KHÁI QUÁT VỀ CƠ CHẾ SỮA CHỮA DNA VÀ MỘT SỐ THÀNH TỰU TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

Theo nguyên tắc A liên kếtvới T bằng 2 liên kết Hidro, G liên kết với C bằng 3 liên kết Hidro Nguyên tắc bổ sung - Trật tự các base dọc theo chiều dài của chuỗi ADN gọi là trình tự, trìn

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

Học viên: Trương Đình Dũng Giảng viên phụ trách

Khoa: Sinh học PGS.TS Nguyễn Bá Lộc Ngành: Phương pháp

Khóa: K22

Huế, 1/2014

PHẦN I: MỞ ĐẦU 4

I Đặt vấn đề: 4

III Phương pháp nghiên cứu: 4

PHẦN II: NỘI DUNG 6

I Khái quát về DNA và các biến đổi xảy ra trên phân tử DNA 6

1 Khái quát về DNA 6

2 Các đột biến xảy ra đối với DNA 8

2.1 Đại cương về đột biến gene 8

2.2 Những biến đổi trong phân tử DNA 9

3 Khái quát các cơ chế sửa chữa ở mức phân tử 10

II Các kiểu sửa chữa DNA 12

1 Quang tái hoạt hóa 12

2 Sửa chữa ghép đôi lệch 13

3 Sửa chữa cắt bỏ 15

3.1 Cắt bỏ base: 16

4 Đọc sửa đối với các base bắt cặp sai 17

5 Các hệ thống sửa chữa tái tổ hợp 18

6 Hệ thống SOS 19

6.1 Sửa chữa theo cơ chế “error-prone” 21

6.2 Protein LexA 22

III Ứng dụng việc sửa chữa DNA trong điều trị ung thư 25

1 Sơ lược về ung thư 25

1.1 Khái niệm 25

1.2 Nguyên nhân và sinh lý bệnh 25

1.2.3 Bệnh học phân tử 26

1.3 Điều trị ung thư 27

2 Hướng sử dụng sữa chữa DNA trong điều trị ung thư 28

2.1 Đưa tế bào ung thư đến chỗ tự hủy diệt 28

2.2 Liệu pháp trúng đích 29

2.3 Tác động lên gen TP53 trong điều trị ung thư 32

2.4 Chất ức chế PARP 34

2.5 Chữa trị ung thư qua điều chỉnh gen 36

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

PHẦN I: MỞ ĐẦU

I Đặt vấn đề:

DNA là một đại phân tử có vai trò quan trọng nhất đối với sự sống Mặc

dù DNA có các cơ chế nhằm bảo vệ chính mình tránh các tác nhân bên trong vàbên ngoài, nhưng đại phân tử này vẫn không tránh khỏi những sai sót trong quátrình tái bản và ngay chính trong trạng thái bình thường Các bất thường vềDNA này có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng đối với tế bào và có thể dẫn đếncái chết Rất may, trong các loài sinh vật đã có các cơ chế sữa chữa DNA nhằmphục hồi, bảo vệ sự toàn vẹn của DNA Các cơ chế này đã được nghiên cứu từrất lâu với mục đích hiểu biết sâu sắc thêm về DNA cũng như ứng dụng những

cơ chế này trong việc chống lại ung thư và một số bệnh lien quan đến cơ chế ditruyền khác

Để ứng dụng cơ chế sữa chữa DNA trong điều trị ung thư và các bệnh liênquan cần có cái nhìn tổng quát về cơ chế sữa chữa trên DNA Đối với điều trịung thư, tuy có nhiều phương pháp khác nhau nhưng chưa có một hướng nào cóthể đáp ứng hoàn toàn 2 yêu cầu của việc điều trị Đó là tiêu diệt triệt để tế bàoung thư và không ảnh hưởng đến các tế bào bình thường Việc ứng dụng cơ chếsữa chữa DNA như là một chìa kháo trong việc giải quyết vấn đề này và đây làmột trong những hướng thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu

Vì những lý do này, tôi lựa chon đề tài “Khái quát về cơ chế sữa chữa

DNA và một số thành tựu trong điều trị ung thư”.

