Επιδιόρθωση του DNA
Ως επιδιόρθωση του DNA νοούνται οι διαδικασίες με τις οποίες ένα κύτταρο εντοπίζει και διορθώνει βλάβες στα μόρια του DNA του.
Στα κύτταρα, οι φυσιολογικές μεταβολικές δραστηριότητες και περιβαλλοντικοί παράγοντες, όπως το υπεριώδες φως και η ακτινοβολία, προκαλούν βλάβες στο DNA. Υπάρχουν έως και ένα εκατομμύριο μοριακές βλάβες ανά κύτταρο την ημέρα. Πολλές από αυτές τις βλάβες προκαλούν δομικές βλάβες στο μόριο του DNA και μπορούν να μεταβάλουν ή να εξαλείψουν την ικανότητα του κυττάρου να μεταγράφει το επηρεασμένο γονίδιο. Άλλες βλάβες προκαλούν δυνητικά επιβλαβείς μεταλλάξεις στο γονιδίωμα του κυττάρου, οι οποίες επηρεάζουν την επιβίωση των θυγατρικών του κυττάρων μετά τη διαίρεσή του. Η διαδικασία επιδιόρθωσης του DNA πρέπει να είναι συνεχώς ενεργή, ώστε να μπορεί να ανταποκρίνεται γρήγορα σε οποιαδήποτε βλάβη στη δομή του DNA.
Ο ρυθμός επιδιόρθωσης του DNA εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως ο τύπος του κυττάρου, η ηλικία του κυττάρου και το εξωκυτταρικό περιβάλλον. Ένα κύτταρο που έχει συσσωρεύσει πολλές βλάβες στο DNA, ή ένα κύτταρο που δεν επιδιορθώνει πλέον αποτελεσματικά τις βλάβες, μπορεί να εισέλθει σε μία από τρεις καταστάσεις:
Βλάβη του DNA με αποτέλεσμα πολλαπλά σπασμένα χρωμοσώματα
Επισκευή του DNA
Ο ρυθμός επιδιόρθωσης του DNA εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως ο τύπος του κυττάρου, η ηλικία του κυττάρου και το εξωκυτταρικό περιβάλλον. Πολλά γονίδια που αρχικά είχε αποδειχθεί ότι επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής έχουν αποδειχθεί ότι εμπλέκονται στην επιδιόρθωση και την προστασία από βλάβες του DNA.
Βλάβες και μεταλλάξεις
Οι βλάβες του DNA και η μετάλλαξη είναι θεμελιωδώς διαφορετικές.
- Οι βλάβες είναι φυσικές ανωμαλίες στο DNA, όπως σπασίματα μονής και διπλής έλικας. Οι βλάβες του DNA μπορούν να αναγνωριστούν από ένζυμα και έτσι μπορούν να επιδιορθωθούν. Για την επιδιόρθωση απαιτείται η μη κατεστραμμένη αλληλουχία στη συμπληρωματική αλυσίδα του DNA ή σε ένα ομόλογο χρωμόσωμα. Εάν ένα κύτταρο διατηρεί βλάβη του DNA, μπορεί να εμποδιστεί η μεταγραφή ενός γονιδίου και, επομένως, θα εμποδιστεί επίσης η μετάφραση σε πρωτεΐνη. Η αντιγραφή μπορεί επίσης να μπλοκαριστεί ή το κύτταρο μπορεί να πεθάνει.
- Μια μετάλλαξη είναι μια αλλαγή στην αλληλουχία των βάσεων του DNA. Μια μετάλλαξη δεν μπορεί να αναγνωριστεί από τα ένζυμα από τη στιγμή που η αλλαγή βάσης είναι παρούσα και στις δύο αλυσίδες του DNA, οπότε μια μετάλλαξη δεν μπορεί να επιδιορθωθεί. Σε κυτταρικό επίπεδο, οι μεταλλάξεις μπορούν να προκαλέσουν μεταβολές στη λειτουργία και τη ρύθμιση των πρωτεϊνών. Οι μεταλλάξεις αναπαράγονται όταν το κύτταρο αναπαράγεται. Σε έναν πληθυσμό κυττάρων, η συχνότητα των μεταλλαγμένων κυττάρων θα αυξηθεί ή θα μειωθεί ανάλογα με τις επιπτώσεις της μετάλλαξης στην ικανότητα του κυττάρου να επιβιώνει και να αναπαράγεται.
