Nøgleforskel – Uoverensstemmelsesreparation vs Nukleotidudskæringsreparation
Tis og tusinder af DNA-skader opstår i cellen om dagen. Det inducerer ændringer i celleprocesserne såsom replikation, transkription samt cellens levedygtighed. I nogle tilfælde kan mutationer forårsaget af disse DNA-skader føre til skadelige sygdomme som cancer og aldringsassocierede syndromer (f.eks. Progeria). Uanset disse skader initierer cellen en meget organiseret kaskadereparationsmekanisme kaldet DNA-skadereaktioner. Adskillige DNA-reparationssystemer er blevet identificeret i det cellulære system; disse er kendt som Base excision repair (BER), Mismatch repair (MMR), Nucleotid excision repair (NER), Reparation af dobbeltstrengsbrud. Nukleotidudskæringsreparation er et meget alsidigt system, der genkender voluminøse helix-forvrængning DNA-læsioner og fjerner dem. På den anden side erstatter mismatch-reparation fejlinkorporerede baser under replikation. Den vigtigste forskel mellem fejlparringsreparation og nukleotidudskæringsreparation er, at nukleotidudskæringsreparation (NER) bruges til at fjerne pyrimidin-dimerer dannet af UV-bestråling og voluminøse helixlæsioner forårsaget af kemiske addukter, mens mismatchreparationssystem spiller en vigtig rolle i at korrigere fejlinkorporerede baser, der har undslap fra replikationsenzymer (DNA-polymerase 1) under postreplikation. Ud over mismatchede baser kan MMR-systemproteiner også reparere insertions/deletions-loops (IDL), som er resultater af polymeraseglidning under replikation af gentagne DNA-sekvenser.
Hvad er Nucleotid Excision Repair?
Det mest karakteristiske træk ved nukleotidudskæringsreparation er, at det reparerer de modificerede nukleotidskader forårsaget af betydelige forvrængninger i DNA-dobbelthelixen. Det er observeret i næsten alle organismer, der er blevet undersøgt op til dato. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinucleaser) Uvr D (en helicase) er de bedst kendte enzymer involveret i NER, som udløser reparation af DNA i modelorganismen Ecoli. Uvr ABC multi-underenheder enzymkompleks producerer Uvr A, Uvr B, Uvr C polypeptiderne. Generne kodet for førnævnte polypeptider er uvr A, uvr B, uvr C. Uvr A- og B-enzymer genkender kollektivt den skadeinducerede forvrængning, der forårsages af DNA-dobbelthelixen, såsom pyrimidindæmpere på grund af UV-bestråling. Uvr A er et ATPase-enzym, og dette er en autokatalytisk reaktion. Så forlader Uvr A DNA'et, mens Uvr BC-kompleks (aktiv nuklease) sp alter DNA'et på begge sider af skaden, der katalyserede af ATP. Et andet protein kaldet Uvr D kodet af uvrD-genet er et helicase II-enzym, der afvikler det DNA, der er resultatet af frigivelsen af enkeltstrenget beskadiget DNA-segment. Dette efterlader et hul i DNA-spiralen. Efter at det beskadigede segment er blevet skåret ud, forbliver et 12-13 nukleotidgap i DNA-strengen. Dette fyldes op af DNA-polymerase-enzymet I, og nicket er forseglet af DNA-ligasen. ATP er påkrævet i tre trin af denne reaktion. NER-mekanismen kan også identificeres hos pattedyrlignende mennesker. Hos mennesker skyldes hudtilstanden kaldet Xeroderma pigmentosum DNA-dimererne forårsaget af UV-bestråling. Generne XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF og XPG producerer proteiner til at erstatte DNA-skader. Proteinerne i generne XPA, XPC, XPE, XPF og XPG har nukleaseaktiviteten. På den anden side viser proteinerne i XPB- og XPD-gener den helicaseaktivitet, som er analog til Uvr D i E coli.
Figur 01: Nukleotidudskæringsreparation
Hvad er Mismatch Repair?
