الطفرات المورثيه واصلاح الـ dna

الطفرات المورثيه واصلاح الـ dna

اعداد
وائل بن رضوان ياقتي.

الـطـفـرة MUTATION
فيعلم الوراثة الطفرة هي خطأ في نسخ المورثات عند قيام الخلية بإعادةاستنساخ نفسها... و بصيغة أخرى هي أي تغيير مفاجئ يصيب المادة الوراثية ..
اهتم العلماء بدراسة الطفرات لأهميتها على الصعيد الطبي بسبب الأمراض التي يمكن أن تسببها كمرض السرطان و غيره ...
-قدتحدث الطفرات على مستوى الكر وموسومات فتسمى بالطفرات الكروموسوميةchromosomal mutations ... قد يسبب هذه الطفرات تغيير في عدد الكروموزوماتلدى الكائن الحي و قد تحدث بتغيير يطرأ على جزء من كروموسوم واحد ...
-وقد تحدث الطفرات على مستوى الـ DNA بتغيير زوج من النيوكليوتيدات او تبديلموضعها على الشريط ... و تسمى هذه الحالة من الطفرات بالطفرات المورثية اوالنقطية .. point mutations
للطفرات أسباب عديدة ..
تنتج بعضالطفرات عن الأخطاء التي تحدث عند تكوُّن نسخ من DNA أثناء الانقسامالخلوي. وتتسبب عوامل تسمى المطفرات في حدوث بعض الطفرات. وتشمل المطفراتبعض الكيميائيات وأشكال متنوعة من الإشعاع.
الطفرة المورثية Point mutation
كلمورث يصنع بروتين مختلفاً عن البروتين الذي يصنعه المورث الآخر ،لذلك علىالخلية قراءة ما بداخل المورث لكي تصنع البروتين المناسب . إن خطوات تحضيرالبروتين من المورث مكتوبة بلغة خاصة بها تسمى الشفرة الوراثية و حروف هذهاللغة عبارة عن أجزاء كيميائية صغيرة متراصة جنباً إلى جنب كما هي الحالفي حروف اللغة العربية كمثال. وتسمى هذه الجزيئات المتراصة بالأحماض نووية
وتختلف أنواع البروتينات عن بعضها البعض باختلاف ترتيب هذه الأحماض النووية. لذلك فان أي خلل يحصل في هذا الترتيب يؤدي لخلل في تكوين البروتين.ويسمىهذا الخلل بالطفرة .لذلك فإن تعريف الطفرة الوراثية هو حدوث خلل في ترتيبالأحماض النووية في المورث(أي خلل في ترتيب. وقد تحدث الطفرة في داخل خليةواحدة من الجسم وقد تكون في جميع الخلايا . وعند وجودها في جميع الخلايافإنها توحي لنا أنها قد حدثت في وقت مبكرة عند تخلّقنا (عندما كان عددالخلايا في جسمنا قليلة)، أو قد تكون الطفرة موجودة في البويضة أو الحيوانالمنوي الذي خلقنا منه، لأن جميع خلايا جسمنا مستنسخة من خلية واحدة (التي هي البويضة الملقحة بالحيوان المنوي ) .
لذلك فمن الممكن أن نرثطفرة من والدينا ، كما أنه من الممكن أن تحدث لنا طفرات جديدة في خلاياناولم تكن موجودة عند والدينا لأنها ببساطة حدثت بعد أن بداء خلقنا أو أنتخّلقنا.لذا فالطفرات قد تكون موروثة ( من أحد الوالدين ) أو غير موروثة .
قديكون كائن ما لديه عدد من الطفرات في بعض المورثات ولكن لم تسبب له مشاكلصحية . فليس كل الطفرات مؤذيه،وإلا لأصبنا بالأمراض منذ أن ولدتناأمهاتنا. قد تكون الطفرة مؤذيه أو غير مؤذيه ، وإليك هاتين القاعدتينوالتي في الغالب لا تكون فيه الطفرة طفرة مؤذية:
القاعدة الأولى : إذا حدثت الطفرة خارج حدود المورث .أي لم تحدث في المورث نفسه ولكن حدثت بجانبه في المكان الفاصل بين المورثات.
القاعدةالثانية: إذا حدثت الطفرة داخل حدود المورث ولكنها حدثت فقط في نسخة واحدةمن المورث(ولنقل في النسخة التي ورثتها من أبوك)،ولم يصب المورثالأخرى(الذي ورثته من أمك) بأي عطب.
هذه قاعدة عامة ولكن هناك عدةاستثناءات للقاعدة الثانية والتي تكون فيه الطفرة مؤذيه حتى وان كانتموجودة في نسخة واحدة من المورث .واليك بعضا منها:
1- عندما ينتجالمورث المعطوب (المصاب بطفرة) بروتين غير طبيعي ( معطوب ) فيفسد هذاالبروتين ،البروتين الطبيعي الموجود في الخلية والذي ينتجه المورث السليم .
2-عندما تكون الكمية التي ينتجها المورث السليم لا تكفي في سد النقص الحادثمن عطب في المورث الثاني ، كأن تحتاج الخلية مثلا لكمية معينة(100 وحدةمثلاً) من البروتين المسمى ببروتين الفراكس ،مثلاً.،لذلك فإن المورثالسليم لوحدة لا يستطيع أن ينتج المائة وحدة لوحدة لان طاقته الإنتاجية لاتتعدى 50 وحدة حد أقصى ،لذلك فالكمية في داخل الخلية تكون ناقصة،وهنا يحدثالمرض.
3- قد تؤثر الطفرة على المورث بشكل عكسي،،فبدلاً من أن تقلالكمية التي ينتجها المورث المصاب بالطفرة حدث العكس وزادت الكمية المنتجةو المسموح به داخل الخلية وهذه الزيادة بطبع تؤذي الخلية و يحدث المرض.
تأثيـر الطفـرات
كلخلية في الجسم كما ذكRNA يوجد فيها نفس عدد المورثات الموجودة في بقيةالخلايا. فهل يعني أن وجود مورث معطوب في جميع خلايا الجسم يؤدي إلى إصابةجميع أعضاء الجسم بالمرض؟
الجواب لا ليس بالضرورة. إن الخلية التي لاتحتاج للمادة البروتين التي ينتجه هذا المورث لا تتأثر إطلاق بوجود هذهالطفرة لأنها ببساطة لا تحتاج هذا البروتين . ولنتخيل مثلا أن الرجل ما–مثلا- إحدى المورثات تالفة . هذا المورث مهم لخلايا العين بشكل خاص لذلكقد يحدث مرض في عينه، ولكن ليس حتميا أن تتأثر بقية الأعضاء بهذا التلف،لأنها كما قلنا ليست في حاجه للمادة التي ينتجها هذا المورث المعطوب.هذامن جهة، ولكن في بعض الأحيان قد يكون المورث مهم لعدة أعضاء في الجسم وليسعضو واحد، فمثلا من الممكن أن تكون هذه المادة مهمة للعين ، وللقلب والمخ .
ممايؤدي إلى أذية ومرض الخلايا الموجودة في هذه الأعضاء فتؤدي بأمراض في هذهالأعضاء الثلاثة. لذلك قد يصاب بعض الناس بمرض وراثي في بعض لأعضاء ناتجعن طفرة ( تلف ) في مورث واحد .يجعلهم يعانون من عدة مشاكل في أعضاءمختلفة من أجسامهم قد تبدوا لنا من أولى وهلة ليس بينها علاقة أو روابط .