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng: Cơ chế sữa chữa DNA và các ứng dụng trong điều trị ung thư

Phạm vi: Ở đây tôi chỉ đề cập khái quát đến cơ chế sữa chữa DNA và một sốthành tựu trong nghiên cứu điều trị ung thư trong thời gian gần đây

III Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu đề tài là phương pháp tổng hợp các tài liệuđược lấy từ các nguồn thông tin như thư viện, báo đài, internet Dựa vào sự phântích, tổng hợp, so sánh, đối chiếu các tài liệu để thực hiện đề tài

Mặc dù đề tài được chuẩn bị khá công phu, nhưng chắc chắn vẫn cònnhiều sơ suất, rất mong được sự góp ý của quí thầy cô giáo và các bạn Tôi xinchân thành biết ơn!

PHẦN II: NỘI DUNG

I Khái quát về DNA và các biến đổi xảy ra trên phân tử DNA

1 Khái quát về DNA

"DNA - phân tử quý giá nhất trong tất cả các phân tử"

(James D Watson)

Acid Deoxyribo Nucleic (viết tắt ADN theo tiếngPháp hay DNA theo tiếng Anh)

là một phân tử acidnucleic mang thông tin ditruyền mã hóa cho hoạtđộng sinh trưởng và pháttriển của các vật chất hữu cơ baogồm cả một số virus ADNthường được coi là vật liệu ditruyền ở cấp độ phân tử tham giaquyết định các tính trạng Trongquá trình sinh sản, phân tử ADNđược nhân đôi và truyền cho thế

hệ sau [Wiki]

Đặc điểm của AND:

- ADN có thể được hiểu một cách đơn giản là nơi chứa mọi thông tin chỉdẫn cần thiết để tạo nên các đặc tính sự sống của mỗi sinh vật;

- Mỗi phân tử ADN bao gồm các vùng chứa các gene cấu trúc, những vùngđiều hòa biểu hiện gene, và những vùng không mang chức năng, hoặc có thểkhoa học hiện nay chưa biết rõ gọi là ADN rác;

- Cấu trúc phân tử ADN được cấu thành gồm 2 chuỗi có thành phần bổsung cho nhau từ đầu đến cuối Hai chuỗi này được giữ vững cấu trúc bằng

những liên kết hoá trị Các liên kếtnày khi bị cắt sẽ làm phân tử ADNtách rời 2 chuỗi tương tự như khi

ta kéo chiếc phéc mơ tuya;

- Về mặt hoá học, các ADNđược cấu thành từ những viêngạch, gọi là nucleotide, viết tắt

là Nu Do các Nu chi khác nhau ởbase (1Nu = 1 Desoxyribose +

1 acid photphoric + 1 basenitric),nên tên gọi của Nu cũng làtên của base mà nó mang Chỉ có 4 loại gạch cơ bản là A, T, C, và G;

- Mỗi base trên 1 chuỗi chỉ có thể bắt cặp với 1 loại base nhất định trênchuỗi kia theo một quy luật chung cho mọi sinh vật Theo nguyên tắc A liên kếtvới T bằng 2 liên kết Hidro, G liên kết với C bằng 3 liên kết Hidro (Nguyên tắc

bổ sung)

- Trật tự các base dọc theo chiều dài của chuỗi ADN gọi là trình tự, trình tựnày rất quan trọng vì nó chính là mật mã nói lên đặc điểm hình thái của sinh vật.Tuy nhiên, vì mỗi loại base chỉ có khả năng kết hợp với 1 loại base trên sợi kia,cho nên chỉ cần trình tự base của 1 chuỗi là đã đại diện cho cả phân tử ADN

