DNA Hasar› ve Onar›m Mekanizmalar› DNA Damage and Repair

Türk Klinik Biyokimya Derg 2009; 7(2): 61-70
Derleme
DNA Hasar› ve Onar›m Mekanizmalar›
DNA Damage and Repair Mechanisms
Ece Onur*
Berrin Tu¤rul**
Ferda Bozyi¤it*
*Celal Bayar Üniversitesi T›p Fakültesi, Biyokimya Anabilim Dal›, Manisa
**Celal Bayar Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi, Biyoloji Bölümü, Moleküler Biyoloji Anabilim Dal›, Manisa
ÖZET
Genom, DNA hasar›na neden olan say›s›z farkl› etkene maruz kal›r. Hasar kaynaklar› ekzojen veya
endojen olabilir. Yaflayan organizmalar, genetik materyallerini bu etkenlerin oluflturdu¤u hasarlara
karfl› korumak amac›yla DNA onar›m mekanizmas›na sahiptirler. Hücre DNA hasarlar›na karfl› farkl›
metabolik yollar ile cevap verir. DNA hasar› ve onar›m mekanizmalar›ndaki bozukluklar ile kanser,
yafllanma ve birçok genetik hastal›k aras›nda nedensel bir iliflkinin varl›¤› birçok deneysel ve
epidemiyolojik veri ile gösterilmifltir. DNA onar›m mekanizmas›, genomik kararl›l›¤›n korunmas› ve
hücrenin yaflam›n› sürdürebilmesi için gerekli olan moleküler biyolojik mekanizmalardan birisidir.
Anahtar Sözcükler:
DNA hasar›, DNA onar›m mekanizmalar›, iyonize radyasyon
ABSTRACT
Genome is consistently exposed to many factors leading to DNA damage. These damaging factors
may be exogenous or endogenous. Living organisms possess DNA repair mechanisms in order to
protect their genetic material from these injuries. Once a damage occurs, the cell responds to it with
different metabolic pathways. Many experimental and epidemiological studies displayed clues about
the casual relationship between DNA damage and repair systems, and cancer, aging and various
genetic disease. DNA repair systems are essential biological mechanisms for the cell to survive and to
maintain its genomic stability.
Key Words: DNA damage, DNA repair mechanisms, Ionizing radiation (IR)
DNA HASARI VE ONARIM
MEKAN‹ZMALARININ ÖNEM‹
Farkl› DNA hasarlar›na neden olan ultraviyole,
X-›fl›nlar›, kimyasal bileflikler gibi çevresel
ajanlar, insan genomik DNA’s›n›n bütünlü¤ünü sürekli tehdit etmektedir. Çift ve tek
zincir k›r›klar›, insersiyon ve delesyonlar,
abazik alanlar ve DNA-protein çapraz ba¤
oluflmas› DNA hasarlar›na örnek olarak verilebilir (1,2). DNA hasar› sadece d›fl faktörlerden kaynaklanmaz. DNA replikasyonu ve
rekombinasyonu gibi olaylar s›ras›nda, hücresel metabolizman›n yan ürünü olarak üretilen
serbest radikaller gibi endojen ajanlar da
DNA hasar›na neden olmaktad›r (3,4). DNA
onar›m›, hücre ölümünü, mutasyonu, replikasyon hatalar›n›, DNA hasar›n›n devaml›l›¤›n› ve genomik karars›zl›¤› azaltan bütün
ifllemlerde devreye girmektedir. Bu ifllemlerdeki herhangi bir anormallik kanser, yafllanma ve birçok genetik hastal›¤a yol açabilmektedir (5) (fiekil 1). Bu yüzden genomdaki
61
Onur E. ve ark.
DNA HASARI VE SONUÇLARI
Genetik materyalin moleküler bütünlü¤ünde
ekzojen veya endojen faktörlerin etkisiyle
meydana gelen tüm de¤ifliklikler "DNA hasar›"
olarak adland›r›l›r (1) (fiekil 2).
DNA HASARINA NEDEN OLAN ETKENLER
A. Endojen (spontan) Etkenler
1. Yanl›fl eflleflmeler, insersiyon/delesyonlar
2. Kimyasal de¤iflikler: deaminasyon, metilasyon
fiekil 1. DNA hasar› ve sonuçlar› (3).
hasar ve onar›m konusundaki araflt›rmalar,
yaln›z yafllanma de¤il birçok genetik hastal›¤›n moleküler mekanizmas›n›n anlafl›lmas›na da yard›mc› olmaktad›r (6,7).
Bu derlemede DNA hasar ve onar›m mekanizmalar› güncel bilgiler ›fl›¤›nda temel düzeyde tart›fl›lm›flt›r.
