Эксцизионная репарация нуклеотидов (ЭРН) у человека
Большому прогрессу в раскрытии механизма ЭРН у эукариот мы обязаны наследственному заболеванию человека - пигментной ксеродерме .
Изучение молекулярных основ этого заболевания выявили их сопряженность с дефектами системы ЭРН, результатом чего и явилось раскрытие генетического контроля ЭРН. Комплементационный анализ различных клеточных линий ХР определил 8 комплементационных групп (7 от XPA до XPG и одна "вариантная форма" XPV) [ Friedberg E.C., Walker G.C., ea., 1991 ]), а комплементационная коррекция возможных мутантных линий клеток китайского хомячка, чувствительных к УФ-свету, способствовала выявлению дополнительных генов системы ЭРН. Последние получили название гены ERCC (excision repair cross-complimenting), и поэтому в названии генов и белков ЭРН используются обе аббревиатуры. Хотя детали процесса ЭРН у человека не ясны, так как не определена роль целого ряда генов, в первом приближении он выглядит так ( табл. 3 ) [ Lehmann A.R., 1995 , Lindahl T., ea, 1997 , Hoeijmakers J., 1993 ]. Белок ХРА в комплексе с онДНК-связующим белком RPA ( репликационным белком А ), транслоцируясь вдоль онДНК, опознает конформационнoе повреждениe. Взаимодействуя через другой участок белка ХРА с базальным фактором транскрипции TFIIH (две из субъединиц которого, белки ХРВ и ХРD , обладают геликазной активностью с противоположной ориентацией раскручивания днДНК), они образуют комплекс, который расплетает ДНК вокруг повреждения (в состав этого комплекса входит и белок ХРС с неясными функциями). Через третий участок белка ХРА к комплексу примыкает гетеродимер ERCC1-XPF , который вносит однонитевой разрыв в ДНК с 5'-конца на расстоянии 16-25 н. от повреждения, тогда как белок XPG , входящий в комплекс белков эксцинуклеазы через взаимодействие с белком RPA, делает надрез с 3'-конца на расстоянии 2-9 н. (в разрезании принимает участие и белок ХРС , а белок ХРЕ активирует реакцию). В результате бимодальной инцизии участок ДНК размером около 29 н. высвобождается, а образующаяся брешь ресинтезируется с помощью ДНК-полимеразы епсилон или ДНК-полимеразы дельта , сопутствующего репликации фактора PCNА , репликационного фактора C-RFС и ДНК-лигазы I .
Представленная картина во многом основана на реконструировании процесса в открытой системе с участием 10 хорошо очищенных белков [ Wood R.D., 1994 ]. Как видно, эукариотическая система ЭРН лишь функционально подобна прокариотической. В ней задействовано значительно больше белков, число которых должно еще возрасти за счет белков, осуществляющих разборку и сборку хроматина. Раскрытие природы ТЭРН у человека также связывают с пониманием молекулярного дефекта,приводящего к развитию двух мультисистемных генетических заболеваний - синдрома Кокейна (СS) и трихотиодистрофии ( ТТD ). При обоих заболеваниях соматические клетки больных оказались неспособны к ТЭРН. Классические случаи CS оказались связанными с повреждениями в двух генах, CSA и CSB, а редкие смешанные формы CS+XP (CS с дополнительными симптомами ХР), с повреждениями в генах ХРВ, ХРD и ХРG. При ТТD дефекты были обнаружены также в генах XPB и XPD и в новом пока не клонированном гене ТТDА, продукт которого является частью корового домена транскрипционного фактора TFIIH [ Lehmann A.R., 1995 , Lindahl T., ea, 1997 ].
Фактор TFIIH состоит из 6 субъединиц, две из которых - белки XPB и XPD. Связываясь с белками РНК-полимеразного комплекса, кор TFIIH принимает участие в инициировании транскрипции [ Buratowski S., 1994 ], a вкупе с белками репарационного комплекса кор этого фактора участвует в ЭРН. Если допустить, что белки CSA и CSB способствуют превращению транскрипционного комплекса в репарационнный [ Lindahl T., ea, 1997 , Bregman D.B., 1996 ], то следствием повреждения этих белков может стать дефектность в ТЭРН. Таким образом, либо прямыми воздействиями на коровый домен фактора TFIIH (мутации в генах XPB, XPD и TTDA), либо косвенными (через гены CSA и CSB) можно модифицировать способность этого фактора к диссоциации из РНК- полимеразного комплекса для участия в ТЭРН. Что касается белка XPG, то он, подобно своему гомологу из S. cereivisiae - белку Rad2 [ Bregman D.B., 1996 ], способен взаимодействовать c TFIIH, что допускает возможность его воздействия на TFIIH для участия в ТЭРН. Таковы гипотетические объяснения взаимосвязи молекулярных дефектов при CS и ТTD с нарушениями ТЭРН, которые могут быть полезными для раскрытия механизма ТЭРН у эукариот. Связь же между молекулярными дефектами и клиническими проявлениями рассматриваемых наследственных заболеваний пока не имеет даже упрощенных толкований [ Kolodner R., 1995 ].
Так случилось, что изучение молекулярных механизмов ЭРН и ТЭРН на клетках человека развивались параллельно, или даже опережая исследования на популярной эукариотической модели дрожжей S. cerevisiae. В табл. 3 представлены известные функциональные аналоги системы ЭРН у дрожжей. Несомненно, однако, что при исследовании детального механизма ЭРН именно эта модельная система будет играть ведущую роль. Например, немаловажной особенностью системы ЭРН у E. coli является ее связь с SOS-функциями клетки. Действительно, центральные гены системы ЭРН, uvrA и uvrB, находятся под контролем SOS-регулона [ Friedberg E.C., Walker G.C., ea., 1991 ]. Системы, подобной SOS, у эукариот пока не обнаружено. Однако целый ряд генов системы ЭРН у дрожжей, таких, как RAD2, RAD7, RAD23, CDC8 и CDC9, индуцируется при повреждении ДНК, а последние два гена дополнительно регулируются клеточным циклом [ Friedberg E.C., Walker G.C., ea., 1991 ].
Природу этой индукции еще предстоит выяснить.
