Nyckelskillnad – Reparation av oöverensstämmelse vs Nukleotidexcisionsreparation
Tiotals och tusentals DNA-skador inträffar i cellen per dag. Det inducerar förändringar i cellprocesserna såsom replikering, transkription samt cellens livsduglighet. I vissa fall kan mutationer orsakade av dessa DNA-skador leda till skadliga sjukdomar som cancer och åldranderelaterade syndrom (ex: Progeria). Oavsett dessa skador initierar cellen en välorganiserad kaskadreparationsmekanism som kallas DNA-skadesvar. Flera DNA-reparationssystem har identifierats i det cellulära systemet; dessa är kända som Base excision repair (BER), Mismatch repair (MMR), Nucleotide excision repair (NER), dubbelsträngsbrottsreparation. Nukleotidexcisionsreparation är ett mycket mångsidigt system som känner igen skrymmande helixdistorsions-DNA-lesioner och tar bort dem. Å andra sidan ersätter felanpassningsreparation felinkorporerade baser under replikering. Den viktigaste skillnaden mellan reparation av missmatchning och reparation av nukleotidexcision är att nukleotidexcisionsreparation (NER) används för att ta bort pyrimidindimerer som bildas av UV-bestrålning och skrymmande helixlesioner orsakade av kemiska addukter medan reparationssystemet för missmatchning spelar en viktig roll för att korrigera felinkorporerade baser som har flydde från replikationsenzymer (DNA-polymeras 1) under efterreplikering. Förutom felmatchade baser kan MMR-systemproteiner också reparera insättnings-/deletionslooparna (IDL) som är resultat av polymerasglidning under replikering av repetitiva DNA-sekvenser.
Vad är Nucleotid Excision Repair?
Den mest utmärkande egenskapen hos nukleotidexcisionsreparation är att den reparerar de modifierade nukleotidskadorna som orsakas av betydande förvrängningar i DNA-dubbelhelixen. Det observeras i nästan alla organismer som har undersökts hittills. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinukleaser) Uvr D (ett helikas) är de mest kända enzymerna involverade i NER som utlöser reparationen av DNA i modellorganismen Ecoli. Uvr ABC multi-subunit enzymkomplex producerar Uvr A, Uvr B, Uvr C polypeptiderna. Generna som kodas för ovannämnda polypeptider är uvr A, uvr B, uvr C. Uvr A- och B-enzymer känner tillsammans igen den skadainducerade distorsion som orsakas av DNA-dubbelhelixen, såsom pyrimidindimmers på grund av UV-bestrålning. Uvr A är ett ATPas-enzym och detta är en autokatalytisk reaktion. Sedan lämnar Uvr A DNA:t medan Uvr BC-komplex (aktivt nukleas) klyver DNA:t på båda sidor av skadan som katalyserades av ATP. Ett annat protein som kallas Uvr D som kodas av uvrD-genen är ett helikas II-enzym som lindar upp det DNA som är ett resultat av frisättningen av enkelsträngat skadat DNA-segment. Detta lämnar en lucka i DNA-spiralen. Efter att det skadade segmentet har klippts ut kvarstår ett 12-13 nukleotidgap i DNA-strängen. Detta fylls upp av DNA-polymerasenzymet I och hacket förseglas av DNA-ligaset. ATP krävs i tre steg av denna reaktion. NER-mekanismen kan också identifieras hos däggdjursliknande människor. Hos människor beror det hudtillstånd som kallas Xeroderma pigmentosum på DNA-dimererna som orsakas av UV-bestrålning. Generna XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF och XPG producerar proteiner för att ersätta DNA-skador. Proteinerna från generna XPA, XPC, XPE, XPF och XPG har nukleasaktivitet. Å andra sidan visar proteinerna från XPB- och XPD-gener den helikasaktivitet som är analog med Uvr D i E coli.
Figur 01: Nukleotidexcisionsreparation
Vad är Mismatch Repair?