3. Baz kay›plar›: depurinasyon/depirimidinasyon
4. Oksidatif Hasar: 100.000 /hücre/gün
5. Replikasyon hatalar›
Deamine bir baz›n onar›lamamas› durumunda nokta mutasyonlar› görülebilir.
DNA’dan her gün yaklafl›k 5000 purin baz›
(adenin ve guanin) glikozil ba¤lar› hidrolize
fiekil 2. DNA‘da hasar oluflturan ajanlar, hasar tipleri ve tamir mekanizmalar› (6).
62
Türk Klinik Biyokimya Dergisi
DNA Hasar ve Onar›m›
oldu¤u için kaybolur. Bu olaya depurinizasyon ad› verilir. Benzer flekilde DNA dizisinde
sitozinin urasile deaminasyonu günde yaklafl›k 100 baz çiftini etkiler.
Endojen etkenlerle oluflan hasar onar›lmaz
ise somatik mutasyonlar ortaya ç›kar (3,8).
B. Ekzojen (çevresel) Etkenler
1. Kimyasal ajanlar: aflotoksin, benzopren,
kemoterapi ilaçlar›, alkilleyici ajanlar,
vinil klorid, mustard gazlar› v.b
2. Fiziksel ajanlar: UV radyasyon, iyonize
radyasyon v.b
Benzopren kanserojen olmad›¤› halde hücre
içinde okside oldu¤unda kanserojenik hale
gelir. Ard›ndan, DNA’da guanin gruplar›na
ba¤lanarak G-C ba¤lant›s›n›n aras›na girer ve
heliks yap›s›nda bozulmalara neden olur.
Ultraviyole ›fl›¤›n›n neden oldu¤u hasarlar
(siklobütan ve 6-4 ›fl›n ürünü pirimidin dimerleri) daha çok deri kanseri riski ile ba¤lant›l›d›r. Mutajenik olan UV ›fl›n›, pirimidinlerin
kovalent olarak ba¤land›¤› dimer formlar›n›n
oluflmas›na neden olur. TT dimer en s›k
olufland›r. Timin dimerleri, DNA konformasyonunu ve DNA polimeraz›n aktivitesini bozarak replikasyonu durdurur (3,9). Sisplatin ve
alkilleyici ajanlar gibi kemoterapötik ilaçlar
DNA’da çift zincir k›r›klar›na ve zincir içi
çapraz ba¤lar›n oluflumuna neden olmaktad›r. Reaktif oksijen türlerinin (ROS) neden
oldu¤u 100’den fazla oksidatif DNA hasar›
tan›mlanm›flt›r. Bu hasarlar›n biyolojik önemi
henüz aç›kl›k kazanmamakla birlikte 8-hidroksideoksiguanin’in (8-OH-Gua) mutasyona
neden oldu¤u bilinmektedir (10). Bu yap›
adeninle baz çifti oluflturabilme yetene¤ine
sahip oldu¤u için oldukça mutajeniktir ve
replikasyon s›ras›nda adeninle baz çifti oluflturur. G:C yerine insan kanserlerinde en çok
görülen mutasyon olan T:A transversiyonuna
yol açar (3,11).
DNA hasar› hücrede, hasarla bafla ç›kabilecek
veya bunu gerçeklefltiremiyorsa programl›
hücre ölümünü sa¤layacak bir çok hücresel
Cilt 7, Say› 2, A¤ustos 2009
olay› tetikler. Hücre, DNA hasarlar›na karfl›
farkl› metabolik yollar ile cevap verir. A¤›r
DNA hasarlar› hücrenin apopitoz yolunu aktive
ederek hücreyi ölüme götürür ya da hasar
DNA onar›m mekanizmalar› ile onar›labilir.
Dinamik bir yap›ya sahip olan DNA molekülü,
onar›labilen tek biyomolekül olmas› bak›m›ndan önemlidir (12,13). DNA hasar› replikasyon s›ras›nda onar›lamazsa mutasyona ve
sonuç olarak genomik karars›zl›¤a neden olur.
DNA’da birçok özgün de¤iflimi içine alan
genomik karars›zl›k, hem kanserin hem de
yafllanman›n önemli bir belirtisidir (14).
DNA onar›m sisteminde yaklafl›k 130 gen rol
oynar. Bu genlerin kodlad›¤› proteinler onar›m mekanizmalar›nda görev al›rlar. Örne¤in
radyasyonun neden oldu¤u DNA hasar›na karfl›
protein kinazlar ATM/ATR (ataxi-telenjiektazi
mutasyonu/ Rad3-iliflkili) ve p53 sinyal yolu
devreye girmektedir (13). DNA onar›m mekanizmalar› genomik stabilitenin devam›n› sa¤layan sistemlerdir (15).
