بازسازی دی‌ان‌ای

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
آسیب به دی‌ان‌ای منجر به ایجاد چندین شکستگی در کروموزوم‌ها می‌شود.

بازسازی دی‌ان‌ای به صورت مجموعه‌ای از فرایندهایی است که در آن یک سلول شناسایی می‌گردد و آسیب وارد شده به مولکول‌های دی‌ان‌ای اصلاح می‌گردد که در این حالت ژنوم کدگذاری می‌شود. در سلول‌های انسان، هم فعالیت‌های متابولیکی طبیعی و هم فاکتورهای زیست محیطی مانند نور و تشعشع فرابنفش می‌تواند باعث آسیب به دی‌ان‌ای شود و در نتیجه به میزان ۱ میلیون نفر ضایعه مولکولی به ازای هر سلول در هر روز رخ می‌دهد.[۱] بیشتر این آسیب‌ها مربوط به آسیب ساختاری مولکول دی‌ان‌ای است و می‌تواند توانایی سلول را برای رونویسی ژن موثر در کدگذاری دی‌ان‌ای تحت تاثیر قرار دهد. آسیب‌های دیگر به صورت بالقوه منجر به ایجاد جهش‌های مضر در ژنوم سلولی می‌شوند که بر روی زنده ماندن سلول‌های دختر بعد از رشتمان اثر دارد. در نتیجه، فرایند بازسازی دی‌ان‌ای به صورت ثابتی فعال است چنان چه این فرایند به آسیب وارد شده بر ساختار دی‌ان‌ای پاسخ مثبت می‌دهد. زمانی که فرایند بازسازی نرمال دچار مشکل می‌گردد و زمانی که خزان یاخته‌ای رخ نمی‌دهد، دی‌ان‌ای آسیب دیده و بازسازی ناپذیری ممکن است ایجاد شود که شامل شکستگی‌ها در رشته دوگانه است و هم بری یا اتصال عرضی دی‌ان‌ای رخ می‌دهد (اتصال عرضی بین رشته‌ای یا ICLها).[۲][۳]

میزان بازسازی دی‌ان‌ای بستگی به فاکتورهای زیادی دارد که شامل نوع سلول، سن سلول و محیط درون سلولی هستند. یک سلول ممکن است تجمعی از مقادیر زیادی از دی‌ان‌ای‌های آسیب دیده باشد یا این که به صورت ناموثری بازسازی‌هایی به خود دی‌ان‌ای آسیب وارد می‌کنند و در این صورت ممکن است یکی از سه حالت زیر رخ دهد:

  1. حالت برگشت‌ناپذیر خفتگی یا کمون که به صورت فرایند پیری شناخته شده است.
  2. زیان رساندن سلول به خود (خودکشی سلول) که تحت عنوان خزان یاخته‌ای یا مرگ برنامه ریزی شده سلولی شناخته می‌شود.
  3. تقسیم سلولی نامنظم که می‌تواند منجر به شکل گیری توموری شود که سرطان نام دارد.

توانایی بازسازی دی‌ان‌ای در یک سلول برای یکپارچگی ژنوم و بنابراین برای عملکرد طبیعی ارگانیسم نیز حیاتی است. بیشتر ژن‌ها به صورت ابتدایی موثر بر طول عمر نشان داده شده است که بر روی بازسازی دی‌ان‌ای آسیب‌دیده و حفاظت از آن تاثیر دارد.[۴]

آسیب به دی‌ان‌ای[ویرایش]

دی‌ان‌ای آسیب‌دیده ناشی از فاکتورهای زیست محیطی و فرآیندهای متابولیک طبیعی در درون سلول، به میزان ۱۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰۰ آسیب و زخم مولکولی به ازای هر سلول در هر روز اتفاق می‌افتد.[۱] در حالی که این تنها شامل ۰۰۰۱۶۵/۰ درصد از تقریبا ۶ بیلیون ژنوم بازی (۳ بیلیون جفت باز) است، زخم‌های (آسیب‌های) بازسازی نشده در ژن‌های حیاتی (مانند ژن سرکوبگر غده) می‌توانند مانع توانایی سلول برای اجرای عملکردشان و افزایش ارزیابی احتمال شکل‌گیری تومور و مشارکت در ناهمسانی توموری شود.

اکثر دی‌ان‌ای‌های آسیب دیده بر روی ساختار اولیه هلیکس دوگانه اثر می‌گذارند که در این صورت بازها خودشان از نظر شیمیایی تغییر می‌یابند. این تغییرات می‌تواند در ابتدا منجر به تخریب ساختار مارپیچی منظم مولکولی با معرفی پیوندهای شیمیایی غیر وابسته به مکان خاصی یا ترکیب‌های افزایشی حجیم شود که متناسب با ساختار مارپیچی دوگانه استاندارد نیست. برخلاف پروتئین‌ها و آران‌ای، دی‌ان‌ای معمولا فاقد ساختار جابه‌جاسازی سه اتم یا بنیان است و بنابراین آسیب و یا فروپاشی در این سطح رخ نمی‌دهد. به هر حال دی‌ان‌ای فوق مارپیچ و زخم در اطراف پروتئین‌های بسته بندی کننده، هیستون نام دارد (در یوکاریوت‌ها) و هر دو فوق ساختار به اثرات مربوط به آسیب دی‌ان‌ای آسیب پذیر هستند.

منابع آسیب[ویرایش]

آسیب دی‌ان‌ای می‌تواند به دو نوع اصلی تقسیم گردد:

  1. آسیب‌های درون‌زاد مانند حمله گونه‌های دارای اکسیژن فعال‌شده که توسط محصولات جانبی متابولیک نرمال تولید می‌شود (جهش خود به خودی)، به ویژه می‌توان به فرایند ازدست‌دادن آمین‌اکسیداتیو اشاره کرد.
    1. همچنین شامل تکرار خطا نیز می‌شود.
  2. آسیب برون زا که توسط عوامل خارجی به وجود می‌آید و عبارتند از:
    1. اشعه ماورا بنفش (UV 200 تا ۴۰۰ نانومتر) خورشید
    2. دیگر فرکانس‌های تشعشعی شامل پرتو ایکس و پرتو گاما
    3. آبکافت یا تخریب حرارتی
    4. زهرابه‌های گیاهی خاص
    5. مواد شیمیایی ساخته دست بشر که جهش‌زا هستند به خصوص ترکیبات آروماتیک که به عنوان عوامل افزایش زا دی‌ان‌ای نیز عمل می‌کنند.
    6. ویروس‌ها[۵].

تکرار دی‌ان‌ای آسیب دیده قبل از تقسیم سلولی می‌تواند منجر به درآمیختن غلط بازهای مخالف که آسیب زا هستند، شود. سلول‌های دختری که از این بازهای غلط به ارث رسیده‌اند جهش‌هایی را انتقال می‌دهند که از توالی اصلی دی‌ان‌ای غیرقابل جبران هستند (به جز در مورد نادری که به عنوان مثل جهش رو به عقب از طریق تبدیل ژن صورت می‌گیرد).

انواع آسیب ها[ویرایش]

چندین نوع آسیب به دی‌ان‌ای وجود دارد که ناشی از فرایندهای سلولی داخلی هستند:

  1. آلکیل‌دار کردن بازها (برای مثال ۸- اکسو- ۷ و ۸- دی هیدروگانین (8-oxoG)) و وقفه در تولید رشته دی‌ان‌ای از گونه‌های اکسیژن فعال شده
  2. متیل‌دار کردن بازها (معمولا متیلی شدن) مانند شکل گیری ۷- متیل گانین، ۱- متیل آدنین، ۶-او-متیل‌گوانین
  3. آبکافت بازها مانند از دست دادن گروه آمین، دی‌آمیناسیون و دیپوریاسیون.
  4. تشکیل ترکیبات ورینی بزرگ (به عنوان مثال بنزو (آ) پیرین دی ال اپوکسید- dG ورینی، آریستولاکتام I-dA ورینی)
  5. جور شدن اشتباه بازها به دلیل خطاها در هم‌تاسازی و همانندسازی دی‌ان‌ای که در این صورت باز اشتباه دی‌ان‌ای در مکان شکل گیری رشته جدید دی‌ان‌ای قرار می‌گیرد و یا این باز دی‌ان‌ای از مکان مورد نظر خارج می‌شود.
  6. آسیب تک ورینی که منجر به ایجاد تغییر در تک بازهای نیتروژنی دی‌ان‌ای می‌شوند.
  7. آسیب دی ورینی

آسیب ایجاد شده توسط عوامل خارجی به شکل‌های مختلفی بروز می‌کند. برخی از مثال‌ها در این زمینه عبارتند از:

  1. نور UV-B که منجر به شکل گیری پیوندهای غلط بین سیتوزین‌های مجاور و بازهای تیامین می‌شود که ایجاد کننده دیمرهای پیریمیدین است. این حالت آسیب مستقیم به دی‌ان‌ای نام دارد.
  2. نور UV-A به مقدار زیادی رادیکال‌های آزاد تولید می‌کند. آسیب ایجاد شده توسط رادیکال‌های آزاد آسیب غیر مستقیم به دی‌ان‌ای نام دارد.
  3. پرتو یونی مانند آن چه توسط تجزیه رادیو اکتیو یا در پرتوهای کیهانی رخ می‌دهد که می‌تواند باعث شکستن رشته‌های دی‌ان‌ای شود. اشعه یونیزاسیون در سطح کم ممکن است ایجاد کننده آسیب‌های جبران ناپذیری به دی‌ان‌ای باشد (منجر به ایجاد خطاهای همتاسازی و نسخه‌نویسی می‌شود که برای نئوپلازیا مورد نیاز است یا برای تداخلات ویروسی نیاز است) که منجر به پیری قبل از رسیدن به بلوغ یا سرطان می‌شود.[۶][۷][۸]
  4. اختلال حرارتی در در مقادیر بالای دمایی منجر به افزایش دیپیوریاسیون (از دست دادن بازهای پورین از چارچوب اصلی دی‌ان‌ای) و شکستن رشته‌های مجزا و تکی می‌شود. به عنوان مثال هیدرولیز دی پیوریلیشن در باکتری گرمادوست مشاهده شده است که در چشمه‌های آب گرم در دمای ۴۰ تا ۸۰ درجه سلسیوس رشد می‌کنند.[۹][۱۰] میزان دی پیوریشن یا تخریب بازهای پورین (۳۰۰ پورین باقی مانده به ازای هر ژنوم به ازای هر نسل) در این گونه‌ها بالا است که توسط مکانیسم بازسازی نرمال بازسازی می‌گردد و بنابراین احتمالا امکان رد کردن رفتار ناسازگارانه وجود ندارد.
  5. مواد شیمیای صنعتی مانند وینیل کلرید و هیدروژن پراکسید و مواد شیمیایی زیست محیطی مانند هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای یافت شده در دود و دوده می‌توانند ورین‌های دی‌ان‌ای گوناگون، اتانوبازها، بازهای اکسید شده، فسفوتری استرهای قلیایی شده و دی‌ان‌ای و دی‌ان‌ای کراس لینکینگ را ایجاد نمایند.