- Khi ADN tự nhân đôi, 2 chuỗi của ADN mạch kép trước tiên được táchđôi nhờ sự hỗ trợ của một số enzim chuyên trách Mỗi chuỗi ADN sau khi tách

ra sẽ thực hiện việc tái tạo một chuỗi đơn mới phù hợp bằng cách mỗi base trênchuỗi gốc sẽ chọn loại base tương ứng (đang nằm tự do trong môi trường xungquanh) theo cơ chế gián đoạn và nguyên tắc bán bảo tồn Do đó, sau khi nhânđôi, 2 phân tử ADN mới (mỗi phân tử chứa một chuỗi cũ và một chuỗi mới) đều

giống hệt trình tự nhau nếu như không có đột biến xảy ra và giống với phân tửADN ban đầu.

- Đột biến hiểu đơn giản là hậu quả của những sai sót hoá học trong quátrình nhân đôi Bằng cách nào đó, một base đã bị bỏ qua, chèn thêm, bị sao chépnhầm hay có thể chuỗi ADN bị đứt gẫy hoặc gắn với chuỗi ADN khác Về mặt

cơ bản, sự xuất hiện những đột biến này là ngẫu nhiên và xác suất rất thấp

- DNA là những phân tử rất dài, nhưng mảnh (đường kính: 20 A0), lạithường xuyên chịu tác động môi trường bên trong và bên ngoài tếbào nêndễ có những đứt gãy, biến đổi ngay cả khi không có sao chép

2 Các đột biến xảy ra đối với DNA

2.1 Đại cương về đột biến gene

2.1.1 Định nghĩa: Đột biến gene (gene mutation) là những biến đổi xảy ra bên

trong cấu trúc của một gene hoặc một vùng nhỏ của bộ gene, liên quan chủ yếutới sự thay đổi trình tự nucleotide vốn có của nó (kiểu dại), làm phát sinh cácallen mới

2.1.2 Nguyên nhân: Các đột biến gene xảy ra có thể do sai sót trong quá trình

tái bản, hoặc do trong bộ gene có các vùng dễ phát sinh đột biến gọi là các ''điểmnóng'' (hot spots), hoặc các tổn thương tự phát dưới ảnh hưởng của các tác nhânlý-hoá từ môi trường ngoài

2.1.3 Phân loại: Các đột biến gene có thể được phân loại theo các cách khác

nhau Chẳng hạn, dựa vào các hiệu quả của chúng lên kiểu hình (các đột biếnhình thái, đột biến gây chết, các đột biến soma và dòng mầm) hoặc lên chính bảnthân vật chất di truyền DNA (các đột biến điểm) Căn cứ vào nguồn gốc, chúngđược chia thành các đột biến tự phát (spontaneous) và đột biến cảm ứng(induced)

2.1.4 Hậu quả: Các đột biến gene nói chung làm suy yếu hoặc biến đổi chức

năng của gene hơn là tăng cường chức năng của nó Từ đó ảnh hưởng lên các

đặc tính sinh lý-hoá sinh của tế bào cũng như sức sống và sinh sản của cơ thểsinh vật nói chung

2.1.5 Vai trò và ý nghĩa: Đột biến gene vì vậy được xem là cơ sở của hiện

tượng đa hình di truyền trong các quần thể và là nguồn biến dị di truyền sơcấp

vô cùng phong phú và đa dạng cho quá trình chọn lọc và tiến hoá Người ta lợidụng đặc tính biến đổi nầy của các sinh vật để xây dựng các phương pháp gâyđột biến khác nhau và có thể kết hợp với lai hữu tính hoặc sử dụng kỹ thuật ditruyền đểcải biến bộ gene của các vật nuôi, cây trồng về các tính trạng cần quantâm

2.2 Những biến đổi trong phân tử DNA

Trên DNA có thể xảy ra các biến đổi ngẫu nhiên như sau:

- Gãy hay đứt mạch: Phân tử DNA có chiều ngang rất mảnh, bản thân nólại thường xuyên cuộn xoắn và giãn xoắn nên dễ xảy ra đứt gãy một sợi Tuynhiên, khả năng đứt cùng lúc hai sợi hiếm khi gặp hơn

