DNA-Reparatur

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 31. Mai 2017
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DNA-Schäden können durch verschiedene Ursachen wie UV Strahlen verursacht werden. Diese Schäden werden dann durch eine Vielzahl an Mechanismen der DNA-Reparatur behoben, damit die folgende Proteinbiosynthese, welche fϋr sämtliche Prozesse im Körper von Nöten ist, problemlos ablaufen kann.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die DNA-Reparatur?

Die DNA besteht aus einem Dopplestrang und wird kontinuierlich vervielfacht. Dieser Vorgang wird als DNA-Replikation bezeichnet. Dabei kann es zu Fehlern kommen, die repariert werden müssen. Dies is aber nur ein Grund fϋr mögliche DNA-Schäden. Es kann auch durch äuβere Einwirkungen wie etwa UV-Strahlen zu Schädigungen der DNA kommen. Dies fϋhrt dann zu Mutationen, welche Auswirkungen auf die produzierten Proteine haben. Sie verlieren ihre Funktion oder werden zu aktiv, sie können ihren Bestimmungsort in der Zelle nicht mehr erreichen oder sie können nicht mehr durch die Zelle abgebaut werden, wenn das Protein nicht mehr benötigt wird.

Es gibt unterschiedliche DNA-Reparatur-Mechanismen. Welcher Mechanismus in Kraft tritt, hängt von der Art der DNA-Schädigung ab. Dabei kann es sich um die Reparatur eines Einzelstrang- oder eines Doppelstrangbruches sowie um die Reparatur einzelner Basen handeln.

Die Reparatur wird durch Enzyme durchgefϋhrt, die die DNA bei einem Bruch wieder zusammenfϋgen. Dabei handelt es sich um Ligasen. Der Austausch von Basen wird durch Rekombinasen und Polymerasen durchgefϋhrt. DNA-Helikasen dienen der Entwindung der DNA. Sie bereiten die betroffenen DNA-Abschnitte fϋr die Reparatur vor.

Funktion & Aufgabe

Bei einem Bruch der DNA können verschiedene Reparatur Mechanismen in Kraft treten. Diese Mechanismen werden als homologe oder nichthomologe Rekombination bezeichnet.

Rekombinationen treten nicht nur bei DNA-Schäden auf, sondern auch bei der Fortpflanzung, wenn es zur Rekombination von DNA beider Partner und zur Entstehung des Embryos kommt. Diese Rekombination wird dann als sexuelle Rekombination bezeichnet. Bei der homologen Rekombination zur Beseitigung von DNA-Schäden, kommt es zur Aneinanderlagerung von zwei ähnlichen, homologen DNA-Strängen. Anschließend erfolgt eine Paarung der DNA-Stränge und ein bestimmter DNA-Abschnitt wird zwischen den beiden Stränge ausgetauscht. Währenddessen kommt es zur Bildung der sogenannten "Holliday-Struktur" der DNA. Dieser Vorgang des Austausches wird durch spezielle Enzyme, die Rekombinasen, durchgefϋhrt.

Ein Bruch kann auch durch das direkte Verknϋpfen zweier DNA-Enden geschehen. In diesem Fall gibt es keine homologe Sequenz, wodurch zwischen zwei Enden eine Lϋcke in der DNA ausgefϋllt werden muss, um den fehlenden homologen Bereich zu erstellen. Dies wird als "Synthesis dependent strand-annealing" bezeichnet und DNA-Polymerasen fϋllen die Lϋcken aus.

Eine weitere Möglichkeit der Reparatur ist das Verkϋrzen zweier Enden, bis sie wieder ineinandergefügt werden können, sodass die Bereiche zueinander passen. Dabei handelt es sich um das "Single strand annealing". Dies hat zur Folge, dass kurze Bereiche der DNA verloren gehen. Diese Reparatur wird durch das Nukleotid-Exisionsreparatursystem durchgeführt.

Nichthomologe Reparatur Prozesse werden unabhängig von zueinander passenden DNA-Sequenzen durchgeführt. Zwei wesentliche Reparaturen werden hierbei unterschieden. Das "Non-homologous end joining" verknϋpft direkt zwei DNA-Doppelstränge durch das Enzym Ligase. Diese Reparatur benötigt im Vergleich zu den anderen genannten Vorgängen keine homologe Sequenz, die als Fϋhrungshilfe dient, damit so wenig Fehler wie möglich in der DNA nach der Reparatur entstehen.

Ein weiterer Ablauf der DNA-Reparatur ist das "Microhomology-mediated end-joining". Dabei kommt es zur Deletion, der Entfernung von DNA-Bereichen. Auch hierbei wird keine Fϋhrungshilfe verwendet. Diese Reparatur gilt als sehr fehleranfällig und ist oftmals der Grund fϋr die Entstehung von Mutationen.

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Krankheiten & Beschwerden

Eine fehlerhafte DNA-Reparatur erzeugt eine Vielzahl an Krankheiten, deren konkrete Ausprägung davon abhängt, welcher DNA-Bereich und welche Gene von diesen Defekten betroffen sind. Eine Gruppe solcher Krankheiten wird als Chromosomenbruchsyndrom bezeichnet. Dabei werden Brϋche in der DNA, welche in Chromosomen verpackt sind, nicht richtig repariert und diese Brϋche kommen zudem häufiger als im Normalfall vor.

Diese Art der Erkrankung ist vererbbar. Eine bekannte Erkrankung dieser Gruppe ist das Werner-Syndrom. Dabei handelt es sich um eine autosomal-rezessive Erkrankung, d.h. die Mutation, die diese Erkrankung verursacht, liegt auf einem der Autosomen, einem der Chromosomen (ausgenommen den Geschlechtschromosomen). Sie ist rezessiv, sie hat seltener einen Effekt auf den Phänotyp als eine dominante Genmutation. Das Werner-Syndrom betrifft hauptsächlich das mesodermale Gewebe. Es kommt zu einer verstärkten Alterung der betroffenen Person nach der Pubertät.

Ein weitere Erkrankung aus der Kategorie der Chromosomenbruchsyndrome ist das Louis-Bar-Syndrom. Es handelt sich ebenfalls um eine autosomal-rezessive Erkrankung. Bei dieser Erkrankung gibt es eine hohe Anzahl an verschiedenen Symptomen. Diese können dadurch erklärt werden, dass ein Gen betroffen ist, welches DNA-Schäden durch UV-Strahlen erkennt und auch an der Regulation der DNA-Reperatur beiteiligt ist. Es kommt zu neurologischen Defekten, sowie zu einer Beeinträchtigung des Immunsystems. Die Folge sind eine Reihe weiterer Erkrankungen wie Lungenentzϋndungen.

Des weiteren ist die Erkrankung Xeroderma pigmentosum eine Erkrankung, die zu dieser Klasse gezählt werden kann. Es handelt sich um eine Erkrankung der Haut. Die betroffenen Personen werden auch als Mondscheinkinder bezeichnet. Gene, welche fϋr Enzyme des DNA-Reparatur-Mechanismuses kodieren sind hierbei durch Defekte beeinflusst. Es kommt zu Beeinträchtigungen der Haut durch UV-Einstrahlung, welche zur Entstehung von Tumoren der Haut fϋhren. Die Betroffenen mϋssen das Tageslicht meiden, was den gesamten Rhythmus des Lebens beeinflusst.

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