آسیب UV، قلیایی شدن، متیلی شدن، آسیب اشعه ایکس و آسیب اکسیدی شدن مثال‌هایی از آسیب‌های ذکر شده هستند. آسیب خود به خودی می‌تواند شامل از دست دادن باز، دامانسیون، شکستن حلقه شکر و تغییر در تاتومریک باشد.[۱۱]

آسیب هسته‌ای در مقابل آسیب به دی‌ان‌ای میتوکندری[ویرایش]

در سلول‌های انسان، و در سلول‌های یوکاریوتی به صورت کلی، دی‌ان‌ای در دو موقعیت سلولی در درون هسته‌ها و در درون میتوکندری یافت می‌گردد. دی‌ان‌ای هسته یا nدی‌ان‌ای به صورت کروماتین در مراحل غیر همانند چرخه سلولی وجود دارد و به صورت ساختار دانه‌ای متراکم تحت عنوان کروموزوم‌ها در طول تقسیم یاخته متراکم شده است. در هر مرحله، دی‌ان‌ای به مقدار زیادی فشرده می‌گردد و در اطراف پروتئین‌های مهره مانند به نام هیستون‌ها چرخش می‌یابد. در هر جایی که سلول نیاز به بیان اطلاعات ژنتیکی کدگذاری شده در nدی‌ان‌ای خودش داشته باشد در این صورت ناحیه کروموزومی مورد نیاز از هم می‌پاشد، ژن‌های واقع بر روی آن بیان می‌گردند و سپس ناحیه به ساختار استراحت خود به حالت متراکم باز می‌گردد. دی‌ان‌ای میتومندری یا mtدی‌ان‌ای درون اندامکهای میتوکندری قرار دارد، که از آن چندین کپی وجود دارد و علاوه بر این به مقدار زیادی در ارتباط با تعدادی از شکل‌های پروتئینی پیچیده است که تحت عنوان نوکلوئید شناخته شده‌اند. درون میتوکندری، گونه‌های اکسیژن رآکتیو یا ROS یا رادیکال‌های آزاد محصولات جانبی تولید ثابت آدنوزین تری‌فسفات یا ATP از طریق فسفرگیری اکسایشی هستند که ایجاد محیطی اکسیداتیو می‌کنند که برای آسیب به mtدی‌ان‌ای شناخته شده است. آنزیم اصلی برای مقابله با سمیت این گونه‌ها سوپر اکسید دیسموتاز است که هم در میتوکندری و هم در سیتوپلاسم سلول‌های یوکاریوتی وجود دارد.

پیری و آپوپتوز[ویرایش]

پیری یک وضعیت غیرقابل برگشت است که تقسیم سلول و پاسخ حفاظتی به کوتاه شدن کروموزوم به پایان می‌رسد. تلومرها نواحی طولانی از دی‌ان‌ای غیرکدگذاری‌شده تکراری هستن د که کروموزوم‌ها را پوشش می‌دهند و در نهایت تخریب جزئی مربوط به تقسیم سلولی در هر زمان را تحت کنترل دارند (حد هایفلیک را ببینید).[۱۲] برعکس، خاموشی یک حالت برگشت‌پذیر برای خواب سلولی است که در ارتباط با آسیب ژنومی نیست (چرخه یاخته‌ای را ببینید). پیری در سلول‌ها ممکن است به عنوان تغییر عملکردی برای آپوپتوز در مواردی عمل نماید که حضور فیزیکی سلول برای دلایل مکانی و فضایی به وسیله ارگانیسم مورد نیاز است[۱۳] که به صورت مکانیسم بازسازی نهایی برای جلوگیری از آسیب تکرار شدن نامناسب دی‌ان‌ای در غیاب رشد نشانه‌گذاری یاخته به کار برده می‌شود. تقسیم سلولی بی نظم می‌تواند منجر به شکل گیری تومور شود (سرطان را ببینید) که به صورت بالقوه‌ای برای ارگانیسم کشنده است؛ بنابراین القا پیری و آپوپتوز به عنوان بخشی از استراتژی حفاظت در مقابل سرطان در نظر گرفته می‌شود.[۱۴]

آسیب دی‌ان‌ای و جهش[ویرایش]

تشخیص میان دی‌ان‌ای آسیب دیده و جهش مهم است، این دو حالت دو نوع اصلی از خطا در دی‌ان‌ای هستند. آسیب‌های دی‌ان‌ای و جهش به صورت اساسی با هم متفاوت هستند. آسیب‌ها به صورت وضعیت‌های فیزیکی غیر طبیعی در دی‌ان‌ای هستند مانند شکستن رشته دوتایی یا مجزا، بقایای ۸-اوکسو-۲-دئوکسی گوآنوزین و مواد افزودنی هیدرو کربن‌های آروماتیک پلی سایکلیک. آسیب‌های دی‌ان‌ای می‌تواند به وسیله آنزیم‌ها شناسایی کردد و بنابراین آن‌ها می‌توانند به درستی بازسازی گردند در صورتی که اطلاعات اضافی مانند توالی غیر آسیب دیده و سالم در رشته مکمل دی‌ان‌ای یا در کروموزوم همولوگ برای کپی کردن در دسترس باشند. اگر سلول آسیب دیده دی‌ان‌ای حفظ گردد، در این صورت مانع از نسخه‌نویسی ژن می‌شود و بنابراین ترجمه به پروتئین نیز مسدود می‌گردد. تکرار نیز ممکن است مسدود گردد یا سلول ممکن است بمیرد.

برعکس دی‌ان‌ای آسیب دیده، جهش تغییر در توالی بازی دی‌ان‌ای است. جهش نمی‌تواند با کمک آنزیم‌ها در زمان وجود تغییر بازی در هر دو رشته دی‌ان‌ای تشخیص داده شود و بنابراین جهش قابل بازسازی یافتن نیست. در سطح سلولی، جهش‌ها می‌توانند باعث تغیر در عملکرد پروتئین و نظم آن‌ها شوند. جهش‌ها در زمانی تکرار می‌شوند که سلول تکثیر می‌گردد. در سلول‌ها، سلول‌های جهش یافته به صورت مکرر در حال افزایش یا کاهش برطبق اثرات جهش بر روی توانایی سلول به منظور زنده ماندن و یا تکثیر هستند. اگر چه به صورت مطلق با یکدیگر تفاوت دارند، دی‌ان‌ای آسیب دیده و یا جهش یافته به هم مرتبط هستند زیرا دی‌ان‌ای‌های آسیب دیده اغلب منجر به ایجاد خطاهایی در سنتز دی‌ان‌ای در طول فراند تکثیر یا بازسازی می‌شوند، این خطاها منبع اصلی جهش هستند.

این مشخصات هم برای دی‌ان‌ای آسیب دیده و هم جهش یافته مشخص شده‌اند که می‌توان در آسیب‌های دی‌ان‌ای مشاهده کرد که مساله‌ای خاص در زمینه عدم تقسیم شدن یا تقسیم شدن آهسته سلول‌ها به حساب می‌آید که در این صورت آسیب‌های بازسازی نیافته می‌تواند در طول زمان تجمع یابند. از سوی دیگر در تقسیم سلولی سریع، دی‌ان‌ای‌های آسیب دیده و بازسازی نیافته به نابودی سلول با استفاده از مسدود ساختن تکثیر نمی‌پردازند بلکه منجر به ایجاد خطاهایی در تکثیر و بنابراین جهش می‌شوند. اکثر جهش‌ها دارای تاثیری خنثی و بی اثر بر روی بقای سلول و زنده ماندن آن‌ها نیستند؛ بنابراین در سلول‌های یک بافت دارای تکثیر سلول، سلول‌های جهش یافته تمایل به از بین رفتن دارند. به هر حال جهش‌های نادری ممکن است منجر به ایجاد برتری زنده ماندن با توجه به کلونی توسعه یافته در مجاورت سلول‌های بافت شود. این مزیت برای یک سلول به عنوان عیبی برای کل ارگانیسم به شمار می‌آید زیرا چنین سلول‌های جهش یافته‌ای می‌تواند منجر به ایجاد سرطان شوند؛ بنابراین دی‌ان‌ای‌های آسیب دیده در اثر تقسیم سلولی‌های مکرر منجر به افزایش جهش‌ها می‌شوند و در نتیجه سرطان شکل می‌گیرد. برعکس، دی‌ان‌ای‌های آسیب دیده در تقسیم سلولی نادر می‌تواند منجر به ایجاد پیری زودهنگام شود.[۱۵]

مکانیسم‌های بازسازی دی‌ان‌ای[ویرایش]

دی‌ان‌ای آسیب دیده تک رشته و دو رشته

سلول‌ها در صورتی که دی‌ان‌ای آسیب دیده منجر به از دست دادن یکپارچگی و عدم دسترسی به اطلالعات ضروری ژنوم گردد نمی‌توانند فعالیت نمایند (اما بقیه سلول در زمانی که ژن‌های غیر اساسی از بین می‌روند و یا آسیب می‌بینند تا حدی به فعالیت می‌پردازند). بسته به نوع آسیب وارد شده به ساختار دوگانه مارپیچ دی‌ان‌ای، روش‌های بازسازی مختلفی برای حفظ بقیه اطلاعات به کار برده می‌شود. در صورت امکان، این سلول‌ها از رشته مکمل تغییر نیافته دی‌ان‌ای یا کروماتید خواهری به عنوان الگویی برای بازیابی اطلاعات اولیه استفاده می‌کنند. بدون دسترسی به الگو، سلول‌ها از مکانیسم بازیابی خطای به عنوان سنتز ترنسلیژن یا ترجمه آسیب و زخم به عنوان آخرین چاره استفاده می‌کنند.

آسیب به دی‌ان‌ای شکل گیری فضایی مارپیچ را تغییر می‌دهد و چنین تغییراتی می‌تواند به وسیله سلول نشان داده شود. در ابتدا آسیب دی‌ان‌ای به صورت موضعی تعیین می‌گردد، مولکول هی خاص برای بازسازی دی‌ان‌ای به آن و یا در نزدیکی مکان آسیب اتصال می‌یابند که منجر به القای اتصال مولکول‌های دیگر و ایجاد ساختار پیچیده‌ای می‌شود که منجر به ایجاد بازسازی حقیقی و واقعی می‌گردد.

برگشت مستقیم[ویرایش]

سلول‌هایی که محدود کننده این سه نوع آسیب به دی‌ان‌ای هایشان توسط برگشت شیمیایی آن هستند شناخته شده‌اند. این مکانیسم‌ها نیازی به بازسازی نمونه ندارد زیرا انواع آسیب‌هایی که آن‌ها می‌توانند ایجاد نمایند تنها در یکی از چهار باز رخ می‌دهد. چنین مکانیسم‌های برگشت مستقیم در ارتباط با نوع آسیب وارده و شکستگی پایه فسفودی استر ربطی ندارد. شکل گیری دیمرهای پیریمیدین بر اثر اشعه UV منجر به ایجاد پیوندهای کوالانسی غیر طبیعی بین بازهای پیریمیدن جفت شده می‌شود. فرایند فوتوری اکتیویشن (فعال شدن در اثر نور) به صورت مستقیم منجر به برگشت آسیب توسط فعالیت آنزیم فوتولیاز می‌شود که کار فعال ساختن را به صورت اجباری و ناخواسته انجام می‌دهد و این فعالیت بستگی به انرژی جذب شده توسط نور آبی UV برای انجام کاتالیز دارد (طول موج ۳۰۰ تا ۵۰۰ نانو متر).[۱۶] نوع دیگر آسیب مربوط به متیلاسیون باز گوانین است که به صورت مستقیم توسط پدوتئین متیل گوانین متیل ترنسفراز یا MGMT معکوس می‌گردد و معادل باکتریایی آن اگت است. این یک فرایند پر هزینه‌ای است زیرا هر مولکول MGMT می‌تواند تنها برای یک بار مورد استفاده قرار گیرد از این رو واکنش در مقایسه با فرکافتی به صورت استوکیومتری است.[۱۷] پاسخ کلی به عوامل متیل کننده در باکتری به صورت پاسخ سازگارانه نشان داده شده است و اشاره به سطح مقاومت عوامل قلیایی یا آلکیله کننده در معرض تنظیم ارتقا یافته آنزیم‌های بازسازی آلکیل دار شدن می‌نماید.[۱۸] نوع سوم از دی‌ان‌ای آسیب دیده در ارتباط با سلول‌هایی است که دارای متیلاسیون معینی برای بازهای سیتوزین و آدنین هستند.