- Base bị cắt mất Hiện tượng này làm base tương ứng không bắt cặp được.Dưới tác dụng của nhiệt có thể xảy ra quá trình khử purine (depurination) dothủy phân liên kết N-glycosyl

- Gắn các nhóm mới vàobase bằng liên kết cộng hóa trịlàm thay đổi tính chất nhưtrường hợp methyl hóa (gắnnhóm CH3 vào một base)

- Biến một base này thànhmột base khác làm bắt cặp sai

Ví dụ: Quá trình làm khửamin (desamination) của cytosine tạo ra uracil Uracil sẽ kết cặp với adenintrong quá trình sao chép, kết quả tạo ra đột biến đồng hoán G-C A-T

Deamination 5-methylcytosine tạo ra thymine Quá trình sao chép tạo ra độtbiến đồng hoán chuyển C thành T.

- Các base có thể tồn tại ở hai dạng ceto và enol nên có thể dẫn đến bắt cặpsai Ví dụ: dạng enol của cytosine có thể bắt cặp với adenine

- Tạo các dimer thymine

- Liên kết chéo giữa các mạch (interstand crosslink)

Trong di truyền học , liên kết chéo của DNA xảy ra khi các nhân tố ngoạisinh hoặc nội sinh phản ứng với hai vị trí khác nhau trong DNA Điều này có thểxảy ra trong cùng một mạch (intrastrand crosslink) hoặc trong các sợi đối diệncủa DNA (interstrand crosslink) Liên kết chéo giữa các mạch cũng xảy ra giữaDNA và protein Sự sao chép DNA bị chặn bởi liên kết chéo giữa các mạch, mànguyên nhân bắt giữ nhân rộng và tế bào chết nếu liên kết chéo giữa các mạchkhông sửa chữa [http://en.wikipedia.org/wiki/Crosslinking_of_DNA]

3 Khái quát các cơ chế sửa chữa ở mức phân tử

Sự nguyên vẹn của phân tử DNA mang thông tin di truyền có ý nghĩa sốngcòn đối với tế bào, nhất là tế bào prokaryote Ở tế bào vi khuẩn, có đến 50%DNA không bị biến đổi thậm chí sau khi tái bản đến 100 triệu lần Sự ổn địnhcao của DNA tế bào có được nhờ hàng loạt các cơ chế bảo vệ sự nguyên vẹn vàsửa chữa lập tức bất kỳ sai hỏng nào vừa xuất hiện

Các hệ thống sửa sai rất đa dạng và có hiệu quả rất cao ở E coli Cókhoảng 100 locus tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp vào việc bảo vệ DNA và sửasai

Chỉ với DNA, tế bào phải đầu tư rất lớn cho sự ổn định của thông tin ditruyền Nếu như sự tái bản chỉ xảy ra khi phân bào, thì các cơ chế sửa sai phảihoạt động liên tục Tái bản được thực hiện với cơ chế về cơ bản giống nhau ởcác loại tế bào và trong mỗi lần nhân đôi DNA Trong khi đó, sai hỏng xảy ra rất

đa dạng, nên các cơ chế sửa sai nhiều hơn và với số lượng gen tham gia lớn hơn.Hơn nữa, các cơ chế di truyền cơ bản như tái bản, tái tổ hợp DNA đều có sựtham gia của các cơ chế sửa sai và ngược lại sửa sai cần đến tái bản và tái tổhợp

