Meccanismi di Riparazione e Ricombinazione del DNA

Riparazione del DNA

Riparazione per Escissione di Nucleotidi (NER)

La riparazione per escissione di nucleotidi utilizza un enzima fosfodiestereo che idrolizza legami fosfodiesterici su un lato della distorsione causata dalla lesione. L'incisione dell'oligonucleotide è limitata dal danno e il conseguente gap è riempito dalla DNA polimerasi I di E. coli e dalla DNA polimerasi ε (epsilon) negli eucarioti. Il gap è sigillato dalla DNA ligasi.

Si forma un complesso composto dalle proteine UvrA e UvrB che scansionano il DNA e si legano al sito di lesione. Il dimero UvrA si dissocia, lasciando la subunità UvrB ancorata alla lesione, dopo di che UvrC si lega ad essa per effettuare i tagli necessari sui legami fosfodiesterici. Il frammento risultante viene rimosso dall'elicasi e il gap si riempie con la DNA polimerasi I.

Riparazione Diretta

Vari tipi di lesioni sono riparati senza la necessità di rimuovere basi o nucleotidi. Un esempio è la fotoriattivazione diretta dei dimeri di pirimidina ciclobutano. Questa reazione è promossa dalla DNA fotoliasi.

I dimeri pirimidinici sono il prodotto di una reazione indotta dalla luce ultravioletta. La fotoliasi utilizza l'energia luminosa assorbita per invertire la reazione. La fotoliasi contiene generalmente due cofattori che agiscono come agenti di assorbimento della luce o cromofori. Il meccanismo coinvolge la generazione di radicali liberi.

Ricombinazione Genetica

Il riassetto di informazione genetica tra molecole di DNA comprende una serie di processi:

• Ricombinazione Omologa

  Scambio genetico tra due molecole di DNA che portano una grande regione di sequenza quasi identica.

• Ricombinazione Sito-Specifica

  Scambi che si verificano solo in una sequenza di DNA determinata.

• Trasposizione del DNA

  Diverso dai due precedenti, coinvolge un breve segmento di DNA con la straordinaria capacità di spostarsi da un cromosoma all'altro.

Dettagli sulla Ricombinazione Sito-Specifica

Se ci concentriamo sulla ricombinazione sito-specifica, possiamo dire che porta a un riarrangiamento accurato del DNA, mentre la ricombinazione omologa può coinvolgere qualsiasi due sequenze (a condizione che siano uguali).

Tutti i sistemi di ricombinazione sito-specifica richiedono l'azione specifica dell'enzima ricombinasi e una sequenza di DNA specifica dove l'enzima agisce. Una ricombinasi indipendente riconosce e si lega a ciascuno dei due siti di ricombinazione. In ogni sito, taglia un filamento di DNA in un punto specifico.

La ricombinasi forma un legame covalente transitorio proteina-DNA, mantenendo l'energia del legame fosfodiesterico perso nel taglio del DNA. I filamenti di DNA tagliati si uniscono per formare una nuova giunzione di Holliday con nuovi legami fosfodiesterici.

Per completare il processo, la reazione deve essere ripetuta in un secondo punto all'interno di ciascuno dei due siti di ricombinazione. In alcuni sistemi, entrambi i filamenti dei siti di ricombinazione sono tagliati contemporaneamente e si uniscono per formare nuovi filamenti senza l'intermedio della giunzione di Holliday.