آسیب تک رشته‌ای[ویرایش]

ساختار برشی از آنزیم بازسازی باز یوراسیل- دی‌ان‌ای گلیکوسیلاز. یوراسیل باقی مانده به صورت زرد رنگ نشان داده شده است.

زمانی که تنها یکی از دو رشته مارپیچی دوگانه دچار مشکل می‌شوند، رشته دیگر می‌تواند به عنوان یک الگو به منظور هدایت صحیح رشته مورد نیاز به کار برده شود. به منظور بازسازی آسیب یکی از دو مولکول جفت شده دی‌ان‌ای، تعدادی مکانیسم‌های بازسازی برش وجود دارد که نوکلئوتید آسیب دیده را حذف می‌نماید و آن را با نوکلئوتید سالم جایگزین کرده و به این شکل رشته دی‌ان‌ای سالم را به وجود می‌آورد.[۱۷]

  1. بازسازی برش بازی (BER) که به بازسازی تک باز آسیب دیده حاصل از اکسیداسیون، قلیایی شدن، هیدرولیز یا دامیناسیون می‌پردازد. باز آسیب به وسیله دی‌ان‌ای گلیسولاز حذف می‌گردد. دندانه گم شده سپس توسط آنزیمی تشخیص داده می‌شود که ای‌پی اندونوکلئوآز نام دارد که پیوند فسفودی‌استر را می‌شکند. بخش گم شده سپس مجددا به وسیله دی‌ان‌ای-پلی‌مراز و آنزیم دی‌ان‌ای لیگاز سنتز می‌گردد و بخش نهایی را شکل می‌دهد.
  2. بازسازی برش نوکلئوتید (NER) که ضایعات مارپیچ انحرافی مانند دیمرهای پیریمید و ۶ و ۴- محصولات نوری را شناسایی می‌نماید. شکل خاصی از NER به عنوان بازسازی- رونویسی آنزیم‌های NER نسبت به ژن‌هایی شناخته شده است که به صورت فعال قابل رونویسی هستند.
  3. بازسازی اشتباه جفت شده (MMR) که خطاهای مربوط به همانندسازی دی‌ان‌ای و نوترکیبی را تصحیح می‌کند که منجر به ایجاد جفت شدن‌های اشتباه نوکلئوتیدها می‌شود (اما بدون آسیب است).

شکستگی‌های رشته دوتایی[ویرایش]

شکستگی‌های رشته دوتایی که در آن هر دو رشته در یک مارپیچ دوگانه هستند و به صورت خاصی به سلول آسیب وارد می‌کنند زیرا منجر به شکل گیری چیدمان مجدد ژنوم می‌شود. سه مکانیسم موجود برای بازسازی بریک‌ها یا شکستگی‌های رشته دوگانه (DSB) وجود دارد که عبارتند از: اتصال پایانی غیر همولوگی (NHEJ)، اتصال پایانی سطح میکرو همولوژی (MMEJ) و ترکیب مجدد همولوگ‌ها.[۱۷] PVN Acharya اشاره به شکستگی‌های رشته دوگانه و اتصال متقاطع هر دو رشته در نقطه یکسانی دارد که جبران پذیر نیست زیرا هر رشته می‌تواند به عنوان الگویی برای بازسازی مورد استفاده قرار گیرد. سلول در میتوزهای بعدی می‌میرد و یا این که در برخی موارد نادر جهش می‌یابد.[۲][۳]

دی‌ان‌ای لیگاز که در بالا نشان داده شده است، آسیب کروموزومی را بازسازی می‌نماید و به صورت آنزیمی است که نوکلئوتیدهای شکسته را به هم با کمک کاتالیز شکل گیری استر درون نوکلئوتیدی بین چارچوب فسفاتی و نوکلئوتیدهای دئوکسی ریبوز متصل می‌کند.

در NHEJ، آنزیم دی‌ان‌ای لیگاز ۴ که به صورت آنزیم دی‌ان‌ای لیگاز خاصی است ترکیبی را با کوفاکتور XRCC4 شکل می‌دهد که به صورت مستقیم به دو انتها اتصال می‌یابد.[۱۹] به منظور راهنمایی برای بازسازی دقیق، NHEJ به توالی هومولوگی کوتاهی اشاره دارد که میکرو همولوگ‌ها نام دارد که در دنباله‌های رشته‌ای تکی در انتهای دی‌ان‌ای برای اتصال وجود دارد. اگر این این مشکلات هم سو هستند در این صورت بازسازی معمولا دقیق است.[۲۰][۲۱][۲۲][۲۳] NHEJ نیز می‌تواند جهش‌هایی را در طول بازسازی معرفی نماید. از دست دادن نوکلئوتیدهای آسیب دیده در مکان شکستن می‌تواند منجر به حذف و اتصال شکل‌های غیر منطبق تغییر مکان یافته شود. NHEJ به صورت خاصی قبل از زمان تکثیر شدن سلول در دی‌ان‌ای خودش دارای اهمیت است زیرا هیچ گونه الگوی در دسترسی برای بازسازی به وسیله ترکیب مجدد همولوگ‌ها وجود ندارد. نسخه پشتیبانی برای مسیرهای NHEJ در یوکاریوت‌های عالی تر وجود دارد.[۲۴] به غیر از نقش آن به عنوان ژنوم سرپرست، NHEJ نیاز به اتصال هپارین به رشته دوگانه دارد که در طول ترکیب مجدد V(D)J شکل می‌گیرد، این فرایند ایجاد کننده گوناگونی در سلول بی و گیرنده لنفوسیت تی در دستگاه ایمنی مهره‌داران است.[۲۵]

ترکیب مجدد همولوگ‌ها نیاز به حضور توالی اتفاقی نزدیک به هم و منطبق دارد که به عنوان الگویی برای بازسازی شکستگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. پاسخ خودکار آنزیمی برای این فرایند بازسازی تقریبا مساوی با پاسخ خودکار برای کراسینگ‌اور کروموزوم‌ها در میوز است. این مسیر به کروموزوم‌های آسیب دیده اجازه بازسازی را با کمک کروماتید خواهری (در G2 بعد از تکثیر دی‌ان‌ای در دسترس است) یا کروموزوم همتا به عنوان الگو را می‌دهد. DSBها منجر به تکثیر خودکار فرایند سنتز در طول رشته شکسته مجزا یا آسیب بازسازی نیافته حاصل از فروپاشی دوشاخه همتاسازی می‌شوند و اساسا به وسیله ترکیب شدن مجدد بازسازی می‌یابند.

توپوایزومرازها هم در شکستگی‌های تک رشته‌ای و هم دوتایی در زمان تغییر حالت دی‌ان‌ای سوپرکولینگ معرفی شده‌اند که به صورت خاصی در نواحی نزدیک به دوشاخه همتاسازی باز رایج است. چنین شکستگی‌هایی به صورت دی‌ان‌ای آسیب دیده در نظر گرفته نمی‌شوند زیرا آن‌ها سطح مشترک طبیعی در توپوایزومرازها با مکانیسم بیوشیمیایی هستند و فورا به وسیله آنزیم‌هایی بازسازی می‌یابند که آن‌ها را ایجاد کرده‌اند.

تیمی از محققان فرانسوی به مطالعه مکانیسم بازسازی دی‌ان‌ای با رشته دوگان شکسته در موجود زنده پرداخته‌اند. حداقل دو کپی از ژنوم با شکستگی‌های تصادفی دی‌ان‌ای می‌تواند بخش‌های دی‌ان‌ای را از طریق شکل گیری مجدد شکل دهد. به صورت خاصی بخش‌های هم پوشانی کننده سپس برای سنتز نواحی هم‌ساختی از طریق حرکت حلقه دی مورد استفاده قرار می‌گیرند که می‌تواند برای گسترش دادن ادامه یابد تا زمانی که آن‌ها رشته‌های مکمل همتایی را بیابند. در مرحله نهایی متقاطع به وسیله RecA وابسته به ترکیب مجدد یا نوترکیبی همولوگی وجود دارد.[۲۶]

سنتز ترانسلسیون[ویرایش]

سنتز ترانسلسیون یا TLS به صورت فرایند مقاوم به آسیب دی‌ان‌ای است که به مکانیسم تکثیر دی‌ان‌ای اجازه همانندسازی زخم‌های قبلی دی‌ان‌ای را مانند دیمرهای تیامین یا مکان‌های ای‌پی را می‌دهد.[۲۷] این شامل سوئیچینگ منظم پلیمرازهای دی‌ان‌ای برای ترنسلیشن پلیمرازهای خاص است که اغلب با مکان‌های فعال بزرگ‌تری در ارتباط است که می‌تواند جفت شدن بازهای مخالف کربوط به نوکلئوتیدهای آسیب دیده را فراهم سازد. پلیمراز سوئیچینگ به عنوان واسطه‌ای در بین فاکتورهای دیگر عمل می‌کند، اصلاح معمولا بعد از ترجمه و رونویسی فاکتور تکثیر PCNA صورت می‌گیرد. پلیمراز سنتز ترنسلیژن اغلب دارای اتصال سستی براساس الگوهای سالم مرتبط با پلیمرازهای منظم است. به هر حال بیشتر آن‌ها به مقدار زیادی بر روی بازهای صحیح و متضاد با انواع خاصی از آسیب‌ها تاثیر دارند. به عنوان مثال Pol η به عنوان سطحی عاری از خطا برای جبران زخم‌های ایجاد شده توسط اشعه فرابنفش است در حالی که Pol ι جهش‌هایی را در این مکان‌ها ایجاد می‌کنند. Pol η به عنوان یک عامل اضافه کننده به آدنین در راستای فوتودیمر T^T با استفاده از جفت شدن بازی واتسون- کریک شناخته شده است و آدنین ثانویه به شکل گیری syn آن با استفاده از جفت باز هاگستین اضافه می‌گردد. از نظر سلولی، خطر مربوط به معرفی جهش‌های نقطه‌ای در طول سنتز ترنسلیژن ممکن است برای بازسازی مجدد نسبت به بیشتر مکانیسم‌های قوی تر برای بازسازی دی‌ان‌ای ترجیح داده شود که در این صورت ممکن است باعث توده‌ای شدن کروموزومی و یا مرگ سلولی شود. به طور مختصر، فرایند شامل پلیمراز شدن خاصی است که هر یک به جبران و یا بازسازی زخم‌ها در مکان‌هایی می‌پردازد که محل تکثیر دی‌ان‌ای است. به عنوان مثال پلیمراز دی‌ان‌ای انسانی اتا می‌تواند با زخم‌های دی‌ان‌ای پیچیده‌ای مانند جهش‌های شبه هدف بازسازی گردد.[۲۸] پارومیتا راچادهاری و آشیس باسو[۲۹] سمیت و جهش زا بودن زخم یکسانی را در اشرشیا کولای با استفاده از تکثیر G[8,5-Me]T تغییر دهنده پلاسمید در اشرشیا کولای با پلیمراز خاص دی‌ان‌ای مورد مطالعه قرار دادند. قابلیت زیستن در رشته فاقد pol II, pol IV و pol V بسیار کم بود، سه SOS محرک پلیمرازهای دی‌ان‌ای نشان دادند که سنتز ترسلیژن با کمک این پلیمرازهای خاص دی‌ان‌ای صورت می‌گیرد. پلت فرم بای پس برای این پلیمرازها توسط تکثیر آنتی ژن هسته‌ای سلول یا PCNA فراهم می‌گردد. تحت شرایط نرمال، PCNA پلیمرازهای تکثیر کننده دی‌ان‌ای اتصال می‌یابد. در مکان زخم، PCNA با کمک پروتئینهای RAD6/ RAD18 به منظور فراهم ساختن پلت فرمی برای پلیمرازهای خاص بای پس زخم و تکثیر دی‌ان‌ای تغییر می‌یابد.[۳۰][۳۱] بعد از سنتز ترنسلیژن، اکستانسیون مورد نیاز است. این اکستانسیون یا کشش می‌تواند با کمک پلیمرازهای تکرار شونده صورت گیرد در صورتی که TLS عاری از خطا باشد، چنان چه در مورد Pol η، اگر TLS حاصل انطباق و اتصال اشتباه باشد در این صورت پلیمراز خاصی برای ادامه دارد آن مورد نیاز است که آن Pol ζ است. Pol ζ منحصر به فرد است و می‌تواند در انطباق‌های اشتباه در بخش پایانی گسترش یابد در حالی که بیشتر پلیمرازهای دیگر توانایی این کار را ندارند؛ بنابراین در زمانی که زخم رخ می‌دهد، دو شاخه تکثیر مشغول فعالیت خواهد شد، PCNA از پلیمراز processiveبه سمت پلیمراز TLS مانند Pol ι به منظور بازسازی زخم راه‌اندازی می‌گردد، سپس PCNA ممکن است به راه‌اندازی Pol ζ برای گسترش دادن عدم مطابقت می‌پردازد و PCNA نهایی نسبت به پلیمراز processive راه‌اندازی خواهد شد.