Hầu hết các đột biến trên phân tử DNA thường được khắc phục bằng haiphương thức chính: 1) sửa chữa phục hồi trực tiếp (direct reversal repair), hoặc2) cắt bỏ sai hỏng và sửa chữa lại bằng cách dùng trình tự bổ sung (damageexcision and repair using complementary sequence) Sửa chữa trực tiếp thườngliên quan đến hai loại sai hỏng trên phân tử DNA do tia tử ngoại gây ra là:cyclobutane-pyrimidine dimer (CPDs) và pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4PPs) Hai loại sai hỏng này đều làm biến dạng cấu trúc xoắn của DNA CPDs và6-4 PPs được nhận biết và sửa chữa nhờ enzyme photolyase Enzyme này sửdụng năng lượng ánh sáng để thực hiện phản ứng làm thay đổi các liên kết hóahọc để nucleotide trở lại dạng bình thường Phản ứng sửa chữa DNA bằngphotolyase xảy ra trong rất nhiều sinh vật prokaryote và eukaryote Tuy nhiên,quá trình này không thấy ở động vật có vú Ở người cũng chưa phát hiện đượcbất kỳ loại photolyase nào

Đa số sai hỏng của DNA được sửa chữa bằng phương thức thứ hai Cơ chếnày phải sử dụng thông tin di truyền chứa ở một trong hai sợi đơn DNA Khitrình tự nucleotide trên một sợi bị thay đổi thì sợi thứ hai (liên kết bổsung vớisợi thứ nhất) được dùng làm khuôn để sửa chữa những sai hỏng đó

Một số cơ chế sửa chữa như sau:

- Hệ thống sửa chữa nhận biết các trình tự DNA không thích hợp với cáccặp base chuẩn và thay thế chúng

- Hệ thống sửa chữa-cắt bỏ (excision-repair system) loại đi một đoạn DNA

ở vị trí sai hỏng và sau đó thay thế nó

- Hệ thống sửa chữa-tái tổ hợp (recombinant-repair system)sử dụng phươngthức tái tổ hợp để thay thế vùng sợi đôi bị sai hỏng

Các hệ thống sửa chữa cũng phức tạp như bộ máy tái bản của nó, điều đócho thấy tầm quan trọng của chúng đối với sự sống của tế bào Khi hệ thống sửachữa phục hồi một sai hỏng của DNA, thì không có một hậu quả xấu nào xảy ra.Nhưng một đột biến có thể tạo ra hậu quả xấu khi DNA bị hỏng

II Các kiểu sửa chữa DNA

1 Quang tái hoạt hóa

Sửa chữa trực tiếp bằng quang tái hoạt hóa (photoreactivation) ít khi gặp,

nó bao gồm sự phục hồi hoặc loại bỏ đơn giản các sai hỏng và quá trình này xảy

ra ở ngoài sáng Quang tái hoạt hóa của các pyrimidine dimers, trong đó tạo cơhội cho các liên kết cộng hóa trị được phục hồi nhờ enzyme phụ thuộc ánh sáng(light-dependent enzyme), là một ví dụ điển hình Hệ thống sửa chữa này phổbiến trong tự nhiên, và đặc biệt quan trọng ở thực vật Trong E coli, nó phụthuộc vào sản phẩm của một gen đơn (phr) mã hóa cho một enzyme được gọi làphotolyase

Sau khi xử lý tia tử ngoại gây đột biến, nếu đưa ra ánh sáng thì phần lớn saihỏng được phục hồi Hiện tượng này được gọi là quang tái hoạt hóa Năng lượng

của ánh sáng khả kiến (từ 300 đến 600 nm) hoạt hóa photolyase (gen phr ở E.coli) cắt các vòng cyclobutyl pyrimidine dimer (thường là thymine dimer).

