Nøkkelforskjell – reparasjon av uoverensstemmelse vs nukleotideksisjonsreparasjon
Tis og tusenvis av DNA-skader oppstår i cellen per dag. Det induserer endringer i celleprosessene som replikasjon, transkripsjon så vel som cellens levedyktighet. I noen tilfeller kan mutasjoner forårsaket av disse DNA-skadene føre til skadelige sykdommer som kreft og aldringsassosierte syndromer (f.eks. Progeria). Uavhengig av disse skadene, initierer cellen en svært organisert kaskadereparasjonsmekanisme k alt DNA-skaderesponser. Flere DNA-reparasjonssystemer er identifisert i cellesystemet; disse er kjent som Base excision repair (BER), Mismatch repair (MMR), Nucleotide excision repair (NER), Reparasjon av dobbeltstrengsbrudd. Nukleotideksisjonsreparasjon er et svært allsidig system som gjenkjenner voluminøse helix-forvrengnings-DNA-lesjoner og fjerner dem. På den annen side erstatter mismatch reparasjon feilinkorporerte baser under replikering. Den viktigste forskjellen mellom reparasjon av mismatch og nukleotideksisjonsreparasjon er at nukleotideksisjonsreparasjon (NER) brukes til å fjerne pyrimidin-dimerer dannet av UV-bestråling og voluminøse helixlesjoner forårsaket av kjemiske addukter, mens mismatch-reparasjonssystem spiller en viktig rolle i å korrigere feilinkorporerte baser som har rømte fra replikasjonsenzymer (DNA-polymerase 1) under postreplikasjon. I tillegg til mismatchede baser, kan MMR-systemproteiner også reparere innsettings-/delesjonsløkkene (IDL) som er resultater av polymeraseglidning under replikering av repeterende DNA-sekvenser.
Hva er Nucleotide Excision Repair?
Det mest utmerkede trekk ved nukleotideksisjonsreparasjon er at det reparerer de modifiserte nukleotidskadene forårsaket av betydelige forvrengninger i DNA-dobbelhelixen. Det er observert i nesten alle organismer som har blitt undersøkt til dags dato. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinukleaser) Uvr D (en helikase) er de mest kjente enzymene involvert i NER som utløser reparasjon av DNA i modellorganismen Ecoli. Uvr ABC multi-subunit enzymkompleks produserer Uvr A, Uvr B, Uvr C polypeptider. Genene som er kodet for nevnte polypeptider er uvr A, uvr B, uvr C. Uvr A- og B-enzymer gjenkjenner kollektivt den skadeinduserte forvrengningen som forårsakes av DNA-dobbelthelixen, slik som pyrimidindimmere på grunn av UV-bestråling. Uvr A er et ATPase-enzym og dette er en autokatalytisk reaksjon. Deretter forlater Uvr A DNA mens Uvr BC kompleks (aktiv nuklease) sp alter DNA på begge sider av skaden som katalyserte av ATP. Et annet protein k alt Uvr D kodet av uvrD-genet er et helikase II-enzym som avvikler DNAet som er et resultat av frigjøring av enkelttrådet skadet DNA-segment. Dette etterlater et gap i DNA-helixen. Etter at det skadede segmentet har blitt skåret ut, forblir et 12-13 nukleotidgap i DNA-strengen. Dette er fylt opp av DNA-polymerase-enzymet I og hakket er forseglet av DNA-ligasen. ATP er nødvendig i tre trinn av denne reaksjonen. NER-mekanismen kan også identifiseres hos pattedyrlignende mennesker. Hos mennesker er hudtilstanden k alt Xeroderma pigmentosum på grunn av DNA-dimerene forårsaket av UV-bestråling. Genene XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF og XPG produserer proteiner for å erstatte DNA-skade. Proteinene til genene XPA, XPC, XPE, XPF og XPG har nukleaseaktivitet. På den annen side viser proteinene til XPB- og XPD-gener helikaseaktiviteten som analoger med Uvr D i E coli.
Figur 01: Nukleotideksisjonsreparasjon
Hva er reparasjon av feil?