مثلاًمرض الابيضاض الوراثي : يكون فيه الجلد شديد البياض والشعر فاتح اللونوالعينين زرقاوان ( يحدث نتيجة نقص بروتين خميرة ) يحتاجه الجلد لتكوينالصبغة الجلدية ولكن هذا البروتين مهم أيضا لشعر وللعينين .ونظرا لان هذاالبروتين غير مهم لخلايا الكبد والقلب –مثلا-لا تتأثر هذه الأعضاء بالمرضحتى وان كان جميع خلايا الكبد والقلب فيها هذا المورث المعطوب.
كيف تحدث الطفرة المورثية
يمكن تقسيم الطفرات التي تطرأ في ال DNA بحسب نوع الضرر الذي تحدثه في الحمض النووي ...
1– الطفرة بالتبديل : (missense or Substitution mutation)تتم هذه الطفراتبتبديل نيوكليوتيد معين من الشريط مما يؤدي الى تغيير نيوليوتيد الـmRNAالمنسوخ عنه ... قد يؤدي إلى تغيير حمض أميني واحد الأحماض الامينيةالناتجة عن عملية تجميعها قبل تشكيل البروتين مما يغير خصائص هذا البروتين
هذه الصورة مقارنة بين الDNA السليم و DNA حدثت فيه طفرة بالتبديل كما نرى باللون الاصفر الحمض الاميني الجديد
مرض بروجيريا .. (اغتيال الطفولة)
مرضبروجيريا لا يعتبر وراثيا بالمعنى الصحيح إذ لا ينتقل إلى المريض من أحدالوالدين, بل ينتج عن طفرة بالتبديل جينية تجري في الجنين خلال الحمل.
وقدظلت الموروثة المسؤولة عن هذا المرض مجهولة لمدة طويلة نظرا لصعوبات تقنيةعديدة أهمها أن عدد المرضى المستهدفين للدراسة قليل و يتوزع في مناطقمتباعدة, إلا أن العلماء توصلوا مؤخرا لمعرفة السبب, فقد ألقى بعضالباحثين نظرة على المنظومة الجينية لعشرين مريضا بالبروجيريا وآبائهم,فوجدوا أن 18 مريضا من هؤلاء يحملون التغاير نفسه في جين LMNA الموجود على(الكرموزوم رقم 1). وكان الخلل هو استبدال لقاعدة DNA واحدة, مما أدى إلىاستبدال الحمض الأميني غوانين بالحمض الأميني أدينين وظهور المرض .

