Репарация

Репарация (от лат. reparatio — восстановление) — универсальный для всех живых организмов процесс восстановления исходной (нативной) структуры ДНК, повреждённой в ходе нормального клеточного метаболизма или под действием физических и химических факторов. Осуществляется специализированными ферментными системами клетки.

Наиболее детально изучена репарация ДНК у бактерий, особенно повреждённой ультрафиолетовым или ионизирующим излучением. Выделяют три основных механизма:

1. Фоторепарация (фотореактивация)

Фермент дезоксирибопиримидинфотолиаза, активируемый видимым светом, расщепляет циклобутановые димеры, которые образуются в ДНК под действием ультрафиолетового излучения.

2. Эксцизионная репарация

Этот многоэтапный процесс включает:

• Распознавание повреждённого участка ДНК.
• Вырезание (эксцизию) этого участка.
• Ресинтез ДНК по неповреждённой комплементарной цепи как матрице.
• Восстановление непрерывности цепи ДНК.

3. Пострепликативная репарация

Включается, когда эксцизионная репарация не успевает устранить все повреждения до начала репликации ДНК. В результате репликации повреждённой матрицы возникают молекулы с однонитевыми пробелами. Их восстановление происходит с использованием механизмов генетической рекомбинации.

Ферменты репарации также участвуют в процессах репликации и рекомбинации ДНК, а также влияют на мутагенез. Существует особый, индуцируемый стрессом тип репарации, склонный к ошибкам. Он восстанавливает целостность молекулы ДНК, но может вносить искажения в генетическую информацию, приводя к мутациям.

Мутации, блокирующие гены репарации, часто приводят к резкому повышению частоты возникновения других мутаций в клетке. Дефекты систем репарации лежат в основе ряда наследственных заболеваний человека, таких как:

• Пигментная ксеродерма.
• Атаксия-телеангиэктазия.
• Прогерия.

Штаммы бактерий и дрожжей с дефектами репарации, обладающие повышенной чувствительностью к повреждающим агентам, широко используются в генетической токсикологии в качестве тест-систем для выявления мутагенов.

В радиобиологии термин «репарация» имеет более широкое значение и подразумевает восстановление биологических объектов (от молекул до целых органов) от повреждений, вызванных ионизирующим или ультрафиолетовым излучением. У многоклеточных организмов это проявляется в форме регенерации облучённых тканей.

Современный контекст

Современные исследования значительно расширили понимание репарации. У эукариот, включая человека, открыты сложные, многоэтапные пути репарации, такие как репарация неспаренных оснований (mismatch repair, MMR) и репарация двухцепочечных разрывов (double-strand break repair), которая может идти по двум основным путям: гомологичной рекомбинации (HR) и негомологичному соединению концов (NHEJ). Дисфункция этих систем напрямую связана с геномной нестабильностью и является одной из ключевых причин развития многих видов рака. Изучение репарации ДНК — основа для разработки новых подходов в онкологии (например, использование ингибиторов фермента PARP для лечения опухолей с дефектами в репарации гомологичной рекомбинации).