پاسخ سراسری و کلی به دی‌ان‌ای آسیب دیده[ویرایش]

سلول‌هایی که در معرض تشعشع یونی کننده، نور فرابنفش و یا مواد شیمیایی قرار دارند مستعد برای ایجاد ضایعات مختلف دی‌ان‌ای و شکستگی‌های دو رشته می‌باشد. به هر حال، عوامل آسیب رسان به دی‌ان‌ای می‌تواند دیگر زیستمولکولها مانند پروتئین‌ها، کربوهیدراتها، لیپیدها و RNA باشد. به صورت خاصی با تجمع آسیب، شکستگی‌های رشته دوگانه یا ترکیبات افزوده شه به دوشاخه‌های همتاسازی یا تکثیر سیگنال‌های تحریک شناخته شده‌ای را برای پاسخ کلی به آسیب دی‌ان‌ای تولید می‌کنند.[۳۲] پاسخ کلی به آسیب به صورت فعالیتی مستقیم نسبت به خود سلول عمل می‌نمایند و چندین مسیر بازسازی برای ماکرو مولکول‌های بزرگ، بای پس ضایعه و مقاومت و یا آپوپتوزیس فراهم می‌سازد. مشخصه‌های اصلی مربوط به پاسخ کلی القا ژن‌های متعدد، آسیب به چرخه سلولیو بازدارندگی از تقسیم سلولی است.

نقاط وارسی آسیب دی‌ان‌ای[ویرایش]

بعد از آسیب وارد شدن به دی‌ان‌ای، نقاط وارسی چرخه سلولی فعال می‌گردد. فعال شدن نقاط کنترل منجر به توقف چرخه سلولی می‌شود و به سلول زمانی را برای بازسازی آسیب قبل از ادرامه دادن فعالیت تقسیم می‌دهد. نقاط وارسی آسیب واردشده به دی‌ان‌ای در مرزهای گام نخستین رشد/مرحله اس و گام دومین رشد/مرحله‌ام رخ می‌دهد. در داخل نقطه کنترل اس نیز وجود دارد. فعال شدن نقطه کنترل با کمک دو کیناز ATM و ATR صورت می‌گیرد. ATM به شکستگی‌های رشته دوگانه دی‌ان‌ای و توزیع در ساختار کروموزوم پاسخ می‌دهد،[۳۳] در حالی که ATR به صورت ابتدایی به توقف دوشاخه همتاسازی پاسخ می‌دهد. این کینازها مناطق هدف را در نظر دارند و در نهایت منجر به توقف چرخه سلولی می‌شوند. کلاسی از پروتئین‌های واسطه شامل BRCA1, MDC1 و 53BP1 نیز تشخیص داده می‌شوند.[۳۴] این پروتئین‌ها به نظر می‌رسد که برای انتقال سیگنال فعال کننده نقطه کنترل به پروتئین‌های بخش‌های پایینی مورد نیاز است.

مهم ترین اهداف ATM و ATR در حرکت رو به پایین پی۵۳ است چنان چه برای القای خزان یاخته‌ای به دنبال آسیب به دی‌ان‌ای مورد نیاز است.[۳۵] بازدارنده پی۲۱ کیناز وابسته به سایکلین به وسیله مکانیسم‌های وابسته p53 و مستقل p53 القا می‌گردد و می‌تواند منجر به توقف چرخه سلولی در نقاط کنترل G1/S و G2/M به وسیله غیر فعال کردن ترکیبات سایکلین/ کیناز وابسته به سایکلین شود.[۳۶]

پاسخ ساس (SOS) پروکاریوت[ویرایش]

پاسخ ساس تغییر در بیان ژن در اشریشیا کلی و دیگر باکتری‌ها در پاسخ به آسیب دی‌ان‌ای است. سیستم SOS پروکاریوت به وسیله دو پروتئین اصلی تنظیم می‌گردد: LexA و RecA. LexA همودیمر یک رپرسور رونویسی است که به توالی اپراتور پیوند یافته است و معمولا اشاره به جعبه‌های SOS می‌کند. در اشرشیا کولای LexA به عنوان تنظیم کننده رونویسی تقریبا ۴۸ ژن شناخته شده است که شامل ژن‌های lexA و recA است (۳۷). پاسخ دهنده SOS در حیطه باکتریایی در سرتاسر دنیا شناخته شده است اما به مقدار زیادی در برخی از راسته‌های باکتریایی مانند اسپیروکتها وجود ندارد.[۳۷] سیگنال‌های سلولی بسیار رایج کار فعال نمودن پاسخ SOS را انجام می‌دهند که به عنوان نواحی دی‌ان‌ای تک رشته هستند (ssدی‌ان‌ای) که حاصل از توقف دو شاخه‌های همتاسازی یا شکستگی‌های رشته دوگانه است که به وسیله دی‌ان‌ای هلیکاز برای جداسازی دو رشته دی‌ان‌ای انجام می‌شود.[۳۸] در مرحله اولیه، پروتئین RecA به ssدی‌ان‌ای در ATP هیدرولیز شده پیسوند می‌یابد که حاصل واکنش ایجاد شده به صورت فیلامت‌های RecA–ssدی‌ان‌ای است. فیلامنت‌های RecA–ssدی‌ان‌ای فعال کننده فعالیت اتوپروتئازهای LexA هستند که به مقدار زیادی منجر به کلیواژ شدن دیمر LexA و تنزل توالی LexA می‌شوند. از دست دادن رپرسور LexA ایجاد کننده و تلقیح کننده رونویسی از ژن‌های SOS است و برای تلقیح سیگنالی بیشتر، بازدارندگی از تقسیم سلولی و افزایش سطوح پروتئین‌ها مسئول برای فرایند آسیب رسانی مجاز است.

در اشرشیا کولای، جعبه‌های SOS دارای ۲۰ نوکلئوتید در راستای توالی نزدیک به شناسانگر با ساختار واروخوانه‌ای و درجه بالای تبدیل توالی هستند. در بقیه کلاس‌ها و راسته‌ها، توالی مربوط به جعبه‌های SOS به صورت قابل توجهی با طول متفاوت و ترکیب گوناگون تغییر می‌یابد اما این معمولا به مقدار زیادی مورد حفاظت قرار می‌گیرد و یکی از قوی ترین سیگنال‌های کوتاه در ژنوم است (۳۸). مقدار زیاد اطلاعات جعبه‌های SOS اجازه پیوندهای مختلف LexA را نسبت یا شناسانگرهای مختلف را می‌دهد و برای زمان‌بندی پاسخ SOS نیز مجاز هستند. ژن‌های بازسازی کننده ضایعه در ابتدای پاسخ SOS تلقیح می‌شوند. به عنوان مثال خطا در پلیمرازهای ترنسلیژن UmuCD'2 (همچنین دی‌ان‌ای پلیمراز V نام دارد) بعدا تنظیم و دسته بندی نهایی را ایجاد می‌کند.[۳۸] در ابتدا دی‌ان‌ای آسیب دیده بازسازی می‌گردد یا با استفاده از پلیمراز یا از طریق ترکیب شدن مجدد بای پس می‌شود، مقدار دی‌ان‌ای تک رشته‌ای در سلول‌ها کاهش می‌یابد، در نتیجه مقدار فیلامنت‌های RecA فعالیت کلیواژ همودیمر LexA را کاهش می‌دهد که سپس به جعبه‌های SOS در نزدیکی شناساگرها پیوند می‌یابد.[۳۹]

پاسخ رونویسی یوکاریوتی به آسیب دی‌ان‌ای[ویرایش]

سلول‌های یوکاریوتی در معرض عوامل آسیب رسان به دی‌ان‌ای نیز فعال کننده مسیرهای دفاعی مهم توسط پروتئین‌های مختلفی هستند که در بازسازی دی‌ان‌ای ، کنترل نقاط کنترل چرخه سلولی، تراکم و تنزل پروتئین نقش دارند. چنین ژنومی گسترش دهنده پاسخ رونویسی است که بسیار پیچیده است و به مقدار زیادی تنظیم کننده است، بنابراین اجازه تطابق پاسخ کلی را نسبت به آسیب می‌دهد. در معرض قرار گیری مخمر ساکارومایسس سرویزیه نسبت به عوامل آسیب رسان به دی‌ان‌ای منجر به ایجاد هم پوشانی می‌گردد اما به صورت پروفیل‌های رونویسی مجزایی این کار انجام می‌شود. تشابه با پاسخ شوک زیست محیطی نشلان دهنده این است که مسیری برای پاسخ تنشی کلی در سطح فعال ساختن رونویسی وجود دارد. برعکس، انواع مختلف سلول‌های انسانی به آسیب به صورت مختلفی پاسخ می‌دهند که خود نشان دهنده غیاب و نبود پاسخ کلی در این زمینه است. تفسیر احتمالی برای این تفاوت بین مخمر و سلول‌های انسانی ممکن است در ارتباط با هتوژنز بودن سلول‌های پستانداران باشد. در حیوانات انواع مختلف سلول‌ها در بین اندام‌های مختلف وجود دارد که دارای حساسیت‌های مختلفی به آسیب دی‌ان‌ای هستند.[۴۰]

در پاسخ کلی به آسیب دی‌ان‌ای می‌توان بیان شدن چندین ژن را به عنوان مسئولی برای بازسازی بعد از تکثیر، ترکیب شدن مجدد همولوگ‌ها، بازسازی نوکلئوتید، نقاط کنترل آسیب دی‌ان‌ای، فعال شدن رونویسی، ژن‌های کنترل کننده تخریب mRNA و بیشتر موارد دیگر بیان کرد. مقدار زیادی از آسیب وارد شده به سلول آن را رها می‌سازند: در این حالت آپوپتیز و مرگ رخ می‌دهد و یا این که با یک ژنوم تغییر یافته زنده می‌ماند. افزایش در مقاومت به آسیب می‌تواند منجر به افزایش مقدار حیات گردد که اجازه تجمع بیشتری را به جهش‌ها می‌دهد. مخمر Rev1 و پلیمراز انسانی ηاعضای خانواده پلیمراز دی‌ان‌ای ترنسلیژن Y هستند که در طول پاسخ کلی به آسیب دی‌ان‌ای وجود دارند و مسئول ارتقا جهش‌ها در طول پاسخ کلی به آسیب دی‌ان‌ای در یوکاریوت‌ها هستند.[۳۲]

بازسازی دی‌ان‌ای و پیر شدن[ویرایش]

اثرات پاتولوژیکی بازسازی دی‌ان‌ای ضعیف[ویرایش]

میزان بازسازی دی‌ان‌ای به عنوان عامل مهمی در پاتولوژی سلول محسوب می‌شود.

