Репара́ция ДНК, совокупность протекающих в клетке процессов, направленных на устранение повреждений в геноме, которые могут возникать как в ходе репликации, так и под действием внутренних (гидролиз, действие промежуточных продуктов метаболизма) и внешних (радиация, ионизирующее излучение, УФ-излучение, воздействие химических агентов) факторов.

История открытия и изучения

Впервые существование процессов репарации ДНК экспериментально подтверждено в середине 20 в. Спустя десятилетие термин «репарация ДНК» был введён как понятие в молекулярной и клеточной биологии (Friedberg. 2008). Основной вклад в исследование процессов репарации ДНК внесли учёные-биохимики Т. Линдал, П. Модрич и А. Санджар. В 2015 г. они были удостоены Нобелевской премии по химии за открытие механизма репарации ДНК.

Типы систем репарации

Эксцизионная репарация нуклеотидов (репарация вырезанием нуклеотидов, nucleotide excision repair, NER) осуществляет распознавание объёмного структурного искажения молекулы ДНК – олигонуклеотидного одноцепочечного участка, в котором находится повреждённое основание, его удаление, синтез и встраивание заплатки (патча, patch), состоящей от 1 до 10 нуклеотидов.

Эксцизионная репарация оснований (репарация вырезанием основания, base excision repair, BER) активируется клеткой для удаления мелкого повреждения – дезаминированного, окисленного или алкилированного азотистого основания – путём гидролиза N-гликозидной связи между основанием и дезоксирибозой с последующим разрывом сахарофосфатного остова и синтезом удалённого фрагмента.

Система репарации ошибок репликации (система репарации мисматчей, DNA mismatch repair system), исправляет нарушения структуры ДНК, возникшие в результате встраивания в синтезируемую цепь ДНК нуклеотида, не комплементарного нуклеотиду родительской цепи.

Прямая репарация ДНК (direct repair or reversal of DNA damage), или реактивация, применяется для устранения особо мутагенных повреждений посредством восстановления правильной структуры основания.

Гомологичная рекомбинация (homologous recombination, HR) – фундаментальный биологический механизм для устранения одно- и двухцепочечных разрывов. Возможна только при наличии неповреждённых гомологичных (сестринских) молекул ДНК.

Существуют системы репарации, которые реализуются в условиях сильного генотоксического стресса, грозящего клетке гибелью. В результате работы таких систем в геноме появляются различные мутации (делеции или вставки одного или нескольких нуклеотидов).

Негомологичное соединение концов (nonhomologous end joining, NHEJ) осуществляется в клетке в случае двухцепочечных разрывов при отсутствии неповреждённой гомологичной молекулы ДНК. В ходе такого соединения удаляется часть генетического материала, что приводит к изменениям в геноме.

Транслезионный синтез – репарация транслезионными ДНК-полимеразами, также известная как синтез «через повреждения» (translesion DNA synthesis, TLS), – механизм восстановления генома, который реализуется в клетке, если повреждения вторичной структуры останавливают работу репликативных ДНК-полимераз. Низкая специфичность транслезионных ДНК-полимераз приводит к увеличению числа мутаций.

Заболевания, связанные с нарушением работы систем репарации (Альбертс. 2012).

Примечание: 46 BR — штамм фибробластов, выделенный у пациентов с различными видами иммунодефицита, например с гипогаммаглобулинемией..