Сестрински хроматидни измени (Sister Chromatid Exchanges – SCE)

1. Основен поим

Сестринските хроматидни измени (SCE – Sister Chromatid Exchanges) претставуваат размена на сегменти од ДНК помеѓу двете сестрински хроматиди на истиот хромозом. Овие измени се случуваат по репликацијата на ДНК, односно во S-фазата на клеточниот циклус, кога секој хромозом е составен од две идентични сестрински хроматиди поврзани во центромерниот регион. Бидејќи сестринските хроматиди се генетски идентични, ваквата размена обично не доведува до генетска варијабилност, за разлика од crossing-over кој се случува помеѓу хомологни хромозоми во мејозата. Сепак, SCE има значајна улога како индикатор за геномска стабилност и поправка на ДНК.

2. Сестрински хроматиди – структурна основа

По завршувањето на репликацијата на ДНК, секој хромозом се состои од: две сестрински хроматиди поврзани преку центромер и секоја содржи идентична копија на ДНК. Оваа структура постои во G2 фаза, митоза (профаза, метафаза). Во овој период може да дојде до локална рекомбинација помеѓу сестринските хроматиди, што резултира со SCE.

3. Молекуларен механизам на SCE

SCE е резултат на процеси на поправка на ДНК, особено кога се јавуваат: двоверижни прекини на ДНК (double-strand breaks), оштетувања на репликационата вилушка, репликациски стрес. Процесот најчесто се одвива преку хомологна рекомбинација.

Фази на процесот

1. Појава на оштетување на ДНК

Причини може да бидат: радијација, мутагени хемикалии, грешки при репликација, оксидативен стрес. Оштетувањето создава прекин во ДНК молекулата.

2. Обработка на прекинот

Ензимите на системот за поправка: нуклеази, хеликази кои ја обработуваат ДНК и создаваат едноверижен регион.

3. Инвазија на сестринската хроматида

Протеини како: RAD51, BRCA1, BRCA2 овозможуваат едната ДНК нишка да навлезе во хомологниот регион на сестринската хроматида. Ова формира структура наречена Holliday junction

4. Формирање на рекомбинациска структура

Во оваа фаза двете хроматиди се поврзуваат, се формира крстовидна структура, започнува размена на ДНК сегменти.

5. Резолуција на Holliday junction

Специјални резолвази ја разделуваат структурата и резултатот е размена на ДНК сегменти помеѓу сестринските хроматиди. Ова се детектира како SCE.

4. Детекција на SCE

SCE не може да се види со класична хромозомска боја. За негово откривање се користи специјална лабораториска техника наречена BrdU техника (Bromodeoxyuridine). BrdU е аналог на тимидин кој се вградува во ДНК при репликација. Постапка: Клетките се култивираат во медиум со BrdU. Се дозволуваат две клеточни делби. Хромозомите се бојат со флуоресцентна или Giemsa техника. Резултат: едната хроматида се бои потемно, другата посветло. Кога се случува SCE, се појавуваат карактеристични промени во бојата долж хроматидите, што овозможува визуелизација на местото на размена.

5. Биолошко значење на SCE

Иако SCE не создава нови алели, има важни функции.

1. Поправка на ДНК

SCE претставува механизам за поправка на генетски оштетувања. Особено е важен за двоверижни прекини, репликациски блокади.

2. Одржување на геномска стабилност

Хомологната рекомбинација со сестринската хроматида е најточниот механизам за поправка бидејќи сестринската хроматида е идентична копија.

3. Биомаркер за генотоксичност

Зголемена фреквенција на SCE е индикатор за изложеност на мутагени, канцерогени агенси, геномска нестабилност. Поради тоа SCE тестот се користи во генетска токсикологија, канцерогенеза, фармацевтски истражувања.

6. Фактори кои ја зголемуваат фреквенцијата на SCE

SCE се зголемува при изложеност на различни агенси. Физички фактори: јонизирачко зрачење, UV зрачење. Хемиски мутагени: алкилирачки агенси, бензен, цитостатици. Биолошки фактори: вирусни инфекции, репликациски стрес.

7. SCE и генетски заболувања

Некои наследни синдроми се карактеризираат со значително зголемен број на SCE. Bloom синдром е еден од најпознатите примери. Причина: мутација во BLM генот кој кодира DNA хеликаза. Последици: нестабилност на геномот, многу висока фреквенција на SCE, зголемен ризик за карцином. Кај нормални клетки: 5–10 SCE по клетка. Кај Bloom синдром 50–100 SCE по клетка.

8. Улога во канцерогенеза

Геномската нестабилност е клучен фактор во развојот на карцином. Зголемена SCE може да укажува на: дефекти во DNA репарација, мутации во BRCA1 / BRCA2, дефекти во DNA хеликаза. Овие промени се забележуваат кај: леукемии, карциноми, наследни синдроми.

9. Заклучок

Сестринските хроматидни измени (SCE) претставуваат важен молекуларен процес кој се јавува по репликацијата на ДНК, кога се разменуваат сегменти помеѓу идентичните сестрински хроматиди. Иако овие измени не создаваат генетска варијабилност, тие играат клучна улога во поправката на оштетувања на ДНК и одржувањето на геномската стабилност. Фреквенцијата на SCE е значаен биолошки маркер за генотоксичност, а нејзиното зголемување може да укажува на мутагена изложеност или генетски нарушувања како Bloom синдром. Затоа SCE претставува важна тема во хуманата генетика, цитогенетиката и канцерогенезата.