DNA hasar›n›n yol açt›¤› yan›tlar
Hücrede DNA hasar› olufltu¤unda dört önemli
yan›t oluflur;
1. Hasarl› DNA’n›n ç›kar›larak DNA çift zincirinin do¤ ru bir flekilde yeniden yap›land›r›lmas› [DNA onar›m›],
2. DNA hasar› kontrol noktalar›n›n aktivasyonu ile hücre döngüsünün ilerlemesinin
engellenmesi, bu flekilde hasarl› genetik
materyalin onar›m›na imkan sa¤lanmas› ve
hasarl› kromozomlar›n genetik geçiflinin
önlenmesi,
3. Hücredeki gen transkripsiyon düzeylerinin
hücrenin yarar›na olacak flekilde de¤iflmesi
[transkripsiyonel cevap],
4. Ciddi olarak hasar görmüfl hücrelerin elenmesi [programl› hücre ölümü, apopitoz]
Bu yan›tlardan herhangi birinin ifllev görmemesi hücre düzeyinde genomik karars›zl›kla,
organizma düzeyinde ise genetik hastal›klar,
kanser veya yafllanma ile sonuçlan›r (1,13,16).
63
Onur E. ve ark.
DNA ONARIM MEKAN‹ZMALARI
DNA onar›m hatalar›, genomik karars›zl›kla
karakterize sendromlara ve kanser insidans›nda art›fla yol açt›¤›ndan, DNA onar›m›n›n
nas›l gerçekleflti¤inin bilinmesi klinik kullan›m aç›s›ndan önem kazanmaktad›r.
DNA onar›m genleri iki alt gruba ayr›labilir:
a) DNA onar›m›nda sinyal iletimi ve onar›m›n
düzenlenmesi ile ilgili genler,
b) Hatal› eflleflme onar›m›, baz ve nükleotid
ç›karma onar›m› ile ilgili genler (7,17,18).
Bu genlerin yer ald›¤› onar›m mekanizmalar› bafll›ca befl grupta incelenebilir.
1. Direkt onar›m ya da hasar›n geri
döndürülmesi
a) Fotoreaktivasyon
b) O-6-metilguanin onar›m›
c) Basit tek zincir k›r›klar›n›n ligasyonu
2. Eksizyon (kesip-ç›karma) onar›m›
a) Baz eksizyon onar›m› (BER) (base excision
repair)
b) Nükleotid eksizyon onar›m› (NER) (nucleotide
excision repair)
c) Mismatch (yanl›fl eflleflme) eksizyon onar›m›
(MER)
3. Rekombinasyonal Onar›m
4. SOS Onar›m›
arac›l›¤› (Fotoliyaz ve O-6-Metil-DNA-alkiltransferaz) ile gerçekleflen tek ad›ml› reaksiyonlar ile hasar onar›l›r. Siklobütan pirimidin
dimerleri (CPDs), fotoliyaz enzimi taraf›ndan
ayr›larak hasar giderilir. Reaksiyona fotoreaktivasyon denir (5). UV ile oluflan pirimidin
dimerlerine spesifiktir. Sadece pirimidin dimerlerini k›rd›klar›ndan hata olas›l›¤› yoktur (3,19).
b) O-6-metilguanin onar›m›
O-6-metilguanin, alkilleyici ajanlar varl›¤›nda
oluflur ve yüksek oranda mutajeniktir. O-6metilguanin-DNA metil transferaz enzimi,
DNA’daki yanl›fl metillenen bazlar›n CH3
gruplar›n› kendi sistein rezidülerine transfer
ederek normal guanin oluflumunu sa¤lar.
Bunu yaparken enzim de geri dönüflümsüz
olarak bask›lanm›fl olur ve ifllev d›fl› kal›r. Bu
onar›mda enzimin özgünlü¤ü kadar say›s› da
önem kazanmaktad›r.
c) Basit tek zincir k›r›klar›n›n ligasyonu
X-ray ya da peroksidler gibi baz› ajanlar DNA
zincirinde basit k›r›klara neden olabilmektedir.
Bir zincirde meydana gelen basit k›r›klar DNA
ligaz enzimi ile hemen onar›lmaktad›r. Enzim
enerji gerektiren bir reaksiyon ile 5’ fosfat grubu
ile 3’OH grubu aras›ndaki fosfodiester ba¤›n›
oluflturarak onar›m› gerçeklefltirir (3,18,19).
