2.2. Репарация ДНК включает эпигенетические изменения в структуре хроматина

Накопление повреждений ДНК из-за ошибок репликации или воздействия внешними агентами может приводить к вредным мутациям, нестабильности генома, раку, старению клеток и смерти. Повреждения ДНК исправляются механизмами исправления ошибок в ходе репликации ДНК, а также независимыми механизмами, действующими в фазе G_r Клетки содержат «контрольные точки» («checkpoints»), выявляющие наличие повреждений ДНК и останавливающие или задерживающие клеточный цикл до тех пор, пока не завершится репарация; эти механизмы индуцируют также гибель клетки (апоптоз), если повреждение не исправляется, что способствует выживаемости организма за счет удаления дефектных клеток. Эти процессы в норме весьма эффективны; например, клетки кожи человека, подвергнутые УФ-облучению солнечного света, содержат удивительно большое количество повреждений ДНК, подавляющее большинство которых должным образом вылечиваются (Friedberg et al., 1995). Индивидуумы, дефектные по репарации в силу мутаций в одном или нескольких компонентах механизмов «контрольной точки» или репарации, страдают от целого ряда заболеваний, в том числе предрасположенностью к раку прямой кишки, груди и кожи и подвержены преждевременному старению.

В ранних исследованиях были успешно идентифицированы молекулы и механизмы, распознающие разные типы повреждений в ДНК, такие как двунитевые разрывы (DSBs) и пиримидиновые димеры, и рекрутирующие специфические комплексы для исправления этих повреждений. Однако упаковка ДНК в хроматин могла бы потенциально блокировать доступ факторов, участвующих в распознавании сайтов повреждения или осуществляющих репарцию, подобно репрессивному влиянию гетерохроматина на экспрессию генов (Hassa and Hottiger, 2005). Однако репарация использует АТФ-зависимые комплексы ремоделинга хроматина, которые, как предполагается, «экспонируют» дефектную ДНК для репарации

Более недавние исследования показали, что специфические изменения в хроматиновой матрице, такие как присутствие вариантов гистонов и посттрансляционные модификации гистонов, играют ключевую роль в распознавании повреждений ДНК и в рекрутировании соответствующих механизмов репарации (Hassa and Hottiger, 2005). Например, присутствие DSBs имеет своим результатом быстрое фосфорилирование варианта гистона Н2А, Н2АХ, по серинам 136 и 139 (обозначается у ШАХ). Фосфорилирование Н2АХ необходимо для накопления белков репарации в больших (мегабазы) районах, окружающих DBSs, и для сборки «фокусов» репарации, а не для первоначального рекрутирования репарационных комплексов к первичным сайтам повреждения ДНК (Bassing et al., 2002; Celeste et al., 2002). Эти наблюдения позволяют предполагать, что «распространение» у ШАХ из DBSs действует для усиления сигнала, исходящего из DBSs, увеличивая рекрутирование и, возможно, сохранение факторов репарации (Fernandez-Capetillo et al., 2004). В дополнение к участию в репарации DBSs фосфорилирование Н2АХ влияет на рекомбинацию V(D)J в лимфоцитах млекопитающих, а также действует как супрессор геномной нестабильности и опухолей у мышей (Fernandez-Capetillo et al., 2004).

Другие типы изменений хроматина, такие как ацетилирование гистонов, SUMOhjiирование, убиквитинирование и метилирование, также играют заметную роль в успешной репарации ДНК. Например, метилирование гистона H3 по лизину 79 (H3K79me) необходимо для рекрутирования к DSBs белка репарационной «контрольной точки» 53ВР1 и опосредуется DOT1-метилтрансферазой лизинов гистонов (НКМТ) (Huyen et al., 2004). Интересно, что индуцированные повреждения ДНК не изменяют уровни метилирования H3K79, позволяя предполагать, что эта модификация не добавляется в ответ на DSBs. Одна из возможностей заключается в том, что рекрутирование 53ВР1 и «ощущение» («sensing») DSBs связано с экспозицией предсуществующего метилирования H3K79 в ответ на ремоделинг хроматина в сайтах повреждений ДНК.

Хотя наше современное понимание влияния этих и других факторов хроматина на репарацию ДНК предполагает участие в сигналинге и рекрутировании соответствующих комплексов к повреждениям ДНК, вполне вероятно, что будущие исследования выявят новые направления, по которым эпигенетические механизмы регулируют пути, поддерживающие стабильность генома. Важно отметить, что роль хроматина в репарации ДНК является динамической и происходит в ответ на повреждение. Хотя модификации гистонов и другие эпигенетические регуляторные белки играют ключевые роли, эти изменения не наследуются при клеточном делении, в отличие от других примеров, обсуждаемых в этой главе.