حیوانات مورد آزمایش با کمبودهای ژنتیکی در بازسازی دی‌ان‌ای اغلب طول عمر کوتاه تری دارند و احتمال ابتلا به سرطان در آن‌ها افزایش می‌یابد.[۱۵] به عنوان مثال موش دارای نقش در زمینه مسیر NHEJ و مکانیسم‌های حفاظت تلومر است که بر روی انف تاثیر دارد و منجر به ایجاد عفونت می‌گردد و در نتیجه طول عمر کوتاه تر از انواع موش‌های وحشی دیگر خواهد بود.[۴۱] در روشی مشابه، موش دارای نقص در بازسازی اصلی و پروتئین رونویسی فاقد دی‌ان‌ای هلیکاز برای دوران پیش از بلوغ است و در نتیجه این امر طول عمر را کوتاه می‌کند.[۴۲] به هر حال، هر کمبود در بازسازی دی‌ان‌ای دقیقا اثرات پیش بینی شده را ایجاد نمی‌کند، موش دارای نقص در مسیر NER طول عمر کوتاه تری را بدون انطباق با مقادیر بیشتر جهش نشان می‌دهد. اگر میزان دی‌ان‌ای آسیب دیده بیش از ظرفیت سلول برای بازسازی آن باشد در این صورت تجمع خطاها می‌تواند منجر به آپوپتیز یا سرطان شود. بیماری‌های وراثتی در ارتباط با عملکرد بازسازی دی‌ان‌ای آسیب دیده در پیش از سن بلوغ رخ می‌دهد و منجر به افزایش سرطان می‌شود (بخش زیر را ببینید). از سوی دیگر، ارگانیسم‌هایی با سیستم‌های بازسازی دی‌ان‌ای پیشرفته مانند Deinococcus radiodurans به مقدار بیشتری مقاوم به تشعشع هستند و مقاومت قابل توجهی نسبت به شکستگی رشته دوگانه تحت تاثیر واپاشی هسته‌ای نشان می‌دهند که احتمالا ناشی از افزایش کارایی بازسازی دی‌ان‌ای به خصوص NHEJ است.[۴۳]

افزایش طول عمر و محدود کردن کالری[ویرایش]

بیشتر مدت زمان زندگی تحت تاثیر ژن‌های موثر بر میزان آسیب دی‌ان‌ای است.

تعدادی از ژن‌های فردی به عنوان تغییر دهنده‌های مدت زمان زندگی در بین ارگانیسم‌ها شناخته شده‌اند. اثرات مربوط به این ژن‌ها به مقدار زیادی بستگی به محیط دارد و به صورت خاصی بستگی به رژیم غذایی ارگانیسم دارد. محدود کردن کالری منجر به افزایش طول عمر در انواع گوناگونی از ارگانیسم‌ها می‌شود که احتمالا از طریق تاثیر مواد غذایی و کاهش میزان دگرگشت است. مکانیسم‌های مولکولی که محدود کننده هستند منجر به افزایش طول عمر می‌شوند که تاکنون مشخص نشده‌اند (منبع[۴۴] ۴۴را برای بحث بیشتر ببینید)، به هر حال رفتار بیشتر ژن‌ها شناخته شده است که در ارتباط با بازسازی دی‌ان‌ای و تغییر در شرایط محدود بودن کالری است.

به عنوان مثال افزایش در مقدار چندی ژن مربوط به ژن SIR-2 منجر به تنظیم بسته بندی دی‌ان‌ای در کرم‌های لوله‌ای Caenorhabditis elegans می‌شود که می‌تواند به طور معناداری طول عمر را افزایش دهد.[۴۵] همولوگ SIR-2 به عنوان تلقیح کننده فاکتورهای بازسازی دی‌ان‌ای شناخته شده است که شامل NHEJ است، فعالیتی که منجر به ارتقای شرایط محدود ساختن کالری می‌شود.[۴۶] محدود ساختن کالری به مقدار زیادی در ارتباط با مقدار بازسازی باز در دی‌ان‌ای هسته جوندگان است[۴۷] اگر چه اثرات مشابه در دی‌ان‌ای میتوکندری مشاهده نشده است.[۴۸]

این جالب توجه است که اشاره کنیم که ژن AGE1- در C. elegans به عنوان ایفاکتوری از مسیرهای بازسازی دی‌ان‌ای است که به مقدار زیادی بر روی افزایش طول عمر تحت شرایط تغذیه آزاد اثر دارد اما منجر به کاهش تکثیر تحت شرایط محدود شدن کالری می‌شود.[۴۹] این مشاهده از تئوری پلیوتروپی در ارتباط با پیر شدن بیولوژیکی حمایت می‌کند که از این رو پیشنهاد می‌گردد که ژن‌های موثر در اوایل طول عمر می‌تواند در پایان عمر به صورت ناموثر عمل نمایند.

پزشکی و بازسازی مدولاسیون دی‌ان‌ای[ویرایش]

ارثی بودن بیماری‌های بازسازی دی‌ان‌ای[ویرایش]

مشکلات در ارتباط با مکانیسم NER مسئول بیماری‌های مختلف ژنتیکی هستند که شامل موارد زیر هستند:

  • گزرودرما پیگمنتوزوم: حساسیت به نور خورشید / UV، منجر به افزایش بروز سرطان پوست و پیری زودرس می‌شود.
  • سندرم کوکایین: حساسیت به UV و مواد شیمیایی
  • Trichothiodystrophy: پوست‌های حساس، مو و ناخن شکننده

اختلالات ذهنی اغلب در ارتباط با دو بیماری اخیر است از این رو افزایش در آسیب پذیری سلول‌های عصبی پیشرفته پیشنهاد می‌گردد.

  • سندروم ورنر: پیر شدن قبل از رسیدن به سن بلوغ و متوقف شدن رشد.
  • سندروم بلوم: قرار گرفتن زیاد در معرض نور خورشید، افزایش شیوع سرطان (به خصوص لوسمی)
  • تلانژکتازی آتاکسی: حساسیت به پرتوهای یونیزان و برخی مواد شیمیایی عوامل

همه بیماری‌های بالا اغلب پیری زودرس سگمنتال (شتاب در بیماری پیری) نام دارد زیرا قربانی‌های این بیماری زود پیر می‌شوند و از بیمارهای مرتبط با پیری در سن جوانی به صورت غیر طبیعی رنج می‌برند در حالی که همه نشانه‌های پیری را ندارند.

بیماری‌های دیگر در ارتباط با کاهش عملکرد بازسازی دی‌ان‌ای، شامل آنمی فانکونی، سرطان پستان ارثی و سرطان روده بزرگ ارثی است.

بازسازی دی‌ان‌ای و سرطان[ویرایش]

به دلیل محدودیت‌های وراثتی در زمینه بازسازی دی‌ان‌ای، اگر انسان‌ها به اندازه کافی عمر نمایند در این صورت آن‌ها ممکن است گاهی اوقات مبتلا به سرطان شوند[۵۰][۵۱]. حداقل ۳۴ جهش در ژن بازسازی دی‌ان‌ای انسان به صورت ارثی وجود دارد که خطر ابتلا به سرطان را افزایش می‌دهد. بیشتر این جهش‌ها منجر به بازسازی دی‌ان‌ای به صورت کمتر موثر در مقایسه با حالت نرمال می‌شوند. به صورت خاصی، سرطان کولورکتال غیر پولیپوزیس ارثی یا HNPCC به مقدار زیادی در ارتباط با جهش‌های خاصی در روش بازسازی عدم انطباق دی‌ان‌ای است. BRCA1 و BRCA2 دو ژن معروف هستند که جهش‌های صورت گرفته در آن‌ها به مقدار زیادی امکان ابتلا به به سرطان را افزایش می‌دهد که در ارتباط با تعداد زیادی از مسیرهای بازسازی دی‌ان‌ای به خصوص NHEJ و ترکیب شدن همولوگ‌ها است.

فرایندهای درمان سرطان مانند شیمی‌درمانی و پرتودرمانی از تمام ظرفیت سلول برای بازسازی دی‌ان‌ای آسیب دیده که منجر به مرگ سلول می‌شود استفاده می‌کنند. سلول‌هایی که به سرعت تقسیم می‌گردند معمولا ایجاد کننده سرطان هستند و به مقدار زیادی تحت تاثیر قرار دارند. اثرات جانبی این است که دیگر سلول‌های غیر سرطانی نیز به سرعت تقسیم می‌گردند مانند سلول‌های مولد در روده، پوست و سیستم خون ساز تحت تاثیر قرار می‌گیرند.

در درمان‌های جدید برای سرطان تلاش شده است تا مکان آسیب دی‌ان‌ای در سلول‌ها و بافت‌ها تنها در ارتباط با سرطان و با کمک ابزارهای پزشکی و یا بیوشیمیایی تشخیص داده شود.

دشواری‌های بازسازی اپیژنیک دی‌ان‌ای در سرطان[ویرایش]

به صورت طبقه‌بندی شده سرطان به عنوان مجموعه‌ای از بیماری‌هایی شناخته شده است که حاصل پیشرفت ژنتیکی غیر طبیعی است که شامل جهش‌هایی در ژن‌های ایجاد کننده تومور و چیدمان‌های کوروموزومی است. به هر حال مشخص شده است که سرطان نیز از تغییرات وراژنتیک شکل می‌گیرد.[۵۲]

تغییرات اپی ژنیک اشاره به تغییرات عملکردی آشکار در زنوم دارد که در ارتباط با تغییر توالی نوکلئوتیدی نیست. مثال‌های مربوط به چنین تغییرات شامل تغییرات در دی‌ان‌ای متیلاسیون و تغییر هیستون،[۵۳] تغییرات در معماری کوروموزومی[۵۴] و تغییرات ایجاد شده توسط میکرو RNAها است. هر یک از این تغییرات اپی ژنیک برای تنظیم بیانَ دن ژن بدون تغییر توالی دی‌ان‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تغییرات معمولا از طریق تقسیم سلولی در چندین نسل سلولی باقی می‌مانند و می‌توان از آن به عنوان جهش‌های اپی (معادل با جهش) یاد کرد.