5. DNA Çift Zincir K›r›klar›n›n Onar›m›
2. Eksizyon (kesip-ç›karma) Onar›m›
a) Serbest Uçlar›n Homolog Olmayan Ba¤ lanmas› (NHEJ)
Bu onar›m tüm prokaryot ve ökaryot organizmalarda bulunan en önemli onar›m sistemi
olup 3 temel basamak içerir (3). Eksizyon
onar›m mekanizmas›nda DNA’daki hasarl›
baz›n oligonükleotid parçalar› ç›kart›l›p bu
bölgenin do¤ru bazlarla doldurulmas› ve oluflan çenti¤in ligasyonla kapat›lmas› ana prensiptir (1).
b) Homolog Rekombinasyon (HR)
Bu befl onar›m mekanizmas› ile ilgili güncel
veriler flu flekilde özetlenebilir.
1. Direkt Onar›m ya da hasar›n geri
döndürülmesi
a) Fotoreaktivasyon
Hasar›n geri döndürülmesi onar›m için en
kolay yol gibi görünmesine karfl›n ço¤u durumda
termodinamik ve kinetik nedenlerden dolay›
pek mümkün de¤ildir. Baz› durumlarda enzim
64
1. Hasar veya hata tan›n›r ve enzimatik olara k
bir nükleaz taraf›ndan kesip ç›kar›l›r.
2. DNA polimeraz oluflan boflluklar› doldurur.
3. DNA ligaz son ba¤› kurar ve boflluk tamamen kapan›r (13,15).
Türk Klinik Biyokimya Dergisi
DNA Hasar ve Onar›m›
a) Baz eksizyon onar›m› (BER) (base
excision repair)
DNA hasar›n›n do¤rudan geri döndürülmesinde,
bazlardaki her kimyasal de¤ifliklik kendine özgü
bir onar›m mekanizmas› gerektirir. Ancak,
hücreler birçok kimyasal hasar tipini düzeltebilecek genel bir onar›m mekanizmas›na
ihtiyaç duyarlar. Bu da eksizyon onar›md›r.
Yanl›fl yerlefltirilen ve hasarl› bazlar› uzaklaflt›rmak için kullan›lan onar›m mekanizmas›d›r (5,20,21).
b) Nükleotid eksizyon onar›m›
(nucleotide excision repair)
(NER)
DNA bazlar› üzerinde büyük eklentiler oluflturan birçok farkl› hasar› tan›yabilen bir onar›m
mekanizmas›d›r (22). Bu mekanizman›n mikoplazmadan memelilere kadar genifl bir yelpazedeki organizmalar taraf›ndan kullan›ld›¤› belirlenmifltir. Birçok DNA hasar›n›n özellikle de heliks distorsiyonuna neden olanlar›n onar›m›nda etkindir. ‹nsanlarda güneflten gelen UV ›fl›¤›n›n karsinojenik etkilerine
(dimerler) ve sisplatin, 4-nitrokuinolin oksid
gibi etkenlerle reaksiyon sonucu oluflan büyük
eklentili hasarlara karfl› önemli bir savunma
mekanizmas›d›r.
NER mekanizmas›n›n iflleyifli (fiekil 3);
1. Hasar›n tan›nmas›
2. Prot ein kompleksinin hasarl› bölgeye ba¤lanmas›
3. ~24-32 nükleotid uzunlu¤unda bir fragment
fiekil 3. Nükleotid eksizyon genel genom tamir mekanizmas› (6).
Cilt 7, Say› 2, A¤ustos 2009
65
Onur E. ve ark.
içinde b›rakacak flekilde lezyonun her iki
taraf›ndan hasarl› zincirin kesilmesi (insizyon)
4. Hasar› içeren oligonükleotidin uzaklaflt›r›lmas› (degradasyon)
5. DNA sarmal› üzerinde meydana gelen bofllu¤un DNA polimeraz taraf›ndan doldurulmas› (polimerizasyon)
6. Ligasyon
aflamalar›ndan oluflmaktad›r (5).
Baflar›l› bir NER prosesi için 30’dan fazla
protein gerekmektedir. NER yola¤›nda lezyonlar›n genel özelli¤i DNA kimyas›n›n modifikasyonu ve DNA çift sarmal›n›n helikal
distorsiyonudur (13,23,24). Nükleotid eksizyon onar›m mekanizmalar›n›n genom bütünlü¤ünü koruyucu ve hayat›n devaml›l›¤›n› sa¤lay›c› ifllevleri, nükleotid eksizyon onar›m
proteinlerinden herhangi birini kodlayan genlerdeki mutasyonlar sonucu oluflan, nadir
görülen, otozomal resesif geçiflli üç sendromla
anlafl›labilir (1). Bu sendromlar Xeroderma
pigmentosum / XP, Cockayne syndrome / CS,
Trichothiodystrophy / TTD olarak isimlendirilmifltir (13,16). DSB (double strand break)
tamirinde aktif olarak devreye giren üç NER
kompleksi XPC/HR23B, XPA/RPA ve ERCC1/XPF
olarak adland›r›lmaktad›r (9,13,25). Bu bireylerde günefle duyarl›l›k, baz› organ dokular›nda erken yafllanma, nörolojik bozukluklar ve genellikle UV kaynakl› cilt kanseri
insidans›nda art›fl gözlenir (5,6,26).
