary of Genetics, Seventh Edition | autor = ROBERT C. KING; WILLIAM D. STANSFIELD; PAMELA K. MULLIGAN | vydavatel = Oxford University Press| rok=2006}}</ref> Poruchy obecně se projevujíví opravy DNA může mít někdy za následek např. [[rakovina|rakovinné bujení]]. Opravy na DNA uchovávají v pořádku celý [[genom]] a nedegradovaný stav jednotlivých [[gen]]ů. U lidských buněk může být poškození způsobeno například vlivem radiace, či i normálními [[Metabolismus|metabolickými]] procesy. Přes průběh jediného dne je předpokládané množství jednotlivých molekulárních lézí až 1 milión. Mnoho těchto rozkladů může mít za následek i narušení struktury molekul DNA. Porušením může nastat částečné, nebo úplné zamezení schopnosti [[Transkripce (DNA)|transkripce]] segmentů genů ve výsledku degradující celý proces kódování sahající svým rozsahem až i po mechanismy [[Exprese genu|genové exprese]]. Dalším vysyktujícímvyskytujícím se nebezpečím jsou nechtěné mutace v genomu buněk (''dědičné informacinformaci''i), následně přenesené ne dceřinnédceřiné buňky po procesu [[Mitóza|mitózy]]. Mechanismy opravující DNA jsou v organismu neustále aktivní, jak reagují na poškození ve struktuře DNA a náhodně se opakujícím chybám. Při selhání mechanismů opravy a nenastaní [[Apoptóza|apoptózy]], se mohou vyskytnout nenávratné škody. Například zlomení struktury dvoušrouboviedvoušroubovice a také vznik komplikovaných křížových vazeb mezi jednotlivými vlákny (crosslinks, ICLs), to může vést až k vytvoření [[Rakovina|rakovinných]] těles. Tyto šířící se chyby, následně děděné po buněčných generacích jako jeden ze základů rakovinného bujení je podstatou Knudsonovy hypotézy (''two-hit hypothesis'').
 
Míra proběhlých oprav DNA je závislá na mnoha faktorech, typu buňky, stáří samotné buňky, okolního prostředí obklopujícího buňku. Buňka s příliš mnoho opakujícími se narušeními DNA, nebo buňka, která v rámci vnitřních procesů není schopna efektivně aplikovat opravy vyskytnutých chyb, vstoupí do aktivního průběhu jednoho z těchto tří stavů:
# Buňka nenávratně dobrovolně vstoupí do pasivního stavu zpomalujícího vnitřní procesy, který může vést k [[Dormance|dormanci]] a neomezená míra zpomalování reakcí vede k [[Stárnutí|senescenci]].
# Buňka aktivně vstoupí do procesu apoptózy a [[Programovaná buněčná smrt|Programované]] [[Buněčná smrt|buněčné smrti]] (PCD).
# Buňka zahájí integrovaný nenávratný neregulovaný proces [[Buněčné dělení|buněčného dělení]] , který může vést k růstu [[tumor]]u, který je okolními buňkami považován za nebezpečí, okolní buňky neobsahující toto rozsáhlé poškození DNA nedokáží v metabolických procesech s narůstajícím tělesem komunikovat a začlenit jej. Rakovinné bujení následně u nedostatečného zásahu [[Bílá krvinka|leukocytů]] gradovaně narůstanarůstá.
 
Průběh buněčné opravy DNA je esenciální při integrujících procesech genomu, tedy zaručuje správné fungování organismu a opakujících se metabolických reakcí. Mnoho genů, s prokázaným vlivem na délku života, ve spolupráci s některými [[bílkovina]]mi, je zapojených v mechanismech opravy DNA a také její ochrany. Narušená trojrozměrná prostorová konfigurace DNA může být také faktorem tvořícím chybové úkony v průběhu [[Translace (biologie)|translace]] při syntéze bílkovin.
 
V roce 2015 byla Tomasu LindahlovyLindahlovi, PaulPaulu Modrichovy,Modrichovi anda AzizAzizu SancarSancarovi udělena [[Nobelova cena za chemii]] za poodkrytí molekulárních procesů spojencýhspojených s opravou DNA: nejméně dvou konkrétních typů, a to oprava za dočasného vyjmutí na [[nukleotid]]u a oprava za dočasného vyjmutí na [[Nukleová báze|nukleové bázi]].
 