در حالی که تعداد زیادی از تغییرات اپی ژنیک در سرطان‌ها یافت شده است اما تغییرات اپی ژنیک در ژن‌های بازسازی دی‌ان‌ای منجر به کاهش بیان شدن در پروتئین‌های بازسازی دی‌ان‌ای می‌شود که دارای اهمیت زیادی است. چنین تغییراتی در اوایل پیشرفت سرطان رخ می‌دهد و به احتمال زیاد منجر به ایجاد مشخصات ناپایدار ژنتیکی می‌شود.[۵۵][۵۶][۵۷][۵۸]

کاهش در بیان شدن ژن‌های بازسازی دی‌ان‌ای منجر به کمبود و نقص در بازسازی دی‌ان‌ای می‌شود. زمانی که بازسازی دی‌ان‌ای با اشکال مواجه می‌گردد در این صورت دی‌ان‌ای آسیب دیده در سلول‌ها در بالاترین سطح ممکن باقی می‌ماند و این منجر به افزایش آسیب‌های حاصل از فراوانی جهش‌ها یا اپی جهش‌ها می‌شود. مقادیر جهش اساسا منجر به افزایش سلول‌های دفاعی در بازسازی غیر انطباقی دی‌ان‌ای[۵۹][۶۰] یا بازسازی ترکیب شدن مجدد همولوگ‌ها یا HRR می‌شود.[۶۱] چیدمان‌های مجدد کروموزومی نیز منجر به افزایش HRR سلول‌های دفاعی می‌شود.[۶۲]

سطوح بالاتر دی‌ان‌ای آسیب دیده نه تنها منجر به افزایش جهش‌ها نمی‌شود بلکه منجر به افزایش اپی جهش می‌شود. در طول بازسازی شکستگی‌های رشته دوگانه دی‌ان‌ای یا بازسازی دیگر دی‌ان‌ای‌های آسیب دیده، به صورت نیمه کاملی مکان‌های بازسازی مشخص است که می‌تواند منجر به توقف ژن‌های اپی ژنیک نیز شود.[۶۳][۶۴]

نقص در بیان شدن بازسازی پروتئین‌های دی‌ان‌ای به دلیل جهش ارثی می‌تواند منجر به افزایش خطر سرطان شود. افراد با مشکلات وراثتی در هر ۳۴ ژن بازسازی یافته (مقاله در مورد بیماری‌های مربوط به کمبود بازسازی دی‌ان‌ای را ببینید) احتمال افزایش ابتلا به سرطان را دارند. با برخی از مشکلاتی ذکر شده احتمال ابتلا به سرطان در طول عمر ۱۰۰ درصد خواهد شد (برای مثال جهش‌های پی53).[۶۵] به هر حال برخی از جهش‌های ژرملین تنها منجر به ابتلا به سرطان به میزان ۱ درصد می‌شوند.[۶۶]

فراوانی اپی جهش‌ها در ژن ای بازسازی کننده دی‌ان‌ای[ویرایش]

نمودار رایج در ارتباط با عوامل آسیب رسان دی‌ان‌ای ارائه شده است، ضایعات ایجاد شده در دی‌ان‌ای، بازسازی مسیرهای فراهم شده برای بازسازی این ضایعات، بیشتر ژن‌های موجود در این مسیرها را نشان می‌دهد که ژن‌ها را به صورت اپیژنتیکی تنظیم می‌نماید و این نوع تنظیم شدن اپیژنتیکی ژن‌ها در ارتباط با بیان شدن ژن‌های مربوط به سرطان‌های مختلف کاهش می‌یابد.

مشکلات و نقص‌های مربوط به آنزیم‌های بازسازی دی‌ان‌ای به صورت اتفاقی حاصل از جهش‌هایی در ژن بازسازی دی‌ان‌ای است اما به مقدار زیادی توسط تغییرات اپی ژنیک شکل می‌گیرد که منجر به کاهش یا توقف بیان شدن ژن‌های بازسازی دی‌ان‌ای می‌شوند. به عنوان مثال، زمانی که ۱۱۳ توالی مربوط به افراد دارای سرطان روده بزرگ مورد آزمون قرار گرفت تنها ۴ نفر فاقد جهش در ژن بازسازی دی‌ان‌ای با نام MGMT بودند، در حالی که اکثر آن‌ها دارای بیان کاهش یافته‌ای از MGMT بودند که ناشی از متیلی شدن ناحیه شناساگر MGMT بود (یک تغییر اپی ژنیک).[۶۷] در پنج مطالعه مختلف نشان داد که ۴۰ تا ۹۰ درصد از افراد مبتلا به سرطان روده بزرگ دارای بیان کاهش یافته‌ای از MGMT بودند که این امر ناشی از متیلی شدن ناحیه شناساگر MGMT بود.[۶۸][۶۹][۷۰][۷۱][۷۲]

به صورت مشابهی به غیر از ۱۱۹ مورد سرطان روده بزرگ دارای نقص بازسازی غیر انطباقی که فاقد ژن بازسازی دی‌ان‌ای با نام بیان شدن PMS2 بودند، PMS2 در ۶ مورد نقص داشت که ناشی از جهش‌ها در ژن PMS2 بود، در حالی که در ۱۰۳ مورد بیان شدن ژن PMS2 به دلیل جفت شدن MLH1 به دلیل شناساگر متیل شدن نقص داشت (پروتئین PMS2 در غیاب MLH1 ناپایدار است).[۷۳] در ۱۰ مورد دیگر، از دست دادن بیان PMS2 به احتمال زیاد ناشی از بیان شدن بیش از حد اپی ژنتیک microRNA, miR-155 بود که به مقدار کمتری به تنظیم MLH1 می‌پرداخت.[۷۴]

در مثال‌های دیگر (بخش مربوط به اپی ژنتیک‌های بازسازی دی‌ان‌ای را در سرطان ببینید) مشکلات اپی ژنتیک به صورت مکرر به میزان ۱۳ تا ۱۰۰ درصد برای ژن‌های بازسازی دی‌ان‌ای به شرح BRCA1, WRN, FANCB, FANCF, MGMT, MLH1, MSH2, MSH4, ERCC1, XPF, NEIL1 و ATM مشاهده شدند. این مشکلات و نقص اپی ژنتیکی در سرطان‌های مختلفی رخ می‌دهد (برای مثال سینه، تخمدان، روده بزرگ، سر و گردن). دو یا سه نقص در بیان ERCC1, XPF یا PMS2 به صورت هم‌زمان در اکثر ۴۹ مورد مبتلا به سرطان کولون رخ داده است که به وسیله فاسیتا و همکاران مورد ارزیابی قرار گرفته است.[۷۵]

نمودار موجود در این بخش برخی از عوامل آسیب به دی‌ان‌ای را نشان می‌دهد، مثال‌های مربوط به ضایعات دی‌ان‌ای و مسیرهای مربوط به این آسیب‌های وارده به دی‌ان‌ای را ببینید. حداقل ۱۶۹ آنزیم وجود دارد که به صورت مستقیم برای بازسازی دی‌ان‌ای یا اثربر روی فرایند بازسازی دی‌ان‌ای به کار برده می‌شوند.[۷۶] از بین این‌ها ۸۳ مورد به صورت مستقیم در ۵ نوع فرایند بازسازی دی‌ان‌ای به کار رفته‌اند که در نمودار نشان داده شده است. ژن‌های مطالعه شده دیگر نیز در راس فرایندهای بازسازی در نمودار نشان داده شده‌اند. چنان چه توسط ژن‌های بازسازی ژن به صورت قرمز رنگ نشان داده شده است، بیشتر این ژن‌ها در این مسیرهای بازسازی توسط مکانیسم‌های اپی ژنتیکی تنظیم می‌گردند و این‌ها به صورت مکرری کاهش می‌یابند و یا این که در سرطان‌های مختلف متوقف می‌گردند. دو مقاله بررسی شده،[۵۸][۷۷] و دو مقاله گسترده‌تر در این زمینه[۷۸][۷۹] بیشتر این کمبودها را در زمینه بازسازی اپی ژنتیک را نشان می‌دهد.

این نشان دهنده تغییرات اپی ژنیک در ژن‌های بازسازی دی‌ان‌ای است که نقش اصلی در ابتلا به سرطان را ایفا می‌کنند.

بازسازی دی‌ان‌ای و سیر تکاملی آن[ویرایش]

فرایندهای اصلی بازسازی دی‌ان‌ای به مقدار زیادی هم در پروکاریوت‌ها و هم در یوکاریوت‌ها و حتی در میان فاژها حفاظت شده است (ویروس‌هایی که عفونت باکتریایی دارند) به هر حال بیشتر ارگانیسم‌های پیچیده با ژنوم‌های بسیار پیچیده منطبق با مکانیسم‌های بازسازی بسیار پیچیده هستند.[۸۰] توانایی مربوط به تعداد زیادی از موتیف‌های ساختاری پروتئین برای کاتالیز واکنش‌های شیمیایی نقش معناداری را در ارتقا مکانیسم‌های بازسازی در طول سیر تکاملی ایفا می‌کند. برای برسی فرضیه با جزئیات بیشتر در ارتباط با سیر تکاملی فرایند بازسازی دی‌ان‌ای منبع[۸۱] را ببینید.

سنگوارهها نشان می‌دهند که آغاز زندگی بر روی نقاط سیاره در برخی مکان‌ها در طول دوران پرکامبرین به صورت تک سلولی بوده است، اگر چه پیدایش اولیه حیات نیز اکنون دقیقا مشخص نیست. اسید نوکلئیک کل اطلاعات ژنتیکی را در سرتاسر دنیا کدگذاری می‌کنند و مکانیسم‌های بازسازی دی‌ان‌ای مورد نیاز را تعیین می‌کنند که شکل اصلی آن‌ها توسط همه شکل‌های گسترش یافته زندگی از اجداد گذشته ما به ارث رسیده است. با افزایش یافتن میزان اکسیژن در اتمسفر به دلیل فوتوسنتز ارگانیسم‌ها، و به علاوه حضور رادیکال‌های آزاد آسیب رسان در سلول به دلیل فوسفوریلاسیون فعال، بررسی سیر تکاملی مکانیسم‌های بازسازی دی‌ان‌ای ضروری است که به صورت خاصی برای مقابله با استرس ناشی از اکسیداتیو ضروری است.