c) Yanl›fl eflleflme (Mismatch) eksizyon
onar›m› (MER)
Bu onar›m mekanizmas›, DNA replikasyonu
esnas›nda meydana gelen ve çift sarmalda
anormal boyutlara neden olan, normal bazlar›n hatal› eflleflmesi fleklindeki hatalar› düzeltir (5). DNA replikasyonu do¤rulu¤unun
en son sorumlusudur (3,27,28). MER sistemi
küçük tek zincir DNA halkalar›n›n ve yanl›fl
eflleflmenin relikasyon sonras› tamirinden
sorumludur (13). MER iflleyiflinde MSH2-MSH3
ve MSH2-MSH6 gibi iki farkl› heterodimerik
kompleksi içeren çeflitli proteinler yer almak66
tad›r. Hatal› eflleflme onar›m mekanizmas›
genlerinde mutasyon olan bireylerin kal›tsal
nonpolipozal kolon kanserine (HPNCC) yatk›n
olduklar› tespit edilmifltir (5,29).
3. Rekombinasyonal Onar›m
DNA’lar›n zarar görmüfl parças›n›n de¤ifltirilmesinde kal›p olarak kullan›lacak tamamlay›c› ipli¤in bulunmad›¤› durumda kullan›lan,
ve replikasyondan sonra aktif olan bir onar›m
mekanizmas›d›r. Timin dimeri gibi bir lezyonu
içeren DNA replike olurken DNA polimeraz
önce lezyonda duraklar ve yeni sentezlenen
zincir boyunca bir boflluk b›rakarak lezyonun üzerinden atlar. Bu bofllu¤a bir yan›t
olarak RecA proteini rekombinasyonel bir
de¤ifl-tokufl ifllemi ile bafllang›çta hasars›z
komplementer dizide bulunan bir segmenti
bu bofllu¤a sokup onu tamamlar. Bu ifllem
"verici" zincirde bir boflluk b›rak›r. Bu boflluk
daha sonra doldurulur (3) (fiekil 4).
4. SOS Onar›m›
DNA hasar›n›n yüksek oranda oldu¤u ve di¤er
onar›m mekanizmalar›n›n baflar›l› olamad›¤›
durumlarda devreye giren acil cevap sistemidir. Hücrelerde çok ciddi DNA zararlar›na
karfl› acil yan›t olarak DNA onar›m enzimlerinin say›s›n›n artmas›d›r. DNA sentezi s›ras›nda,
bir lezyonun üzerinden atlamak yerine, sistem,
DNA polimeraz›n lezyon karfl›s›nda replikasyonu devam ettirmesini sa¤lar. Fakat replikasyonun do¤rulu¤undan fedakarl›k edilir.
Bu nedenle hataya meyilli sistem de denir
(3,18,19).
5. DNA Çift-Zincir K›r›¤› Onar›m›
DNA çift zincir k›r›¤›n›n kaynaklar› aras›nda
iyonize radyasyon, topoizomeraz inhibitörleri
(etoposid, adriamisin) ve V(D)J rekombinasyonu say›labilir.
DNA çift zincir k›r›klar› (DSB), DNA hasar›n›n
en y›k›c› fleklidir. Onar›lmazsa kromozomlar›n k›r›lmas›na ve hücre ölümüne varan
sonuçlar do¤urabilir. Yanl›fl onar›l›rsa kromozom translokasyonuna ve kansere sebep olur.
Türk Klinik Biyokimya Dergisi
DNA Hasar ve Onar›m›
DSBs’ye neden olan en önemli eksojen ajan
iyonize radyasyondur (5).
NER ve MER proteinleri DSB onar›m›n› 3
aflamada etkiler. 1. NER ve MER proteinleri
HR/NHEJ iflleyiflini fiziksel olarak kolaylaflt›r›r. 2. DNA zinciri ve çeflitli küçük DNA yap›
de¤iflikliklerini hat›rlama yetene¤i, primer
hasar oluflumunda NER ve MER onar›m›na
katk›da bulunur. 3. Çeflitli NER ve MER proteinleri primer hasar›n reorganizasyonu ve
hücre siklusu kontrol noktalar›n›n indüksiyonu aras›ndaki sinyal iletiminde önemli rol
oynamaktad›r (13,30,31).
a) Serbest Uçlar›n Homolog
Ba¤lanmas› (NHEJ)
fiekil 4. Replikasyon sonras› onar›m (3).
