DNA replicatie, repareren en recombinatie

DNA replicatie, reparatie en recombinatie. Mutaties in menselijke cellen komen vaak voor maar brengen relatief weinig gevolgen met zich mee door werking van verschillende reparatiesystemen. Hoe komt het dat mutaties maar zo weinig effect hebben? Hoe werkt het systeem in ons lichaam dat er voor zorgt dat wij zo oud worden?

Het repareren van DNA

Voor de evolutie van één soort zijn mutaties nodig. Met mutaties kan het zijn dat een soort beter overleeft in een bepaalde omgeving. Voor een individu zijn mutaties echter vaak minder voordelig of zelfs nadelig, denk bijvoorbeeld aan ziekte als gevolg van DNA mutaties. In het lichaam wordt het DNA ontzettend nauwkeurig gekopieerd, toch worden er soms fouten gemaakt. Deze fouten worden hersteld voordat ze tot uiting kunnen komen door een proces dat DNA-repair heet.

DNA heeft het zwaar in de cellen
Als DNA wordt gekopieerd en er worden fouten gemaakt, dan kan dat gerepareerd worden. Er zijn echter nog andere manieren waarop het DNA kan beschadigen. Een van die manieren is de blootstelling aan allerlei moleculen in de celkern. Hiermee kunnen reacties optreden en daarmee veranderingen in het DNA. Een van deze spontane reacties is depurinatie; het verdwijnen van purine (A en G) door een spontane reactie. Een ander voorbeeld is deaminatie; het spontaan verliezen van de aminogroep van cytosine.

DNA reparatie is verantwoordelijk voor genstabiliteit.

DNA reparatie is mogelijk omdat DNA bestaat uit een dubbele helix. Zo is er bij gemaakte fouten altijd een 'reserve kopie' en hieruit kan de goede informatie gehaald worden. Het repareren van DNA gaat in drie stappen:

• Het beschadigde of verkeerde DNA wordt herkend en afgebroken.
• Een reparatie DNA polymerase vult het gat door vanaf de 3' kant van de DNA streng een nieuwe kopie te maken van het beschadigde stukje.
• Na het maken van het DNA blijft er een knikje over in de streng dat hersteld wordt door DNA ligase; een enzym dat de suiker-fosfaat ruggengraat van het DNA herstelt.

DNA mismatch repair systeem

Bij het repliceren van DNA wordt er één fout per 10 miljoen nucleotiden gemaakt. Het DNA-mismatch repair systeem ondervangt 99% van die fouten. Dit betekent dat er uiteindelijk één fout per 10 miljard nucleotiden blijft bestaan. Een complex van mismatch repair enzymen herkent fouten in de nieuwe DNA streng, haalt een paar nucleotiden weg en maakt het stukje DNA opnieuw zonder fouten. Het is natuurlijk belangrijk dat de mismatch repair enzymen de nieuwe streng aanpassen, want bij aanpassen van de originele streng worden mutaties juist definitief gemaakt. Het is voor eukaryoten nog niet helemaal duidelijk hoe het systeem weet welke streng het aan moet passen.

Homologe recombinatie

Als beide DNA strengen beschadigd zijn, is er nog een manier van recombinatie; homologe recombinatie. Bij deze manier van repareren wordt er een stukje DNA gezocht dat heel erg lijkt op het stukje DNA voor en na de breuk. Van dit andere stukje, dat dus sterk lijkt op het ontbrekende stukje, worden nucleotiden uitgewisseld met de beschadigde streng om zo weer een volledige streng te vormen.

Heel zelden komt het voor dat een cel niet in staat is om de gemaakte fout in het DNA te herstellen, dan wordt er soms gesproken van een mutatie. Mutaties in actief gebruikte delen van het DNA kunnen ernstige gevolgen hebben, zelfs als er maar één nucleotide verandert. Sikkelcelziekte is een voorbeeld van een ernstige bloedziekte die ontstaat door een enkele verandering van een nucleotidepaar. Het is dus ontzettend belangrijk dat mutaties worden voorkomen.