Βασική διαφορά – Επιδιόρθωση ασυμφωνίας έναντι επιδιόρθωσης εκτομής νουκλεοτιδίων
Δεκάδες και χιλιάδες βλάβες στο DNA συμβαίνουν στο κύτταρο την ημέρα. Προκαλεί αλλαγές στις κυτταρικές διαδικασίες όπως η αντιγραφή, η μεταγραφή καθώς και η βιωσιμότητα του κυττάρου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μεταλλάξεις που προκαλούνται από αυτές τις βλάβες στο DNA μπορεί να οδηγήσουν σε επιβλαβείς ασθένειες όπως καρκίνους και σύνδρομα που σχετίζονται με τη γήρανση (π.χ. Progeria). Ανεξάρτητα από αυτές τις βλάβες, το κύτταρο ξεκινά έναν εξαιρετικά οργανωμένο μηχανισμό επισκευής καταρράκτη που ονομάζεται αποκρίσεις βλάβης του DNA. Στο κυτταρικό σύστημα έχουν εντοπιστεί αρκετά συστήματα επιδιόρθωσης DNA. Αυτά είναι γνωστά ως επιδιόρθωση βασικής εκτομής (BER), επιδιόρθωση ασυμφωνίας (MMR), επιδιόρθωση εκτομής νουκλεοτιδίων (NER), επιδιόρθωση διπλού κλώνου. Η επιδιόρθωση νουκλεοτιδικής εκτομής είναι ένα εξαιρετικά ευέλικτο σύστημα που αναγνωρίζει ογκώδεις αλλοιώσεις του DNA παραμόρφωσης έλικας και τις αφαιρεί. Από την άλλη πλευρά, η επιδιόρθωση ασυμφωνίας αντικαθιστά τις κακώς ενσωματωμένες βάσεις κατά την αναπαραγωγή. Η βασική διαφορά μεταξύ επιδιόρθωσης ασυμφωνίας και επιδιόρθωσης εκτομής νουκλεοτιδίων είναι ότι η επιδιόρθωση νουκλεοτιδικής εκτομής (NER) χρησιμοποιείται για την αφαίρεση διμερών πυριμιδίνης που σχηματίζονται από ακτινοβολία UV και ογκώδεις αλλοιώσεις έλικας που προκαλούνται από χημικά προϊόντα προσθήκης, ενώ το σύστημα επιδιόρθωσης ασυμφωνίας παίζει σημαντικό ρόλο στη διόρθωση κακώς ενσωματωμένων βάσεων που έχουν διέφυγε από τα ένζυμα αντιγραφής (DNA πολυμεράση 1) κατά τη διάρκεια της μεταδιπλασιασμού. Εκτός από τις λανθασμένες βάσεις, οι πρωτεΐνες του συστήματος MMR μπορούν επίσης να επιδιορθώσουν τους βρόχους εισαγωγών/διαγραφών (IDL) που είναι αποτελέσματα της ολίσθησης της πολυμεράσης κατά την αναπαραγωγή επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών DNA.
Τι είναι η επιδιόρθωση νουκλεοτιδικής εκτομής;
Το πιο διακεκριμένο χαρακτηριστικό της επιδιόρθωσης εκτομής νουκλεοτιδίων είναι ότι επιδιορθώνει τις τροποποιημένες βλάβες νουκλεοτιδίων που προκαλούνται από σημαντικές παραμορφώσεις στη διπλή έλικα του DNA. Παρατηρείται σε όλους σχεδόν τους οργανισμούς που έχουν εξεταστεί μέχρι σήμερα. Uvr A, Uvr B, Uvr C (εξινουκλεάσες) Το Uvr D (μια ελικάση) είναι τα πιο γνωστά ένζυμα που εμπλέκονται στο NER που πυροδοτούν την επιδιόρθωση του DNA στον οργανισμό πρότυπο Ecoli. Το σύμπλοκο ενζύμων πολλαπλών υπομονάδων Uvr ABC παράγει τα πολυπεπτίδια Uvr A, Uvr B, Uvr C. Τα γονίδια που κωδικοποιούνται για τα προαναφερθέντα πολυπεπτίδια είναι τα uvr A, uvr B, uvr C. Τα ένζυμα Uvr Α και Β αναγνωρίζουν συλλογικά την επαγόμενη από βλάβη παραμόρφωση που προκαλείται στη διπλή έλικα του DNA, όπως τα ροοστάτες πυριμιδίνης λόγω της ακτινοβολίας UV. Το Uvr A είναι ένα ένζυμο ATPase και αυτό είναι μια αυτοκαταλυτική αντίδραση. Στη