Olmayan
Ku 70-Ku 80 (DNA-ba¤›ml› protein kinaz katalitik subunit) kompleksleri DNA k›r›k uçlar›na ba¤lan›rlar. DNA ba¤›ml› protein kinaz
aktive olarak di¤er proteinlerin hasar bölgesine gelmelerini sa¤lar. Bu protein komplekslerinin formasyonu DNA ligaz IV-XRCC4
kompleksinin k›r›k uçlar› ba¤lamas›n› sa¤lar
(13) (fiekil 5). Bu iflleyifl homolog bir kromozomdan faydalanmaks›z›n DNA uçlar›n›n ba¤lanmas›n›n biyokimyasal bir yoludur. Çünkü
fiekil 5. Serbest uçlar›n homolog olmayan ba¤lanmas› (NHEJ) (3).
Cilt 7, Say› 2, A¤ustos 2009
67
Onur E. ve ark.
k›r›k DNA uç lar› ba¤lanabilir durumda olmayabilir ve bu yol bazen genetik bilgide kay›ba
neden olur. Homolog olmayan uç ba¤lanmas›ndaki hatalar iyonize radyasyon duyarl›l›¤›na ve immün yetersizli¤e neden olur. X
›fl›nlar› ve peroksidler gibi baz› kimyasallar
DNA omurgas›nda k›r›klara yol açar. Tek
zincirdeki basit k›r›klar DNA ligaz taraf›ndan
onar›l›r. Ancak, DNA ligaz, sadece, 5’-fosfat
ve 3’-hidroksil gruplar›na sahip uçlar› birlefltirebilir (5) (fiekil 5).
Ayr›ca NHEJ onar›m yolundaki hatalar›n Burkitt
lenfoma, KML (Philadelphia kromozomu)
gibi kanserlerle iliflkili translokasyonlara da
neden oldu¤u gösterilmifltir (3,32).
b) Homolog Rekombinasyon (HR)
DNA çift zincir k›r›klar›, genetik bilgi korunarak, homolog DNA ile rekombinasyon arac›l›¤›yla onar›labilir. Mayalarda bu yol çift zincir
k›r›¤› onar›m›nda bask›n olarak kullan›l›r.
‹nsanda homolog olmayan uç ba¤lanmas› ile
eflit önemdedir (5,34). Homolog rekombinasyonda görev alan BRCA1 ve BRCA2 genlerinde olan mutasyonlar ile meme ve over
kanserleri aras›nda iliflki bulunmufltur (3,18).
DNA HASARI VE ONARIM BOZUKLUKLARI
‹LE ‹L‹fiK‹L‹ HASTALIKLAR
DNA onar›m›ndaki hatalar genetik karars›zl›¤a neden olurlar. Kanserlerin büyük bir k›sm›n›n onar›lamam›fl DNA hasar›ndan kaynakland›¤› bilinmektedir. Onar›m sistemindeki
bozukluklar da bu ifllemlerde yer alan enzimlerdeki mutasyonlar gibi kanserin kal›tsal türleriyle iliflkilidir. Örne¤in, kal›tsal non-polipozal
kolerektal kanser, hatal› eflleflmenin onar›m›ndaki bozukluktan, kolerektal kanser ise
baz ç›karma onar›m›ndaki bir bozukluktan
kaynaklan›r. Meme kanseri, iyonize radyasyona maruz kalma ile iliflkilidir. Malign prostat
kanserli hücrelerde, DNA onar›m genlerinin
ekspresyonu ile fonksiyonu aras›ndaki farkl›l›¤›n varl›¤›, prostat tümörü gelifliminde, hatal›
DNA onar›m›n›n rolü oldu¤unu düflündürmek68
tedir. DNA metilasyonu, prostat kanseri bafllang›c›nda genetik bir faktör olarak kritik rol
oynar (5).
DNA onar›m mekanizmalar› aras›nda nükleotid
eksizyon onar›m› bilinen en genel ve etkili
onar›m mekanizmas›d›r. Nükleotid eksizyon
onar›m mekanizmas›n›n yeterince ifllev görememesi yafllanma, kanser oluflumu, çeflitli
kal›tsal ve nörodejeneratif bozukluklar ile
sonuçlan›r (1,33).