Mismatch-reparationssystemet initieres under DNA-syntese. Selv med den funktionelle €-underenhed tillader DNA-polymerase III inkorporering af et forkert nukleotid til syntesen for hver 108 basepar. Mismatch reparationsproteiner genkender dette nukleotid, udskærer det og erstatter det med det korrekte nukleotid, der er ansvarligt for den endelige grad af nøjagtighed. DNA-methylering er afgørende for, at MMR-proteiner kan genkende moderstrengen fra den nyligt syntetiserede streng. Methyleringen af adenin (A) nukleotid i et GATC-motiv af en nyligt syntetiseret streng er lidt forsinket. På den anden side er moderstrengens adenin-nukleotid i GATC-motivet allerede methyleret. MMR-proteiner genkender den nyligt syntetiserede streng ved denne forskel fra moderstrengen og starter fejlparringsreparation i en nyligt syntetiseret streng, før den bliver methyleret. MMR-proteinerne dirigerer deres reparationsaktivitet til at udskære det forkerte nukleotid, før den nyligt replikerede DNA-streng bliver methyleret. Enzymerne Mut H, Mut L og Mut S kodet af gener mut H, mut L, mut S katalyserer disse reaktioner i Ecoli. Mut S-protein genkender syv ud af otte mulige mismatch-basepar bortset fra C:C og binder på stedet for mismatch i duplex-DNA'et. Med bundne ATP'er slutter Mut L og Mut S komplekset senere. Komplekset translokerer nogle tusinde basepar væk, indtil det finder et hemimethyleret GATC-motiv. Mut H-proteinets sovende nukleaseaktivitet aktiveres, når det finder et hemimethyleret GATC-motiv. Det sp alter den umethylerede DNA-streng og efterlader et 5'-hak ved G-nukleotid af umethyleret GATC-motiv (nysyntetiseret DNA-streng). Derefter skæres den samme streng på den anden side af mismatchet af Mut H. I resten af trinene udskærer de kollektive handlinger af Uvr D et helicaseprotein, Mut U, SSB og exonuclease I det forkerte nukleotid i det enkeltstrengede DNA. Mellemrummet, som dannes i udskæringen, fyldes op af DNA-polymerasen III og forsegles med ligase. Et lignende system kan identificeres i mus og mennesker. Mutationen af human hMLH1, hMSH1 og hMSH2 er involveret i arvelig nonpolypose coloncancer, som deregulerer celledelingen af colonceller.
Figur 02: Reparation af uoverensstemmelse
Hvad er forskellen mellem Mismatch Repair og Nucleotid Excision Repair?
Mismatch Repair vs Nucleotid Excision Repair |
|
| Mismatch reparationssystem opstår under efterreplikeringen. | Dette er involveret i fjernelse af pyrimidin-dimerer på grund af U. V-bestråling og andre DNA-læsioner på grund af kemisk addukt. |
| Enzymer | |
| Det katalyseres af Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB og exonuklease I. | Det katalyseres af Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD enzymer. |
| Methylering | |
| Det er afgørende at igangsætte reaktionen. | DNA-methylering er ikke nødvendig for at starte reaktionen. |
| Action of Enzymes | |
| Mut H er en endonuklease. | Uvr B og Uvr C er exonukleaser. |
| Begivenhed | |
| Dette sker specifikt under replikering. | Dette sker, når det udsættes for U. V eller kemiske mutagener, ikke under replikation |
| Conservation | |
| Det er meget bevaret | Den er ikke meget bevaret. |
| Gap Udfylding | |
| Det udføres af DNA-polymerase III. | Det udføres af DNA-polymerase I. |
Opsummering – Reparation af uoverensstemmelse vs nukleotidudskæringsreparation
Mismatch repair (MMR) og Nucleotide excision repair (NER) er to mekanismer, der finder sted i cellen for at rette op på DNA-skader og forvrængninger, der er forårsaget af forskellige midler. Disse er samlet navngivet som DNA-reparationsmekanismer. Nukleotidudskæringsreparation reparerer de modificerede nukleotidskader, typisk de betydelige skader på DNA-dobbelthelixen, som sker på grund af eksponering for UV-bestråling og kemiske addukter. Mismatch reparationsproteiner genkender det forkerte nukleotid, udskærer det og erstatter det med korrekt nukleotid. Denne proces er ansvarlig for den endelige grad af nøjagtighed under replikering.