== Poškození DNA ==
''Poškození na DNA lze rozdělit na 2 hlavní typy:''
 
# Endogenní poškození jako je útok (ROS) reaktivními molekulami s kyslíkem pochazejícíchpocházejících z obecných produktů metabolismu (spontánní mutace), především proces oxidativní deaminace (včetně chyb při [[Replikace DNA|replikaci]]).
# Exogenní poškození způsobené útoky z vnějšího okolí.
[[Soubor:Production of mitochondrial ROS, mitochondrial ROS.png|náhled|vpravo|Produkce ROS v [[Mitochondrie|mitochondriích]] u matrix a mezimembránového prostoru.]]
* Ultrafialové záření (UV 200 - 400 nm) radiace z Slunce.
 
* Ostatní typy radiace (frekvencí), včetně rentgenového záření, gama záření.
* Některé [[Rostliny|rostlinné]] [[toxin]]y
 
* Chemické látky způsobující mutace, obzvláště [[Aromaticita|aromatické]] sloučeniny, které se dokáží vměstnantvměstnat do struktury DNA a tím ji lehce poškozují.
* Účinky [[virus]]u.
 
'''<big>''KomkrétníKonkrétní typy narušení:''</big>'''
 
''Je několik typů poškození DNA vzhledem k endogenním procesům týkajících se buňky:''
[[Soubor:EcoRV Crystal Structure.rsh.png|náhled|vpravo|Schéma trojrozměrné prostorové konfigurace restriktivního enzymu EcoRV vázajícího se na DNA (původ ''E. coli'').]]
# Oxidace bází (8-oxo-7,8-dihydroguanin (8-oxoG)) a narušení generace vláken DNA přerušnímpřerušením reaktivními molekulami s kyslíkem.
# Alkylace bází (obvykle metylace) jako je formace 7-metylguanosine, 1-metyladenin, 6-O-Metylguanin.
# Hydrolýza bází - depyrimidinace, depurinace, deaminace.
# UV - B záření způsobuje křížové spoje mezi přilehlou bází C a T, vytváří [[pyrimidin]]ový dimer, který patří do ''přímého poškození DNA''.
# UV - A záření způsobuje zejména volné radikály, tento způsob je nazýván ''nepřímé poškození DNA''.
# Ionizujícího záření (například i z [[Kosmické záření|kosmického záření]]) láme trojrozměnroutrojrozměrnou prostorovou konfiguraci DNA. Může ve velké míře způsobit i nenávratné škody, které již nelze opravit.
# Tepelné narušení, vlivem navýšené teploty zvyšuje míru depurinace. To může vést k přetržení vláken dvoušroubovice. U termofilních bakterií je možno sledovat hydrolitickou depurinaci. Jsou to bakterie, které rostou v horkých pramenech v teplotách 40 - 80&nbsp;°C. Míra depurinace (300 purinových zbytků v genomu jedné generace) je příliš vysoká, tak žetakže nemůže být napravována běžnými mechanismy. Na to se u těchto bakterií vyvíjí adaptace odpovídající okolnímu prostředí.
# Průmyslové chemikálie s negativním vlivem na dvoušroubovici deoxyribonukleové kyseliny je [[vinylchlorid]], nebo také [[peroxid vodíku]] ve velkém množství, způsobující alkylaci bází a neblahé křížové propojování v DNA.
 
Poškození UV zářením, alkylace/[[Methylace DNA|metylace]] , narušení rentgenovým zářením a oxidativní poškození jsou příklady indukované, kumulativní škody. Spontánní poškození zahrnuje ztrátu báze, deaminaci, svraštěné prstencové formace sacharidů, tautomerní posun.
 
