Doppelstrangbruch
Abkürzung: DSB
1. Definition
Als Doppelstrangbruch, kurz DSB, wird die Durchtrennung beider Nukleotidketten der DNA bezeichnet.
2. Illustration
3. Ursachen
- UV-Strahlung
- Radikaleinwirkung
- Ionisierende Strahlung (UV-Strahlung ist zum großen Teil auch ionisierend, wird jedoch bei DNA-Schäden häufig separat von den übrigen ionisierenden Strahlenarten behandelt)
- Mechanik
4. Biologische Bedeutung
Bei einem Doppelstrangbruch handelt es sich um den schwerwiegendsten DNA-Schaden. Kann die Zelle diesen nicht reparieren, ist die DNA-Replikation nicht mehr möglich und der Zelltod (Apoptose) wird eingeleitet. Ein Doppelstrangbruch trägt immer das Risiko einer genetischen Mutation, da nicht jeder Reparaturmechanismus fehlerfrei ist. Dadurch erhöht er auch das Entartungsrisiko der Zelle (Karzinogenese), beispielsweise wenn das Tumorsuppressorprotein p53 von einer inaktivierenden Mutation betroffen ist.
5. Reparatur
5.1. Homologe Rekombination
Die homologe Rekombination kommt vor allem bei Hefen und Bakterien, in Säugetierzellen nur mit Hilfe des Schwesterchromatides in der späten S- oder G2-Phase der Mitose und während der Meiose vor. Entsprechend der Sequenz dient das Schwesterchromosom als Matrize und wird für die Auffüllung der Lücke verwendet. Es kommt zur Mitwirkung von einigen Proteinen, wie Rad51, BRCA2 und PALB2.
5.2. Nicht-homologe Endverknüpfung
Die nicht-homologe Endverknüpfung (NHEJ) kommt bei Säugern, und höher entwickelten Mehrzellern vor. Die DNA-Enden werden durch Reparaturenzyme nach Entfernung der geschädigten Nukleotide verknüpft. Beteiligt sind KU-Proteine, welche die Enden der Doppelstrangbrüche erkennen und markieren. An die markierten Enden lagern sich die DNA-abhängige Proteinkinase (DNA-PK) und der Komplex XRCC4/DNA-Ligase IV an. Der Prozess läuft ohne homologe Matrize ab, dadurch wird nicht immer die richtige DNA-Sequenz hergestellt. In Säugetierzellen werden Doppelstrangbrüche vorrangig durch NHEJ entfernt.
5.3. Single strand annealing
Das Single strand annealing (SSA) kommt bei Säugetieren vor. Es ist immer mit Substanzverlust verbunden, Einzelstränge werden aufgefüllt und verbunden.