Nükleotid eksizyon onar›m mekanizmalar›n›n genom bütünlü¤ünü koruyucu ve hayat›n
devaml›l›¤›n› sa¤lay›c› ifllevleri, nükleotid
eksizyon onar›m proteinlerinden herhangi
birini kodlayan genlerdeki mutasyonlar sonucu
oluflan, ender görülen ve resesif olarak kal›t›lan üç farkl› hastal›¤a neden olmaktad›r:
Kseroderma pigmentosum (XP), Cockayne
Sendromu (CS) ve Trikotiyodistrofi (TTD).
Cockayne Sendromu, XP ve TTD fenotiplerinin en belirgin ortak özelli¤i ultraviyole
›fl›¤›na olan afl›r› duyarl›l›kt›r ancak, XP hastalar›ndan farkl› olarak, CS ve TTD hastalar›nda deri tümörleri geliflmez (1).
SONUÇ
Genomik DNA’da ekzojen ve endojen etkenler sonucunda hasar meydana gelebilmektedir. Çeflitli DNA onar›m mekanizmalar›
DNA’da meydana gelen hasar›n tipine uygun
olarak devreye girmekte ve hasar tamirinin
gerçeklefltirilmesi sonucu genomik kararl›l›k
korunmakta ve hücre yaflam›n› sürdürebilmektedir. DNA onar›m mekanizmalar›ndan
sorumlu olan gen ve proteinlerdeki de¤iflikliklerin kanser, yafllanma ve baz› genetik
hastal›klarla iliflkisi bulunmaktad›r. Önemli
bir moleküler biyolojik mekanizma olan DNA
onar›m mekanizmas› ile iliflkili gen ve proteinlere yönelik yap›lacak yeni çal›flmalardan
elde edilecek bilgiler do¤rultusunda kanser
oluflumu, yafllanma süreci ve baz› genetik
hastal›klar›n meydana gelmesi ile ilgili klinik
aç›dan kullan›labilecek çözümler sunulabilecektir.
Türk Klinik Biyokimya Dergisi
DNA Hasar ve Onar›m›
KAYNAKLAR
1. Kulaks›z G, Sancar A. Nükleotid Eksizyon Onar›m›
ve Kanser. Türk Biyokimya Dergisi 2007; 32 (3);
104-11.
2. Martin LJ. DNA Damage and Repair: Relevance to
Mechanisms of Neurodegeneration. J Neuropathol
Exp Neurol 2008; 67(5): 377-87.
3. Yetiflmifl MR. DNA Onar›m Mekanizmalar›. Bitirme
Tezi. Celal Bayar Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümü. Dan›flman: Yard. Doç. Dr.
Erdal Balcan.
4. Sancar A, Lindsey-Boltz LA, Ünsal-Kaçmaz K, Linn
S. Molecular mechanisms of Mammalian DNA
repair and the DNA damage checkpoints. Annu
Rev Biochem 2004; 73: 39-85.
5. Debeleç Bütüner B, Kantarc› G. Mutasyon, DNA
Hasar›, Onar›m Mekanizmalar›, ve Kanserle ‹liflkisi.
J Fac Pharm 2006; 35 (2); 149-70.
6. Müftüo¤lu M. DNA Tamiri ve Erken Yafllanma
Sendromlar›. Turk J Biochem 2003; 28 (1); 20-4.
7. Griffiths A, Wessler S, Lewontin R, Gelbart W, Suzuki
D, Miller J. Introduction to Genetic Analysis. 8th
Edition, Chapter 14: Mutation 2005, W.H. Freeman &
Company.
8. Duguid JR, Eble JN, Wilson TM, Kelley MR. Differential cellular and subcellular expression of the
human multifunctional apurinic/apyrimidinic endonuclease (APE/ref-1) DNA repair enzyme. Cancer
Res 1995; 55: 6097-102. [PubMed: 8521399).
9. Arlett, CF, Plowman PN, Rogers PB, Parris CN,
Abbaszadeh F, Green MH, McMillan TJ, Bush C,
Foray N, Lehmann AR. Clinical and cellular ionizing
radiation sensitivity in a patient with xeroderma
pigmentosum. Br J Radiol 2006; 79: 510-7.
10. Balajee AS, Bohr VA. Genomic heterogeneity of
nucleotide excision repair. Gene 2000; 250: 15-30.
11. Verjat T, Dhenaut A, Radicella JP, Araneda S.
Detection of 8-oxoG DNA glycosylase activity and
OGG1 transcripts in the rat CNS. Mutat Res 2000;
460: 127-38. [PubMed: 10882853].
12. Friedberg EC. DNA Repair, s:1-2. Freeman WH and
Company, New York, 1984.
