7.2:

7.2: Basenexzisionsreparatur

Base Excision Repair

JoVE Core
Molecular Biology

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JoVE Core Molecular Biology

Base Excision Repair

7.1: Overview of DNA Repair

7.3: Long-patch Base Excision Repair

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01:54 min

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November 23, 2020

Overview

One of the common DNA damages is the chemical alteration of single bases by alkylation, oxidation, or deamination. The altered bases cause mispairing and strand breakage during replication. This type of damage causes minimal change to the DNA double helix structure and can be repaired by the base excision repair (BER) pathways. BER corrects damaged DNA sequences by removing the damaged base and restoring the original base sequence using the complementary strand as a template.

The first step of BER is the recognition of DNA damage, which is done by DNA glycosylases. Depending on the type of base, a specific glycosylase cuts the N-glycosidic bond between the nucleotide base and ribose, leaving the phosphate backbone of the DNA intact but creating an apurinic or apyrimidinic (AP) site. Bifunctional glycosylases make an incision in the phosphodiester chain, resulting in the formation of a 5’ or 3’ phosphate. Monofunctional glycosylases do not exhibit this property and have to depend on an AP Endonuclease to cleave the sugar-phosphate link, 5’ to the abasic site, producing a 3’OH and a 5’ deoxyribophosphate. Based on the corresponding W-C pairing, DNA polymerase inserts the correct base and uses its associated AP-lyase activity to remove the deoxyribose phosphate. The nick in the backbone is sealed by DNA ligase. Both DNA ligase III and DNA polymerase use the protein XRCC1 as a scaffold to bind the site of repair.

Mutations in the proteins of the BER pathways can lead to various types of cancer. For example, a mutation in the human glycosylase OGG1 is associated with an increased risk for lung and pancreatic cancers.

Transcript

Die gebräuchlichste Methode, beschädigte DNA zu reparieren, besteht darin, den beschädigten Teil herauszuschneiden, den unbeschädigten Komplementärstrang neu zu kopieren und den Kerb zu litieren oder “neu zu versiegeln”. Dieses allgemeine Schema von Ausschneiden, Kopieren und Einfügen folgt allen Arten von Exzisionsmechanismen.

Base Excision Repair (BER) korrigiert kleine Basenschäden, die durch Desaminierung, Oxidation oder Alkylierung verursacht werden und spontan auftreten oder durch Umweltgifte verursacht werden.

Im BER erkennt eine Gruppe von etwa 11 verschiedenen Enzymen, den sogenannten DNA-Glykosylasen, verschiedene veränderte Basen und katalysiert deren Entfernung. Die modifizierten Basen bilden schwache Basenpaare, die von den Glykosen detektiert werden.

Beim Antreffen auf ein solch schwaches Basenpaar verkeilt die DNA-Glykosylase die benachbarten Basenpaare und klappt die modifizierte Base aus. Dieser Flip ermöglicht es dem Enzym, mit allen Facetten der Base zu interagieren, um sie genau zu identifizieren.

Bei der Erkennung spaltet die DNA-Glykosylase die Bindung zwischen der modifizierten DNA-Base und der Desoxyribose, wodurch die freie Base freigesetzt und eine Lücke in der DNA-Helix hinterlassen wird. Diese Lücke wird von einem Enzym namens AP-Endonuklease (APE) erkannt, das zusammen mit einem anderen Enzym namens Phosphodiesterase das Phosphodiester-Rückgrat innerhalb der Polynukleotidkette durchtrennt.

Die fehlende Base in der DNA-Helix wird durch DNA-Polymerase β gefüllt, die an dieser Stelle die richtige Base aus dem komplementären Strang kopiert. Als nächstes versiegelt ein Enzym namens DNA-Ligase die verbleibende Kerbe, um ein intaktes, repariertes DNA-Molekül zu erhalten.

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DNA-Reparatur Beschädigte DNA Basenexzisionsreparatur DNA-Glykosylasen Schwache Basenpaare Modifizierte Basen DNA-Helix DNA-Polymerase DNA-Ligase Exzisionsmechanismus Umweltgifte Desaminierung Oxidation Alkylierung