Адаптивный ответ
Адаптивный ответ — это путь реакции на повреждение ДНК, распространенный среди бактерий, который защищает ДНК от повреждений внешними агентами или ошибками во время репликации. [ 1 ] [ 2 ] Он инициируется специально против алкилирования , особенно метилирования , гуаниновых или тиминовых нуклеотидов или фосфатных групп сахарофосфатного остова ДНК . При длительном воздействии низких доз алкилирующих мутагенов бактерии могут адаптироваться к присутствию мутагена, что делает последующее лечение высокими дозами того же агента менее эффективным. [ 3 ] [ 4 ]
Функция
Влияние окружающей среды играет решающую роль в пластичности развития генотипов за счет внедрения агентов, повреждающих ДНК. Это явление и защитный механизм, который развился для защиты генотипа организма от повреждений и предотвращения множественных фенотипов, известны как адаптивный ответ. [ 5 ] Поскольку адаптивная реакция способна предотвратить возможность возникновения различных фенотипов, она, следовательно, позволяет организмам минимизировать стрессовые эффекты, которые он испытывает от различных стрессоров, и в конечном итоге развить устойчивость к стрессорам. [ 5 ] Воздействие различных химических, биологических и физических генотоксических повреждающих агентов ставит под угрозу генотипическую целостность всех организмов; однако многие эволюционные защитные механизмы развились так, что стрессоры стимулируют адаптивную реакцию, чтобы снизить стресс до более разумного и управляемого уровня и уменьшить генетический ущерб. [ 2 ]
Многие из этих защитных механизмов способствовали неспецифическому адаптивному ответу, «обусловливая» пораженные организмы небольшими количествами определенных стрессоров для стимуляции изменений конформации клеток и повышения устойчивости, когда организм подвергается воздействию более высоких концентраций этого конкретного стрессора. Например, при разложении воды образуются высокореактивные гидроксильные свободные радикалы, которые могут повредить ДНК и тем самым стимулировать репарации ДНК . механизмы [ 5 ] Эта активация ДНК участвует в адаптивном ответе, поскольку организм приучается защищаться от этих стрессоров. Активные формы кислорода (АФК) очень повреждают ДНК и тесно связаны с адаптивной реакцией. Когда свободные радикалы атакуют важные биомолекулы, из которых состоят организмы, вредные молекулярные промежуточные соединения вступают в реакцию с ДНК и повреждают ее, что приводит к повреждению оснований или разрывам цепи дцДНК. Адаптивная реакция помогает предотвратить повреждение и сохранить целостность генома. [ нужна ссылка ]
Ответ E. coli Ada
[ редактировать ]Этот ответ был впервые обнаружен у E. coli . [ 6 ] Адаптивный ответ E. coli состоит из четырех генов: ada , alkA , alkB и aidB , каждый из которых работает в определенных остатках, и все они регулируются белком E. coli Ada .
Адаптивный ответ E. coli опосредован белком Ada , который ковалентно переносит повреждение метилирования от ДНК к одному из двух ее активных метил-акцепторных цистеина остатков : Cys38 и Cys321. [ 3 ] [ 7 ] Белок Ada может восстанавливать повреждения путем переноса метильных групп от O6-метилгуанина или O4-метилтимина к Cys321, а также от метилфосфотриэфиров к остатку Cys38 посредством необратимого процесса. [ 3 ] Он также может превратить белок из слабого в сильный активатор транскрипции, [ 8 ] повышение активности репарации алкилирования. [ 3 ]
Есть
[ редактировать ]Ген ada обладает регуляторной и восстановительной активностью, обе очень близки друг к другу. Чтобы регуляция произошла, белок ada должен быть активирован, что является следствием активности репарации ДНК. [ 1 ]
алкА
[ редактировать ]Продукт гена alkA представляет собой гликозилазу , которая может восстанавливать различные повреждения, удаляя основания из сахарофосфатного остова, образуя абазисный участок . [ 1 ]
добавлять
[ редактировать ]Продукт aidB представляет собой флавинсодержащий белок. [ 9 ]
алкБ