13. Zhang Y, Rohde LH, Wu H. Involvement of Nucleotide
Excision and Mismatch Repair Mechanisms Current
Genomics, 2009, Vol. 10, No. 4.
14. Bohr VA. DNA repair fine structure and its
relations to geno-mic instability. Carcinogenesis
1995; 16: 2885-92.
15. Slupphaug G, Kavli B, Krokan HE. The interacting
pathways for prevention and repair of oxidative
DNA damage. Mutat Res 2003; 531: 231-51.
16. Norbury CJ, Hickson ID. Cellular responses to
DNA damage. Annu Rev Pharmacol Toxicol 2001;
41: 367-401.
Cilt 7, Say› 2, A¤ustos 2009
17. Tu Y, Tor naletti S, Pfeifer GP. DNA repair domains
within a human gene: Selective repair of sequences
near the transcription initiation site. EMBO J
1996; 15: 675-83. [PubMed: 8599951].
18. William S. Klug, Micheal R. Cummings. Genetik
Kavramlar. Alt›nc› Bask›dan Türkçe Çeviri. Palme
Yay›nc›l›k. Ankara, 2002, 477-481.
19. Geoffrey M. Cooper, Robert E. Hausman. Hücre
Moleküler Yaklafl›m. Türkçe çeviri. Üçüncü Bask›.
‹zmir T›p Kitabevi, ‹zmir, 2006, 192-230.
20. Hedge ML, Hazra TK, Mitra S. Early steps in the
DNA base excision/single-strand interruption repair
pathway in mammalian cells. Cell Res 2008; 18:
27-47.
21. Karahalil B, Hogue BA, de Souza-Pinto NC, Bohr
VA. Base excision repair capacity in mitochondria
and nuclei: Tissue-specific variations. FASEB J
2002; 16: 1895-902.
22. Hanawalt PC. Subpathways of nucleotide excision
repair and their regulation. Oncogene 2002; 21:
8949-56.
23. Tapia A, Auriol J, Forget D, Enzlin JH, Scharer OD,
Coin F, Coulombe B, Egly JM. Ordered conformational changes in damaged DNA induced by
nucleotide excision repair factors. J Biol Chem
2004; 279: 19074-83.
24. Riedl T, Hanaoka F, Egly JM. The comings and
goings of nucleotide excision repair factors on
damaged DNA. EMBO J 2003; 22: 5293-303.
25. Fousteri M, Mullenders LH. Transcription-coupled
nucleotide excision repair in mammalian cells:
molecular mechanisms and biological effects. Cell
Res 2008; 18: 73-84.
26. Vodicka P, Stetina R, Polakova V, et al. Association
of DNA repair polymorphisms with DNA repair
functional outcomes in healthy human subjects.
Carcinogenesis 2007; 28: 657-64.
27. Li GM. Mechanisms and functions of DNA mismatch
repair. Cell Res 2008; 18: 85-98.
28. Peltomaki P. DNA mismatch repair and cancer.
Mutat Res 2001; 488: 77-85.
29. Li GM. Mechanisms and functions of DNA mismatch
repair. Cell Res 2008; 18: 85-98.
30. Ahmad A, Robinson AR, Duensing A, van Drunen E,
Beverloo HB, Weisberg DB, Hasty P, Hoeijmakers
JH, Niedernhofer LJ. ERCC1-XPF endonuclease
facilitates DNA doublestrand break repair. Mol Cell
Biol 2008; 28: 5082-92.
31. Zhang Y, Rohde LH, Emami K, Hammond D, Casey
R, Mehta SK, Jeevarajan AS, Pierson DL, Wu H.
Suppressed expression of non-DSB repair genes
inhibits gamma-radiation induced cytogenetic repair
and cell cycle arrest. DNA Repair (Amst) 2008; 7:
1835-45.
69
Onur E. ve ark.
32. Hazra TK, Das A, Das S, et al. Oxidative DNA damage
repair in mammalian cells: A new perspective.
DNA Repair 2007; 6: 470-80.
33. Imam SZ, Karahalil B, Hogue BA, et al. Mitochondrial
and nuclear DNA-repair capacity of various brain
regions in mouse is altered in an age-dependent
manner. Neurobiol Aging 2006; 27: 1129-36.
34. Li X, Heyer WD. Homologous recombination in
DNA repair and DNA damage tolerance. Cell Res
2008; 18: 99-113.
70
Yaz›flma adresi:
Dr. Ece Onur
Celal Bayar Üniversitesi T›p Fakültesi
Biyokimya Anabilim Dal›, Manisa
Tel.
: 0 533 282 64 99
E-posta : [email protected]
Türk Klinik Biyokimya Dergisi