DNA 복구

 

 

DNA는 당, 염기, 인산을 구성 요소로 하는 뉴클레오티드가 다수 연결된 분자이다. 그 때문에, DNA 손상 의 수복 반응은 뉴클레오티드를 단위로 한 「교환」이 기본이 되고, 수복 반응에는 DNA 복제와 마찬가지로 DNA 합성효소(DNA 폴리머라제)가 깊게 관련되어 있다.

예외적인 DNA 손상 복구로서 식물 등이 청색광을 이용하여 자외선 에서 발생한 피리미딘 이량체를 가역적으로 복구하는 반응(광회복)이 있지만 포유류에서는 광회복효소와 유사하다. 단백질은 존재하지만, 광 회복 활성은 알려져 있지 않다.

DNA 손상의 복구 과정은 (1) 손상의 인식, (2) 손상 응답 신호의 기동, (3) 복구 인자의 집결과 복구 반응, (4) 손상 응답 신호의 해제를 기본적인 흐름으로 하고 있다 . 방사선 에서 일어나는 DNA 손상은 매우 다양하기 때문에, 모든 종류의 DNA 손상 수리 기구가 관련되어 있지만, 세포의 운명 결정에 특히 영향이 큰 것은 DNA 이중 가닥 절단의 수복으로 여겨지고 있다 .

1. 염기 제거 복구 염기 제거

 

복구는 산화 손상 및 알킬화 손상과 같은 단일 염기의 화학적 변형에 작용하는 메커니즘이다. 우선, 화학적으로 변형된 염기와 데옥시리포스 사이를 N-글리코실라제 활성을 갖는 효소가 절단하여 탈염기 부위로 바꾼다. 다음으로, 탈염기 부위를 인식하는 엔도뉴클레아제(AP 엔도뉴클레아제)에 의해 탈염기가 있는 측의 DNA 사슬이 탈염기 부위의 인산기 측에서 절단되고, 탈염기 부위를 갖는 DNA 사슬은 배제된다. 배제된 뉴클레오티드 대신 새로운 DNA 사슬(신생 사슬)이 합성된 후 배제 사슬을 분리하고 신생 사슬과 원래의 DNA 사슬을 연결시킨다. 이 과정에서 매우 일부 범위가 신생 사슬로 대체되는 경우와 광범위한 범위가 대체되는 경우가 있습니다.

2. 뉴클레오티드 제거 복구 뉴클레오티드 제거

 

복구는 자외선 등에서 발생하는 피리미딘 이량체에 대해 기능하는 주요 복구 경로이다. RNA 전사의 장애 또는 DNA의 구조 이상에 의해 손상이 인식되면, 손상 부위에 발판이 되는 XPA라는 단백질이 DNA 헬리카제와 결합하고, 거기에 DNA쇄 절단을 실시하는 2개의 DNA 엔도뉴클레아제(XPF와 XPG)가 모아서, 피리미딘 이량체를 포함하는 DNA 가닥을 약 25 뉴클레오티드(염기)에 걸쳐 블록 단위로 절제한다. 그 후 DNA 폴리머 라제가 제거 된 부분을 합성하고 DNA 리가 제가 원래 가닥과 연결되어 수리가 완료됩니다. 또한,이 경로와 관련된 효소에 이상이 발생하면 색소성 건피증이라는 유전병을 발병하는 것으로 알려져있다 .

3. 손상 극복 합성

 

DNA 합성 효소인 DNA 폴리머라제에는 많은 종류(인간에서는 14종류)가 있으며, 일부는 화학적으로 비정상적인 염기를 넘어 DNA 합성을 진행시키는 활성을 가지고 있다. DNA 복제 포크가 피리미딘 이량체 등의 손상 염기에 부딪쳤을 때, 손상 극복 활성을 가지는 DNA 폴리머라제의 작용으로 손상 부분이 임의의 염기로 치환되는 타입의 DNA 합성 반응을 「손상 환승 합성」이라고 부른다. 또한, 손상 극복 합성에서는 손상 그 자체는 제거되지 않기 때문에, 그 후에 뉴클레오티드 제거 수복 등에 의해 손상 부위를 처리할 필요가 있다.

4. DNA 사슬 절단 수리

단일 사슬 절단은 DNA 뉴 클레아 제와 DNA 중합 효소, DNA 리가 제 III의 반응에 의해 연결되지만, 우발적으로 일어나는 단일 사슬 절단의 인식 및 반응 신호에는 XRCC1 및 폴리 ADP 중합 효소 (PARP) )가 관련되어 있음이 밝혀졌다. 한편, 이중 가닥 절단의 수리 과정은 복잡하고, 아직 전용이 완전히 해명되어 있는 것은 아니지만, 주요 경로로서 비상동 말단 결합, 상동 재조합 수복, 마이크로호모로지 매개 결합 이 알려져 있다 .

5. 사슬간 가교 및크로스 링크 손상의 수복 

 

사슬간 가교 및 크로스 링크 손상에 대해서는, 전용의 수복 기구가 있는 것은 아니고, DNA 이중 가닥 절단 수복 경로의 하나인 상동 재조합 수복이 주로 관련이 보고되었다. 또한 단백질과 DNA 간의 교차 링크에 대해서는 뉴클레오타이드 제거 수리와 손상 극복 합성, 비상동 말단 결합의 관여도 시사되고 있다.

6. 미스매치 수리

DNA 복제시의 에러 등에 의해 생기는 염기쌍의 미스매치에서는 신생쇄와 주형쇄의 구별이 중요해진다. 주형 사슬에는 주로 시토신의 메틸화가 일어나고 있기 때문에, 이것을 표식으로 주형 사슬을 구별하여 신생 사슬의 미스매치 부분을 절제하는 기구가 있다. 대장균에서는 MutS, MutL, MutH라고 불리는 3종류의 단백질이 관여하고 있다. MutS는 MutL과 함께 불일치 부위에 결합하고 MutH는 메틸화 DNA 사슬을 인식하고 결합한다. MutL이 DNA 사슬을 둘러싸고 MutS/MutL 복합체가 MutH와 결합할 때 MutH가 활성화되어 결합하지 않은 측의 사슬(신생쇄)을 절단하고 동시에 엑소뉴클레아제 활성으로 미스매치 염기를 제외한다. . 그 후, 미스매치가 없는 DNA 가닥을 합성하고, DNA 리가제가 연결되어 수리가 완료된다(도 3). 또한, 인간에서는 MSH2, MSH3, MSH6, MLH1, MSH3, PMS1, PMS2의 7 종류의 단백질이 관여하고 있으며, 그 중에서도 MSH2/MSH6 복합체와 MLH/PMS2 복합체가 중심으로 되어 있다. 또한, 이들 중심적인 4종류의 단백질 은 인간의 유전성 대장암 고발암 증후군인 린치 증후군 의 원인 유전자 이다.