الاعراض
يبدوضحايا مرض "بروجيريا" طبيعيين عند ولادتهم, ولكن مع بلوغهم الشهر الثامنتظهر عليهم أعراض الشيخوخة المتسارعة، حيث تتجعد بشرتهم وتتخذ مظهر جلدقديم جدا، وتصبح العظام هشة, ويتساقط شعر معظم الأطفال المصابين ويصبحونصلعاً في سن الرابعة.
ولا ينمو طول الطفل ليزيد عن المتر الواحد وتشيخأعضاؤه الداخلية, وحتى كمراهقين لا يزيد وزن الأطفال المصابين بالبروجيرياعلى 13- 16كيلوغراما.ويشكو المريض غالبا من أعراض تصيب أناسا متقدمينبالسن, مثل أمراض االقلب الوعائية الشديدة severe cardiovasculardiseases, هذا بالإضافة إلى تصلب المفاصل, ويكون الرأس ضخما بالنسبة للوجهوالفك السفلي, كما أن مظهر الأطفال عموما يكون متشابها بالرغم من اختلافنسب الأطفال إلى العائلات أو العروق المختلفة.
2- الطفرة بالحذف أو الإضافة frameshift mutation :
تتمهذه الطفرة بحذف نيوكليوتيد من DNA – أو إضافته - .. مما يؤدي إلى تغييرالأحماض الامينية من النيوكليوتيد المحذوف أو المضاف و حتى نهاية الشريطالمنسوخ
وضرر هذا النوع من الطفرات يكمن في أنها تحدث تغييرا مستمرا فيشفرة الـRNA المنسوخ ... كما نعلم أن شفرة الـRNA يتم تقسيمها على شكلثلاثيات كل ثلاثية معنية بحمض أميني محدد فعند إضافة أو حذف نيوكليوتيدستنجرف جميعها كي تعطي بروتين مختلف كليا .
و هذه الجملة مثال للتوضيح ...
لدينا الجملة : THEBIGCATATETHERAT
بعد تقسيمها لثلاثيات تصبح كالتالي THE BIG CAT ATE THE RAT
عند حذف حرف تصبح الجملة THEIGCATATETHERAT
بعد تقسيمها لثلاثيات تصبح كالتالي THB IGC ATA TET HER AT
هكذا نرى أن حذف حرف واحد اثر على تشكيل باقي الكلمات ... و هذا ما يحدث في الشريط عند حذف أو إضافة نيوكليوتيد
طفرات التبديل و تأثيرها the effect of missense mutations
يوجدأنواع عديدة من طفرات التبديل ... هذه الطفرات قد لا تحدث أي تأثير علىسلسة الببتيدات المترجمة من شريط الـ mRNA و قد تحدث تأثيرات جذرية علىالسلسلة .. و فيما يلي سنعرض تقسيم طفرات التبديل بناءا على تأثيرها علىالسلسلة
هذا الجدول يعبر عن ما يلي
في السطر الأول شفرة الـ DNA الأصلية دون أن يطرأ عليها أي تغيير
في السطر الثاني شيفرة ال RNA المنسوخة عن ال DNA الذي يعلوها
و السطر الثالث يعبر عن الأحماض الاميلنية المترجمة من سلسلة RNA
TAC GTG ATA CCA AAG TAG ACT
AUG CAC UAU GGU UUC AUC UGA
Met his tyr gly phe ile -

1- الطفرة التبديلية المؤثرةMissense mutation
TAC GTG ATA GCA AAG TAG ACT
AUG CAC UAU CGU UUC AUC UGA
met his tyr arg phe ile -
كمافي الجدول مكان الطفرة محدد باللون البرتقالي , يتم تبديل ينولكليوتيد Cبالنيوكليوتيد G من الـDNA الأصلي مما يؤدي إلى تغيير في الـ RNA المنسوخ... و هذا التبديل يغير في الثلاثية المسؤولة حمض الغلايسين فيتبدل هذاالحمض إلى الارجنين .. و ... هذه الطفرة أحدثت تبديل حمض إلى حمض أخرمختلف عنه كيميائيا مما يؤدي إلى تغيير البروتين الواجب تصنيعه ...
2- الطفرة التبديلية المحايدة Neutral Mutation
TAC GTG ATA CGA AAG TAG ACT
AUG CAC UAU GCU UUC AUC UGA
met his tyr ala phe ile -

