Chapter 7: DNA Repair and Recombination

Back to chapter

7.7:

DNA Hasarı Hücre Döngüsünü Durdurabilir

JoVE Core
Biologia Molecular

This content is Free Access.

JoVE Core Biologia Molecular

DNA Damage can Stall the Cell Cycle

Vídeo Anterior
7.6: Fixing Double-strand Breaks

Próximo Vídeo
7.8: Homologous Recombination

Idiomas

COMPARTILHAR

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Hücre döngüsü sırasında birçok kontrol noktasında, çeşitli enzimler DNA’da hasar olup olmadığını kontrol eder. Genomun bütünlüğünü korumak için, sadece eksiksiz ve hasarsız DNA’nın bu döngüden geçmesine ve bir sonraki nesle aktarılmasına izin verilir. DNA’da hasar tespit edilirse, hücre döngüsü bu hasar onarılana kadar duraklar.G1 fazında DNA replikasyonu sırasında, helikaz DNA sarımını açar ve DNA polimeraz, şablondan yeni bir zincir sentezleyerek, replikasyon çatalı adı verilen Y şeklinde bir yapı oluşturur. Hasarlı DNA, replikasyon çatalını durdurarak kararsız hale gelmesine ve helikaz ve polimerazın DNA’dan ayrılmasına neden olur. Hasarlı tek zincirli DNA’nın yeniden birleştirilmesini önlemek için, replikasyon proteini A veya RPA, tek zincirli DNA’yı durdurulan replikasyon çatalında kaplar.Bu kompleks daha sonra Ataksi Telenjiektazi olarak da bilinen ATR proteini tarafından veya Rad3 ile ilgili protein tarafından algılanır. Hasarlı DNA tek bir mutasyon değil, bir tam çift zincir kırılması ise, MRN adı verilen bir protein kompleksi bu bölgeye alınır;bu kompleks, DNA’nın hasarlı iki ucunu birleştirir ve mutasyona uğrayan ataksi telenjiektazi mutasyonlu proteinin bağlanması için bir platform sağlar. ATM ve ATR kinazdır, bu da fosfat gruplarının NTP’ler gibi fosfat veren moleküllerden belirli substratlara transferini katalize ettikleri anlamına gelir.ATR ve ATM, sırasıyla, downstream kinazları olan Chk1 ve Chk2’yi fosfatlar. Chk1 ve Chk2, Cdc25’i fosfatlar;bu da Cdk1’den daha fazla fosfat almasını önler. Cdk1, hücre döngüsünün düzenleyicisidir ve etkin olmadığı sürece, hücrenin S Fazı’na ilerlemesi önlenir.ATR ve ATM fosfatlamasının bir diğer hedefi de transkripsiyon aktivatör proteini P53’tür. Fosfatlanmış P53 doğrudan DNA’ya bağlanarak başka bir geni, P21 adı verilen bir proteini üretmesi için uyarır. P21, hücre bölünmesini inhibe ederek Cdk2 proteinini uyarır ve hücrenin hücre bölünmesinin bir sonraki aşamasına geçmesini önler.

7.7:

DNA Hasarı Hücre Döngüsünü Durdurabilir

DNA hasarına cevaben, hücreler kırılmaları değerlendirmek ve onarmak için hücre döngüsünü duraklatabilir. Bununla birlikte hücre, hücre döngüsü sırasında DNA'yı belirli kritik aşamalarda kontrol etmelidir. Hücre döngüsü DNA replikasyonundan önce duraklarsa, hücreler iki kat daha fazla DNA içerecektir. Öte yandan, hücreler DNA replikasyonundan sonra ancak mitozdan önce tutuklanırsa, normal DNA miktarının dört katını içerirler. Emrinde bir dizi özel protein ile, hücreler sıkı bir şekilde düzenlenmiş bir hücre döngüsünde hasar tepkisi için doğru zamanda doğru proteini kullanmalıdır.

Hasarlı DNA'nın neden olduğu replikasyon stresi, uygun bir onarım mekanizması ile spesifik hasar tipine cevap veren proteinlerin dikkatli bir şekilde koreografisini başlatır. Örneğin, DNA'da çift sarmallı kopmalara neden olabilen iyonlaştırıcı radyasyon, homolog olmayan uç birleştirme, homolog onarım ve nükleotid eksizyon onarım yolu gibi onarım mekanizmalarını içeren bir moleküler etkileşim zincirini harekete geçiren ATM proteinini aktive eder. ATM ve ATR gibi kinazlar, farklı zaman ölçeklerinde çalışan iki farklı işlemdeki çoğaltma bloklarına yanıt verir: (i) aşağı akış kinazlarının fosforilasyonu gibi nispeten hızlı çeviri sonrası değişiklikler, sonuçta CDK aktivasyonu için gerekli hücre döngüsü fosfataz CDC25'in inhibisyonunu sağlar (ii) en iyi çalışılan daha yavaş transkripsiyonal düzenlemeler, p53'ün rolüdür.

P53, hücre döngüsü durması, apoptoz veya yaşlanmada kritik rol oynayan proteinlerin ekspresyonunu düzenleyebilen bir transkripsiyon faktörüdür. Sağlıklı hücrelerde, p53 düşük konsantrasyonlarda tutulur. Çift iplikçik kopmalarını tespit ettikten sonra, ATM fosforilasyon ile p53'ü aktive eder. Bu, CDK inhibitörü p21 ve pro-apoptotik BAX ve PUMA proteinlerinin ekspresyonu ile sonuçlanır. p21, G1 ila S faz geçişine aracılık eden proteinleri fosforile eden siklin-CDK komplekslerini inhibe ederek hücre döngüsünü durdurur. Bu nedenle, p53 G1/S kontrol noktası mekanizması için kritik öneme sahiptir. P53'ün mutasyona uğradığı veya bulunmadığı hücrelerde, hücre bölünmesi artık düzenlenemez ve böyle kontrolsüz bir hücre bölünmesi malign tümörlerle sonuçlanır. Ek olarak, p53, nükleotid eksizyon onarımına aracılık eden ve dNTP sentezini indükleyen faktörlerin düzenlenmesi yoluyla NER gibi onarım yollarını doğrudan aktive edebilir.

Leitura Sugerida

Noguchi, E. "The DNA replication checkpoint and preserving genomic integrity during DNA synthesis." Nature Education 3, no. 9 (2010): 46.
Ciccia, Alberto, and Stephen J. Elledge. "The DNA damage response: making it safe to play with knives." Molecular cell 40, no. 2 (2010): 179-204.

Tags

DNA Damage Cell Cycle Checkpoints Enzymes Genome Integrity Replication Fork Helicase DNA Polymerase Single-stranded DNA Replication Protein A (RPA)ATR Protein MRN Complex Ataxia-telangiectasia Mutated (ATM) Protein Kinases Chk1 Chk2 CDC25