Reparatur

Fast alle Wege folgen demselben Muster: Schaden erkennen, Stück ausschneiden, nach der Vorlage des Gegenstrangs auffüllen, mit der Ligase verschließen.

Fehler beim Kopieren

Beim Korrekturlesen entfernt die Polymerase selbst ein falsch eingebautes Nukleotid mit ihrer 3'→5'-Exonuklease und baut danach das richtige ein. Nicht jede Polymerase kann das. Was durchrutscht, fängt die Mismatch-Reparatur nach der Replikation ab.

Erkennungsproteine (E. coli: MutS und MutL) spüren die Verformung einer Fehlpaarung. Die Zelle muss den neuen, fehlerhaften Strang vom alten unterscheiden, bei E. coli an der noch fehlenden Methylierung. Eine Exonuklease entfernt ein Stück des neuen Strangs, Polymerase und Ligase füllen und schließen.

Schäden an Basen

Bei der Basenexzision ersetzt die Zelle eine einzelne veränderte Base, etwa nach Desaminierung (aus Cytosin wird Uracil).

Größere Schäden, die die Helix verformen, behebt die Nukleotidexzision. Das Standardbeispiel sind Thymin-Dimere durch UV-Licht: Zwei benachbarte Thymine desselben Strangs verkleben und blockieren die Polymerase.

Endonukleasen schneiden links und rechts des Schadens, das ausgeschnittene Oligonukleotid wird entfernt, Polymerase und Ligase füllen und schließen. Ist die NER angeboren defekt, entsteht Xeroderma pigmentosum mit extremer UV-Empfindlichkeit.

Doppelstrangbruch

Reißen beide Rückgrate, ist das der gefährlichste Schaden. Es gibt zwei Wege:

Beim NHEJ (nicht-homologe Endverknüpfung) halten Ku-Proteine die Bruchenden zusammen, und die Ligase IV verbindet sie direkt, dabei können Nukleotide verloren gehen.

Bei der homologen Rekombination dringt ein Bruchende mit Hilfe von Rad51 in das Schwesterchromatid ein, und die Polymerase verlängert es nach dieser Vorlage.

Vom Schaden zur Mutation

Fehlerhafte Reparatur und spontane Prozesse können Mutationen hinterlassen. Häufen sie sich in Genen für die Zellzyklus-Kontrolle, kann ein Tumor entstehen. Bei zu starkem Schaden löst die Zelle die Apoptose aus, den programmierten Zelltod.