Model DNA for investigation of mechanism of nucleotide excision repair

Abstract

The living cell DNA is under permanent attack of a variety of exogenous and endogenous damaging factors. Nucleotide excision repair (NER) is main pathway which removes a wide variety of bulky DNA adducts formed by UV light, electrophilic environmental mutagens, and chemotherapeutic agents. NER process in mammalian cells consistently leads to the very specific excision of damaged DNA fragments 24–32 nucleotides in length. The following DNA repair synthesis and DNA ligation restore intact DNA helix. The main set of the genes inactivated in NER-deficient higher eukaryotic cells was identified; about 30 proteins are involved in the specific multi-subunit complexes responsible for NER process. The specific NER feature is wide substrate specificity and great difference of damages elimination efficiencies. A key limiting step in NER is damage recognition and verification. One of the advanced and upcoming approaches to NER process investigation is based on the application of model DNAs – artificial DNA structures, which are analogs of substrate or intermediates of the repair process. This article reviews our current knowledge concerning the model DNA design, synthesis and application as a tool for the NER process comprehensive study.

ДНК живих клітин перебуває під постійним впливом різноманітних пошкоджуючих факторів екзо- і ендогенного походження. Нуклеотидна ексцизійна репарація (NER) видаляє з ДНК широкий набір об’ємних адуктів, які утворилися в результаті дії УФ опромінення, а також електрофільних речовин – забруднювачів довкілля, що чинять мутагенний вплив, та хіміопрепаратів. У процесі репарації, яку виконує система NER ссавців, відбувається специфічне вищеплювання з ДНК фрагментів розміром 24––32 нуклеотиди, що містять пошкодження. Подальший репаративний синтез і лігування ДНК відновлюють інтактність спіралі ДНК. Ідентифіковано гени, інактивовані в NER-дефіцитних клітинах вищих евкаріотів. В репарації беруть участь приблизно 30 білків, які формують специфічні мультисубодиничні комплекси. Система NER характеризується широкою субстратною специфичністю і при цьому великими розбіжностями в ефективності видалення пошкоджень. Ключовою лімітуючою стадією процесу є упізнавання та верифікація пошкоджен. До ефективних і таких, що розвиваються, підходів до вивчення процесу NER належить метод, заснований на використанні модельних ДНК – синтетичних структур, які є аналогами субстрата або інтермедіатів цього процесу. Розглянуто існуючі дані щодо способів конструювання модельних ДНК та застосування їх як інструмента для всебічного дослідження процесу NER.

ДНК живых клеток находится под постоянным воздействием различных повреждающих факторов экзо- и эндогенного происхождения. Нуклеотидная эксцизионная репарация (NER) удаляет из ДНК широкий набор объемных аддуктов, образовавшихся в результате воздействия УФ облучения, а также электрофильных веществ – загрязнителей окружающей среды, оказывающих мутагенное действие, и химиопрепаратов. В процессе репарации, проводимой системой NER млекопитающих, происходит специфическое выщепление из ДНК фрагментов размером 24–32 нуклеотида, содержащих повреждения. Последующий репаративный синтез и лигирование ДНК восстанавливают интактность спирали ДНК. Идентифицированы гены, инактивированные в NER- дефицитных клетках высших эукариотов. В репарации участвуют примерно 30 белков, формирующих специфические многосубъединичные комплексы. Система NER характеризуется широкой субстратной специфичностью и при этом большими различиями в эффективности удаления повреждений. Ключевой лимитирующей стадией процесса является узнавание и верификация повреждения. К эффективным и развивающимся подходам к исследованию процесса NER принадлежит метод, основанный на использовании модельных ДНК –синтетических структур, являющихся аналогами субстрата или интермедиатов этого процесса. Рассмотрены существующие данные о способах конструирования модельных ДНК и применении их в качестве инструмента для всестороннего изучения процесса NER.