Fő különbség – eltérés javítása vs nukleotid kivágás javítása
Tíz és ezer DNS-károsodás történik a sejtben naponta. Változásokat indukál a sejtfolyamatokban, például a replikációban, a transzkripcióban, valamint a sejt életképességében. Egyes esetekben a DNS-károsodások által okozott mutációk olyan káros betegségekhez vezethetnek, mint a rák és az öregedéssel összefüggő szindrómák (pl.: Progeria). Ezektől a károsodásoktól függetlenül a sejt beindít egy rendkívül szervezett kaszkád-javító mechanizmust, az úgynevezett DNS-károsodási válaszokat. Számos DNS-javító rendszert azonosítottak a sejtrendszerben; ezek az úgynevezett Base Excision Repair (BER), Mismatch Repair (MMR), Nucleotide Excision Repair (NER), Double Strand Break Repair javítás. A nukleotid kimetszés javítása egy nagyon sokoldalú rendszer, amely felismeri és eltávolítja a terjedelmes hélix torzítású DNS-léziókat. Másrészt az eltérés-javítás a replikáció során felváltja a rosszul beépített bázisokat. A fő különbség a hibás illeszkedés javítása és a nukleotid kivágás javítása között az, hogy a nukleotid kivágás javítása (NER) az UV-sugárzás által képződött pirimidin dimerek és a kémiai adduktumok által okozott terjedelmes hélix elváltozások eltávolítására szolgál, míg az eltérést javító rendszer fontos szerepet játszik a hibásan beépült bázisok kijavításában. a replikációs enzimek (DNS-polimeráz 1) elől a posztreplikáció során megszökött. Az össze nem illő bázisokon kívül az MMR-rendszer fehérjéi az inszerciós/deléciós hurkokat (IDL) is képesek javítani, amelyek az ismétlődő DNS-szekvenciák replikációja során a polimeráz elcsúszásának eredménye.
Mi az a nukleotid kivágás javítása?
A nukleotid kivágás javításának legkiválóbb jellemzője, hogy helyreállítja a DNS kettős hélix jelentős torzulásai által okozott módosított nukleotid károsodásokat. Szinte minden eddig vizsgált szervezetben megfigyelhető. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinukleázok) Az Uvr D (helikáz) a NER-ben részt vevő legismertebb enzimek, amelyek az Ecoli modellszervezetben a DNS helyreállítását váltják ki. Az Uvr ABC több alegységből álló enzimkomplex az Uvr A, Uvr B, Uvr C polipeptideket termeli. A fent említett polipeptidek által kódolt gének az uvr A, uvr B, uvr C. Az Uvr A és B enzimek együttesen felismerik a DNS kettős hélixének károsodását okozó torzulást, például pirimidin dimmereket az UV besugárzás miatt. Az Uvr A egy ATP-áz enzim, és ez egy autokatalitikus reakció. Ezután az Uvr A elhagyja a DNS-t, míg az Uvr BC komplex (aktív nukleáz) az ATP által katalizált károsodás mindkét oldalán hasítja a DNS-t. Egy másik Uvr D nevű fehérje, amelyet az uvrD gén kódol, egy helikáz II enzim, amely feltekeríti a DNS-t, amely egyszálú, sérült DNS-szegmens felszabadulásának eredménye. Ez rést hagy a DNS-spirálban. A sérült szegmens kivágása után 12-13 nukleotid rés marad a DNS-szálban. Ezt a DNS-polimeráz I enzim tölti fel, és a bemetszést a DNS-ligáz zárja le. A reakció három lépésében ATP-re van szükség. A NER mechanizmus az emlősszerű emberben is azonosítható. Az emberekben a Xeroderma pigmentosum nevű bőrbetegség az UV-sugárzás által okozott DNS-dimereknek köszönhető. Az XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF és XPG gének fehérjéket termelnek a DNS-károsodás pótlására. Az XPA, XPC, XPE, XPF és XPG gének fehérjéi rendelkeznek nukleázaktivitással. Másrészt az XPB és XPD gének fehérjéi azt a helikáz aktivitást mutatják, amely analóg az Uvr D-vel E coliban.
01. ábra: Nukleotid kivágás javítása
Mi az az eltérések javítása?