فيهذه الحالة نرى انه طرأ تبديل في سلسلة الـ DNA نتج عنه تبديل حمضالغلايسين بحمض الالانين ... هذا التبديل لن ينتج عنه تأثيرات كبيرة كماحدث في الحالة السابقة .. لأن حمض الالانين لا يختلف كيميائيا بقدر يؤديإلى إحداث فرق كبير في البروتين الناتج .. فكلا الحمضين غير قطبيين و هذاما يجعل هذه الطفرة غير مؤثرة
عندما درس العلماء هذا النوع من الطفرات ذهلوا بسبب لأن إمكانية حدوثها كانت أعلى مما توقعوا و هي من أكثر الطفرات انتشارا
3- الطفرة التبديلية الصامتة Silent mutations
TAC GTG ATA CCG AAG TAG ACT
AUG CAC UAU GGC UUC AUC UGA
met his tyr gly phe ile -
هذا النوع من الطفرات لا يؤثر على سلسلة الأحماض الامينية إطلاقا ..
فندما يتم تغيير نيوكليوتيد يعطي شفرة ثلاثية أخرى تعطي نفس الحمض الاميني .. و لذا سمي هذا النوع بالطفرة الصامتة
4- الطفرة التبديلية المثبطة Nonsense mutations
TAC GTG ATT CCA AAG TAG ACT
AUG CAC UAA GGU UUC AUC UGA
met his - - - - -

هذاالنوع من الطفرات عبارة عن تغييرات في سلسلة DNA ينتج عند نسخ ال mRNAمنها شفرة توقف .. و في هذه الحالة ينتج لدينا بروتين مثبَط لا وظيفة له
و هناك حالات أخرى يحدث فيها طفرات كـ طفرة المضاعفةDuplications mutations
التي تحدث خلال تكرر استنساخ احد فقرات المورث. فتُحدث نسخة إضافية من احد المورثات
هذا النوع من الطفرات لها خصائص تجعلها مفيدة بسبب:
1- عبر الزمن يمكن أن تكون واحدة من هذه الطفرات أساس لظهور وظيفة جديدة مميزة وبالتالي أساس للانتخاب الطبيعي.
2-عندما يبقى مورثين متوازيين متساوين في التتالي والوظيفة، فأن ذلك يبقىمستودعا احتياطي للتغييرات. هذا يوضح مبدأ المورث السائد والمورث المسود،حيث المسود يكون على المورث الموازي.
بعد طفرة استنساخية، نرى أن وبعد زمن من الأجيال يتشكل احد الأمرين:

ظاهرةفي مجموعة الأحفاد تسلط الضوء على اختلاف عن بقية المجموعة الأصلية التيانفصلت عنها و لهذا تتميز بقدرتها على خلق حاجز بيولوجي بين المجموعةالأصلية، مما يعني ظهور فصيلة جديدة غير قادرة على التزاوج مع الأصل.
احتمالات حدوث الطفرة وضرورتها
الطفرةيجب أن تحدث في المادة الوراثية المشاركة بالعملية الجنسية للتكاثر، حتىيمكنها الانتقال إلى الأجيال اللاحقة والبقاء في الحوض الوراثي. وعلى عكسالانتخاب الطبيعي، الذي يقلل كمية التنوع في الحوض الوراثي. نرى الطفراتتزيد التنوع عبر إدخال مورثات جديدة إلى الحوض الوراثي .
عملية نسخ الـDNA عالية الدقة، والأخطاء في النسخ تتراوح بين خطأ واحد من مليار، حتىواحد من بليون حرف. غير أن احتمال إصابة الجين بالطفرة لا يزيد عن1\100000 إلى 1000000. ومن حيث أن الإنسان يملك 30000 جين، فمن المتوقع أنتصاب ستة جينات على الأقل بطفرة واحدة لكل منها، مما يجعل الطفرة ظاهرةطبيعية شائعة.
حسب ما نعرف اليوم فأجزاء كبيرة من شريط الـ DNA "عاطلة"وراثيا، أي أنها تنسخ من جيل لآخر، ولكنها ليست "فعالة"، أي لا يتم تركيبالبروتينات بناء على معلوماتها، وبالتالي لا تدخل في تحديد صفات الكائنالحي.
جزء كبير من الطفرات يحصل في الأجزاء العاطلة من المادة الوراثيةالتي لا تحتوي على مورثات فعالة. ولذلك تعتبر معظم الطفرات "محايدة"بالنسبة للانتخاب الطبيعي. أي أنها لا تزيد فرص حياة الكائن ولا تنقصها ولا تزيد احتمالية ظهور صفات جديدة
عدد الطفرات هو المحدد الأساسي لسرعةالتطور، لأن الطفرات هي ما يدخل التنوع إلى الحوض الوراثي. ولكن على المدىالقصير، يمكن للحوض الوراثي أن يتطور بسرعة نسبيا من الطفرات "المخزنة" فيالمادة الوراثية العاطلة. ولكن طريق الطفرة حتى تصبح ميزة تجاه الانتخابالطبيعي لا يزال طويلا.

