Исправление двухниточных разрывов

Двухцепочечная структура ДНК имеет два основных преимущества. Во-первых, она служит надежным хранилищем генетической информации, где одна цепь служит в качестве резервной копии в случае повреждения другой цепи. Во-вторых, двойная спиральная структура может быть обернута вокруг белков, называемых гистонами, чтобы сформировать нуклеосомы, которые затем могут быть плотно намотаны, образуя хромосомы. Таким образом, цепочки ДНК длиной до 5 сантиметров могут содержаться в микроскопических структурах клетки. Двунитевой разрыв не только повреждает обе копии генетической информации, но и нарушает целостность ДНК, делая хромосому хрупкой.

В клетке каждый день происходит примерно десять двухнитевых разрывов (DSB). Основным источником повреждения являются побочные продукты метаболизма, такие как активные формы кислорода, и факторы окружающей среды, такие как ионизирующее излучение. Неисправные ядерные ферменты, хотя и реже, также могут вызывать DSB. Сбой таких ферментов, как топоизомеразы типа II, которые разрезают обе нити ДНК и воссоединяют их, распутывая хромосомы, может непреднамеренно привести к DSB. Механическое воздействие на дуплекс ДНК также может приводить к DSB. У прокариот длительное высыхание штаммов ДНК вызывает DSB.

Из двух механизмов репарации ДНК гомологичная рекомбинация зависит от наличия поблизости сестринской хроматиды, что происходит во время фаз S и G2. Из-за этого ограничения, в отсутствие гомологичного донора, клетки должны прибегать к негомологичному соединению концов (NHEJ), хотя оно гораздо менее точно. Была выдвинута гипотеза, что причина, по которой высшие эукариоты могут позволить себе предпочтительное использование NHEJ для репарации DSB, заключается в том, что они имеют обильное количество некодирующей ДНК, которая допускает нуклеотидные замены, делеции или вставки без серьезных последствий.