Różnica między naprawą niedopasowania a naprawą wycięcia nukleotydu

Kluczowa różnica - naprawa niedopasowania vs naprawa wycięcia nukleotydu
 

Dziesiątki i tysiące uszkodzeń DNA występują w komórce dziennie. Indukuje zmiany w procesach komórkowych, takie jak replikacja, transkrypcja, a także żywotność komórki. W niektórych przypadkach mutacje spowodowane przez te uszkodzenia DNA mogą prowadzić do szkodliwych chorób, takich jak nowotwory i zespoły związane ze starzeniem się (np. Progeria). Niezależnie od tych uszkodzeń komórka inicjuje wysoce zorganizowany kaskadowy mechanizm naprawy zwany reakcjami uszkodzeń DNA. W systemie komórkowym zidentyfikowano kilka systemów naprawy DNA; są one znane jako naprawa wycięcia podstawy (BER), naprawa niedopasowania (MMR), naprawa wycięcia nukleotydu (NER), naprawa pęknięcia podwójnej nici. Naprawa wycinania nukleotydów jest bardzo wszechstronnym systemem, który rozpoznaje zmiany DNA o dużych rozmiarach i zniekształca helisę i usuwa je. Z drugiej strony naprawa niedopasowania zastępuje błędnie włączone bazy podczas replikacji. Kluczową różnicą między naprawą niedopasowania a naprawą wycinania nukleotydów jest to naprawa wycinania nukleotydów (NER) służy do usuwania dimerów pirymidynowych powstających w wyniku napromieniowania UV i dużych zmian helisy spowodowanych przez addukty chemiczne, podczas gdy system naprawy niedopasowań odgrywa ważną rolę w korygowaniu źle wprowadzonych zasad, które uciekły od enzymów replikacyjnych (polimerazy DNA 1) podczas ponownej replikacji. Oprócz niedopasowanych zasad, białka systemowe MMR mogą również naprawiać pętle insercji / delecji (IDL), które są wynikiem poślizgu polimerazy podczas replikacji powtarzalnych sekwencji DNA.

ZAWARTOŚĆ
1. Przegląd i kluczowa różnica
2. Co to jest naprawa niedopasowania
3. Co to jest naprawa wycinania nukleotydów
4. Porównanie obok siebie - naprawa niedopasowania vs naprawa wycinania nukleotydów
5. Podsumowanie

Co to jest naprawa wycinania nukleotydów?

Najbardziej wyróżniającą się cechą naprawy wycinania nukleotydów jest to, że naprawia zmodyfikowane uszkodzenia nukleotydów spowodowane znacznymi zniekształceniami podwójnej helisy DNA. Jest obserwowany u prawie wszystkich organizmów, które były badane do tej pory. Uvr A, Uvr B, Uvr C (eksukleazy) Uvr D (helikaza) to najbardziej znane enzymy zaangażowane w NER, które wyzwalają naprawę DNA w modelowym organizmie Ecoli. Kompleks enzymatyczny z wieloma podjednostkami Uvr ABC wytwarza polipeptydy Uvr A, Uvr B, Uvr C. Geny kodowane dla wyżej wspomnianych polipeptydów to: uvr A, uvr B, uvr C. Enzymy Uvr A i B zbiorczo rozpoznają zniekształcenie wywołane uszkodzeniem, które jest spowodowane podwójną helisą DNA, taką jak dimmery pirymidynowe z powodu napromieniowania UV. Uvr A jest enzymem ATPazy i jest to reakcja autokatalityczna. Następnie Uvr A opuszcza DNA, podczas gdy kompleks Uvr BC (aktywna nukleaza) rozszczepia DNA po obu stronach uszkodzenia katalizowanego przez ATP. Innym białkiem zwanym Uvr D kodowanym przez gen uvrD jest enzym helikaza II odwijający DNA powstałe w wyniku uwolnienia jednoniciowego uszkodzonego segmentu DNA. Pozostawia to lukę w helisie DNA. Po wycięciu uszkodzonego segmentu w nici DNA pozostaje 12-13 nukleotydowa przerwa. Jest to wypełniane przez enzym I polimerazy DNA, a nick jest uszczelniany przez ligazę DNA. ATP jest wymagany na trzech etapach tej reakcji. Mechanizm NER można również zidentyfikować u ludzi podobnych do ssaków. U ludzi stan skóry zwany Xeroderma pigmentosum jest spowodowany dimerami DNA wywołanymi promieniowaniem UV. Geny XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF i XPG wytwarzają białka zastępujące uszkodzenie DNA. Białka genów XPA, XPC, XPE, XPF i XPG mają aktywność nukleazy. Z drugiej strony białka genów XPB i XPD wykazują aktywność helikazy analogiczną do Uvr D w E coli.

Rycina 01: Naprawa wycięcia nukleotydu

Co to jest naprawa niedopasowania?