- كما قلنا الكثير من الطفرات تصب في الأجزاء العاطلة من المادة الوراثية
-في الكائنات التي تتكاثر عن طريق التزاوج، يأتي نصف المادة الوراثية منأحد الزوجين، وبالتالي فقد تبقى الطفرة في الجزء الذي لم يستخدم.
-الكثير من الصفات الوراثية يتكون من زوج من الصفات، واحدة مسيطرة والأخرىضعيفة، وكثيرا ما تكون الطفرة في الصفة الضعيفة. وبالتالي لا تتفعل الطفرةفي حياة الكائن الحي في هذا الجيل. وتبقى الطفرة كامنة حتى يصبح هناك عددكاف من الأفراد يحملون الصفة الضعيفة قبل أن يتشكل أفراد يحملون الطفرةبشكل مضاعف.
- معظم الطفرات التي تظهر بشكل مورثات فعالة تؤدي إلى حصولأخطاء في عمل المادة الوراثية (أمراض أو تشوهات وراثية)، وبالتاليفالأفراد الذين يحملون هذه الصفات تتم تصفيتهم عبر الانتخاب الطبيعي،فيموتون في عمر مبكر دون أن يورثوا الطفرة للأجيال القادمة.
اسباب الطفرات:
هناكعدة أسباب لنشوء الخطأ، أهمها خطأ بسبب النقل من النواة إلى الناقل RNA أومن الناقل إلى البلازما. كما يمكن أن ينشئ الخطأ في عملية انقسام الخليةبسبب التأثر بالمواد الكيماوية أو الإشعاعية أو بسبب فيروس. في الكائناتالمتعددة الخلايا يمكن للطفرة أن تحدث عند استنساخ احد الخلايا المتعددة،مما يعني أن كثرة الخلايا تزيد من فرصة الإصابة بالطفرة. الأمر الذي منالممكن أن يؤثر على احد الوظائف للكائن، ليؤدي إلى المرض أو الموت أوأفضلية أو لا شئ على الإطلاق، ولكنها على كل الأحوال تنضم إلى حوضالتغييرات الوراثية الكامنة أي الحيادية. الطفرات الحيادية جزء من نظريةPunctuated equilibria التي عوضت عن خطأ في نظرية داروين والتي يمكناختصارها محتواها بالعرض التالي:
الطفرات التي حفظت في حوض الطفراتالكامنة قد تستخدم في المستقبل عند حدوث تغيرات تضع الكيان الحي أماماختبار القدرة على المقاومة من اجل البقاء. وعلى عكس الانتخاب الطبيعي،الذي يقلل كمية التنوع في الحوض الوراثي. نرى الطفرات تزيد التنوع عبرإدخال مورثات جديدة إلى الحوض الوراثي
إصلاح الدي ان اي DNA Repair
إنالحمض النووي في الخلية خاضع للعديد من التغييرات الكيميائية , و لكي تبقىالشفرات المرمزة في شريط الDNAفعالة فيجب على هذه التغيرات الكيميائية أنتصحح و أي فشل في هذا التصحيح يؤدي الى ظهور الطفرة .ان النشرة الأخيرةللجينوم البشري أوضحت وجود 130 مورث تساهم منتجاتها في عملية تصليح ال DNAداخل الخلية
العوامل التي تؤدي إلى ضرر ال DNA
•الإشعاعات ذات طولموجي محدد.مثل إشعاعات التأين (gamma rays and x-rays) أشعة غاما و أشعة xو أشعة UV-C "الفوق بنفسجية" ذات الطول الموجي (~260 nm) التي تنغمس بشدةفي ال DNA , و أيضا الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي الأكبر UV-Bالتي تؤثر أيضا على غلاف الأوزون
•الاوكسيجين الراديكالي ذو النشاط الكيميائي المرتفع الذي ينتج عن العمليات الحيوية داخل الخلايا
•الموادالكيميائية المتواجدة في البيئة .. كبعض الهيدروكربونات كالمتواجدة فيالسجائر و بعض المنتجات الميكروبية أو النباتية .. كالالفاتوكسين
•بعض الكيماويات المستخدمة في علاج الامراض كالسرطان مثلا
أنواع الضرر في ال DNA
1-أضرارتخص الأربع قواعد في ال DNA (A, T, C, G) فيمكن أن تتحور او تساهميا وتوضع بأماكن مختلفة أو يمكن حدوث عدم توافق في ارتباط النيوكليوتيداتالمتقابلة.و من أكثر الحالات انتشارا تبديل زمرة امينية ( أي القيامبعملية ("deamination") لتؤدي الى تغيير نيوكليوتيد .. C إلى T مثلا . ويمكن عدم التوافق بين النيوكليوتيدات بسبب فشل تفسيرو قراءة ال DNAأثناءالتصنيع المثل الأكثر انتشارا : اندماج البيرميدين يو pyrimidine Uالمتواجد في الRNA بشكل طبيعي بدلا من T
2-الكسر في شريط الأساس
يمكنأن يقتصر على كسر في شريط واحد من الDNAليسمى ب كسر شريط وحيد (asingle-stranded break, SSB) .و يمكن أن يكسر كلا الشريطين ليسمى بكسرشريط مضاعف (a double-stranded break (DSB) يمكن أن يسببه الإشعاعاتالتأينية , و المنتجات الأيونية تقوم به بشكل أفضل
3-الارتباط العبوري Crosslinks الذي يمكن أن يتشكل بين القواعد
قد يحصل بين قواعد الشريط الواحد .. أو في القواعد المتقابلة لكلا الشريطين
يسببه الأدوية الكيميائية
تصليح القاعدة المتضررة
القواعد المتضررة أو غير المتوافقة يمكن أن تصلح بعدة طرق
•العكس الكيميائي المباشر .. ( بعكس التفاعل الذي أدى اليها)
•تصليح القطع المتضررة : تزال فيه القاعدة أو القواعد المتضررة و تستبدل بقاعدة صحيحة في موضع الخلل الذي حدث في ال DNA
هناك 3 أنماط لتصليح القطع المتضررة و لكل طريقة تختص مجموعة من الأنزيمات
1-تصليح قطع القواعد Base Excision Repair (BER)
2-تصليح قطع النيوكليوتيدات Nucleotide Excision Repair (NER)
3-تصليح عدم التوافق Mismatch Repair (MMR)