میزان تغییر سیر تکاملی[ویرایش]

براساس برخی از رخدادها، دی‌ان‌ای آسیب دیده بازسازی نمی‌یابد با این که توسط مکانیسم خطایی بازسازی می‌یابد که منجر به ایجاد تغیر توالی‌های اصلی می‌شود. زمانی که این امر رخ می‌دهد، جهش‌ها ممکن است نسبت به ژنوم‌های سلول‌های فرزندی رخ دهد. باید چنین رخدادهایی در سلول در حالت تکثیر رخ دهد کا گاهی اوقات تولید گامت می‌کند، جهش دارای توان بالقوه برای انتقال قدرت باروری است. میزان فرگشت در یک گونه خاص (یا در یک ژن خاص) به صورت تابعی از میزان جهش است. در نتیجه، میزان و دقت مکانیسم‌های بازسازی دی‌ان‌ای بر روی فرایند سیر تکاملی تغییر تاثیر دارد.[۸۲]

منابع[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. (2004). Molecular Biology of the Cell, p963. WH Freeman: New York, NY. 5th ed.
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ Acharya, PV (1971). "The isolation and partial characterization of age-correlated oligo-deoxyribo-ribonucleotides with covalently linked aspartyl-glutamyl polypeptides.". Johns Hopkins medical journal. Supplement (1): 254–60. PMID 5055816. 
  3. ۳٫۰ ۳٫۱ Bjorksten, J; Acharya, PV; Ashman, S; Wetlaufer, DB (1971). "Gerogenic fractions in the tritiated rat.". Journal of the American Geriatrics Society 19 (7): 561–74. PMID 5106728. 
  4. Browner, WS; Kahn, AJ; Ziv, E; Reiner, AP; Oshima, J; Cawthon, RM; Hsueh, WC; Cummings, SR. (2004). "The genetics of human longevity". Am J Med 117 (11): 851–60. doi:10.1016/j.amjmed.2004.06.033. PMID 15589490. 
  5. Roulston A, Marcellus RC, Branton PE (1999). "Viruses and apoptosis". Annu. Rev. Microbiol. 53: 577–628. doi:10.1146/annurev.micro.53.1.577. PMID 10547702. 
  6. Acharya, PVN; The Effect of Ionizing Radiation on the Formation of Age-Correlated Oligo Deoxyribo Nucleo Phospheryl Peptides in Mammalian Cells; 10th International Congress of Gerontology, Jerusalem. Abstract No. 1; January 1975. Work done while employed by Dept. of Pathology, University of Wisconsin, Madison.الگو:Pn
  7. Acharya, PVN; Implicatons of The Action of Low-Level Ionizing Radiation on the Inducement of Irreparable DNA Damage Leading to Mammalian Aging and Chemical Carcinogenesis. ; 10th International Congress of Biochemistry, Hamburg, Germany. Abstract No. 01-1-079; July 1976. Work done while employed by Dept. of Pathology, University of Wisconsin, Madison.الگو:Pn
  8. Acharya, PV Narasimh; Irreparable DNA-Damage by Industrial Pollutants in Pre-mature Aging, Chemical Carcinogenesis and Cardiac Hypertrophy: Experiments and Theory; 1st International Meeting of Heads of Clinical Biochemistry Laboratories, Jerusalem, Israel. April 1977. Work conducted at Industrial Safety Institute and Behavioral Cybernetics Laboratory, University of Wisconsin, Madison.الگو:Pn
  9. Madigan MT, Martino JM (2006). Brock Biology of Microorganisms (11th ed.). Pearson. p. 136. ISBN 0-13-196893-9. 
  10. Ohta, Toshihiro; Shin-ichi, Tokishita; Mochizuki, Kayo; Kawase, Jun; Sakahira, Masahide; Yamagata, Hideo (2006). "UV Sensitivity and Mutagenesis of the Extremely Thermophilic Eubacterium Thermus thermophilus HB27". Genes and Environment 28 (2): 56–61. doi:10.3123/jemsge.28.56. 
  11. DNA Lesions That Require Repair: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?highlight=lesion&rid=mcb.table.3236الگو:Pn
  12. Braig, M; Schmitt, CA. (2006). "Oncogene-induced senescence: putting the brakes on tumor development". Cancer Res 66 (6): 2881–2884. doi:10.1158/0008-5472.CAN-05-4006. PMID 16540631. 
  13. Lynch, MD. (2006). "How does cellular senescence prevent cancer?". DNA Cell Biol 25 (2): 69–78. doi:10.1089/dna.2006.25.69. PMID 16460230. 
  14. Campisi J, d'Adda di Fagagna F (2007). "Cellular senescence: when bad things happen to good cells.". Rev Mol Cell Biol. 8 (9): 729–40. doi:10.1038/nrm2233. PMID 17667954. 
  15. ۱۵٫۰ ۱۵٫۱ Best, Benjamin P (2009). "Nuclear DNA damage as a direct cause of aging" (PDF). Rejuvenation Research 12 (3): 199–208. doi:10.1089/rej.2009.0847. PMID 19594328. 
  16. Sancar, A. (2003). "Structure and function of DNA photolyase and cryptochrome blue-light photoreceptors". Chem Rev 103 (6): 2203–37. doi:10.1021/cr0204348. PMID 12797829. 
  17. ۱۷٫۰ ۱۷٫۱ ۱۷٫۲ Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Losick R. (2004). Molecular Biology of the Gene, ch. 9 and 10. Peason Benjamin Cummings; CSHL Press. 5th ed.الگو:Pn
  18. Volkert MR (1988). "Adaptive response of Escherichia coli to alkylation damage". Environmental and Molecular Mutagenesis 11 (2): 241–55. doi:10.1002/em.2850110210. PMID 3278898. 
  19. Wilson TE, Grawunder U, Lieber MR (July 1997). "Yeast DNA ligase IV mediates non-homologous DNA end joining". Nature 388 (6641): 495–8. doi:10.1038/41365. PMID 9242411. 
  20. Moore JK, Haber JE (May 1996). "Cell cycle and genetic requirements of two pathways of nonhomologous end-joining repair of double-strand breaks in Saccharomyces cerevisiae". Molecular and Cellular Biology 16 (5): 2164–73. PMC 231204. PMID 8628283. 
  21. Boulton SJ, Jackson SP (September 1996). "Saccharomyces cerevisiae Ku70 potentiates illegitimate DNA double-strand break repair and serves as a barrier to error-prone DNA repair pathways". The EMBO Journal 15 (18): 5093–103. PMC 452249. PMID 8890183. 
  22. Wilson TE, Lieber MR (August 1999). "Efficient processing of DNA ends during yeast nonhomologous end joining. Evidence for a DNA polymerase beta (Pol4)-dependent pathway". The Journal of Biological Chemistry 274 (33): 23599–609. doi:10.1074/jbc.274.33.23599. PMID 10438542. 
  23. Budman J, Chu G (February 2005). "Processing of DNA for nonhomologous end-joining by cell-free extract". The EMBO Journal 24 (4): 849–60. doi:10.1038/sj.emboj.7600563. PMC 549622. PMID 15692565. 
  24. Wang H, Perrault AR, Takeda Y, Qin W, Wang H, Iliakis G (September 2003). "Biochemical evidence for Ku-independent backup pathways of NHEJ". Nucleic Acids Research 31 (18): 5377–88. doi:10.1093/nar/gkg728. PMC 203313. PMID 12954774. 
  25. Jung D, Alt FW (January 2004). "Unraveling V(D)J recombination; insights into gene regulation". Cell 116 (2): 299–311. doi:10.1016/S0092-8674(04)00039-X. PMID 14744439. 
  26. Zahradka K, Slade D, Bailone A, et al. (October 2006). "Reassembly of shattered chromosomes in Deinococcus radiodurans". Nature 443 (7111): 569–73. doi:10.1038/nature05160. PMID 17006450. 
  27. Waters LS, Minesinger BK, Wiltrout ME, D'Souza S, Woodruff RV, Walker GC (March 2009). "Eukaryotic Translesion Polymerases and Their Roles and Regulation in DNA Damage Tolerance". Microbiol. Mol. Biol. Rev. 73 (1): 134–54. doi:10.1128/MMBR.00034-08. PMC 2650891. PMID 19258535. 
  28. LC Colis, P Raychaudhury, AK Basu (2008). "Mutational specificity of gamma-radiation-induced guanine-thymine and thymine-guanine intrastrand cross-links in mammalian cells and translesion synthesis past the guanine-thymine lesion by human DNA polymerase eta". Biochemistry 47 (6): 8070–8079. doi:10.1021/bi800529f. PMID 18616294. 
  29. P Raychaudhury, Basu, Ashis K. (2011). "Genetic requirement for mutagenesis of the G[8,5-Me]T cross-link in Escherichia coli: DNA polymerases IV and V compete for error-prone bypass". Biochemistry 50 (12): 2330–2338. doi:10.1021/bi102064z. PMID 21302943. 
  30. "Translesion Synthesis". Research.chem.psu.edu. Retrieved 2012-08-14. 
  31. Wang, Z (2001). "Translesion synthesis by the UmuC family of DNA polymerases". Mutat. Res. 486 (2): 59–70. doi:10.1016/S0921-8777(01)00089-1. PMID 11425512. 
  32. ۳۲٫۰ ۳۲٫۱ Friedberg EC, Walker GC, Siede W, Wood RD, Schultz RA, Ellenberger T. (2006). DNA Repair and Mutagenesis, part 3. ASM Press. 2nd ed.
  33. Bakkenist CJ, Kastan MB (January 2003). "DNA damage activates ATM through intermolecular autophosphorylation and dimer dissociation". Nature 421 (6922): 499–506. doi:10.1038/nature01368. PMID 12556884. 
  34. Wei, Qingyi; Lei Li; David Chen (2007). DNA Repair, Genetic Instability, and Cancer. World Scientific. ISBN 981-270-014-5. الگو:Pn
  35. Schonthal, Axel H. (2004). Checkpoint Controls and Cancer. Humana Press. ISBN 1-58829-500-1. الگو:Pn
  36. Gartel AL, Tyner AL (June 2002). "The role of the cyclin-dependent kinase inhibitor p21 in apoptosis". Molecular Cancer Therapeutics 1 (8): 639–49. PMID 12479224. 
  37. Janion, C. (2001). "Some aspects of the SOS response system-a critical survey". Acta Biochim Pol. 48 (3): 599–610. PMID 11833768. 
  38. ۳۸٫۰ ۳۸٫۱ Erill, I; Campoy, S; Barbé, J (2007). "Aeons of distress: an evolutionary perspective on the bacterial SOS response". FEMS Microbiol Rev. 31 (6): 637–656. doi:10.1111/j.1574-6976.2007.00082.x. PMID 17883408. 
  39. Schlacher, K; Pham, P; Cox, MM; Goodman, MF. (2006). "Roles of DNA Polymerase V and RecA Protein in SOS Damage-Induced Mutation". Chem. Rev 106 (2): 406–419. doi:10.1021/cr0404951. PMID 16464012. 
  40. Fry RC, Begley TJ, Samson LD. (2004). Genome-wide responses to DNA-damaging agents. Annu Rev Microbiol. 59 pp 357–77
  41. Espejel, S; Martin, M; Klatt, P; Martin-Caballero, J; Flores, JM; Blasco, MA. (2004). "Shorter telomeres, accelerated ageing and increased lymphoma in DNA-PKcs-deficient mice". EMBO Rep 5 (5): 503–9. doi:10.1038/sj.embor.7400127. PMC 1299048. PMID 15105825. 
  42. De Boer, J; Andressoo, JO; De Wit, J; Huijmans, J; Beems, RB; Van Steeg, H; Weeda, G; Van Der Horst, GT et al. (2002). "Premature aging in mice deficient in DNA repair and transcription". Science 296 (5571): 1276–9. doi:10.1126/science.1070174. PMID 11950998. 
  43. Dolle, ME; Busuttil, RA; Garcia, AM; Wijnhoven, S; van Drunen, E; Niedernhofer, LJ; der Horst, G; Hoeijmakers, JH et al. (2006). "Increased genomic instability is not a prerequisite for shortened life span in DNA repair deficient mice". Mutation Research 596 (1–2): 22–35. doi:10.1016/j.mrfmmm.2005.11.008. PMID 16472827. 