System naprawy niedopasowania jest inicjowany podczas syntezy DNA. Nawet z funkcjonalną podjednostką € polimeraza DNA III umożliwia włączenie niewłaściwego nukleotydu do syntezy co 10⁸ pary zasad. Niedopasowane białka naprawcze rozpoznają ten nukleotyd, wycinają go i zastępują go właściwym nukleotydem odpowiedzialnym za końcowy stopień dokładności. Metylacja DNA jest kluczowa dla białek MMR do rozpoznania nici macierzystej z nowo zsyntetyzowanej nici. Metylacja nukleotydu adeniny (A) w motywie GATC nowo zsyntetyzowanej nici jest nieco opóźniona. Z drugiej strony natywny nić nukleotyd adeninowy w motywie GATC już się metylował. Białka MMR rozpoznają nowo zsyntetyzowaną nić na podstawie tej różnicy od nici macierzystej i rozpoczynają naprawę niedopasowania w nowo zsyntetyzowanej nici, zanim ulegnie ona metylacji. Białka MMR kierują swoją aktywnością naprawczą do wycinania niewłaściwego nukleotydu, zanim nowo replikowana nić DNA ulegnie metylacji. Enzymy Mut H, Mut L i Mut S kodowane przez geny mut H, mut L, mut S katalizują te reakcje w Ecoli. Białko Mut S rozpoznaje siedem z ośmiu możliwych par zasad niedopasowania oprócz C: C i wiąże się w miejscu niedopasowania w dupleksowym DNA. Z powiązanymi ATP, Mut L i Mut S dołączają do kompleksu później. Kompleks przenosi kilka tysięcy par zasad, aż znajdzie hemimetylowany motyw GATC. Aktywność nieaktywnej nukleazy białka Mut H jest aktywowana, gdy znajdzie hemimetylowany motyw GATC. Odcina niemetylowaną nić DNA pozostawiając nick 5 'przy nukleotydu G niemetylowanego motywu GATC (nowo zsyntetyzowana nić DNA). Następnie ta sama nić po drugiej stronie niedopasowania jest nacinana przez Mut H. W pozostałych etapach, zbiorowe działania Uvr D białka helikazy, Mut U, SSB i eksonukleazy I wycinają nieprawidłowy nukleotyd w jednoniciowym DNA Luka, która powstaje podczas wycinania, jest wypełniana przez polimerazę DNA III i uszczelniona przez ligazę. Podobny system można zidentyfikować u myszy i ludzi. Mutacja ludzkiego hMLH1, hMSH1 i hMSH2 bierze udział w dziedzicznym raku jelita grubego niepolipozowym, który rozregulowuje podział komórkowy komórek okrężnicy.

Rysunek 02: Naprawa niedopasowania

Jaka jest różnica między naprawą niedopasowania a naprawą wycięcia nukleotydu?

Naprawa niedopasowania a naprawa wycięcia nukleotydu
System naprawy niezgodności występuje podczas ponownej replikacji.	Jest to zaangażowane w usuwanie dimerów pirymidynowych z powodu napromieniowania UV i innych zmian DNA spowodowanych adduktem chemicznym.
Enzymy
Katalizuje go Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB i egzonukleaza I..	Jest katalizowany przez enzymy Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD.
Metylacja
Zasadnicze znaczenie ma zainicjowanie reakcji.	Metylacja DNA nie jest wymagana do rozpoczęcia reakcji.
Działanie enzymów
Mut H jest endonukleazą.	Uvr B i Uvr C są egzonukleazami.
Okazja
Dzieje się tak szczególnie podczas replikacji.	Dzieje się tak, gdy jest narażony na działanie UV lub mutagenów chemicznych, a nie podczas replikacji
Ochrona
Jest wysoce konserwowany	Nie jest wysoce konserwowany.
Wypełnienie luki
Odbywa się to za pomocą polimerazy DNA III.	Odbywa się to za pomocą polimerazy DNA I.

Podsumowanie - naprawa niedopasowania kontra naprawa wycięcia nukleotydu

Naprawa niedopasowania (MMR) i naprawa wycięcia nukleotydu (NER) to dwa mechanizmy, które mają miejsce w komórce w celu naprawy uszkodzeń i zniekształceń DNA spowodowanych przez różne czynniki. Są one łącznie nazywane mechanizmami naprawy DNA. Naprawa wycinania nukleotydu naprawia zmodyfikowane uszkodzenia nukleotydów, zazwyczaj te znaczące uszkodzenia podwójnej helisy DNA, które występują w wyniku ekspozycji na promieniowanie UV i addukty chemiczne. Niedopasowane białka naprawcze rozpoznają niewłaściwy nukleotyd, wycinają go i zastępują prawidłowym nukleotydem. Proces ten odpowiada za końcowy stopień dokładności podczas replikacji.

Odniesienie:
1. Cooper, Geoffrey M. „Naprawa DNA”. The Cell: A Molecular Approach. 2. edycja National Library of Medicine, 01 stycznia 1970. Web. 09 marca 2017.
2. „Mechanizmy i funkcje naprawy niedopasowania DNA”. Badania komórek. U.S. National Library of Medicine, n.d. Sieć. 09 marca 2017.

Zdjęcie dzięki uprzejmości:
1. „Nucleotide Excision Repair-journal.pbio.0040203.g001” Autor: Jill O. Fuss, Priscilla K. Cooper - (CC BY 2.5) przez Commons Wikimedia
2. „Naprawa niedopasowania DNA Ecoli” Autor: Kenji Fukui - (CC BY 4.0) przez Commons Wikimedia