1-العكس المباشر للضرر الأساسي
إنأكثر سبب لحدوث الضرر في ال DNA و الطفرات الجينية عند الإنسان هو الإضافةالتلقائية للمجموعة الميتيلية (CH3-) كمثال لعملية الالكلة ( نزع زمرةالكينية ) .. لحسن الحظ معظم هذه التغييرات تُصلح بفعل انزيمات تسمىبالغلايكوسيلاز glycosylases .. فعندما يحدث عدم توافق اثر تبديل C ب Tاثر عملية الالكلة ... تقوم هذه الانزيمات بإصلاح عدم التوافق الحاصلبإعادة T إلى C و هذا يتم بدون الحاجة إلى تكسير الDNAو كسر الأشرطة .
بعضالعقاقير المستخدمة لعلاج السرطان chemo تحدث ضررا في الDNAعبر الالكلةبعض زمر الاكيل يمكن أن تزال بفعل بروتين ناتج عن الجين MGMT , هذاالبروتين قادر على القيام بهذه العملية مرة واحدة فقط لذا فإزالة كل الزمرتتطلب جزيئات إضافية من البروتين آليات العكس المباشر للضرر تعاني من بعضالمشاكل و اهمها ان هذه الاليات تعتبر مبذرة جدا !!!
التبديلات التيتحدث في ال DNAلا تعد و لا تحصى و كل تبديل على حدى يحتاج لالية مخصصة لذاتحتاج الخلية لاليات اكثر عمومية قادرة على تصحيح كل انواع الضررالكيميائي مع عدة عمل محددة ... هذه الحاجة تقابل باليات التبديل للقطعالمتضرر
2-آليات تصليح القطع المتضررة

1-تصليح قطع القواعد Base Excision Repair (BER)
.. يمكن تلخيص العملية فيما يلي فيما يلي :
•إزالةالقاعدةِ المتضرّرةِ ( و تحدث تقريبا 20,000 مرة في خلايا جسمنا يوميا )عبر أنزيم DNA glycosylase , يوجد لدينا على الأقل 8 مورثات تشفر DNAglycosylase مختلف عن الأخرى و كل أنزيم مسئول عن إزالة خطأ معين من الضررالذي يصيب القواعد
•ثم يقوم نفس الإنزيم بإزالة الريبوز و الفوسفاتالمتعلقة بهذه القاعدة من شريط الDNA.. مخلفة بعد ذلك فجوة , يوجد لديناجينان مسئولان عن تشفير أنزيمات لهذه الوظيفة ... يقوم بهذه العملية أنزيمAP endonuclease لدى بكتيريا E.coli ... المقصود ب (AP) .. الموقع المصاب.. "abasic site" أو "AP site”

