Η βασική διαφορά μεταξύ της μη ομόλογης σύνδεσης άκρου και της ομόλογης άμεσης επανάληψης είναι ότι η μη ομόλογη σύνδεση άκρου είναι μια οδός που επιδιορθώνει τις θραύσεις διπλού κλώνου στο DNA που δεν απαιτεί ομόλογο πρότυπο για την καθοδήγηση της επιδιόρθωσης, ενώ η ομόλογη άμεση επανάληψη είναι μια οδός που επιδιορθώνει σπασίματα διπλού κλώνου στο DNA που απαιτούν ένα ομόλογο πρότυπο για την καθοδήγηση της επισκευής.
Η επιδιόρθωση DNA είναι μια διαδικασία όπου ένα κύτταρο αναγνωρίζει και διορθώνει βλάβες στα μόρια του DNA. Γενικά, οι φυσιολογικές μεταβολικές δραστηριότητες και οι περιβαλλοντικοί παράγοντες όπως η ακτινοβολία μπορούν να προκαλέσουν βλάβη στο DNA. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να οδηγήσουν σε δεκάδες χιλιάδες μεμονωμένες μοριακές βλάβες ανά κύτταρο την ημέρα. Τα μονοπάτια επιδιόρθωσης σπασίματος διπλού κλώνου DNA είναι μονοπάτια επιδιόρθωσης του DNA σε βιολογικά κύτταρα. Υπάρχουν δύο μονοπάτια επιδιόρθωσης σπασίματος διπλού κλώνου DNA ως μη ομόλογη σύνδεση άκρου και ομόλογη άμεση επανάληψη.
Τι είναι η μη ομόλογη τελική σύνδεση;
Η μη ομόλογη σύνδεση άκρου (NHEJ) είναι μια οδός που επιδιορθώνει τις ρωγμές διπλού κλώνου στο DNA και δεν απαιτεί ομόλογο πρότυπο για την καθοδήγηση της επιδιόρθωσης. Αυτή η οδός βρέθηκε από τους Moore και Haber το 1966. Αυτή η οδός τυπικά καθοδηγείται από σύντομες ομόλογες αλληλουχίες DNA (μικροομολογίες) που συχνά υπάρχουν σε μονόκλωνες προεξοχές στα άκρα των σπασίματος διπλού κλώνου. Όταν οι προεξοχές είναι συμβατές, η οδός NHEJ επιδιορθώνει το σπάσιμο των διπλών κλώνων με ακρίβεια. Ωστόσο, όταν οι προεξοχές δεν είναι απόλυτα συμβατές, οδηγεί σε ανακριβή επισκευή που θα προκαλέσει απώλεια νουκλεοτιδίων. Η ακατάλληλη οδός NHEJ μπορεί να οδηγήσει σε μετατοπίσεις, συγχωνεύσεις τελομερών και χαρακτηριστικά των κυττάρων όγκου.
Εικόνα 01: Μη ομόλογη τελική σύνδεση
Το μονοπάτι NHEJ έχει τρία κύρια βήματα: δέσμευση και πρόσδεση άκρου, επεξεργασία άκρου και απολίνωση. Στα θηλαστικά, οι πρωτεΐνες που ονομάζονται Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), DNA-PKcs, Ku (Ku70 & 80) εμπλέκονται στην τελική γεφύρωση. Το τελικό στάδιο επεξεργασίας περιλαμβάνει την απομάκρυνση αταίριαστων ή κατεστραμμένων νουκλεοτιδίων και την επανασύνθεση του DNA από πολυμεράσες DNA (πλήρωση κενού). Η απομάκρυνση των αταίριαστων ή κατεστραμμένων νουκλεοτιδίων πραγματοποιείται από νουκλεάσες όπως η Άρτεμις. Οι πολυμεράσες DNA της οικογένειας Χ Pol λ και μ στα θηλαστικά πραγματοποιούν την πλήρωση του κενού. Η τελική επεξεργασία δεν είναι απαραίτητη εάν τα άκρα είναι ήδη συμβατά και έχουν άκρα 3'υδροξυλίου ή 5' φωσφορικού. Επιπλέον, το τελικό στάδιο απολίνωσης εκτελείται από το σύμπλοκο απολίνωσης IV που αποτελείται από την DNA λιγάση IV και τον συμπαράγοντά της XRCC4.
Τι είναι η Ομόλογη Άμεση Επανάληψη;
Η ομόλογη άμεση επανάληψη (HDR) είναι μια οδός που επιδιορθώνει τις θραύσεις διπλού κλώνου στο DNA με τη χρήση ενός ομόλογου προτύπου για την καθοδήγηση της επισκευής. Ο πιο συνηθισμένος τρόπος ομόλογης άμεσης επανάληψης είναι μέσω ομόλογου ανασυνδυασμού. Ο μηχανισμός HDR είναι δυνατός μόνο όταν υπάρχει ένα ομόλογο κομμάτι DNA στον πυρήνα, κυρίως στη φάση G2 και S του κυτταρικού κύκλου. Η βιολογική οδός του HDR ξεκινά με τη φωσφορυλίωση της πρωτεΐνης ιστόνης που ονομάζεται H2AX στην περιοχή όπου συμβαίνει το σπάσιμο του διπλού κλώνου του DNA. Αυτό προσελκύει άλλες πρωτεΐνες στην κατεστραμμένη θέση. Στη συνέχεια, το σύμπλεγμα MRN συνδέεται με τα κατεστραμμένα άκρα και αποτρέπει τις χρωμοσωμικές θραύσεις. Το σύμπλεγμα MRN διατηρεί επίσης τα σπασμένα άκρα μαζί. Αργότερα, τα άκρα του DNA υποβάλλονται σε επεξεργασία με τέτοιο τρόπο ώστε να αφαιρούνται τα περιττά υπολείμματα χημικών ομάδων και να σχηματίζονται μονόκλωνοι προεξοχές.