Αν και διαφορετικές μεταξύ τους, οι βλάβες του DNA και οι μεταλλάξεις σχετίζονται μεταξύ τους, επειδή οι βλάβες του DNA συχνά προκαλούν σφάλματα σύνθεσης του DNA κατά τη διάρκεια της αντιγραφής ή της επιδιόρθωσης- τα σφάλματα αυτά αποτελούν σημαντική πηγή μεταλλάξεων. Οι βλάβες του DNA σε συχνά διαιρούμενα κύτταρα, επειδή προκαλούν μεταλλάξεις, αποτελούν εξέχουσα αιτία καρκίνου. Αντίθετα, οι βλάβες του DNA σε σπάνια διαιρούμενα κύτταρα είναι πιθανότατα μια εξέχουσα αιτία της γήρανσης.
2015 Νόμπελ έρευνας
Το Νόμπελ Χημείας 2015 απονεμήθηκε σε τρεις επιστήμονες που ανακάλυψαν ο καθένας μέρος της ιστορίας της επιδιόρθωσης του DNA.
- Ο Tomas Lindahl FRS, ο οποίος είναι Σουηδός και εργάζεται στο Ηνωμένο Βασίλειο, ανακάλυψε έναν μηχανισμό που ονομάζεται επιδιόρθωση αποκοπής βάσεων. Ο μηχανισμός αυτός αντισταθμίζει την υποβάθμιση του DNA.
- Ο τουρκικής καταγωγής Aziz Sancar, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας, ανακάλυψε μια διαφορετική επιδιόρθωση του DNA που ονομάζεται επιδιόρθωση με νουκλεοτιδική εκτομή.
- Ο Αμερικανός Paul Modrich, στο Πανεπιστήμιο Duke της Βόρειας Καρολίνας, έδειξε πώς τα κύτταρα διορθώνουν τις ατέλειες του DNA που συμβαίνουν κατά την κυτταρική διαίρεση. Αυτός ο μηχανισμός, που ονομάζεται επιδιόρθωση αναντιστοιχιών, έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της συχνότητας των σφαλμάτων κατά την αντιγραφή του DNA κατά 1.000 φορές.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι η επιδιόρθωση του DNA;
A: Η επιδιόρθωση του DNA είναι η διαδικασία με την οποία ένα κύτταρο εντοπίζει και διορθώνει βλάβες στα μόρια του DNA που προκαλούνται από φυσιολογικές μεταβολικές δραστηριότητες και περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως το υπεριώδες φως και η ακτινοβολία.
Ερ: Πόσες μοριακές βλάβες μπορούν να εμφανιστούν ανά κύτταρο ανά ημέρα;
Α: Υπάρχουν έως και ένα εκατομμύριο μοριακές βλάβες ανά κύτταρο ανά ημέρα.
Ερ: Τι μπορεί να προκαλέσουν δομικές βλάβες στο μόριο του DNA;
Α: Δομικές βλάβες στο μόριο του DNA μπορούν να μεταβάλουν ή να εξαλείψουν την ικανότητα του κυττάρου να μεταγράφει το προσβεβλημένο γονίδιο.
Ερ: Τι μπορούν να επηρεάσουν οι δυνητικά επιβλαβείς μεταλλάξεις που προκαλούνται από βλάβες του DNA;
Α: Οι δυνητικά επιβλαβείς μεταλλάξεις που προκαλούνται από βλάβες του DNA μπορούν να επηρεάσουν την επιβίωση των θυγατρικών κυττάρων του κυττάρου μετά τη διαίρεσή του.
Ερ: Γιατί η διαδικασία επιδιόρθωσης του DNA πρέπει να είναι συνεχώς ενεργή;
Α: Η διαδικασία επιδιόρθωσης του DNA πρέπει να είναι συνεχώς ενεργή, ώστε να μπορεί να ανταποκρίνεται γρήγορα σε οποιαδήποτε βλάβη στη δομή του DNA.
Ερ: Ποιοι παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν τον ρυθμό επιδιόρθωσης του DNA;
Α: Πολλοί παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν τον ρυθμό επιδιόρθωσης του DNA, όπως ο τύπος του κυττάρου, η ηλικία του κυττάρου και το εξωκυτταρικό περιβάλλον.
Ερ: Τι μπορεί να συμβεί σε ένα κύτταρο που έχει συσσωρεύσει πολλές βλάβες στο DNA ή σε ένα κύτταρο που δεν επιδιορθώνει πλέον αποτελεσματικά τις βλάβες;
A: Ένα κύτταρο που έχει συσσωρεύσει πολλές βλάβες στο DNA ή ένα κύτταρο που δεν επιδιορθώνει πλέον αποτελεσματικά τις βλάβες, μπορεί να εισέλθει σε μία από τρεις καταστάσεις.
