Nøgleforskellen mellem ikke-homolog endesammenføjning og homolog direkte gentagelse er, at ikke-homolog endesammenføjning er en vej, der reparerer dobbeltstrengsbrud i DNA, der ikke kræver en homolog skabelon til at guide reparation, mens homolog direkte gentagelse er en vej der reparerer dobbeltstrengede brud i DNA, der kræver en homolog skabelon til at guide reparation.
DNA-reparation er en proces, hvor en celle identificerer og korrigerer skader på DNA-molekylerne. Generelt kan normale metaboliske aktiviteter og miljøfaktorer såsom stråling forårsage DNA-skader. Disse faktorer kan resultere i titusindvis af individuelle molekylære læsioner pr. celle pr. dag. DNA-dobbeltstrengsbrud reparationsveje er DNA-reparationsveje i biologiske celler. Der er to DNA-dobbeltstrengsbrud reparationsveje som ikke-homolog endesammenføjning og homolog direkte gentagelse.
Hvad er Nonhomologous End Joining?
Nonhomolog endesammenføjning (NHEJ) er en vej, der reparerer dobbeltstrengsbrud i DNA og ikke kræver en homolog skabelon til at guide reparation. Denne vej blev fundet af Moore og Haber i 1966. Denne vej er typisk styret af korte homologe DNA-sekvenser (mikrohomologier), der ofte er til stede i enkeltstrengede udhæng på enderne af dobbeltstrengsbrud. Når udhængene er kompatible, reparerer NHEJ-vejen de dobbelte strenge brud nøjagtigt. Men når udhængene ikke er perfekt kompatible, fører det til upræcis reparation, der vil forårsage tab af nukleotider. Den uhensigtsmæssige NHEJ-vej kan føre til translokationer, telomerfusioner og kendetegn ved tumorceller.
Figur 01: Ikke-homolog slutforbindelse
NHEJ-vejen har tre hovedtrin: endebinding og binding, endebehandling og ligering. Hos pattedyr er proteiner kaldet Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), DNA-PKcs, Ku (Ku70 & 80) involveret i endebrodannelse. Slutbehandlingstrinnet involverer fjernelse af mismatchede eller beskadigede nukleotider og resyntese af DNA ved hjælp af DNA-polymeraser (gab-filling). Fjernelse af mismatchede eller beskadigede nukleotider udføres af nukleaser såsom Artemis. X-familiens DNA-polymeraser Pol λ og μ i pattedyr udfører huludfyldningen. Slutbehandling er ikke nødvendig, hvis enderne allerede er kompatible og har 3'hydroxyl- eller 5'phosphattermini. Ydermere udføres det sidste ligeringstrin ved ligeringskompleks IV, der består af DNA-ligase IV og dets cofaktor XRCC4.
Hvad er homolog direkte gentagelse?
Homolog direkte gentagelse (HDR) er en vej, der reparerer dobbeltstrengsbrud i DNA ved brug af en homolog skabelon til at guide reparation. Den mest almindelige måde til homolog direkte gentagelse er gennem homolog rekombination. HDR-mekanisme er kun mulig, når der er et homologt stykke DNA i kernen, for det meste i G2- og S-fasen af cellecyklussen. Den biologiske vej for HDR starter med phosphorylering af histonprotein kaldet H2AX i det område, hvor DNA-dobbeltstrengsbrud forekommer. Dette tiltrækker andre proteiner til det beskadigede sted. Så binder MRN-kompleks til beskadigede ender og forhindrer kromosombrud. MRN-kompleks holder også knækkede ender sammen. Senere behandles DNA-ender på en sådan måde, at unødvendige rester af kemiske grupper fjernes, og der dannes enkeltstrengede udhæng.
Figur 02: Homolog direkte gentagelse
Hvert stykke enkeltstrenget DNA er dækket af proteinet kaldet RPA, og dets funktion er at holde enkeltstrengede DNA-stykker stabile. Herefter erstatter Rad51 RPA-proteinet. Når Rad51 arbejder sammen med BRCA2, kobler Rad51 desuden et komplementært DNA-stykke, der invaderer den knækkede DNA-streng for at danne en skabelon for DNA-polymerase. DNA-polymerasen holdes på DNA af et andet protein kendt som PCNA. I sidste ende syntetiserer polymerasen den manglende del af den knækkede streng. Ydermere, når den knækkede streng gensyntetiseres, skal begge strenge afkobles igen. Der foreslås modeller til adskillige måder at afkoble på. Efter at strengene er adskilt, er processen fuldført.
Hvad er lighederne mellem ikke-homolog endesammenføjning og homolog direkte gentagelse?
- Ikke-homolog endesammenføjning og homolog direkte gentagelse er to DNA-dobbeltstrengede brud-reparationsveje.
- MRN-kompleks er involveret i begge veje.
- Nukleaser er involveret i begge veje.
- DNA-polymeraser er involveret i begge veje.
- Disse mekanismer kan findes i både prokaryoter såvel som eukaryoter.
- De er begge afgørende mekanismer for celleoverlevelse.
Hvad er forskellen mellem ikke-homolog endesammenføjning og homolog direkte gentagelse?
Ikke-homolog endesammenføjning er en pathway, der reparerer dobbeltstrengsbrud i DNA, der ikke kræver en homolog template for at guide reparation, mens homolog direkte gentagelse er en pathway, der reparerer dobbeltstrengsbrud i DNA ved hjælp af en homolog template. Dette er således den vigtigste forskel mellem ikke-homolog endesammenføjning og homolog direkte gentagelse. Ydermere er homolog rekombination ikke involveret i ikke-homolog endesammenføjning, mens homolog rekombination er involveret i homolog direkte gentagelse.
Nedenstående infografik præsenterer forskellene mellem ikke-homolog endesammenføjning og homolog direkte gentagelse i tabelform til sammenligning side om side.
Opsummering – ikke-homolog slut-sammenføjning vs homolog direkte gentagelse
DNA-reparation kan udføres af forskellige mekanismer, såsom direkte reversering, reparation af enkeltstrengsskader, reparation af dobbeltstrengsbrud og translesionssyntese. Ikke-homolog endesammenføjning og homologe direkte gentagelser er to DNA-dobbeltstrengsbrud-reparationsveje. Ikke-homolog endesammenføjning kræver ikke en homolog skabelon til at guide DNA-reparationsvejen. Homolog direkte gentagelse er en vej, der kræver en homolog skabelon til at guide DNA-reparation. Så dette er den vigtigste forskel mellem ikke-homolog endesammenføjning og homolog direkte gentagelse.