συνέχεια, το Uvr A φεύγει από το DNA, ενώ το σύμπλοκο Uvr BC (ενεργή νουκλεάση) διασπά το DNA και στις δύο πλευρές της βλάβης που καταλύεται από το ATP. Μια άλλη πρωτεΐνη που ονομάζεται Uvr D που κωδικοποιείται από το γονίδιο uvrD είναι ένα ένζυμο ελικάσης II που ξετυλίγει το DNA που προκύπτει από την απελευθέρωση μονόκλωνου κατεστραμμένου τμήματος DNA. Αυτό αφήνει ένα κενό στην έλικα του DNA. Μετά την αποκοπή του κατεστραμμένου τμήματος, παραμένει ένα κενό 12-13 νουκλεοτιδίων στον κλώνο DNA. Αυτό γεμίζει από το ένζυμο πολυμεράσης DNA Ι και η εγκοπή σφραγίζεται από τη λιγάση DNA. Το ATP απαιτείται σε τρία στάδια αυτής της αντίδρασης. Ο μηχανισμός NER μπορεί να αναγνωριστεί και στους ανθρώπους που μοιάζουν με θηλαστικά. Στους ανθρώπους, η πάθηση του δέρματος που ονομάζεται Xeroderma pigmentosum οφείλεται στα διμερή DNA που προκαλούνται από την υπεριώδη ακτινοβολία. Τα γονίδια XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF και XPG παράγουν πρωτεΐνες για να αντικαταστήσουν τη βλάβη του DNA. Οι πρωτεΐνες των γονιδίων XPA, XPC, XPE, XPF και XPG έχουν τη δράση νουκλεάσης. Από την άλλη πλευρά, οι πρωτεΐνες των γονιδίων XPB και XPD δείχνουν τη δραστηριότητα ελικάσης που είναι ανάλογη με την Uvr D στο E coli.
Εικόνα 01: Επιδιόρθωση εκτομής νουκλεοτιδίων
Τι είναι το Mismatch Repair;
Το σύστημα επιδιόρθωσης ασυμφωνιών ξεκινά κατά τη διάρκεια της σύνθεσης DNA. Ακόμη και με τη λειτουργική υπομονάδα €, η DNA πολυμεράση III επιτρέπει την ενσωμάτωση ενός λανθασμένου νουκλεοτιδίου για τη σύνθεση κάθε 10 8 ζεύγη βάσεων. Οι πρωτεΐνες επιδιόρθωσης ασυμφωνιών αναγνωρίζουν αυτό το νουκλεοτίδιο, το αποκόπτουν και το αντικαθιστούν με το σωστό νουκλεοτίδιο που είναι υπεύθυνο για τον τελικό βαθμό ακρίβειας. Η μεθυλίωση του DNA είναι ζωτικής σημασίας για τις πρωτεΐνες MMR για την αναγνώριση του μητρικού κλώνου από τον νεοσυντιθέμενο κλώνο. Η μεθυλίωση του νουκλεοτιδίου αδενίνης (Α) σε ένα μοτίβο GATC ενός νεοσυντιθέμενου κλώνου καθυστερεί λίγο. Από την άλλη πλευρά, ο μητρικός κλώνος νουκλεοτίδιο αδενίνης στο μοτίβο GATC έχει ήδη μεθυλιωθεί. Οι πρωτεΐνες MMR αναγνωρίζουν τον νεοσυντιθέμενο κλώνο από αυτή τη διαφορά από τον μητρικό κλώνο και ξεκινούν την επιδιόρθωση της ασυμφωνίας σε έναν νεοσυντιθέμενο κλώνο πριν αυτός μεθυλιωθεί. Οι πρωτεΐνες MMR κατευθύνουν τη δραστηριότητα επισκευής τους για να αφαιρέσουν το λάθος νουκλεοτίδιο προτού μεθυλιωθεί ο νέος αντιγραφόμενος κλώνος DNA. Τα ένζυμα Mut H, Mut L και Mut S που κωδικοποιούνται από τα γονίδια mut H, mut L, mut S καταλύουν αυτές τις αντιδράσεις στο Ecoli. Η πρωτεΐνη Mut S αναγνωρίζει επτά από τα οκτώ πιθανά ζεύγη βάσεων αναντιστοιχίας εκτός από το C:C και δεσμεύεται στη θέση της αναντιστοιχίας στο διπλό DNA. Με δεσμευμένα ATP, τα Mut L και Mut S ενώνονται αργότερα στο σύμπλεγμα. Το σύμπλεγμα μετατοπίζει μερικές χιλιάδες ζεύγη βάσεων μακριά μέχρι να βρει ένα ημιμεθυλιωμένο μοτίβο GATC. Η αδρανής δραστηριότητα