•إعادة وضع النيوكليوتيد الصحيح ..و هذه العملية تعتمد على DNA polymerase beta, .. و هو واحد من 11 DNApolymerases مشفرة في جيناتنا
•ثم إعادة تغليف الكسر في سلسة ال DNA ..يوجد إنزيمان يستطيعان القيام بهذه العملية .. في بكتيريا E.coli هما DNApolymerase I و DNA ligase و كلاهما يحتاجان ال ATP لتأمين الطاقة اللازمة



2-تصليح قطع النيوكليوتيدات Nucleotide Excision Repair (NER)
يختلف ال NER عن الطريقة الأولى بعدة نقاط
1-تستخدم أنزيمات مختلفة
2-فيحالة وقوع ضرر لدى قاعدة واحدة فقط تقوم هذه العملية بإزالة مكان واسع حولالمنطقة المتضررة حتى في حال سلامة النيوكليوتيدات المحيطة .. فهذهالطريقة تزيل رقعة كبيرة حول الضرر
الطريقة :
•الضرر يتم التعرف عليه من قبل مجموعة من العوامل البروتينية ( أو عامل واحد فقط) ... و تتجمع جميع هذه العوامل حول المنطقة المتضررة
•الDNAيرخىو يتفكك معطي فقاعة . و مجموعة الإنزيمات التي تقوم بهذا العمل هي عواملالنسخ IIH, TFIIH .. وهي تقوم أيضا بوظيفة في تصنيع الDNA
•التفككات و التقطيعات تحدث في طرفي المكان المتضرر (3' و 5' ) ... و بهذا يمكن إزالة المنطقة التي تحتوي على الضرر
• يتم تصليح الأضرار بتبديل النيوكليوتيدات بوجود الأنزيم polymerase delta و polymerase epsilon
•يقومال DNA ligase بإعادة وصل قطع الDNAبربطها تساهميا في كل سلسة على حدا فيبكتيريا E.Coli ... البروتينات UvrA, UvrB, UvrC مسؤولة عن إزالةالنيوكليوتيدات المتضررة و ما حولها .. و يتم ملئ الثغرات بمساعدة DNApolymerase I و DNA ligase و في الخميرة ... بروتينا شبيهة بروتينات Uvrتسمى RADxx ... RAD تعود لكلمة radiation أي إشعاع .. من الأمثلة عليهاRAD3, RAD10 ..
من أقوى الأمثلة عن الأمراض التي تحدث بسبب فشل هذه العملية
مرض تشقق الجلد Xeroderma Pigmentosum (XP)
هذا المرض هو مرض وراثي يصيب البشر .. و هو نادر الحدوث ...
يسببهذا المرض مشاكل جلدية كجروح و بقع ذات ألوان تتدرج بين البني و الأحمر والوردي أحيانا لدى التعرض للشمس .. و هو أشبه بحالة متفشية من سرطان الجلد
إن هذا المرض تسببه طفرة تقع في بضع جينات .. جميعها لها دور في Nucleotide Excision Repair منها :
•XPA الذي يشفر البروتين الذي يربط المواقع المتضررة و يساعد على تجميع بروتين آخر يلعب دور في نفس عملية التصليح ذاتها
•XPD و XPD ... هما جزء من TFIIH و بعض الطفرات التي تطرأ في XPB وXPD تتسبب في الشيخوخة المبكرة ..
•XPF , الذي يقص السلسة من طرف 5' من الضرر
•XPG , الذي يقص السلسة من طرف 3' من الضرر