Enzyme này hoạt động trong các tế bào ở nhiều loài khác nhau Vàobanngày, các sinh vật thường chịu tác động của ánh sáng, nên cơ chế quang tái hoạthóa (quang phục hồi) có vai trò quan trọng trong sửa sai DNA Ví dụ, cácmycoplasma, sinh vật đơn giản nhất hiện nay, chỉ có vài trăm gen nhưng mộttrong số đó đã được dùng cho quang tái hoạt hóa

Ngoại trừ sửa chữa bằng quang tái hoạt hóa xảy ra ngoài sáng, phần lớn các

cơ chế sửa chữa khác được thực hiện trong tối, nhờ các enzyme nuclease bằngcắt bỏ chổ sai hỏng theo nhiều cách được trình bày sau đây

2 Sửa chữa ghép đôi lệch

Sửa chữa ghép đôi lệch (mismatch-repair) giữa các sợi DNA là một hệthống nhận biết và sửa chữa các sai lầm trong chèn, xóa và kết hợp sai của các

bước có thể phát sinh trong quá trình sao chép và tái tổ hợp DNA, cũng như sửachữa một số hình thức tổn thương DNA Các ghép đôi lệch tăng lên trong suốtquá trình tái bản được sửa chữa bằng cách phân biệt giữa các sợi cũ và mới vàđược ưu tiên sửa chữa trình tự của các sợi được tổng hợp mới Ghép đôi lệchđược tạo ra bởi các biến đổi base, là một kết quả của sự khử amine(deamination)

Ghép đôi lệch thường được sửa sai bằng phương thức sửa chữa cắt bỏ,được khởi đầu bằng một enzyme nhận biết một base sai hỏng thực sự hoặc có sựthay đổi chiều hướng không gian (spatial path) của DNA Sự nhận biết và sửachữa các sai lệch do bắt cặp base sai trên DNA được phát hiện ở E coli, nấmmen và tế bào động vật có vú Ở vi khuẩn E.coli, có ba hệ thống enzyme khácnhau được sử dụng để sửa chữa các sai lệch:

- Loại bỏ chỗ sai trong tái bản (errors in replication)

- Loại bỏ ghép đôi lệch bên trong các đoạn trung gian của tái tổ hợp(mismatch within recombinant intermediates)

- Loại bỏ thymine của cặp GT trong trường hợp 5-methylcytosine bị mấtnhóm amine (NH2) thành thymine

Ví dụ về các căn cứ không phù hợp bao gồm G / T hoặc A / C ghép nối(xem sửa chữa DNA ) Sự không tương xứng là thường dotautomerization cáccăn cứ trong quá trình tổng hợp [ cần dẫn nguồn ] Thiệt hại được sửa chữa bằngcách công nhận biến dạng gây ra bởi sự không phù hợp, xác định mẫu và khôngmẫu sợi, và cắt bỏ các cơ sở sai kết hợp và thay thế nó bằngđúng nucleotide Quá trình loại bỏ liên quan đến nhiều hơn chỉ là nucleotidekhông phù hợp của chính nó Một vài hoặc lên đến hàng ngàn cặp base của sợiDNA mới được tổng hợp có thể được gỡ bỏ

3 Sửa chữa cắt bỏ

Có hai loại hệ thống sửa chữa cắt bỏ, đó là:

- Hệ thống sửa chữa cắt bỏ base (base excision repair) loại bỏ trực tiếp basesai hỏng và thay thế nó trong DNA Ví dụ điển hình là enzymeDNA uracilglycolase, loại các uracil không được bắt cặp (mispaired) với các guanine

- Hệ thống sửa chữa cắt bỏ nucleotide (nucleotide excision repair) cắt bỏmột trình tự bao gồm các base sai hỏng; sau đó một đoạn DNA mới được tổng

hợp để thay thế các nguyên liệu bị cắt bỏ Các hệ thống này phổ biến ở hầu hếtsinh vật.