== Oprava DNA během replikace ==
U bakteriálních buněk, silně poškozených různými způsoby, dojde k utlumení [[buněčné dělení|dělení]] a místo toho se posílí opravné mechanismy. Nukleáza [[RecA]] v tom případě aktivuje celou řadu proteinů podílejících se na SOS odpovědi. Jedná se však o značně nedokonalý proces, který slouží jako „''poslední záchrana''“, neboť při tomto procesu dochází k četným chybám.<ref name="voet" />
 
Konkrétně způsobem SOS odpovědi reaguje ''Escherichia coli'' a další bakterie, změnou v [[Exprese genu|expresi genů]], na výrazné poškození DNA. Zapojené jsou dva klíčové proteiny a to LexA a RecA. LexA je bílkovinný dimer, [[Transkripce (DNA)|transkripční]] [[Represe (genetika)|represor]] , který se váže na operační sekvence obecně nazývané SOS boxes. Je známo kolem 48 genů, včetně samotného LexA a RecA u ''E. coli, u'' kterých jsou transkripce regulovány genem LexA''.'' SOS odpověď je u bakterií široce rozšířená , ale u některých konkrétních kmenů chybí jako jsou například [[spirochéty]]. Obecnými spouštěči SOS odpovědi jsou v buňce oblasti DNA o jednom vláknu vycházející z replikační vidlice, při oddělení obou vláken od sebe. Oddělení obou vláken DNA je zaručené mechanismem za přítomnosti DNA [[Helikáza|helikázy]]. V počátečním kroku se bílkovina RecA naváže na ssDNA v reakci ATP hydrolýzy vedoucí k vytvoření RecA - ssDNA vláken. RecA - ssDNA vlákna aktivují auto[[Proteáza|proteázu]], která ultimátně vede k výstřihu LexA dimeru a také degradaci. Ztráta LexA represoru indukuje transkripci genů podílejících se na SOS, napomáhá další indukci signálů, inhibice a navýšujenavyšuje úroveň množství proteinů v procesu řešení poškození.
 
V ''Escherichia coli'', jsou SOS boxy jsou složené z sekvence o přibližné délce 20 nukletidů (blízko [[Promotor (genetika)|promotoru]] s strukturou [[palindrom]]u). V jiných třídách a kmenech se úseky SOS boxů velmi odlišují (jiné délky i složení sekvencí). Přesto se jedná o jedny z nejsilnějších signálů v genomu. Vysoký obsah informací v SOS boxes dovoluje vázání LexA na různé promotory, umožňuje načasování SOS odpovědi. Geny na opravu DNA jsou vyvolány na počátku mechanismů SOS odpovědi. Jako poslední záchranná možnost, jsou následně vypuštěny translační polymerázy náchylné k tvoření chyb, jako například UmuCD´2 (''DNA polymeráza'' V). K potřebnému snížení koncentrace jednovláknité DNA v buňce, dochází po opravení poškození na DNA, nebo obejití mezery za použití polymerázy a rekombinace. Tím se sníží i množství RecA vláken, vedoucí k snížení aktivity LexA dimeru, který způsoboval vystřihávání. LexA se ke konci naváže k SOS boxům v blízkosti promotorů a obnoví běžnou expresi genů.
 
=== Dlouhodobá a kalorická omezení ===
Bylo identifikováno několik konkrétních genů ovlivňujících různost v délce života v populaci organismů. Působení těchto genů je velmi závislé na okolním prostředí, konkrétně na složení stravy u jednotlivých organismů. ResktrickéRestrikce v příjmu kalorií, reprodukovatelně vede k prodloužené životnosti u různých druhů organismů. To například snížením [[Bazální metabolický výdej|bazálního metabolického výdeje]]. Nejsou plně známé pochody molekulárních mechanismů, které jsou způsobené restrikcí v příjmu kalorií. Nicméně pochody zapojených genů do opravy DNA se mění za podmínky omezení příjmu kalorií. U několika zapojených látek byly zaznamenány a prokázány účinky odvrácení stárnutí. Například tlumí konstitutivní hladinu [[TOR (protein)|mTOR]], který signalizuje redukci metabolických reakcí. Souběžně snižuje konstitutivní úroveň poškození DNA indukované reaktivními sloučeninami s kyslíkem, které jsou generované z vnějšího prostředí.
 
Například navýšení výskytu jednoho konkrétní genu v genomu (SIR-2), který reguluje obalování DNA v [[Háďátko obecné|háďátku obecném]]. Obecně háďátku navýší délku života. Analogový gen (genu Sir-2) u savců indukuje faktory opravy DNA typu NHEJ. Restrikce kalorií byla spojena s mírou excitace opravy bází v nukleární DNA hlodavců, nicméně podobné procesy nebyly pozorovány u [[mitochondriální DNA]].