- يوجد نوع من تصليح الDNAبطريقة NER ... تسمى الآلية ب Transcription-Coupled.. أوالية تصليح النسخ المضاعف ..
هذه الآلية تقوم بالتصليح بشكل سريع جدا و فعال
و تحدث في الخلايا التي تتضاعف و تنسخ جيناتها بشكل سريع .. و لسلسة الDNAالذي يعمل أساس لعملية النسخ
يحدثهذا التصليح على XPB, XPD و بعض الجينات الأخرى .. بشكل أساسي والبروتينات التي تقوم بالوظيفة الفعالة هي بروتينات CSA و CSB ...(الطفرات فيها تسبب فوضى في الكروموزومات تؤدي لمتلازمة كوكاين Cockayne'ssyndrome )
يساهم منتج CSB في النواة مع RNA polymerase II ... المسئولعن تشكيل الRNA الرسول (mRNA) ليشكل وصلة بين في النسخ و التصليح لدورهالمشترك في العمليتين
يمكن اختصار جميع ما ذكرت فيما يلي :
إذا قامRNA polymerase II, بالمرور على السلسلة المنسوخ منها في الDNAو التقى معقاعدة متضررة .. يمكن أن يوظف بروتين آخر ... مثل البروتينات CSA و CSB..ليقوم البروتين المستدعى بالتصليح الفوري للقاعدة المتضررة قبل إنهاء النسخ
3- تصليح عدم التوافق Mismatch Repair (MMR)
يحدثهذا التصليح في النيوكليوتيدات السليمة تركيبيا ..لكن التي تعاني من أخطاءفي الاقتران ... تنافي ما وضعه واستون و كريك Watson-Crick بخصوص اقترانالنيوكليوتيدات .. (A>><><
و هذه الطريقةقد تستخدم إنزيمات مستعملة في العمليتين لسابقتين (BER) و (NER) .. و أيضااستعمال إنزيمات أخرى لم تدخل في العمليتين مختصة لهذه الوظيفة
التعرفعلى مكان عدم التوافق يتطلب بعض البروتينات من ضمنها بروتين مشفر في الجينMSH2.و قص عدم التوافق يتطلب بروتينات اخرى مختلفة و تتضمن البروتينالمشفر في الجين MLH1.إن نقص الجينات MLH1و MSH2 يؤدي إلى سرطان كولونموروث .. إذ يعتبر هذان الجينان مخمدات للتورم
الآلية المحددة للتعرف على عدم التوافق في الDNAالبشري غير مكتشفة حتى الان ..
امافي بكتيريا E.coli فيتم التعرف عن طريق methylase (مفكك لمركبات ميثيل)يدعى "Dam methylase" الذي يستطيع أن يُميثلَ كُلّ الأدينين الذي يقع ضمنسلسلة (5')GATC ,بعد تصنيع ال DNAيتميثل الشريط المنسوخ منه .. أما الشريطالمنسوخ ( اي الجديد ) لم تتم ميثلته , هكذا يمكن أن يحدث اختلاف بينالشريط الأصلي و المنسوخ
• تبدأ عملية التصنيع بالبروتين MutS الذييرتبط بالثنائيات الغير متوافقة .. ثم يقوم البروتين MutL بربط هذا المعقدو ينشط عمل بروتين آخر هو MutH ليقوم بنفس المهمة
• تفعيل MutH ينتج عنه شق السلسلة GATC عند السلسة المنسوخ منه الDNA
• ثم تتم ازالة القطعة المشقوقة في السلسلة ذات عدم التوافق بفعل إنزيم exonuclease و بمساعدة helicase II و بروتين SSB ...
•إذا حدث الشق عند الطرف 3' من عدم التوافق ستتم هذه الخطوة بفعل إنزيمexonuclease I الذي يقوم بإنزال السلسة الوحيد فقط في الجهة 3' نحو الجهة5'
• أما إذا حدث الشق عند الطرف 5' من مكان عدم التوافق فتحدث العملية بفعل انزيم exonuclease VII أو RecJ
• و تقوم الأنزيمات polymerase III و DNA ligase بإملاء الثغرة التي تخلفها الخطوات السابقة
•المسافة بين طرف GATC و نقطة عدم التوافق قد تتعدى على 1000 زوج قاعدي لذا فيعتبر تصليح عدم التوافق غير مجدي

تصليحعدم التوافق في حقيقيات النوى قد يكون قريب جدا منه في بكتيريا E.Coli , وقد اكتشف وجود MutS و MutL في الخميرة و في الثديات و في حقيقيات نوىاخرى ,
MSH1 و MSH5 مماثلات ل MutS و MLH1 و PMS1 و PMS2 مماثلات أيضا ل MutL

كسر سلاسل ال DNA و تصليحها
الإشعاعات و المواد الكيميائية قد تؤدي إلى كسر احد أو كلا سلاسل الDNA
كسر في سلسلة واحدة

كسر مضاعف ( في السلسلتين)
1-الكسور في السلسة الواحد Single-Strand Breaks (SSBs)
يتم تصليح هذه الكسور باستخدام نفس الانزيمات المستخدمة في نظام تبديل القاعدة التضررة (BER).
2-الكسور المزدوجة في كلا السلستين Double-Strand Breaks (DSBs)
هناك اليتان تحاول فيها الخلية تصليح الكسور المكتملة في جزيئة الDNA
•خاصا( يدعى Ku ) للتعرف على المناطق المسورة و الارتباط بالنهايات المسكورة ووصلها ببعضها مرة أخرى. هذا الأمر سيتم بشكل أفضل إن وجدت النيوكليوتيداتالمكملة .. لكن يمكن أن يتم بدونهم ... هذا النوع من الانضمام يسمى أيضاNonhomologous End-Joining (NHEJ)... أي ارتباط النهايات غير المتماثلة ...
-الخطأ في الارتباط قد يسبب أخطاء في الترجمة مما يؤدي إلى الكثير من المشاكل الوراثية و الطفرات
•إعادة التجميع المتماثل : هنا تصلح النهايات المكسورة باستخدام معلومات على الجزء السليم