Reparationssystemet för felmatchning initieras under DNA-syntes. Även med den funktionella €-subenheten tillåter DNA-polymeras III inkorporering av en felaktig nukleotid för syntesen var 10:e 8 baspar. Felmatchningsreparationsproteiner känner igen denna nukleotid, skär ut den och ersätter den med den korrekta nukleotiden som är ansvarig för den slutliga graden av noggrannhet. DNA-metylering är avgörande för att MMR-proteiner ska känna igen modersträngen från den nyligen syntetiserade strängen. Metyleringen av adenin (A) nukleotid i ett GATC-motiv av en nyligen syntetiserad sträng är lite försenad. Å andra sidan har modersträngens adenin-nukleotid i GATC-motivet redan metylerats. MMR-proteiner känner igen den nyligen syntetiserade strängen genom denna skillnad från modersträngen och startar felparningsreparation i en nysyntetiserad sträng innan den blir metylerad. MMR-proteinerna riktar sin reparationsaktivitet till att skära ut fel nukleotid innan den nyligen replikerade DNA-strängen blir metylerad. Enzymerna Mut H, Mut L och Mut S som kodas av gener mut H, mut L, mut S katalyserar dessa reaktioner i Ecoli. Mut S-protein känner igen sju av åtta möjliga felaktiga baspar förutom C:C, och binder vid platsen för felparning i duplex-DNA. Med bundna ATP:er ansluter Mut L och Mut S komplexet senare. Komplexet translokerar några tusen baspar bort tills det hittar ett hemimetylerat GATC-motiv. Den vilande nukleasaktiviteten hos Mut H-protein aktiveras när det hittar ett hemimetylerat GATC-motiv. Den klyver den ometylerade DNA-strängen och lämnar ett 5′ hack vid G-nukleotid av ometylerat GATC-motiv (nysyntetiserad DNA-sträng). Sedan hackas samma sträng på andra sidan av missmatchningen av Mut H. I resten av stegen skärs de kollektiva åtgärderna av Uvr D ett helikasprotein, Mut U, SSB och exonukleas I ut den felaktiga nukleotiden i den enkelsträngade DNA. Sp alten som bildas i excisionen fylls upp av DNA-polymeras III och förseglas med ligas. Ett liknande system kan identifieras hos möss och människor. Mutationen av humant hMLH1, hMSH1 och hMSH2 är involverade i ärftlig icke-polypos tjocktarmscancer som avreglerar celldelningen av kolonceller.
Figur 02: Reparation av felmatchning
Vad är skillnaden mellan reparation av missmatchning och reparation av nukleotidexcision?
reparation av felmatchning vs reparation av nukleotidexcision |
|
| Reparationssystem för felmatchning inträffar under efterreplikeringen. | Detta är involverat i att ta bort pyrimidindimerer på grund av U. V-bestrålning och andra DNA-skador på grund av kemisk addukt. |
| Enzymer | |
| Den katalyseras av Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB och exonukleas I. | Det katalyseras av Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD enzymer. |
| Methylation | |
| Det är avgörande att initiera reaktionen. | DNA-metylering krävs inte för att initiera reaktionen. |
| Action of Enzymes | |
| Mut H är ett endonukleas. | Uvr B och Uvr C är exonukleaser. |
| Occasion | |
| Detta händer specifikt under replikering. | Detta händer när det utsätts för U. V eller kemiska mutagener, inte under replikering |
| Conservation | |
| Den är mycket bevarad | Den är inte särskilt bevarad. |
| Gap Fylling | |
| Det görs av DNA-polymeras III. | Det görs av DNA-polymeras I. |
Sammanfattning – Reparation av oöverensstämmelse vs nukleotidexcisionsreparation
Mismatch repair (MMR) och Nucleotide excision repair (NER) är två mekanismer som äger rum i cellen för att rätta till DNA-skador och förvrängningar som orsakas av olika medel. Dessa kallas gemensamt för DNA-reparationsmekanismer. Nukleotidexcisionsreparation reparerar de modifierade nukleotidskadorna, typiskt de betydande skadorna på DNA-dubbelhelixen som inträffar på grund av exponering för UV-bestrålning och kemiska addukter. Felmatchningsreparationsproteiner känner igen fel nukleotid, skär ut den och ersätter den med korrekt nukleotid. Denna process är ansvarig för den slutliga graden av noggrannhet under replikering.