Εικόνα 02: Ομόλογη άμεση επανάληψη
Κάθε κομμάτι μονόκλωνου DNA καλύπτεται από την πρωτεΐνη που ονομάζεται RPA και η λειτουργία της είναι να διατηρεί σταθερά τα μονόκλωνα κομμάτια DNA. Μετά από αυτό, το Rad51 αντικαθιστά την πρωτεΐνη RPA. Επιπλέον, όταν εργάζεται μαζί με το BRCA2, το Rad51 συνδυάζει ένα συμπληρωματικό κομμάτι DNA που εισβάλλει στον σπασμένο κλώνο DNA για να σχηματίσει ένα πρότυπο για την πολυμεράση DNA. Η DNA πολυμεράση συγκρατείται στο DNA από μια άλλη πρωτεΐνη γνωστή ως PCNA. Τελικά, η πολυμεράση συνθέτει το τμήμα του σπασμένου κλώνου που λείπει. Επιπλέον, όταν ο σπασμένος κλώνος επανασυντεθεί, και οι δύο κλώνοι πρέπει να αποσυνδεθούν ξανά. Προτείνονται μοντέλα για πολλούς τρόπους αποσύνδεσης. Αφού διαχωριστούν οι κλώνοι, η διαδικασία ολοκληρώνεται.
Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της μη ομόλογης σύνδεσης τέλους και της ομόλογης άμεσης επανάληψης;
- Η μη ομόλογη σύνδεση άκρου και η ομόλογη άμεση επανάληψη είναι δύο μονοπάτια επιδιόρθωσης σπασίματος διπλού κλώνου DNA.
- Το σύμπλεγμα MRN εμπλέκεται και στις δύο οδούς.
- Οι νουκλεάσες εμπλέκονται και στις δύο οδούς.
- Οι πολυμεράσες DNA εμπλέκονται και στις δύο οδούς.
- Αυτοί οι μηχανισμοί μπορούν να βρεθούν τόσο σε προκαρυώτες όσο και σε ευκαρυώτες.
- Είναι και οι δύο κρίσιμοι μηχανισμοί για την επιβίωση των κυττάρων.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της μη ομόλογης σύνδεσης τέλους και της ομόλογης άμεσης επανάληψης;
Η μη ομόλογη σύνδεση άκρου είναι μια οδός που επιδιορθώνει τις θραύσματα διπλής αλυσίδας στο DNA που δεν απαιτεί ομόλογο πρότυπο για την καθοδήγηση της επιδιόρθωσης, ενώ η ομόλογη άμεση επανάληψη είναι μια οδός που επιδιορθώνει τις θραύσματα διπλής αλυσίδας στο DNA χρησιμοποιώντας ένα ομόλογο πρότυπο. Έτσι, αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ της μη ομόλογης σύνδεσης άκρου και της ομόλογης άμεσης επανάληψης. Επιπλέον, ο ομόλογος ανασυνδυασμός δεν εμπλέκεται σε μη ομόλογη σύνδεση άκρου, ενώ ο ομόλογος ανασυνδυασμός εμπλέκεται σε ομόλογη άμεση επανάληψη.
Το παρακάτω infographic παρουσιάζει τις διαφορές μεταξύ της μη ομόλογης σύνδεσης άκρου και της ομόλογης άμεσης επανάληψης σε μορφή πίνακα για σύγκριση δίπλα-δίπλα.
Σύνοψη – Μη ομόλογη τελική σύνδεση έναντι ομόλογης άμεση επανάληψη
Η επιδιόρθωση DNA μπορεί να γίνει με διαφορετικούς μηχανισμούς, όπως η άμεση αντιστροφή, η επιδιόρθωση βλάβης μονής έλικος, η επιδιόρθωση σπασίματος διπλού κλώνου και η σύνθεση μετατροπής. Η μη ομόλογη σύνδεση άκρου και οι ομόλογες άμεσες επαναλήψεις είναι δύο μονοπάτια επιδιόρθωσης σπασίματος διπλού κλώνου DNA. Η μη ομόλογη σύνδεση άκρου δεν απαιτεί ομόλογο πρότυπο για να καθοδηγήσει την οδό επιδιόρθωσης του DNA. Η ομόλογη άμεση επανάληψη είναι μια οδός που απαιτεί ένα ομόλογο πρότυπο για την καθοδήγηση της επιδιόρθωσης του DNA. Έτσι, αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ της μη ομόλογης σύνδεσης άκρου και της ομόλογης άμεσης επανάληψης.