3.1 Cắt bỏ base:

Trong sinh hóa và di truyền học , sửa chữa cắt bỏ cơ sở (BER) là một cơchế tế bào, sửa chữa hư hỏng DNA trong suốt chu kỳ tế bào Đó là trách nhiệmchủ yếu để loại bỏ các sai hỏng nhỏ mà không gây thương tổn cơ bản đến bộgen BER là rất quan trọng để loại bỏ các căn cứ bị hư hỏng mà nếu không cóthể gây ra đột biến bởi việc không bắt cặp được hoặc dẫn đến lỗi trong tái bảnDNA BER được hoạt động bởi DNA glycosylase, nó nhận biết và loại bỏ cácđiểm cụ thể bị hư hỏng hoặc không phù hợp, hình thành các AP Những sau đóđược cắt bởi một endonuclease AP Kết quả sau đó hư hỏng có thể được xử lýbằng một trong hai cách vá ngắn (trong đó một nucleotide đơn được thay thế)hoặc vá dài (nơi 2-10 nucleotide mới được tổng hợp)

3.2 Cắt bỏ nucleotide

Việc cắt bỏ mộtvùng có nhiều thyminedimer (do UV) hoặcvùng liên kết chéo giữacác sợi, được thực hiệnnhờ incision nuclease(nuclease tạo khấc trênDNA) như phức hợpUvr ABC của E coli,phức hợp này cắt cácđoạn 12-13 nucleotide

từ một sợi DNA Sựthủy phân được thựchiện ở liên kết

phosphodiester thứ tám ở đầu 5' đến chỗ hỏng và ở phía 3' là liên kết thứ tư haynăm.

Cấu trúc sợi kép bổ sung cho nhau của DNA cho phép, nếu thông tin bị mất

do cắt bỏ sai hỏng trên một sợi có thể chép lại được nhờ dựa vào sợi đơn bổsung kia Tuy nhiên, một số sai hỏng liên quan cùng lúc cả hai sợi cũng có thểđược sửa chữa nhờ vào một đoạn nucleotide tương đồng tồn tại đâu đó tronggenome Sự mất đoạn hay xen đoạn nucleotide, hay liên kết chéo giữa các sợiDNA có thể được phục hồi nhờ sự thay thế đoạn tương ứng bằng tái tổ hợp.Thậm chí sự đứt đôi cảhai sợi cùng chỗ, được coi là nặng nhất trong các saihỏng, có thể được gắn liền lại nhờ ligase hay tái tổ hợp

4 Đọc sửa đối với các base bắt cặp sai

Cơ chế đọc sửa đối với các base bắt cặp sai (proofreading for base-pairmatching) được thực hiện trong tái bản DNA Sự bắt cặp cẩn thận của DNApolymerase đảm bảo cho sự chính xác của tái bản Trước khi thực hiện phản ứngpolymer hóa nối với nucleotide, nucleotide triphosphate mới phải bắt cặp vớibase bổ sung trên sợi khuôn mẫu Nếu sự bắt cặp sai xảy ra, DNA polymerase sẽloại bỏ nucleotide bắt cặp sai

Thậm chí, trước khi nucleotide mới gắn vào, enzyme dò lại cặp base cuốinếu chúng không bắt cặp thì sựpolymer hóa tiếp theo bị dừng Cặp nucleotide ởđầu cuối 3' bắt cặp sai sẽ bị loại bỏ bởi hoạt tính exonuclease 3'→5' của DNApolymerase Khi sự bắt cặp của cấu trúc sợi kép đã đúng, quá trình polymer hóamới được tiếp tục

Hoạt tính đọc sửa đối với các base bắt cặp sai là đặc tính của nhiều DNApolymerase đảm bảo cho sự kéo dài chính xác của sợi đang được tổng hợp Tuynhiên, trong trường hợp cần thiết, DNA polymerase có thể bỏ qua chỗ sai vàchép tiếp nhờ cơ chế tái bản “error prone”

5 Các hệ thống sửa chữa tái tổ hợp

Các vị trí có sự sai hỏng, xảy ra trong một phân tử con (daughtermolecule), sẽ được phục hồi nhờ sự tái tổ hợp để thu được một bản sao khác củatrình tự từ một nguồn không bị sai hỏng Bản sao này sau đó được dùng để sửachữa lỗ hổng (gap) trên sợi bị hỏng

Khi DNA polymerase gặp thymine dimer hay một số sai lệch khác trên sợiDNA khuôn mẫu, có hai khả năng xảy ra:

- Polymerase lấp dần lỗ hổng bằng tái bản không theo khuôn mẫu do tái tổhợp và vượt qua chỗ sai

- Polymerase dừng lại và huy động khoảng 1.000 nucleotide phía dưới; chỗtrống gián đoạn được lấp đầy với sợi bổsung từ sợi đôi chị em(sister duplex) dotái tổ hợp

Trong cả hai trường hợp, chỗ sai lệch vẫn còn và được cắt bỏsau đó bởi sửasai trực tiếp hay cắt bỏ

6 Hệ thống SOS

Hệ thống SOS (chứa khoảng 30 gen không liên kết và thường bị ức chế bởiprotein LexA) sẽ hoạt động khi tế bào bị các tác nhân gây đột biến tạo nhiều saihỏng trên DNA Trong trường hợp DNA bị hỏng ngừng tái bản, phản ứng SOS

sẽ phục hồi tái bản bằng phương thức tái bản “error-prone”

Các phản ứng SOS là những thay đổi trong biểu hiện gen trong Escherichiacoli và các vi khuẩn khác để đáp ứng với thiệt hại DNA rộng Các prokaryote hệthống SOS được điều chỉnh bởi hai loại protein quan trọng: Lexa và RecA Các Lexa homodimer là một phiên mã ức gắn với hành trình tự thường được gọi

là hộp SOS Trong Escherichia coli được biết rằng Lexa điều chỉnh phiên mã

của khoảng 48 gen bao gồm các gen Lexa và RecA Các phản ứng SOS đượcbiết đến là phổ biến rộng rãi trong lĩnh vực vi khuẩn, nhưng nó là chủ yếu vắngmặt trong một số phyla vi khuẩn, như Xoắn khuẩn Các tín hiệu di động phổbiến nhất kích hoạt phản ứng SOS là khu vực của sợi đơn DNA (ssDNA), phátsinh từ bị đình trệ dĩa sao chép hoặc đôi sợi phá vỡ, mà được chế biếnbởi helicase DNA để tách hai sợi DNA Trong bước khởi đầu, protein RecA đểssDNA trong một quá trình thủy phân ATP hướng phản ứng tạo ra RecA-ssDNA sợi RecA-ssDNA sợi kích hoạt Lexa tự động protease hoạt động, cuốicùng dẫn đến sự phân cắt của Lexa dimer và suy thoái Lexa tiếp theo Sự mấtmát của Lexa ức gây ra phiên mã của các gen SOS và cho phép tiếp tục cảm ứngtín hiệu, ức chế phân chia tế bào và tăng nồng độ của protein chịu trách nhiệm

xử lý thiệt hại

Trong Escherichia coli, hộp SOS là 20 nucleotide chuỗi dài gần quảng bávới xuôi ngược cấu trúc và một mức độ cao về bảo tồn tự Trong các lớp họckhác và phyla, trình tự của hộp SOS thay đổi đáng kể, với chiều dài khác nhau

và thành phần, nhưng nó luôn luôn bảo tồn cao và một trong những tín hiệungắn mạnh nhất trong hệ gen Các nội dung thông tin cao của hộp SOS cho phépràng buộc khác biệt của Lexa để quảng bá khác nhau và cho phép thời gian phảnứng SOS Các gen sửa chữa tổn thương được gây ra vào đầu SOS phản ứng Cácpolymerase translesion dễ bị lỗi, ví dụ, UmuCD'2 (còn gọi là DNA polymeraseV), được gây ra sau này như là một phương sách cuối cùng Sau khi thiệt hạiADN được sửa chữa hoặc bỏ qua sử dụng polymerase hoặc thông qua tái tổ hợp,

số lượng DNA chuỗi đơn trong các tế bào bị giảm, làm giảm số lượng của RecAsợi giảm hoạt động phân cắt của Lexa homodimer, sau đó liên kết với các hộpSOS gần quảng bá và phục hồi biểu hiện gen bình thường