Az eltérés-javító rendszer a DNS-szintézis során indul el. A DNS-polimeráz III még a funkcionális € alegység mellett is lehetővé teszi, hogy 108 bázispáronként rossz nukleotidot építsenek be a szintézishez. A mismatch javító fehérjék felismerik ezt a nukleotidot, kivágják, és a pontosság végső fokáért felelős megfelelő nukleotiddal helyettesítik. A DNS-metiláció kulcsfontosságú az MMR fehérjék számára, hogy felismerjék a szülőszálat az újonnan szintetizált szálból. Az adenin (A) nukleotid metilációja egy újonnan szintetizált szál GATC-motívumában kissé késik. Másrészt a GATC-motívumban a szülőszál adenin nukleotidja már metilálódott. Az MMR fehérjék felismerik az újonnan szintetizált szálat az eredeti száltól való eltérés alapján, és megkezdik az újonnan szintetizált szálban az eltérés javítását, mielőtt az metilálódik. Az MMR fehérjék javító aktivitásukat a rossz nukleotid kivágására irányítják, mielőtt az újonnan replikálódott DNS-szál metilálódik. A mut H, mut L, mut S gének által kódolt Mut H, Mut L és Mut S enzimek katalizálják ezeket a reakciókat az Ecoliban. A Mut S fehérje a C:C kivételével nyolc lehetséges hibás bázispárból hetet felismer, és a duplex DNS-ben a hibás illeszkedés helyén kötődik. A kötött ATP-kkel a Mut L és a Mut S később csatlakozik a komplexhez. A komplex néhány ezer bázispárral távolabb helyezkedik el, mígnem talál egy hemimetilált GATC motívumot. A Mut H fehérje alvó nukleáz aktivitása akkor aktiválódik, amikor talál egy hemimetilált GATC motívumot. Hasítja a metilálatlan DNS-szálat, és egy 5′-os bemetszés marad a metilálatlan GATC-motívum G-nukleotidján (újonnan szintetizált DNS-szál). Ezután ugyanazt a szálat az eltérés másik oldalán bevágja a Mut H. A további lépésekben az Uvr D helikáz fehérje, a Mut U, az SSB és az exonukleáz I együttes hatásai kivágják a nem megfelelő nukleotidot az egyszálúból DNS. A kimetszés során keletkező rést a DNS-polimeráz III tölti fel, és ligázzal lezárja. Hasonló rendszer azonosítható egerekben és emberekben is. A humán hMLH1, hMSH1 és hMSH2 mutációja szerepet játszik az örökletes, nem polipózisos vastagbélrákban, amely deregulálja a vastagbélsejtek sejtosztódását.
02. ábra: Eltérés javítása
Mi a különbség az eltérés javítása és a nukleotid kivágás javítása között?
Nem egyezés javítása vs nukleotid kivágás javítása |
|
| Az eltérés-javító rendszer az utóreplikáció során történik. | Ez a pirimidin-dimerek UV-sugárzás és a kémiai adduktum miatti egyéb DNS-léziók eltávolításában vesz részt. |
| Enzimek | |
| Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB és exonukleáz I katalizálja. | Az Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD enzimek katalizálják. |
| Metilezés | |
| A reakció elindítása kulcsfontosságú. | DNS-metiláció nem szükséges a reakció elindításához. |
| Enzimek hatása | |
| A Mut H egy endonukleáz. | Uvr B és Uvr C exonukleázok. |
| Alkalom | |
| Ez kifejezetten a replikáció során történik. | Ez akkor történik, ha UV-sugárzásnak vagy kémiai mutagéneknek van kitéve, nem pedig a replikáció során |
| Természetvédelem | |
| Erősen konzervált | Nem túl konzervált. |
| Hézagpótlás | |
| A DNS polimeráz III végzi. | A DNS polimeráz I végzi. |
Összefoglaló – eltérés javítása vs nukleotid kivágás javítása
Az eltérések javítása (MMR) és a Nucleotide Excision Repair (NER) két olyan mechanizmus, amely a sejtben megy végbe a különböző szerek által okozott DNS-károsodások és torzulások kijavítása érdekében. Ezeket összefoglaló néven DNS-javító mechanizmusoknak nevezik. A nukleotid kivágás javítása helyreállítja a módosított nukleotid károsodásokat, jellemzően a DNS kettős hélixnek azokat a jelentős károsodásait, amelyek az UV besugárzás és a kémiai adduktumok hatására következnek be. A mismatch javító fehérjék felismerik a rossz nukleotidot, kivágják és megfelelő nukleotidra cserélik. Ez a folyamat felelős a replikáció során a pontosság végső fokáért.
