Med DNA-reparation
Med DNA-reparation avses de processer genom vilka en cell identifierar och korrigerar skador på sina DNA-molekyler.
I celler skadar normala metaboliska aktiviteter och miljöfaktorer som UV-ljus och strålning DNA. Det finns så många som en miljon molekylära skador per cell och dag. Många av dessa skador orsakar strukturella skador på DNA-molekylen och kan förändra eller eliminera cellens förmåga att transkribera den berörda genen. Andra skador orsakar potentiellt skadliga mutationer i cellens arvsmassa, vilket påverkar överlevnaden hos dess dotterceller efter delning. DNA-reparationsprocessen måste vara ständigt aktiv så att den snabbt kan reagera på eventuella skador i DNA-strukturen.
Hur snabbt DNA-reparationen sker beror på många faktorer, bland annat celltypen, cellens ålder och den extracellulära miljön. En cell som har ackumulerat mycket DNA-skador, eller en cell som inte längre reparerar skadorna på ett effektivt sätt, kan hamna i ett av tre tillstånd:
DNA-skador som resulterar i flera trasiga kromosomer.
Reparation av DNA
Hur snabbt DNA-reparationen sker beror på många faktorer, bland annat celltypen, cellens ålder och den extracellulära miljön. Många gener som ursprungligen visades påverka livslängden har visat sig vara involverade i reparation och skydd av DNA-skador.
Skador och mutation
DNA-skador och mutationer är fundamentalt olika.
- Skador är fysiska avvikelser i DNA, t.ex. enkel- och dubbelsträngsbrott. DNA-skador kan kännas igen av enzymer och kan därför repareras. För reparation behövs den oskadade sekvensen i den komplementära DNA-strängen eller i en homolog kromosom. Om en cell behåller en DNA-skada kan transkriptionen av en gen förhindras, och därmed blockeras också översättningen till ett protein. Replikationen kan också blockeras eller så kan cellen dö.
- En mutation är en förändring i DNA:s bassekvens. En mutation kan inte kännas igen av enzymer när basförändringen finns i båda DNA-strängarna, så en mutation kan inte repareras. På cellnivå kan mutationer orsaka förändringar i proteinernas funktion och reglering. Mutationer replikeras när cellen replikeras. I en cellpopulation kommer muterade celler att öka eller minska i frekvens i enlighet med mutationens effekter på cellens förmåga att överleva och reproducera sig.
Även om DNA-skador och mutationer skiljer sig från varandra är de besläktade eftersom DNA-skador ofta orsakar fel i DNA-syntesen under replikation eller reparation. DNA-skador i celler som ofta delar sig, eftersom de ger upphov till mutationer, är en framträdande orsak till cancer. Däremot är DNA-skador i celler som delar sig sällan sannolikt en framträdande orsak till åldrande.
2015 Nobelpriset för forskning
Nobelpriset i kemi 2015 gick till tre forskare som var och en upptäckte en del av DNA-reparationshistorien.
- Tomas Lindahl FRS, som är svensk och arbetar i Storbritannien, upptäckte en mekanism som kallas basexcisionsreparation. Den motverkar nedbrytningen av DNA.
- Den turkiskfödde Aziz Sancar, professor vid University of North Carolina, hittade en annan DNA-reparation som kallas nukleotid-excisionsreparation.
- Amerikanen Paul Modrich vid Duke University i North Carolina visade hur cellerna korrigerar DNA-fel som uppstår vid celldelningen. Denna mekanism, som kallas mismatch repair, leder till att felfrekvensen minskar med 1 000 gånger när DNA replikeras.
Frågor och svar
F: Vad är DNA-reparation?
S: DNA-reparation är den process genom vilken en cell identifierar och korrigerar skador på sina DNA-molekyler som orsakats av normala metaboliska aktiviteter och miljöfaktorer, t.ex. UV-ljus och strålning.
F: Hur många molekylära skador kan uppstå per cell och dag?
S: Det finns så många som en miljon molekylära skador per cell och dag.
F: Vad kan strukturella skador på DNA-molekylen orsaka?
S: Strukturella skador på DNA-molekylen kan förändra eller eliminera cellens förmåga att transkribera den berörda genen.
F: Vad kan potentiellt skadliga mutationer som orsakas av DNA-skador påverka?
S: Potentiellt skadliga mutationer som induceras av DNA-skador kan påverka överlevnaden hos cellens dotterceller efter delningen.
F: Varför måste DNA-reparationsprocessen vara ständigt aktiv?
S: DNA-reparationsprocessen måste vara ständigt aktiv så att den snabbt kan reagera på eventuella skador i DNA-strukturen.
F: Vilka faktorer kan påverka hastigheten för DNA-reparation?
S: Många faktorer kan påverka DNA-reparationshastigheten, bland annat celltyp, cellens ålder och den extracellulära miljön.
F: Vad kan hända med en cell som har ackumulerat mycket DNA-skador eller en cell som inte längre reparerar skadorna effektivt?
S: En cell som har ackumulerat mycket DNA-skador eller som inte längre reparerar skadorna effektivt kan hamna i ett av tre tillstånd.