  44. Spindler, SR. (2005). "Rapid and reversible induction of the longevity, anticancer and genomic effects of caloric restriction". Mech Ageing Dev 126 (9): 960–6. doi:10.1016/j.mad.2005.03.016. PMID 15927235. 
  45. Tissenbaum, HA; Guarente, L. (2001). "Increased dosage of a sir-2 gene extends life span in Caenorhabditis elegans". Nature 410 (6825): 227–30. doi:10.1038/35065638. PMID 11242085. 
  46. Cohen, HY; Miller, C; Bitterman, KJ; Wall, NR; Hekking, B; Kessler, B; Howitz, KT; Gorospe, M et al. (2004). "Calorie restriction promotes mammalian cell survival by inducing the SIRT1 deacetylase". Science 305 (5682): 390–2. doi:10.1126/science.1099196. PMID 15205477. 
  47. Cabelof, DC; Yanamadala, S; Raffoul, JJ; Guo, Z; Soofi, A; Heydari, AR. (2003). "Caloric restriction promotes genomic stability by induction of base excision repair and reversal of its age-related decline". DNA Repair (Amst.) 2 (3): 295–307. doi:10.1016/S1568-7864(02)00219-7. PMID 12547392. 
  48. Stuart, JA; Karahalil, B; Hogue, BA; Souza-Pinto, NC; Bohr, VA. (2004). "Mitochondrial and nuclear DNA base excision repair are affected differently by caloric restriction". FASEB J 18 (3): 595–7. doi:10.1096/fj.03-0890fje. PMID 14734635. 
  49. Walker, DW; McColl, G; Jenkins, NL; Harris, J; Lithgow, GJ. (2000). "Evolution of lifespan in C. elegans". Nature 405 (6784): 296–7. doi:10.1038/35012693. PMID 10830948. 
  50. Johnson, George (28 December 2010). "Unearthing Prehistoric Tumors, and Debate". The New York Times. "If we lived long enough, sooner or later we all would get cancer." 
  51. Alberts, B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). "The Preventable Causes of Cancer". Molecular biology of the cell (4th ed.). New York: Garland Science. ISBN 0-8153-4072-9. "A certain irreducible background incidence of cancer is to be expected regardless of circumstances: mutations can never be absolutely avoided, because they are an inescapable consequence of fundamental limitations on the accuracy of DNA replication, as discussed in Chapter 5. If a human could live long enough, it is inevitable that at least one of his or her cells would eventually accumulate a set of mutations sufficient for cancer to develop." 
  52. Baylin SB, Ohm, Joyce E. (February 2006). "Epigenetic gene silencing in cancer - a mechanism for early oncogenic pathway addiction?". Nat. Rev. Cancer 6 (2): 107–16. doi:10.1038/nrc1799. PMID 16491070. 
  53. Kanwal R, Gupta S (April 2012). "Epigenetic modifications in cancer". Clinical Genetics 81 (4): 303–11. doi:10.1111/j.1399-0004.2011.01809.x. PMC 3590802. PMID 22082348. 
  54. Baldassarre G, Battista S, Belletti B, et al. (April 2003). "Negative regulation of BRCA1 gene expression by HMGA1 proteins accounts for the reduced BRCA1 protein levels in sporadic breast carcinoma". Molecular and Cellular Biology 23 (7): 2225–38. doi:10.1128/MCB.23.7.2225-2238.2003. PMC 150734. PMID 12640109. 
  55. Jacinto FV, Esteller M; Esteller, M. (July 2007). "Mutator pathways unleashed by epigenetic silencing in human cancer". Mutagenesis 22 (4): 247–53. doi:10.1093/mutage/gem009. PMID 17412712. 
  56. Lahtz C, Pfeifer, G. P. (February 2011). "Epigenetic changes of DNA repair genes in cancer". J Mol Cell Biol 3 (1): 51–8. doi:10.1093/jmcb/mjq053. PMC 3030973. PMID 21278452.  http://jmcb.oxfordjournals.org/content/3/1/51.long
  57. Bernstein C, Nfonsam V, Prasad AR, Bernstein H (March 2013). "Epigenetic field defects in progression to cancer". World J Gastrointest Oncol 5 (3): 43–9. doi:10.4251/wjgo.v5.i3.43. PMC 3648662. PMID 23671730. 
  58. ۵۸٫۰ ۵۸٫۱ Bernstein C, Prasad AR, Nfonsam V, Bernstein H. (2013). DNA Damage, DNA Repair and Cancer, New Research Directions in DNA Repair, Prof. Clark Chen (Ed.), ISBN 978-953-51-1114-6, InTech, http://www.intechopen.com/books/new-research-directions-in-dna-repair/dna-damage-dna-repair-and-cancerالگو:Pn
  59. Narayanan L, Fritzell JA, Baker SM, Liskay RM, Glazer PM (April 1997). "Elevated levels of mutation in multiple tissues of mice deficient in the DNA mismatch repair gene Pms2". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 94 (7): 3122–7. doi:10.1073/pnas.94.7.3122. PMC 20332. PMID 9096356. 
  60. Hegan DC, Narayanan L, Jirik FR, Edelmann W, Liskay RM, Glazer PM (December 2006). "Differing patterns of genetic instability in mice deficient in the mismatch repair genes Pms2, Mlh1, Msh2, Msh3 and Msh6". Carcinogenesis 27 (12): 2402–8. doi:10.1093/carcin/bgl079. PMC 2612936. PMID 16728433. 
  61. Tutt AN, van Oostrom CT, Ross GM, van Steeg H, Ashworth A (March 2002). "Disruption of Brca2 increases the spontaneous mutation rate in vivo: synergism with ionizing radiation". EMBO Reports 3 (3): 255–60. doi:10.1093/embo-reports/kvf037. PMC 1084010. PMID 11850397. 
  62. German J (March 1969). "Bloom's syndrome. I. Genetical and clinical observations in the first twenty-seven patients". American Journal of Human Genetics 21 (2): 196–227. PMC 1706430. PMID 5770175. 
  63. O'Hagan HM, Mohammad HP, Baylin SB (2008). "Double strand breaks can initiate gene silencing and SIRT1-dependent onset of DNA methylation in an exogenous promoter CpG island". PLoS Genetics 4 (8): e1000155. doi:10.1371/journal.pgen.1000155. PMC 2491723. PMID 18704159. 
  64. Cuozzo C, Porcellini A, Angrisano T, et al. (July 2007). "DNA damage, homology-directed repair, and DNA methylation". PLoS Genetics 3 (7): e110. doi:10.1371/journal.pgen.0030110. PMC 1913100. PMID 17616978. 
  65. Malkin D (April 2011). "Li-fraumeni syndrome". Genes & Cancer 2 (4): 475–84. doi:10.1177/1947601911413466. PMC 3135649. PMID 21779515. 
  66. Fearon ER (November 1997). "Human cancer syndromes: clues to the origin and nature of cancer". Science 278 (5340): 1043–50. doi:10.1126/science.278.5340.1043. PMID 9353177. 
  67. Halford S, Rowan A, Sawyer E, Talbot I, Tomlinson I (June 2005). "O(6)-methylguanine methyltransferase in colorectal cancers: detection of mutations, loss of expression, and weak association with G:C>A:T transitions". Gut 54 (6): 797–802. doi:10.1136/gut.2004.059535. PMC 1774551. PMID 15888787. 
  68. Shen L, Kondo Y, Rosner GL, et al. (September 2005). "MGMT promoter methylation and field defect in sporadic colorectal cancer". Journal of the National Cancer Institute 97 (18): 1330–8. doi:10.1093/jnci/dji275. PMID 16174854. 
  69. Psofaki V, Kalogera C, Tzambouras N, et al. (July 2010). "Promoter methylation status of hMLH1, MGMT, and CDKN2A/p16 in colorectal adenomas". World Journal of Gastroenterology 16 (28): 3553–60. doi:10.3748/wjg.v16.i28.3553. PMC 2909555. PMID 20653064. 
  70. Lee KH, Lee JS, Nam JH, et al. (October 2011). "Promoter methylation status of hMLH1, hMSH2, and MGMT genes in colorectal cancer associated with adenoma-carcinoma sequence". Langenbeck's Archives of Surgery 396 (7): 1017–26. doi:10.1007/s00423-011-0812-9. PMID 21706233. 
  71. Amatu A, Sartore-Bianchi A, Moutinho C, et al. (April 2013). "Promoter CpG island hypermethylation of the DNA repair enzyme MGMT predicts clinical response to dacarbazine in a phase II study for metastatic colorectal cancer". Clinical Cancer Research 19 (8): 2265–72. doi:10.1158/1078-0432.CCR-12-3518. PMID 23422094. 
  72. Mokarram P, Zamani M, Kavousipour S, et al. (May 2013). "Different patterns of DNA methylation of the two distinct O6-methylguanine-DNA methyltransferase (O6-MGMT) promoter regions in colorectal cancer". Molecular Biology Reports 40 (5): 3851–7. doi:10.1007/s11033-012-2465-3. PMID 23271133. 
  73. Truninger K, Menigatti M, Luz J, et al. (May 2005). "Immunohistochemical analysis reveals high frequency of PMS2 defects in colorectal cancer". Gastroenterology 128 (5): 1160–71. doi:10.1053/j.gastro.2005.01.056. PMID 15887099. 
  74. Valeri N, Gasparini P, Fabbri M, et al. (April 2010). "Modulation of mismatch repair and genomic stability by miR-155". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107 (15): 6982–7. doi:10.1073/pnas.1002472107. PMC 2872463. PMID 20351277. 
  75. Facista A, Nguyen H, Lewis C, et al. (2012). "Deficient expression of DNA repair enzymes in early progression to sporadic colon cancer". Genome Integrity 3 (1): 3. doi:10.1186/2041-9414-3-3. PMC 3351028. PMID 22494821. 
  76. http://sciencepark.mdanderson.org/labs/wood/dna_repair_genes.html[full citation needed]
  77. Xinrong Chen and Tao Chen (2011). Roles of MicroRNA in DNA Damage and Repair, DNA Repair, Dr. Inna Kruman (Ed.), ISBN 978-953-307-697-3, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/books/dnarepair/roles-of-microrna-in-dna-damage-and-repairالگو:Pn
  78. Krishnan K, Steptoe AL, Martin HC, et al. (February 2013). "MicroRNA-182-5p targets a network of genes involved in DNA repair". RNA 19 (2): 230–42. doi:10.1261/rna.034926.112. PMC 3543090. PMID 23249749. 
  79. Chaisaingmongkol J, Popanda O, Warta R, et al. (December 2012). "Epigenetic screen of human DNA repair genes identifies aberrant promoter methylation of NEIL1 in head and neck squamous cell carcinoma". Oncogene 31 (49): 5108–16. doi:10.1038/onc.2011.660. PMID 22286769. 
  80. Cromie, GA; Connelly, JC; Leach, DR (2001). "Recombination at double-strand breaks and DNA ends: conserved mechanisms from phage to humans". Mol Cell. 8 (6): 1163–74. doi:10.1016/S1097-2765(01)00419-1. PMID 11779493. 
  81. O'Brien, PJ. (2006). "Catalytic promiscuity and the divergent evolution of DNA repair enzymes". Chem Rev 106 (2): 720–52. doi:10.1021/cr040481v. PMID 16464022. 
  82. Maresca, B; Schwartz, JH (2006). "Sudden origins: a general mechanism of evolution based on stress protein concentration and rapid environmental change". Anat Rec B New Anat. 289 (1): 38–46. doi:10.1002/ar.b.20089. PMID 16437551.