Kluczowa różnica między łączeniem niehomologicznych końców a homologicznym bezpośrednim powtórzeniem polega na tym, że łączenie niehomologicznych końców jest ścieżką naprawczą dwuniciowych pęknięć w DNA, która nie wymaga homologicznego szablonu do kierowania naprawą, podczas gdy homologiczne bezpośrednie powtórzenie jest ścieżką naprawia dwuniciowe pęknięcia w DNA, które wymagają homologicznego szablonu do kierowania naprawą.
Naprawa DNA to proces, w którym komórka identyfikuje i naprawia uszkodzenia cząsteczek DNA. Ogólnie rzecz biorąc, normalna aktywność metaboliczna i czynniki środowiskowe, takie jak promieniowanie, mogą powodować uszkodzenie DNA. Czynniki te mogą powodować dziesiątki tysięcy pojedynczych uszkodzeń molekularnych na komórkę dziennie. Ścieżki naprawy pęknięć dwuniciowych DNA to ścieżki naprawy DNA w komórkach biologicznych. Istnieją dwa szlaki naprawy pęknięć dwuniciowych DNA, takie jak łączenie niehomologicznych końców i homologiczne bezpośrednie powtórzenie.
Co to jest łączenie niehomologicznych końcówek?
Łączenie niehomologicznych końców (NHEJ) to ścieżka, która naprawia dwuniciowe pęknięcia w DNA i nie wymaga homologicznego szablonu do kierowania naprawą. Szlak ten został odkryty przez Moore'a i Habera w 1966 roku. Szlak ten jest zazwyczaj kierowany przez krótkie homologiczne sekwencje DNA (mikrohomologie), które często występują w jednoniciowych nawisach na końcach pęknięć dwuniciowych. Kiedy nawisy są kompatybilne, ścieżka NHEJ naprawia, że podwójne nici pękają dokładnie. Jednak gdy nawisy nie są idealnie kompatybilne, prowadzi to do nieprecyzyjnej naprawy, która spowoduje utratę nukleotydów. Niewłaściwy szlak NHEJ może prowadzić do translokacji, fuzji telomerów i cech charakterystycznych komórek nowotworowych.
Rysunek 01: Łączenie niehomologicznych końców
Ścieżka NHEJ składa się z trzech głównych etapów: wiązania końcowego i tetheringu, przetwarzania końcowego i ligacji. U ssaków w mostkowanie końców biorą udział białka zwane Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), DNA-PKcs, Ku (Ku70 i 80). Końcowy etap przetwarzania obejmuje usunięcie niedopasowanych lub uszkodzonych nukleotydów i resyntezę DNA przez polimerazy DNA (wypełnianie luk). Usuwanie niedopasowanych lub uszkodzonych nukleotydów jest przeprowadzane przez nukleazy, takie jak Artemis. Polimerazy DNA rodziny X Pol λ i μ u ssaków przeprowadzają wypełnianie luki. Obróbka końcówek nie jest konieczna, jeśli końcówki są już kompatybilne i mają końce 3'hydroksylowe lub 5'fosforanowe. Ponadto, końcowy etap ligacji jest wykonywany przez kompleks ligacyjny IV, który składa się z ligazy DNA IV i jej kofaktora XRCC4.
Co to jest homologiczne bezpośrednie powtórzenie?
Homologiczne bezpośrednie powtórzenie (HDR) to ścieżka, która naprawia dwuniciowe pęknięcia w DNA przy użyciu homologicznej matrycy kierującej naprawą. Najczęstszym sposobem homologicznego powtórzenia bezpośredniego jest rekombinacja homologiczna. Mechanizm HDR jest możliwy tylko wtedy, gdy w jądrze znajduje się homologiczny fragment DNA, głównie w fazie G2 i S cyklu komórkowego. Biologiczny szlak HDR zaczyna się od fosforylacji białka histonowego zwanego H2AX w obszarze, w którym dochodzi do pęknięcia podwójnej nici DNA. To przyciąga inne białka do uszkodzonej lokalizacji. Następnie kompleks MRN wiąże się z uszkodzonymi końcami i zapobiega pęknięciom chromosomów. Kompleks MRN łączy również złamane końcówki. Później końce DNA są przetwarzane w taki sposób, że niepotrzebne pozostałości grup chemicznych są usuwane i powstają jednoniciowe nawisy.
Rysunek 02: Homologiczne bezpośrednie powtórzenie
Każdy kawałek jednoniciowego DNA jest pokryty białkiem zwanym RPA, a jego funkcją jest utrzymywanie stabilności jednoniciowego DNA. Następnie Rad51 zastępuje białko RPA. Co więcej, pracując razem z BRCA2, Rad51 łączy komplementarny fragment DNA, który atakuje uszkodzoną nić DNA, tworząc matrycę dla polimerazy DNA. Polimeraza DNA jest utrzymywana na DNA przez inne białko znane jako PCNA. Ostatecznie polimeraza syntetyzuje brakującą część uszkodzonej nici. Ponadto, gdy zerwane pasmo jest ponownie syntetyzowane, oba pasma muszą ponownie się rozłączyć. Proponowane są modele dla wielu sposobów rozprzęgania. Po rozdzieleniu pasm proces jest zakończony.
Jakie są podobieństwa między łączeniem niehomologicznych końców a homologicznym bezpośrednim powtórzeniem?
- Łączenie niehomologicznych końców i homologiczne bezpośrednie powtórzenie to dwie ścieżki naprawy pęknięć dwuniciowych DNA.
- Kompleks MRN jest zaangażowany w obie ścieżki.
- Nukleazy są zaangażowane w obie ścieżki.
- Pomerazy DNA są zaangażowane w obie ścieżki.
- Te mechanizmy można znaleźć zarówno u prokariontów, jak i eukariotów.
- Oba są kluczowymi mechanizmami przetrwania komórek.
Jaka jest różnica między łączeniem niehomologicznych końców a homologicznym bezpośrednim powtórzeniem?
Łączenie niehomologicznych końców to szlak, który naprawia dwuniciowe pęknięcia w DNA, który nie wymaga homologicznej matrycy do kierowania naprawą, podczas gdy homologiczne bezpośrednie powtórzenie to droga, która naprawia dwuniciowe pęknięcia w DNA przy użyciu homologicznej matrycy. Jest to zatem kluczowa różnica między niehomologicznym łączeniem końców a homologicznym bezpośrednim powtórzeniem. Ponadto rekombinacja homologiczna nie bierze udziału w łączeniu końców niehomologicznych, podczas gdy rekombinacja homologiczna jest zaangażowana w bezpośrednie powtórzenie homologiczne.
Poniższa infografika przedstawia różnice między niehomologicznym łączeniem końców a homologicznym bezpośrednim powtórzeniem w formie tabelarycznej do bezpośredniego porównania.
Podsumowanie – łączenie niehomologicznych końców vs homologiczne powtarzanie bezpośrednie
Naprawa DNA może być wykonana za pomocą różnych mechanizmów, takich jak bezpośrednie odwrócenie, naprawa uszkodzeń pojedynczej nici, naprawa pęknięć podwójnej nici i synteza translekcji. Łączenie niehomologicznych końców i homologiczne bezpośrednie powtórzenia to dwa szlaki naprawy pęknięć dwuniciowych DNA. Łączenie niehomologicznych końców nie wymaga homologicznego szablonu do kierowania szlakiem naprawy DNA. Homologiczne bezpośrednie powtórzenie to szlak, który wymaga homologicznej matrycy do kierowania naprawą DNA. Jest to więc kluczowa różnica między niehomologicznym łączeniem końców a homologicznym bezpośrednim powtórzeniem.