νουκλεάσης της πρωτεΐνης Mut H ενεργοποιείται μόλις βρει ένα ημιμεθυλιωμένο μοτίβο GATC. Αποκόπτει τον μη μεθυλιωμένο κλώνο DNA αφήνοντας μια εγκοπή 5' στο νουκλεοτίδιο G μη μεθυλιωμένου μοτίβου GATC (νέα συντιθέμενη αλυσίδα DNA). Στη συνέχεια, ο ίδιος κλώνος στην άλλη πλευρά της αναντιστοιχίας αποκόπτεται από το Mut H. Στα υπόλοιπα βήματα, οι συλλογικές δράσεις της πρωτεΐνης ελικάσης Uvr D, Mut U, SSB και εξωνουκλεάσης I αποκόπτουν το εσφαλμένο νουκλεοτίδιο στο μονόκλωνο DNA. Το κενό που σχηματίζεται στην εκτομή συμπληρώνεται από την DNA πολυμεράση III και σφραγίζεται με λιγάση. Ένα παρόμοιο σύστημα μπορεί να εντοπιστεί σε ποντίκια και ανθρώπους. Η μετάλλαξη των ανθρώπινων hMLH1, hMSH1 και hMSH2 εμπλέκονται στον κληρονομικό μη πολυποδιακό καρκίνο του παχέος εντέρου που απορυθμίζει την κυτταρική διαίρεση των κυττάρων του παχέος εντέρου.
Εικόνα 02: Επιδιόρθωση ασυμφωνίας
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ επιδιόρθωσης ασυμφωνίας και επιδιόρθωσης εκτομής νουκλεοτιδίων;
Επισκευή ασυμφωνίας εναντίον επιδιόρθωσης εκτομής νουκλεοτιδίων |
|
| Το σύστημα επιδιόρθωσης ασυμφωνίας εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της μετά την αναπαραγωγή. | Αυτό εμπλέκεται στην αφαίρεση διμερών πυριμιδίνης λόγω ακτινοβολίας U. V και άλλων αλλοιώσεων DNA λόγω χημικών προσαγωγών. |
| Ένζυμα | |
| Καταλύεται από Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB και εξωνουκλεάση I. | Καταλύεται από τα ένζυμα Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| Μεθυλίωση | |
| Είναι ζωτικής σημασίας η έναρξη της αντίδρασης. | Μεθυλίωση DNA δεν απαιτείται για την έναρξη της αντίδρασης. |
| Δράση των ενζύμων | |
| Mut H είναι ενδονουκλεάση. | Uvr B και Uvr C είναι εξωνουκλεάσες. |
| Ευκαιρία | |
| Αυτό συμβαίνει ειδικά κατά την αναπαραγωγή. | Αυτό συμβαίνει όταν εκτίθεται σε U. V ή χημικά μεταλλαξιογόνα, όχι κατά τη διάρκεια της αναπαραγωγής |
| Διατήρηση | |
| Είναι εξαιρετικά συντηρημένο | Δεν είναι ιδιαίτερα διατηρημένο. |
| Γέμισμα κενού | |
| Γίνεται από την DNA πολυμεράση III. | Γίνεται από την DNA πολυμεράση Ι. |
Σύνοψη – Επιδιόρθωση ασυμφωνίας έναντι επιδιόρθωσης εκτομής νουκλεοτιδίων
Η επιδιόρθωση ασυμφωνίας (MMR) και η επιδιόρθωση νουκλεοτιδικής εκτομής (NER) είναι δύο μηχανισμοί που λαμβάνουν χώρα στο κύτταρο προκειμένου να διορθωθούν οι βλάβες και οι παραμορφώσεις του DNA που προκαλούνται από διάφορους παράγοντες. Αυτοί ονομάζονται συλλογικά ως μηχανισμοί επιδιόρθωσης DNA. Η επιδιόρθωση της εκτομής νουκλεοτιδίου επιδιορθώνει τις τροποποιημένες βλάβες νουκλεοτιδίων, συνήθως εκείνες τις σημαντικές βλάβες της διπλής έλικας του DNA που συμβαίνουν λόγω έκθεσης σε ακτινοβολία U. V και χημικά προϊόντα προσθήκης. Οι πρωτεΐνες επιδιόρθωσης ασυμφωνιών αναγνωρίζουν το λάθος νουκλεοτίδιο, το αποκόπτουν και το αντικαθιστούν με το σωστό νουκλεοτίδιο. Αυτή η διαδικασία είναι υπεύθυνη για τον τελικό βαθμό ακρίβειας κατά την αναπαραγωγή.
