DNA:n korjaus

DNA:n korjaus on joukko toimintoja, jotka korjaavat solujen perimään syntyneitä DNA-vaurioita. Jos DNA-vaurioita sattuisi hyvin usein, solujen toiminta estyisi. DNA-vaurioita aiheuttavat muun muassa aineenvaihdunnan reaktioissa syntyvät tuotteet ja ympäristön mutageeniset vaikutukset, muun muassa säteily. DNA-vauriot muuttavat yleensä DNA:n kaksoiskierrerakennetta, mitä solu käyttää hyväksi tunnistaessaan vauriokohtia. DNA-vauriot eroavat mutaatioista siten, että DNA:n korjausmekanismit eivät kykene tunnistamaan mutaatioita (muutoksia DNA:n nukleotidijärjestyksessä). DNA:n korjaukseen osallistuu monia erikoistuneita entsyymejä ja muita proteiineja, jotka ovat hyvin konservoituneita prokaryooteissa ja eukaryooteissa. DNA-korjausmekanismit eivät toimi täydellisesti. Pieni osa vaurioista jää aina korjaamatta, mikä saattaa johtaa mutaatioon.

Korjausmekanismit

Suora palautus

Solussa toimii entsyymejä, jotka katalysoivat DNA vaurioita aiheuttavien kemiallisten reaktioiden käänteisreaktioita. Fotolyaasi -entsyymillä on kyky hajottaa pyrimidiini-dimeerejä, joita syntyy mm. UVB-säteilyn vaikutuksesta. Metyyli-guaniini-metyyli-transferaasi voi demetyloida metyyli-guaniini-emäksiä takaisin guaniini-emäksiksi.

Yhden DNA-nauhan korjaus

Kun vain toinen DNA:n nauhoista on vaurioitunut, solu kykenee hyödyntämään eheää nauhaa mallina korjatessaan vauriota.

• Emäksen korjaus (engl. Base excision repair) korjaa oksidaation, alkylaation tai deaminaation aiheuttamia vaurioita DNA:n emäksissä. Emäksen korjaus käynnistyy, kun DNA glykosylaasi tunnistaa ja poistaa viallisen emäksen DNA:ssa muodostaen ns. AP-kohdan DNA:han. Seuraavaksi AP endonukleaasi poistaa nukleotidin muut osat AP-kohdasta, minkä jälkeen DNA polymeraasi I ja DNA ligaasi paikkaavat aukon käyttäen hyväksi eheää DNA nauhaa.
• Nukleotidin korjaus (engl. Nucleotide excision repair) kykenee korjaamaan suurempia vaurioita, joita aiheuttaa mm. kemikaalit ja säteily. Nukleotidivauriot aiheuttavat muutoksia DNA kaksoiskierrerakenteeseen, jotka mekanismi kykenee tunnistamaan. Korjaus on monimutkainen prosessi, johon osallistuu lukuisia eri proteiineja. Emäksen korjauksen tapaan siinä ensin poistetaan vaurioituneet nukleotidit ja täydennetään syntynyt aukko käyttäen hyväksi eheää nauhaa.
• Yhteensopimattomien nukleotidien korjaus (engl. Mismatch repair) korjaa DNA replikaatiossa tai rekombinaatiossa syntyneitä virheitä. Solussa on joukko tähän tehtävään erikoistuneita proteiineja.

DNA-katkokset

DNA:n katkeamiset ovat erityisen vaarallisia solulle, koska ne saattavat johtaa genomin uudelleen järjestymiseen. Tunnetaan kolme eri mekanismia, jotka voivat korjata katkenneen DNA:n: NHEJ (engl. Non-homologous end joining), MMEJ (engl. microhomology-mediated end joining) ja homologinen rekombinaatio.

Korjausmekanismin luonteesta

DNA:n jakautumisessa eli replikaatiossa syntyy hyvin paljon kopiointivirheitä. Ensimmäinen korjausmekanismin vaihe korjaa yksittäisten emästen kopiointivirheitä eli pistemutaatioita. Toisessa vaiheessa DNA-polymeraasiin liittyvät entsyymit alentavat mutaatioita. Kolmannessa vaiheessa DNA:n jakautumista ohjaava mekanismi alentaa vielä hyvin runsaasti mutaatioita. Korjausmekanismi on itsessään altis mutaatioille, ja saattaa joskus kytkeytyä ainakin osittain pois päältä.

Korjausmekanismin merkitys

DNA-vaurioon reagoiminen ja vaurion korjaaminen on erittäin tärkeää solun elossa pysymiselle ja sairauksien ehkäisemiselle. Toisaalta epätäydellisen DNA:n korjauksen seurauksena syntyvät emäsmuutokset mahdollistavat geenien ja genomin muuttumisen, mikä on evoluution perusta. Toisin sanoen epätäydellinen DNA:n korjaus synnyttää mutaatioita ja näin geneettistä variaatiota. Geneettinen variaatio on puolestaan luonnonvalinnan "polttoainetta". Täydellinen DNA:n korjaussysteemi johtaisi evoluution pysähtymiseen. Toisaalta biologisen yksilön kannalta geneettinen stabiilisuus on hyvä asia.

DNA:n korjauksen tärkeydestä kertoo se, että solut investoivat suhteellisen paljon DNA:n korjausentsyymien valmistamiseen. Esimerkiksi bakteeriien ja hiivojen genomien analyysissa on selvinnyt, että suuri osa niiden koodaavasta DNA:sta on omistettu pelkästään DNA:n korjaustoiminnoille. DNA:n korjauksen tärkeyttä kuvastaa myös se, että jos jokin DNA:n korjausgeeni inaktivoidaan, mutaatioden määrä kasvaa huomattavasti kyseessä olevassa organismissa (Alberts et al. 2002).

Monet DNA:n korjaus reitit ja niitä koodaavat geenit löydettiin ensimmäisenä bakteereista. Nykyään tiedetään, että monet näistä geeneistä toimivat myös muissa eliöissä mukaan luettuna ihmisessä.

Katso myös

• Mutaatiotaajuus

Lähteet

• Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P.: Molecular Biology of the Cell, 4^th edition. Garland Science, 2002. ISBN 0-8153-4072-9 Teoksen verkkoversio.

• Cimprich, K. A., & Cortez, D. (2008). ATR: An essential regulator of genome integrity. Nature Reviews.Molecular Cell Biology, 9(8), 616-627.