Mismatch-reparasjonssystemet initieres under DNA-syntese. Selv med den funksjonelle €-underenheten tillater DNA-polymerase III inkorporering av feil nukleotid for syntesen hvert 10.8 basepar. Mismatch reparasjonsproteiner gjenkjenner dette nukleotidet, kutter det ut og erstatter det med riktig nukleotid som er ansvarlig for den endelige graden av nøyaktighet. DNA-metylering er sentr alt for at MMR-proteiner skal gjenkjenne moderstrengen fra den nylig syntetiserte strengen. Metyleringen av adenin (A) nukleotid i et GATC-motiv av en nylig syntetisert tråd er litt forsinket. På den annen side har moderstrengen adenin-nukleotid i GATC-motivet allerede metylert. MMR-proteiner gjenkjenner den nylig syntetiserte tråden ved denne forskjellen fra den overordnede tråden og starter reparasjon av mismatch i en nylig syntetisert tråd før den blir metylert. MMR-proteinene styrer reparasjonsaktiviteten deres til å fjerne feil nukleotid før den nylig replikerte DNA-strengen blir metylert. Enzymene Mut H, Mut L og Mut S kodet av genene mut H, mut L, mut S katalyserer disse reaksjonene i Ecoli. Mut S-protein gjenkjenner syv av åtte mulige mismatch-basepar bortsett fra C:C, og binder seg på stedet for mismatch i dupleks-DNA. Med bundne ATP-er slutter Mut L og Mut S seg til komplekset senere. Komplekset translokerer noen tusen basepar bort til det finner et hemimetylert GATC-motiv. Den sovende nukleaseaktiviteten til Mut H-protein aktiveres når det finner et hemimetylert GATC-motiv. Den sp alter den umetylerte DNA-tråden og etterlater et 5′ hakk ved G-nukleotid av umetylert GATC-motiv (nysyntetisert DNA-tråd). Deretter blir den samme tråden på den andre siden av mismatchen klippet av Mut H. I resten av trinnene vil de kollektive handlingene til Uvr D et helicaseprotein, Mut U, SSB og exonuclease I fjerne det ukorrekte nukleotidet i det enkelttrådede DNA. Sp alten som dannes i eksisjonen fylles opp av DNA-polymerase III og forsegles med ligase. Et lignende system kan identifiseres hos mus og mennesker. Mutasjonen av human hMLH1, hMSH1 og hMSH2 er involvert i arvelig ikke-polypose tykktarmskreft som deregulerer celledelingen av tykktarmsceller.
Figur 02: Reparasjon av uoverensstemmelse
Hva er forskjellen mellom reparasjon av mismatch og nukleotideksisjonsreparasjon?
Mismatch Repair vs Nucleotide Excision Repair |
|
| Reparasjonssystem for feil samsvar oppstår under etterreplikeringen. | Dette er involvert i å fjerne pyrimidin-dimerer på grunn av U. V-bestråling og andre DNA-lesjoner på grunn av kjemisk addukt. |
| Enzymes | |
| Den katalyseres av Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB og eksonuklease I. | Den katalyseres av Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD enzymer. |
| metylering | |
| Det er avgjørende å sette i gang reaksjonen. | DNA-metylering er ikke nødvendig for å starte reaksjonen. |
| Action of Enzymes | |
| Mut H er en endonuklease. | Uvr B og Uvr C er eksonukleaser. |
| Anledning | |
| Dette skjer spesifikt under replikering. | Dette skjer når det utsettes for U. V eller kjemiske mutagener, ikke under replikering |
| Conservation | |
| Den er svært bevart | Den er ikke svært bevart. |
| Gap Fylling | |
| Det er gjort av DNA-polymerase III. | Det gjøres av DNA-polymerase I. |
Sammendrag – Reparasjon av uoverensstemmelse vs nukleotideksisjonsreparasjon
Mismatch repair (MMR) og Nucleotide excision repair (NER) er to mekanismer som finner sted i cellen for å rette opp DNA-skader og forvrengninger som er forårsaket av ulike midler. Disse er samlet navngitt som DNA-reparasjonsmekanismer. Nukleotideksisjonsreparasjon reparerer de modifiserte nukleotidskadene, typisk de betydelige skadene på DNA-dobbelhelixen som skjer på grunn av eksponering for UV-bestråling og kjemiske addukter. Mismatch reparasjonsproteiner gjenkjenner feil nukleotid, fjerner det og erstatter det med riktig nukleotid. Denne prosessen er ansvarlig for den endelige graden av nøyaktighet under replikering.