[ редактировать ]alkB железозависимая — оксидоредуктаза , [ 10 ] и он связан с репарацией ДНК, поскольку этот ген способен восстанавливать повреждения ДНК фага до заражения. Было также продемонстрировано, что alkB необходим для реактивации одноцепочечного фага, обработанного MMS (метилирующий агент метилметансульфонат), и, поскольку нет никаких повреждений, которые необходимо удалить, было высказано предположение, что alkBB участвует в репликации поврежденной матричной ДНК. Кроме того, тот факт, что alkB может придавать устойчивость к метилирующему агенту, предполагает, что он функционирует сам по себе. [ 1 ]
Механизм
[ редактировать ]Хотя о механизме адаптивного ответа известно мало, считается, что в нем участвуют изменения транскрипции генов и активация клеточной защиты. Недавно было высказано предположение, что специфические механизмы адаптивного ответа могут активировать важный белок-супрессор опухолей р53 . Ключевым экспериментом, который раскрывает основные механизмы, является лечение ингибиторами синтеза белка клеток Oedogonium Chlamydomonas и Closterium. [ 5 ] В результате этого эксперимента в клетках, кондиционированных стрессором, синтезировались ДНК-связывающие белки. Более того, обратная адаптивная реакция предполагает, что высокая кондиционирующая доза, за которой следует вторая низкая доза, вызывает примерно такую же величину реакции. Это может свидетельствовать о том, что механизмы работают путем модуляции клеточного ответа, а не предотвращения надвигающегося ущерба. Адаптивная реакция не является мгновенной и развивается в течение нескольких часов, однако после развития она может длиться месяцами, поскольку воздействие стрессора ограничено и не подавляет клетку. Это известно как зависимость от дозы и времени, при этом максимальный ответ возникает через 4 часа после первоначальной кондиционирующей дозы радиационного стрессора в 100 сГр (сантигрей). [ 5 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Ландини П., Волкерт М.Р. (2000) Регуляторные реакции адаптивного ответа на повреждение алкилирования: простой регулярон со сложными регуляторными особенностями J. Bacteriol. 182 (23): 6543–6549.
- ^ Перейти обратно: а б Калабрезе Э.Дж., Бахманн К.А., Бэйлер А.Дж., Болджер П.М., Борак Дж., Кай Л. и др. (июль 2007 г.). «Терминология биологической реакции на стресс: интеграция концепций адаптивной реакции и предварительного кондиционирования стресса в рамках горметической схемы реакции на дозу» . Токсикология и прикладная фармакология . 222 (1): 122–8. дои : 10.1016/j.taap.2007.02.015 . ПМИД 17459441 . S2CID 1947211 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Волкерт г-н. (1988). Адаптивный ответ Escherichia coli на повреждение алкилированием. Энвирон Мол Мутаген 11(2):241-55.
- ^ Камат, Адитья; Тран, Нгат Т.; Шарда, Мохак; Сонтакке, Неха; Ле, Тунг Б.К.; Бадринараянан, Анжана (10 октября 2023 г.), Широко распространенная посттрансляционная модификация активации существенного ответа на повреждение бактериальной ДНК , номер документа : 10.1101/2023.10.09.561495 , получено 28 февраля 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Димова Е.Г., Брайант П.Е., Чанкова С.Г. (2008). «Адаптивное реагирование: некоторые основные механизмы и открытые вопросы» . Генетика и молекулярная биология . 31 (2): 396–408. дои : 10.1590/S1415-47572008000300002 . hdl : 10023/3327 .
- ^ Самсон, Леона; Кэрнс, Джон (май 1977 г.). «Новый путь репарации ДНК у Escherichia coli» . Природа . 267 (5608): 281–283. дои : 10.1038/267281a0 . ISSN 1476-4687 .
- ^ Он, Чуан; Гус, Жан-Кристоф; Сунь, Ли Цзин; Чжоу, Пей; Норман, Дерек П.Г.; Дётч, Фолькер; Вэй, Хуа; Гросс, Джон Д.; Лейн, Уильям С.; Вагнер, Герхард; Вердин, Грегори Л. (октябрь 2005 г.). «Зависимый от метилирования электростатический переключатель контролирует восстановление ДНК и активацию транскрипции E. coli Ada» . Молекулярная клетка . 20 (1): 117–129. doi : 10.1016/j.molcel.2005.08.013 .
- ^ Седжвик, Б., Робинс, П., Тотти, Ник., Линдал, Томас. Функциональные домены и метилакцепторные сайты белка Ada Escherichia coli *. т. 263. н 9. с 4430-4433, 1998.
- ^ Роханхедкар М.С., Малруни С.Б., Ведемейер В.Дж., Хаузингер Р.П. (2006). Компонент AidB адаптивного ответа Escherichia coli на алкилирующие агенты представляет собой флавинсодержащий ДНК-связывающий белок. J Бактериол 188(1):223-30.
- ^ Ю Б, Эдстром В.К., Бенах Дж., Хамуро Ю., Вебер ПК, Гибни Б.Р., Хант Дж.Ф. (2006). Кристаллические структуры каталитических комплексов фермента окислительной репарации ДНК/РНК AlkB. Природа 439(7078):879-84.