Эпигенетические изменения в структуре хроматина при репарация ДНК
Репарация ДНК включает эпигенетические изменения в структуре хроматина.
Накопление повреждений ДНК из-за ошибок репликации или воздействия внешними агентами может приводить к вредным мутациям, нестабильности генома, раку, старению клеток и смерти. Повреждения ДНК исправляются механизмами исправления ошибок в ходе репликации ДНК, а также независимыми механизмами, действующими в фазе G2. Клетки содержат "контрольные точки" ("checkpoints"), выявляющие наличие повреждений ДНК и останавливающие или задерживающие клеточный цикл до тех пор, пока не завершится репарация; эти механизмы индуцируют также гибель клетки ( апоптоз ), если повреждение не исправляется, что способствует выживаемости организма за счет удаления дефектных клеток. Процессы эти в норме весьма эффективны; например, клетки кожи человека, подвергнутые УФ-облучению солнечного света, содержат удивительно большое количество повреждений ДНК, подавляющее большинство которых должным образом вылечиваются ( Friedberg et al., 1995 ). Индивидуумы, дефектные по репарации в силу мутаций в одном или нескольких компонентах механизмов "контрольной точки" или репарации, страдают от целого ряда заболеваний, в том числе предрасположенностью к раку прямой кишки, груди и кожи и подвержены преждевременному старению.
В ранних исследованиях были успешно идентифицированы молекулы и механизмы, распознающие разные типы повреждений в ДНК, такие как двунитевые разрывы ( DSBs ) и пиримидиновые димеры, и рекрутирующие специфические комплексы для исправления этих повреждений. Однако упаковка ДНК в хроматин могла бы потенциально блокировать доступ факторов, участвующих в распознавании сайтов повреждения или осуществляющих репарцию, подобно репрессивному влиянию гетерохроматина на экспрессию генов ( Hassa and Hottiger, 2005 ). Однако репарация использует АТФ-зависимые комплексы ремоделинга хроматина , которые, как предполагается, "экспонируют" дефектную ДНК для репарации.
Последующие исследования показали, что специфические изменения в хроматиновой матрице, такие как присутствие вариантов гистонов и посттрансляционные модификации гистонов, играют ключевую роль в распознавании повреждений ДНК и в рекрутировании соответствующих механизмов репарации ( Hassa and Hottiger, 2005 ). Например, присутствие DSBs имеет своим результатом быстрое фосфорилирование варианта гистона H2A , H2AX , по серинам 136 и 139 (обозначается гаммаH2AX ). Фосфорилирование Н2AХ необходимо для накопления белков репарации в больших (мегабазы) районах, окружающих DBSs, и для сборки "фокусов" репарации, а не для первоначального рекрутирования репарационных комплексов к первичным сайтам повреждения ДНК ( Bassing et al., 2002 ; Celeste et al., 2002 ). Эти наблюдения позволяют предполагать, что "распространение" гаммаН2AХ из DBSs действует для усиления сигнала, исходящего из DBSs, увеличивая рекрутирование и, возможно, сохранение факторов репарации ( Fernandez-Capetillo et al., 2004 ). В дополнение к участию в репарации DBSs фосфорилирование Н2AХ влияет на рекомбинацию V(D)J в лимфоцитах млекопитающих, а также действует как супрессор геномной нестабильности и опухолей у мышей ( Fernandez-Capetillo et al., 2004 ).
Другие типы изменений хроматина, такие как ацетилирование гистонов , SUMOилирование , убиквитилирование и метилирование , также играют заметную роль в успешной репарации ДНК. Например, метилирование гистона НЗ по лизину 79 ( HЗK79me ) необходимо для рекрутирования к DSBs белка репарационной "контрольной точки" 53BP1 и опосредуется DOT1 -метилтрансферазой лизинов гистонов ( HKMT ) ( Huyen et al., 2004 ). Интересно, что индуцированные повреждения ДНК не изменяют уровни метилирования НЗК79, позволяя предполагать, что эта модификация не добавляется в ответ на DSBs. Одна из возможностей заключается в том, что рекрутирование 53ВР1 и "ощущение" ("sensing") DSBs связано с экспозицией предсуществующего метилирования НЗК79 в ответ на ремоделинг хроматина в сайтах повреждений ДНК.
Хотя наше современное понимание влияния этих и других факторов хроматина на репарацию ДНК предполагает участие в сигналинге и рекрутировании соответствующих комплексов к повреждениям ДНК, вполне вероятно, что будущие исследования выявят новые направления, по которым эпигенетические механизмы регулируют пути, поддерживающие стабильность генома. Важно отметить, что роль хроматина в репарации ДНК является динамической и происходит в ответ на повреждение. Хотя модификации гистонов и другие эпигенетические регуляторные белки играют ключевые роли, эти изменения не наследуются при клеточном делении, в отличие от других примеров, обсуждаемых в этой главе.
