Sửa chữa và bảo vệ ADN

1. Cơ chế sửa sai sinh học

Tế bào sống có hàng loạt hệ thống sai hỏng DNA theo nhiều cách khác nhau.
Tỷ lệ đột biến tự nhiên thấp do nhờ tính hiệu quả của hệ thống sửa sai này.
Sai hỏng của hệ thống sửa sai này dẫn đến tỷ lệ đột biến cao.

1.1. Quang phục hoạt (photoreactivation) hay sửa sai nhờ ánh sáng
(light repair)

Sau khi xử lý tia tử ngoại gây đột biến, nếu đưa ra ánh sáng thì phần lớn sai
hỏng được phục hồi nhờ enzyme photolyase. Enzyme này gắn vào
photodimer cắt nó thành các monomer dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời
có bước sóng 320-370 nm. Sau đó phục hồi các base ban đầu
Sự tạo thành và sự loại bỏ dimer thymine

1.2. Sửa sai bằng làm mất nhóm alkyl (dealkylation)

Enzyme alkyltransferasecos thể sửa trực tiếp các sai hỏng. Chúng cắt nhóm
alkyl từ chất nitrosoguanine và ethylmethnesulfonate và gắn vào vị trí O-6
guanine.

Enzyme methyltransferase của E. coli có khả năng chuyển nhóm methyl
từ chất O-6 methylguanine sang gốc cistein trên phân tử protein. Tuy nhiên
hệ thống sửa sai này có thể bảo hòa nếu mức độ alkyl hóa đủ cao.

* Sửa sai bằng cắt bỏ (excision repair pathway)

Sửa sai bằng cắt bỏ nucleotide

+ Đọc sửa đối với các base bắt cặp sai

Cơ chế đọc sửa đối với các base bắt cặp sai (proofreading for base-pair
matching) được thực hiện trong sao chép DNA. Trong quá trình sao chép,
trước khi thực hiện phản ứng polymer hóa nối các nucleotide, các nucleotide
triphotphate mới phải bắt cặp bổ sung với mạch khuôn. Nếu sự bắt cặp sai
xảy ra, DNA polymerase sẽ loại bỏ nucleotide bắt cặp sai. Ngay cả trước khi
nucleotide mới ráp vào, enzyme dò lại cặp base cuối, nếu chúng không bắt
cặp thì sự polymer hóa tiếp theo bị dừng. Cặp nucleotide ở đầu cuối 3' bắt
cặp sai sẽ bị loại bỏ nhờ hoạt tính exonuclease3'®5' của DNA polymerase.
Khi đã bắt cặp đúng, quá trình polymer hóa mới được tiếp tục.

Hoạt tính đọc sửa đối với các base bắt cặp sai là đặc tính của nhiều
DNA polymerase đảm bảo cho sự kéo dài chính xác của mạch đạng được
tổng hợp.

+ Sửa sai dựa vào tính tương đồng (Homology-dependent repair
system) Mô hình bẻ gãy sợi đôi nhờ trao đổi chéo

Một hệ thống sửa sai quan trọng đã phát hiện tính chất bổ sung đối
song song của 2 mạch đơn DNA để phục hồi đoạn sai hỏng trở lại trạng thái
bình thường ban đầu. Trong hệ thống này, đoạn DNA sai hỏng bị cắt bỏ và
thay bằng một đoạn nucleotide mới được tổng hợp bổ sung với sợi khuôn đối
diện. Sự sửa sai xảy ra qua sợi khuôn và nguyên tắc của sao chép DNA bảo
đảm sự sửa sai hoàn thành với độ chính xác cao - đó là sự giải phóng sai

được khởi động. Ở E. coli, hệ thống này có liên quan với hai protein
được mã hóa bởi gene lexAvà recA. Protein lexAlà một chất ức chế, nó gắn
vào hộp SOS, chồng lấp các promotor của các gene SOS, ngăn cản sự phiên
mã nhóm các gene của hệ thống SOS. Một vài sản phẩm của DNA bị tổn
thương sẽ làm hoạt hóa enzyme protease recA. Protein recAbị hoạt hóa sẽ cắt
bỏ protein lexA, cho phép các gene của hệ thống SOS phiên mã. Phản ứng
của hệ thống SOS xảy ra trong thời gian ngắn nhưng phức tạp. Nó bao gồm
các quá trình làm tăng hoạt tính tái tổ hợp, thay đổi trong khởi sự sao chép,
ức chế nuclease và kích thích phục hồi sao chép và chuyển sai hỏng
thành sửa sai úp sấp (error-prone replication). Tế bào bây giờ sẽ xảy ra sự sao
chép DNA nhanh hơn bình thường. Nếu sửa sai không kịp, tế bào phải chấp
nhận hoặc bị đột biến hoặc bị chết.