DNS reparācija
DNS labošana ir process, kurā šūna identificē un labo DNS molekulu bojājumus.
Šūnās normālas vielmaiņas darbības un vides faktori, piemēram, UV gaisma un radiācija, bojā DNS. Ik dienu vienā šūnā notiek pat miljons molekulāro bojājumu. Daudzi no šiem bojājumiem izraisa DNS molekulas strukturālus bojājumus un var mainīt vai likvidēt šūnas spēju pārrakstīt bojāto gēnu. Citi bojājumi izraisa potenciāli kaitīgas mutācijas šūnas genomā, kas ietekmē tās meitas šūnu izdzīvošanu pēc dalīšanās. DNS labošanas procesam ir jābūt pastāvīgi aktīvam, lai tas varētu ātri reaģēt uz visiem DNS struktūras bojājumiem.
DNS labošanas ātrums ir atkarīgs no daudziem faktoriem, tostarp šūnas tipa, šūnas vecuma un ārpusšūnu vides. Šūna, kurā ir uzkrājušies daudzi DNS bojājumi vai kura vairs efektīvi neatjauno bojājumus, var nonākt vienā no trim stāvokļiem:
DNS bojājumi, kuru rezultātā rodas vairākas bojātas hromosomas
DNS remonts
DNS labošanas ātrums ir atkarīgs no daudziem faktoriem, tostarp šūnas tipa, šūnas vecuma un ārpusšūnu vides. Daudzi gēni, par kuriem sākotnēji tika pierādīts, ka tie ietekmē mūža ilgumu, ir izrādījušies iesaistīti DNS bojājumu labošanā un aizsardzībā.
Bojājumi un mutācijas
DNS bojājumi un mutācijas būtiski atšķiras.
- Bojājumi ir fiziskas anomālijas DNS, piemēram, vienas vai divu virkņu pārrāvumi. DNS bojājumus var atpazīt enzīmi, un tādējādi tos var labot. Remontam ir nepieciešama nebojāta sekvence komplementārajā DNS virknē vai homologā hromosomā. Ja šūnā saglabājas DNS bojājums, var tikt kavēta gēna transkripcija, un tādējādi tiks bloķēta arī tulkošana olbaltumvielā. Var tikt bloķēta arī replikācija vai šūna var iet bojā.
- Mutācija ir izmaiņas DNS bāzes secībā. Kad bāzes izmaiņas ir abās DNS virknēs, enzīmi nevar atpazīt mutāciju, tāpēc mutāciju nevar labot. Šūnu līmenī mutācijas var izraisīt izmaiņas olbaltumvielu funkcijās un regulācijā. Mutācijas tiek replicētas, kad šūna replicējas. Šūnu populācijā mutantu šūnu biežums palielinās vai samazinās atkarībā no mutācijas ietekmes uz šūnas spēju izdzīvot un vairoties.
Lai gan DNS bojājumi un mutācijas ir savstarpēji atšķirīgi, tie ir saistīti, jo DNS bojājumi bieži izraisa kļūdas DNS sintēzes procesā replikācijas vai labošanas laikā; šīs kļūdas ir galvenais mutāciju avots. DNS bojājumi šūnās, kas bieži dalās, jo tie izraisa mutācijas, ir viens no galvenajiem vēža rašanās iemesliem. Turpretī DNS bojājumi šūnās, kas dalās reti, visticamāk, ir svarīgs novecošanās cēlonis.
2015. gada Nobela prēmijas pētniecība
2015. gada Nobela prēmiju ķīmijā saņēma trīs zinātnieki, kuri katrs atklāja daļu no DNS labošanas stāsta.
- Zviedrs Tomass Lindahls (Tomas Lindahl FRS), kurš strādā Apvienotajā Karalistē, atklāja mehānismu, ko sauc par bāzes ekscīzijas remontu. Tas neitralizē DNS degradāciju.
- Turcijā dzimušais Ziemeļkarolīnas Universitātes profesors Azizs Sancars (Aziz Sancar) atklāja atšķirīgu DNS labošanas veidu, ko sauc par nukleotīdu ekscīzijas labošanu.
- Amerikānis Pols Modrihs no Djūka universitātes Ziemeļkarolīnā parādīja, kā šūnas labo DNS defektus, kas rodas šūnu dalīšanās procesā. Šis mehānisms, ko sauc par mismatch repair (kļūdu labošana), ļauj 1000 reižu samazināt kļūdu biežumu DNS replikācijas laikā.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir DNS remonts?
A: DNS labošana ir process, kurā šūna identificē un labo tās DNS molekulu bojājumus, ko izraisa normālas vielmaiņas darbības un vides faktori, piemēram, UV gaisma un starojums.
J: Cik daudz molekulāro bojājumu var rasties vienā šūnā dienā?
A: Vienas šūnas vienā dienā var rasties pat miljons molekulāro bojājumu.
J: Ko var izraisīt DNS molekulas strukturāli bojājumi?
A: Strukturāli DNS molekulas bojājumi var mainīt vai likvidēt šūnas spēju pārrakstīt bojāto gēnu.
J: Ko var ietekmēt potenciāli kaitīgas mutācijas, ko izraisa DNS bojājumi?
A: Potenciāli kaitīgas mutācijas, ko izraisa DNS bojājumi, var ietekmēt šūnas meitas šūnu izdzīvošanu pēc tās dalīšanās.
J: Kāpēc DNS labošanas procesam ir jābūt pastāvīgi aktīvam?
A: DNS labošanas procesam jābūt pastāvīgi aktīvam, lai tas varētu ātri reaģēt uz jebkādiem DNS struktūras bojājumiem.
Kādi faktori var ietekmēt DNS atjaunošanas ātrumu?
A: DNS atjaunošanas ātrumu var ietekmēt daudzi faktori, tostarp šūnas tips, šūnas vecums un āršūnu vide.
J: Kas var notikt ar šūnu, kurā ir uzkrāts daudz DNS bojājumu vai kura vairs efektīvi neatjauno bojājumus?
A: Šūna, kurā ir uzkrājušies lieli DNS bojājumi vai kura vairs efektīvi neatjauno bojājumus, var nonākt vienā no trim stāvokļiem.
