Ключовата разлика между нехомоложното свързване на краищата и хомоложното директно повторение е, че нехомоложното свързване на краищата е път, който поправя двуверижни скъсвания в ДНК, който не изисква хомоложен шаблон за насочване на възстановяването, докато хомоложното директно повторение е път който поправя двойноверижни разкъсвания в ДНК, което изисква хомоложен шаблон за насочване на възстановяването.
Ремонтът на ДНК е процес, при който клетката идентифицира и коригира повреди в ДНК молекулите. Обикновено нормалните метаболитни дейности и фактори на околната среда, като радиация, могат да причинят увреждане на ДНК. Тези фактори могат да доведат до десетки хиляди отделни молекулярни лезии на клетка на ден. Пътищата за възстановяване на двойни вериги на ДНК са пътища за възстановяване на ДНК в биологични клетки. Има два пътя за възстановяване на двойни вериги на ДНК като нехомоложно свързване на краищата и хомоложно директно повторение.
Какво е нехомоложно съединяване на краищата?
Нехомоложното свързване на краищата (NHEJ) е път, който поправя двуверижни скъсвания в ДНК и не изисква хомоложен шаблон за насочване на възстановяването. Този път е открит от Moore и Haber през 1966 г. Този път обикновено се ръководи от къси хомоложни ДНК последователности (микрохомологии), които често присъстват в едноверижни надвеси в краищата на двуверижни прекъсвания. Когато надвесите са съвместими, пътят на NHEJ поправя прецизно счупването на двойните нишки. Въпреки това, когато надвесите не са напълно съвместими, това води до неточна поправка, която ще причини загуба на нуклеотиди. Неподходящият път на NHEJ може да доведе до транслокации, сливания на теломерите и белези на туморни клетки.
Фигура 01: Нехомоложно съединяване на краищата
Пътят NHEJ има три основни стъпки: крайно свързване и свързване, крайна обработка и лигиране. При бозайниците протеини, наречени Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), ДНК-PKcs, Ku (Ku70 & 80), участват в крайното мостово свързване. Крайният етап на обработка включва отстраняване на несъответстващи или повредени нуклеотиди и ресинтеза на ДНК от ДНК полимерази (запълване на празнини). Отстраняването на несъответстващи или повредени нуклеотиди се извършва от нуклеази като Artemis. ДНК полимеразите от семейство X Pol λ и μ при бозайниците извършват запълването на празнината. Крайната обработка не е необходима, ако краищата вече са съвместими и имат 3'хидроксилни или 5'фосфатни краища. Освен това, последният етап на лигиране се извършва от лигативен комплекс IV, който се състои от ДНК лигаза IV и нейния кофактор XRCC4.
Какво е хомоложно директно повторение?
Хомологичното директно повторение (HDR) е път, който поправя двойноверижни скъсвания в ДНК с помощта на хомоложен шаблон за насочване на възстановяването. Най-честият начин за хомоложно директно повторение е чрез хомоложна рекомбинация. Механизмът HDR е възможен само когато има хомоложна част от ДНК в ядрото, най-вече във фазата G2 и S на клетъчния цикъл. Биологичният път на HDR започва с фосфорилиране на хистонов протеин, наречен H2AX, в областта, където се случва двуверижното разкъсване на ДНК. Това привлича други протеини към увреденото място. Тогава MRN комплексът се свързва с увредените краища и предотвратява хромозомните счупвания. MRN комплексът също държи счупените краища заедно. По-късно краищата на ДНК се обработват по такъв начин, че ненужните остатъци от химически групи се отстраняват и се образуват едноверижни надвеси.
Фигура 02: Хомоложно директно повторение
Всяко парче едноверижна ДНК е покрито от протеина, наречен RPA, и неговата функция е да поддържа стабилни едноверижни ДНК части. След това Rad51 замества RPA протеина. Освен това, когато работи заедно с BRCA2, Rad51 свързва комплементарна ДНК част, която нахлува в счупената ДНК верига, за да образува шаблон за ДНК полимераза. ДНК полимеразата се задържа върху ДНК от друг протеин, известен като PCNA. В крайна сметка полимеразата синтезира липсващата част от скъсаната верига. Освен това, когато скъсаната верига се синтезира отново, двете нишки трябва да се отделят отново. Предложени са модели за множество начини за разединяване. След като нишките са разделени, процесът е завършен.
Какви са приликите между нехомоложното съединяване на краищата и хомоложното директно повторение?
- Нехомоложното свързване на краищата и хомоложното директно повторение са два пътя за възстановяване на двуверижни скъсвания на ДНК.
- MRN комплексът участва и в двата пътя.
- Нуклеазите участват и в двата пътя.
- ДНК полимеразите участват и в двата пътя.
- Тези механизми могат да бъдат намерени както в прокариотите, така и в еукариотите.
- И двете са решаващи механизми за оцеляването на клетките.
Каква е разликата между нехомоложно съединяване на краищата и хомоложно директно повторение?
Нехомоложното свързване на краищата е път, който поправя двуверижни скъсвания в ДНК, който не изисква хомоложен шаблон за насочване на възстановяването, докато хомоложното директно повторение е път, който поправя двойно-верижни скъсвания в ДНК с помощта на хомоложен шаблон. По този начин, това е ключовата разлика между нехомоложното свързване на краищата и хомоложното директно повторение. Освен това, хомоложната рекомбинация не участва в нехомоложното крайно свързване, докато хомоложната рекомбинация е включена в хомоложното директно повторение.
Инфографиката по-долу представя разликите между нехомоложното свързване на краищата и хомоложното директно повторение в таблична форма за сравнение едно до друго.
Обобщение – Нехомоложно крайно съединяване срещу хомоложно директно повторение
Ремонтът на ДНК може да се извърши чрез различни механизми, като директно обръщане, възстановяване на повреда на единична верига, възстановяване на скъсване на двойна верига и транслезионен синтез. Нехомоложното свързване на краищата и хомоложните директни повторения са два пътя за възстановяване на двойни верижни прекъсвания на ДНК. Нехомоложното свързване на краищата не изисква хомоложен шаблон за насочване на пътя на възстановяване на ДНК. Хомоложното директно повторение е път, който изисква хомоложен шаблон за насочване на възстановяването на ДНК. И така, това е ключовата разлика между нехомоложното свързване на краищата и хомоложното директно повторение.
