DNA-Reparatur
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Durch DNA-Reparatur-Mechanismen können Zellen schadhafte Veränderungen der DNA-Struktur in einer Zelle beseitigen. Solche Schäden in der DNA können spontan im Verlauf der DNA-Replikation oder durch die Einwirkung mutagener Substanzen, extremer Wärme oder ionisierender Strahlung verursacht werden.
DNA-Schäden können dazu führen, dass die Replikation der DNA für die Mitose falsch erfolgt, Proteine nicht mehr bzw. falsch synthetisiert oder wichtige Chromosomenbereiche nach Doppelstrangbrüchen abgespalten werden.
Bringen die komplexen Reparaturmechanismen der Zelle keinen Erfolg, so sammeln sich in wachsenden und ruhenden somatischen Zellen so viele Fehler an, dass die normalen Zellfunktionen gestört sind. In einer Keimzelle wären die Tochterzellen nicht mehr lebensfähig, was zu einer Inaktivierung der Zelllinie führt: die Zelle bzw. die zweite bis dritte nachfolgende Generation verliert ihre Teilungsfähigkeit und stirbt. Im Zuge der Zellzykluskontrolle können Kontrollproteine eine Zelle bzw. deren DNA als defekt erkennen und einen Zyklusarrest oder den programmierten Zelltod (Apoptose) einleiten.
| Inhaltsverzeichnis |
Ursachen von DNA-Schäden
- Stoffwechselvorgänge
- Eine Zelle ist ein System im Fließgleichgewicht. Sie nimmt fortwährend Moleküle auf, verarbeitet sie, synthetisiert benötigte Stoffe, und gibt wiederum bestimmte Stoffe an die Umgebung ab. Beim normalen zellulären Metabolismus können "reactive oxygen species (ROS)" (Sauerstoffradikale?) entstehen, welche ein signifikantes Ausmaß an oxidativen Schaden anrichten. Am häufigsten sind dies Basenschäden und Einzelstrangbrüche, weniger als 0,5 % sind Doppelstrangbrüche, welche auch noch relativ gleichförmig über die DNA verteilt sind. Die Wahrscheinlichkeit endogen induzierter Schadenscluster und damit – schwierig zu reparierender – gehäufter Läsionen (complex lesions) ist sehr gering, wie sie sonst durch die nicht-homogene Energieabgabe ionisierender Strahlen auftreten.
- UV-Strahlung
- ionisierdende Strahlung
Arten von DNA-Schäden
- Pyrimidindimere zu 75%
- 6-4-Photoprodukt zu 21%
- Basenschaden zu 65% nach Röntgenbestrahlung
- Einzelstrangbruch zu 25%
- Gehäufte Lesionen zu 4%
- DNA-Protein-Vernetzung zu 4%
- Doppelstrangbruch zu 1%
Reparatur von DNA-Schäden
- Korrekturlesen durch DNA-Polymerase
- Das für die Kopie der DNA zuständige Protein DNA-Polymerase besitzt die Fähigkeit, den neuen DNA-Strang noch während der Synthese zu überprüfen und mit dem ursprünglichen Strang zu vergleichen. Entdeckt es fehlerhafte Nukleotide, werden diese herausgeschnitten und neu synthetisiert. In Eukaryonten übernehmen die δ- und die ε-DNA-Polymerasen diese Aufgabe, in Prokaryonten die Polymerase III. Ist die Polymerase mutiert und verliert dadurch die Korrekturlesefunktion, steigt die Anzahl spontaner Mutationen um das 100 000-fache. Das Bakterium Escherichia coli kann zudem anhand des Methylierungsstatus den bei der Replikation entstandenen fehlerhaften Tochterstrang von der abgeschriebenen DNA unterscheiden. Der neue Strang wird etwas später als die Matrize (der Elternstrang) an den Adeninresten der Sequenz GATC methyliert.
- Photoreaktivierung
- von 6-4-Photoprodukten; vom Photoreaktiverendem Enzym (PR-Enzym) durchgeführt, nur bei Prokaryonten und einigen Eukaryoten, nicht aber bei Säugetieren
- Basenexzisionsreparatur
- Nukleotidexzisionsreparatur
Reparatur von Doppelstrangbrüchen
Bei einem Doppelstrangbruch gibt es die Möglichkeit, dass das Schwesterchromosom die fehlende Information für diesen DNA-Abschnitt überträgt.
- Nichthomologes Endjoining
- Homologe Rekombination
- Single strand annealing