DNA-baseutkuttingsreparasjon

Livets informasjonsbærende molekyl, DNA, er utsatt for skadelige fysiske og kjemiske påvirkninger som kan føre til at informasjonen og dermed cellens og organismens liv går tapt. Levende organismer har derfor et stort repertoar av mekanismer for å forebygge og reparere skader på DNA, og en av dem er såkalt baseutkuttingsreparasjon (base excision repair, BER). Avhandlingens tema er betydningen av denne type reparasjon for å bevare genomets integritet og sikre cellens overlevelse når fornyelse gjennom replikasjon og deling er begrenset, bl.a. ved aldring.

Avhandlingen består av fire arbeider. Det første arbeidet er en studie av overlevelse og mutagenese hos stasjonær fase-kulturer av Escherichia colisom mangler visse BER-funksjoner. Det ble påvist at celler som mangler disse funksjonene, akkumulerer mutasjoner og danner hypermutatorer, dvs. får ekstremt høy mutasjonsfrekvens. Det ble påvist en sammenheng mellom BER- og en annen type DNA-reparasjon, såkalt mismatchreparasjon (MMR). Modifiseringer i mismatchreparasjon er en velkjent og viktig mekanisme i bakteriers regulering av sin egen mutasjonsrate, og dermed evolusjonsrate. Arbeidet indikerer at også BER har betydning for dette og åpner for videre forskning omkring samvirke mellom MMR- og BER-systemene.

I arbeid nr. 3 er stasjonær fase-kulturer av bakegjær, Saccharomyces cerevisiae, brukt som modell for å studere betydningen av baseutkuttingsreparasjon i eukaryot aldring. Det ble påvist at flere slike funksjoner er nødvendige for å opprettholde et fullt normalt livsløp hos gjær. Mutanter som manglet funksjon for reparasjon av oksidative skader, hadde betydelig redusert livslengde. Det samme var tilfellet for mutanter som manglet evne til å reparere alkyleringsskader.

Arbeid nr. 2 og 4 er kloning og karakterisering av to ukjente DNA-reparasjonsenzymer hos henholdsvis Bacillus subtilisog Mycobacterium tuberculosis. Begge disse bakteriene har evne til lang tids overlevelse henholdsvis inne i vertens makrofager eller som sporer, dvs. i en tilstand uten aktiv deling. Dette stiller store krav til vedlikehold av genomet, men mekanismene for DNA-reparasjon i disse prokaryotene er ennå for en stor del ukjent. Arbeid nr. 2 er den første kloning og karakterisering av en prokaryot variant av de mammalske 3-metyladeninglykosylaser. Arbeidet viser at enzymet er en alkylbase-DNA-glykosylase med et substratspekter delvis likt det humane enzymet. Men i motsetning til de mammalske enzymene virker det hovedsakelig mot produkter av deaminering av adenin. Arbeid nr. 4 er en kloning og karakterisering av et operon hos M tuberculosis, sammensatt av to potensielle elementer for reparasjon av alkyleringsskader. Bare såkalt metyltransferaseaktivitet kunne påvises. Begge funn åpner for nye spørsmål omkring evolusjon av DNA-reparasjonsveier hos prokaryoter og generelt om evolusjon av forsvarsmekanismer mot alkyleringsskader.