Tieteellinen tausta tämän vuoden Kemian Nobelin palkinnolle: DNA: n korjautumisen mekanistisista tutkimuksista on tehty tietue Ruotsin Kuninkaallisen Tieteellisen Akatemian Kemian luokan avulla 7. 10. 2015.
TAUSTASTA ( 2)
Fotoreaktivaatio- ensimmäinen DNA:n korjautumismekanismi
-
Aikoinaan 1920-luvulla havaitsi amerikkalainen geneetikko Herman Muller (1946 Fysiologian Nobelin palkinto), että röntgensäteet pystyivät tekemään mutaation soluihin ja tappamaan niitä Sen jälkeen osoitettiin, että muun kaltaisetkin agenssit, niitten joukossa UV-säteily, saattoivat vaikuttaa solun elinkykyisyyteen ja mutaatiopitoisuuteen. Siihen aikaan ei tunnettu, mikä oli se solukohde, johon röntgensäteet ja UV-valo pystyivät niin kuolettavasti vaikuttamaan. Ei tunnistettu niitä mekanismejakaan, jotka pystyisivät korjaamaan jo ilmentyneitä vaurioita.
-
1940-luvun lopulla tapahtui nopea edistyminen , kun Albert Kelner oli bakteeritutkimuksissaan havainnut bakteerien pystyvän toipumaan UV-valon aiheuttamista vaurioista. Kelner havaitsi, että näkyvä valo saattaisi todella tuntuvasti stimuloida kasvun toipumista siitä kasvun jarruttumasta, jonka UV-altistus oli aiheuttanut. Tätä ilmiötä alettiin kutsua fotoreaktivaatioksi ja löytö viittasi sellaisten valosta riippuvaisten solumekanismien olevan olemassa , jotka kykenivät korjaamaan UV-säteilyn aiheuttaman soluvaurion.
-
Vuonna 1944 Oswald Avery et al. olivat osoittaneet DNA:n olevan ainesta, joka ihmisessä vastasi perinnöllisyydestä (herediteetti).
-
1950-luvulla tuli selväksi, että todennäköisimmin juuri DNA oli kohde UV- valon aiheuttamissa vaurioissa. Siinä vaiheessa Renato Dulbecco ( 1975 Nobelin palkinto fyiologiassa/lääketieteessä) oli sitä mieltä, että fotoreaktivaatio oli näkyvästä valosta riippuvainen entsymaattinen reaktio. Tämän oletuksen oikeus osoitettiin Stanley Rupertin toimesta: raporttisarjallaan hän osoitti, että DNA voi reaktivoitua näkyvästä valosta soluttomassa miljöössä E-coli tai S. cerevisiae- uutteessa Tämän entsymaattisen aktiviisuuden , fotolyaasin, observointi olikin erittäin olennainen havainto, koska ensimmäistä kertaa voitiin osoittaa sellaisen DNA:ta korjaavan entsyymin olemassaolo, mikä pystyi korjaamaan UV-säteilytettyä DNA: ta.
-
Aluksi fotolyaasi tarkoitti vain uutteessa olevaa aktiivisuutta, mutta vuonna 1978 Aziz Sancar pystyi kloonaamaan E.Coli bakteerista fotolyaasin geenin ja runsauttamaan geenituotetta in vivo. Siihen aikaan Sancar toimi PhD opiskelijana Rupertsin instituutissa. Mutta sen sijaan että olisi jatkanut fotolyaasin karakterisoimista, hän teki PhD väitöstyönsä ja valmistui. Kului toiset kuusi vuotta, ennekuin Sancar palasi tutkimaan fotolyaasia.
Entsyymi fotolyaasi ja sen reaktiomekanismi
Vuonna 1982 Aziz Sancar alkoi toimia Pohjois Karolinan Yliopiston tiedekunnassa ja samalla hän palasi PhD projektinsa aihepiiriin, fotolyaasiin. Vuosina 1964 - 1989 Sancar julkaisi i sarjan töitä, joissa hän kuvasi fotolyaasifunktion mekanismeja. Hän tunnisti myös kaksi kromoforia E.Colin entsyymistä. Sancar osoitti, että fotolyaasi pystyy konvertoimaan kemialliseen muotoon absorboituneen fotonin energian. Jolloin syntyy paikallinen vapaa radikaali, joka aloittaa tymniinidimeerin (TT) pilkkomisen erilleen toisistaan
Toinen kahdesta Sancarin fotolyaasissa identifioimasta kromoforista on täysin redusoitunut flaviini-adeniini-dinukleotidia (FADH). Tämä kromofori toimii katalyyttisenä kofaktorina ja excitaatiossa ( viritystilassa). Varsinaisen korjauksen vaikuttaa virittyneen flaviinikofaktorin elektronin siirtymä pyrimiriinidimeeriin ( esim TT, jossa tymiinit ovat kovalenttiseti kiinni toisissaan, jolloin ne eivät kelpaa DNA-aineeksi) )- ja elektronin siirtymästä seuraa varauksella toisistaan erotettu radikaalipari, kaksi tymiiniä (FADH + pyrimidiini<> pyrimidiini -). Dimeerin anioninen rengas pilkkoutuu sykloriversiolla ja liikaelektroni palaa flaviiniradikaaliin palauttaen sen katalyyttisesti pätevän muodon FADH ja päättää täten katalyyttisen fotosyklin. (Kuva 2).
Tämä reaktio on valon aktivoima, koska flaviinikofaktori saattaa virittyä suoraan fotonin absorptiosta tai resonansienergiasta, jota siirtyy toiselta kromoforilta, tuntopigmentiltä (met-TH4 tai deazaflaviini) , joka kokoaa auringonvaloa ja vahvistaa DNA:n korjaustehokkuutta.
NER korjausjärjeselmä nisäkäskehossa
Fotoreaktivaatio oli ensimmänen tunnistettu DNA:n korjausmuoto, mutta tämä prosessi ei ole nisäkäskehossa konservoitunut, vaan niissä NER- korjausjärjestelmä toimii UV-säteilyvaurion korjaajana. Kuitenkin fotolyaasilla on nisäkkässä homologinsa, ja niillä on käyttöä kirkadisen kellon asentamisessa, esim. valolle vastaavien biologisten prosessien säätelyssä.
(Kuva 1. osoittaa yksinkertaistettuna miten E. Coli-bakteerissa voi tapahtua korjaus leikkaamalla nukleotidi pois: ( NER, nukleotidi excision repair) Ensin heterotrimeerit UvrA ja UvrB asettuvat DNA-vauriokohtaan. Sitten DNA sykertyy ja osittain UvrB:n avulla oikenee ATP.stä riippuvassa reaktiossa. UvrA erkanee ja UvrC sitoutuu UvrB:n ja DNA:n muodostamaan kompleksiin, mikä aktivoi UvrB:n tekemään katkaisun 3´päästä ja sen jälkeen seuraa UvrC.stä riippuva katkaisu 5´päästä. Irtileikattu oligomeeri vapautuu UvD-helikaasilla. Polymeraasi Pol 1 täyttää syntyneen aukkokohdan ja samalla myös vapauttaa UvrB:n. Lopuksi korjauspala kiinnitetään ligaasilla paikoilleen.)
KTS: Aziz Sancar:
http://www.med.unc.edu/biochem/people/faculty/primary/asancar
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar