Ключова разлика – възстановяване на несъответствие срещу отстраняване на нуклеотидна ексцизия
В клетката на ден се случват десетки и хиляди увреждания на ДНК. Той предизвиква промени в клетъчните процеси като репликация, транскрипция, както и жизнеспособността на клетката. В някои случаи мутациите, причинени от тези увреждания на ДНК, могат да доведат до вредни заболявания като рак и синдроми, свързани със стареенето (напр. прогерия). Независимо от тези увреждания, клетката инициира високо организиран механизъм за каскадно възстановяване, наречен отговор на увреждане на ДНК. В клетъчната система са идентифицирани няколко системи за възстановяване на ДНК; те са известни като поправка чрез изрязване на основа (BER), поправка на несъответствие (MMR), поправка по изрязване на нуклеотиди (NER), поправка на скъсване на двойна верига. Възстановяването чрез изрязване на нуклеотиди е изключително гъвкава система, която разпознава обемисти ДНК лезии с изкривяване на спирала и ги премахва. От друга страна, поправката на несъответствие замества неправилно включени бази по време на репликация. Ключовата разлика между поправка на несъответствие и поправка чрез изрязване на нуклеотиди е, че поправката по изрязване на нуклеотиди (NER) се използва за отстраняване на пиримидиновите димери, образувани от UV облъчване и обемни спирални лезии, причинени от химически адукти, докато системата за поправка на несъответствие играе важна роля в коригирането на неправилно включени бази, които са избягали от репликационните ензими (ДНК полимераза 1) по време на пострепликацията. В допълнение към несъответстващите бази, протеините на системата MMR могат също така да поправят бримките за вмъкване/изтриване (IDL), които са резултат от изплъзването на полимераза по време на репликация на повтарящи се ДНК последователности.
Какво представлява възстановяване чрез изрязване на нуклеотиди?
Най-отличителната характеристика на ремонта чрез изрязване на нуклеотиди е, че той поправя модифицираните нуклеотидни увреждания, причинени от значителни изкривявания в двойната спирала на ДНК. Наблюдава се при почти всички организми, които са изследвани до момента. Uvr A, Uvr B, Uvr C (ексинуклеази) Uvr D (хеликаза) са най-известните ензими, участващи в NER, които задействат възстановяването на ДНК в моделния организъм Ecoli. Ензимен комплекс с много субединици Uvr ABC произвежда полипептидите Uvr A, Uvr B, Uvr C. Гените, кодирани за гореспоменатите полипептиди, са uvr A, uvr B, uvr C. Ензимите Uvr A и B колективно разпознават предизвиканото от увреждане изкривяване, което се причинява на двойната спирала на ДНК, като пиримидинови димери, дължащи се на UV лъчение. Uvr A е АТФ-азен ензим и това е автокаталитична реакция. След това Uvr A напуска ДНК, докато Uvr BC комплексът (активна нуклеаза) разцепва ДНК от двете страни на увреждането, което се катализира от ATP. Друг протеин, наречен Uvr D, кодиран от uvrD ген, е ензим хеликаза II, който развива ДНК, която е резултат от освобождаването на едноверижен повреден ДНК сегмент. Това оставя празнина в спиралата на ДНК. След като увреденият сегмент бъде изрязан, в ДНК веригата остава празнина от 12-13 нуклеотида. Това се запълва от ДНК полимеразния ензим I и прорезът се запечатва от ДНК лигазата. АТФ е необходим в три етапа на тази реакция. Механизмът на NER може да бъде идентифициран и при хора, подобни на бозайници. При хората състоянието на кожата, наречено Xeroderma pigmentosum, се дължи на ДНК димерите, причинени от UV лъчение. Гените XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF и XPG произвеждат протеини, които заместват увреждането на ДНК. Протеините на гените XPA, XPC, XPE, XPF и XPG имат нуклеазна активност. От друга страна, протеините на XPB и XPD гените показват хеликазна активност, която е аналози на Uvr D в E coli.
Фигура 01: Възстановяване на нуклеотидна ексцизия
Какво е поправка на несъответствие?
Системата за поправка на несъответствие се стартира по време на синтеза на ДНК. Дори с функционалната € субединица, ДНК полимераза III позволява включването на грешен нуклеотид за синтеза на всеки 108 базови двойки. Протеините за ремонт на несъответствие разпознават този нуклеотид, изрязват го и го заменят с правилния нуклеотид, отговорен за крайната степен на точност. Метилирането на ДНК е от основно значение за MMR протеините, за да разпознаят родителската верига от новосинтезираната верига. Метилирането на аденин (А) нуклеотид в GATC мотив на новосинтезирана верига е малко забавено. От друга страна, адениновият нуклеотид на родителската верига в GATC мотива вече е метилиран. MMR протеините разпознават новосинтезираната верига по тази разлика от родителската верига и започват ремонт на несъответствие в новосинтезирана верига, преди тя да бъде метилирана. MMR протеините насочват възстановителната си активност, за да изрежат грешния нуклеотид, преди новорепликираната ДНК верига да бъде метилирана. Ензимите Mut H, Mut L и Mut S, кодирани от гените mut H, mut L, mut S, катализират тези реакции в Ecoli. Mut S протеинът разпознава седем от осем възможни несъответстващи базови двойки, с изключение на C:C, и се свързва на мястото на несъответствие в дуплексната ДНК. Със свързани ATP, Mut L и Mut S се присъединяват към комплекса по-късно. Комплексът премества няколко хиляди базови двойки, докато открие хемиметилиран GATC мотив. Спящата нуклеазна активност на Mut H протеин се активира, след като намери хемиметилиран GATC мотив. Той разцепва неметилираната ДНК верига, оставяйки 5' ник в G нуклеотид на неметилиран GATC мотив (новосинтезирана ДНК верига). След това същата верига от другата страна на несъответствието се прекъсва от Mut H. В останалите стъпки, колективните действия на Uvr D хеликазен протеин, Mut U, SSB и екзонуклеаза I изрязват неправилния нуклеотид в едноверижния ДНК. Празнината, която се образува при изрязването, се запълва от ДНК полимераза III и се запечатва от лигаза. Подобна система може да бъде идентифицирана при мишки и хора. Мутацията на човешки hMLH1, hMSH1 и hMSH2 участва в наследствения неполипозен рак на дебелото черво, който дерегулира клетъчното делене на клетките на дебелото черво.
Фигура 02: Поправка на несъответствие
Каква е разликата между поправка на несъответствие и поправка чрез изрязване на нуклеотиди?
Ремонт на несъответствие срещу ремонт на нуклеотидна ексцизия |
|
| Система за поправка на несъответствия възниква по време на пост-репликацията. | Това участва в премахването на пиримидиновите димери, дължащи се на UV лъчение и други ДНК увреждания, дължащи се на химически адукт. |
| Ензими | |
| Катализира се от Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB и екзонуклеаза I. | Катализира се от Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD ензими. |
| Метилиране | |
| От ключово значение е да инициирате реакцията. | ДНК метилиране не е необходимо за започване на реакцията. |
| Действие на ензимите | |
| Mut H е ендонуклеаза. | Uvr B и Uvr C са екзонуклеази. |
| Повод | |
| Това се случва специално по време на репликация. | Това се случва при излагане на UV или химически мутагени, а не по време на репликация |
| Опазване | |
| Той е много запазен | Не е много запазен. |
| Попълване на празнини | |
| Извършва се от ДНК полимераза III. | Извършва се от ДНК полимераза I. |
Резюме – Възстановяване на несъответствие срещу отстраняване на нуклеотидна ексцизия
Поправка на несъответствие (MMR) и поправка чрез ексцизия на нуклеотиди (NER) са два механизма, които се извършват в клетката, за да се коригират уврежданията и изкривяванията на ДНК, причинени от различни агенти. Те се наричат заедно механизми за възстановяване на ДНК. Възстановяването чрез изрязване на нуклеотиди поправя модифицираните нуклеотидни увреждания, обикновено онези значителни увреждания на двойната спирала на ДНК, които се случват поради излагане на UV лъчение и химически адукти. Протеините за ремонт на несъответствие разпознават грешния нуклеотид, изрязват го и го заменят с правилен нуклеотид. Този процес е отговорен за крайната степен на точност по време на репликация.
