Краткое сравнение механизмов репарации при одиночных разрывах цепи (SSB) и двухцепочечных разрывах (DSB), возможные ошибки и последствия для генетической стабильности.
1) Обнаружение и сигналы
- SSB: распознаются белками-переносчиками повреждений (например, PARP1). Сигнализация приводит к привлечению XRCC1, DNA-полимеразы β и лигазы (LigIII). Ремонт активен в большинстве фаз цикла клетки.
- DSB: распознаются комплексом MRN (MRE11–RAD50–NBS1) и киназой ATM; при одноцепочечной ДНК с покрытием RPA активируется ATR. Выбор пути зависит от степени рестрикции концов и фазы цикла ($G1$ vs $S/G2$).
2) Основные механизмы
- SSB repair (SSBR/BER): удаление повреждённого нуклеотида (гликозилазы, AP эндонуклеаза), заполнение нуклеотидов полимеразой β и лигирование (LigIII/XRCC1). Может участвовать NER при булочных аддуктах.
- DSB repair:
- Non‑homologous end joining (NHEJ): Ku70/80, DNA‑PKcs, Ligase IV/XRCC4 — напрямую соединяет концы, не требует гомологичной матрицы; преимущественно в $G1$.
- Homologous recombination (HR): рестрикция концов, поиск гомологичной последовательности (сестринской хроматидой), RAD51, BRCA1/2 — практически «точный» в $S/G2$.
- Alternative end‑joining / microhomology‑mediated end joining (alt‑NHEJ/MMEJ) и single‑strand annealing (SSA): используют микрогомологии или повторы — приводят к делециям.
3) Возможные ошибки репарации
- SSB:
- Некорректное восстановление нуклеотида → точечная мутация.
- Неполное лигирование/затронутый репликативный вилок → превращение SSB в DSB при репликации (коллапс вилки).
- «Траперинг» PARP (лекарственный эффект) — блокирование ремонта и клеточная гибель.
- DSB:
- NHEJ: небольшие вставки/делеции у места сшивки; ошибочные сшивки концов из разных хромосом → транслокации.
- alt‑NHEJ/MMEJ/SSA: крупные делеции между модулями повторов, реаранжировки.
- Ошибки HR: неверный шаблон → конверсии аллелей, потеря гетерозиготности (LOH), перекрёстные перегруппировки при неправильном супрамолекулярном выравнивании.
- Недостаточный ответ ATM/ATR → необнаруженные DSB → хромосомные разломы и нестабильность.
4) Последствия для генетической стабильности
- SSB-ошибки: преимущественно локальные мутации и возможная генерация DSB при репликации → усиление мутагенеза и риск репликативного коллапса.
- DSB-ошибки: инделы в локусе, крупные делеции, дупликации, транслокации, инверсии, хромосомные потери → геномная нестабильность, анeuploidия, LOH. На уровне организма — предрасположение к раку, апоптоз или сенесценция при сильной нагрузке.
- Критическая роль фазовой зависимости: дефект HR (BRCA1/2) особенно опасен в $S/G2$, приводит к использованию ошибочных путей и высокой реаранжировочной активности.
Краткий вывод: SSB‑репарация обычно точнее и локализована; ошибка чаще даёт точечные замены или превращение SSB→DSB. DSB‑репарация предоставляет более широкий спектр путей: NHEJ быстро, но чаще ошибочен; HR точен, но доступен только при наличии сестринной хроматиды. Ошибки в репарации DSB приводят к более тяжёлым структурным перестройкам генома и большей угрозе генетической нестабильности.