Kľúčový rozdiel – oprava nesúladu vs oprava nukleotidovej excízie
V bunke sa denne vyskytnú desiatky a tisíce poškodení DNA. Indukuje zmeny bunkových procesov, ako je replikácia, transkripcia, ako aj životaschopnosť bunky. V niektorých prípadoch môžu mutácie spôsobené týmito poškodeniami DNA viesť k škodlivým ochoreniam, ako je rakovina a syndrómy súvisiace so starnutím (napr. progéria). Bez ohľadu na tieto poškodenia bunka spustí vysoko organizovaný mechanizmus kaskádovej opravy nazývaný reakcie na poškodenie DNA. V bunkovom systéme bolo identifikovaných niekoľko systémov na opravu DNA; tieto sú známe ako oprava základnej excízie (BER), oprava nesúladu (MMR), oprava vyrezania nukleotidom (NER), oprava dvojvláknového zlomu. Nukleotidová excízna oprava je vysoko všestranný systém, ktorý rozpoznáva objemné helixové deformačné lézie DNA a odstraňuje ich. Na druhej strane oprava nesúladu nahrádza nesprávne začlenené bázy počas replikácie. Kľúčový rozdiel medzi opravou nesúladu a opravou excízie nukleotidov je v tom, že oprava excízie nukleotidov (NER) sa používa na odstránenie pyrimidínových dimérov vytvorených UV žiarením a objemných helixových lézií spôsobených chemickými aduktmi, zatiaľ čo systém opravy nesprávneho párovania hrá dôležitú úlohu pri korekcii chybne začlenených báz, ktoré majú unikol z replikačných enzýmov (DNA polymeráza 1) počas poststreplikácie. Okrem chybne spárovaných báz môžu proteíny systému MMR opraviť aj inzerčné/delečné slučky (IDL), ktoré sú výsledkom sklzu polymerázy počas replikácie repetitívnych sekvencií DNA.
Čo je oprava nukleotidovej excízie?
Najvýraznejšou vlastnosťou opravy nukleotidovej excízie je, že opravuje modifikované poškodenia nukleotidov spôsobené významnými deformáciami v dvojitej špirále DNA. Pozoruje sa takmer vo všetkých organizmoch, ktoré boli doteraz skúmané. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinukleázy) Uvr D (helikáza) sú najznámejšie enzýmy zapojené do NER, ktoré spúšťajú opravu DNA v modelovom organizme Ecoli. Viacpodjednotkový enzýmový komplex Uvr ABC produkuje polypeptidy Uvr A, Uvr B, Uvr C. Gény kódované pre vyššie uvedené polypeptidy sú uvr A, uvr B, uvr C. Enzýmy Uvr A a B spoločne rozpoznávajú poškodenie vyvolané skreslením, ktoré je spôsobené na dvojzávitnici DNA, ako sú pyrimidínové stmievače v dôsledku UV žiarenia. Uvr A je enzým ATPáza a ide o autokatalytickú reakciu. Potom Uvr A opustí DNA, zatiaľ čo komplex Uvr BC (aktívna nukleáza) štiepi DNA na oboch stranách poškodenia, ktoré je katalyzované ATP. Ďalší proteín nazývaný Uvr D kódovaný génom uvrD je enzým helikáza II, ktorý odvíja DNA, ktorá je výsledkom uvoľnenia jednovláknového poškodeného segmentu DNA. To zanecháva medzeru v špirále DNA. Po vyrezaní poškodeného segmentu zostáva vo vlákne DNA 12-13 nukleotidová medzera. Ten je vyplnený DNA polymerázovým enzýmom I a nick je zapečatený DNA ligázou. ATP je potrebný v troch krokoch tejto reakcie. Mechanizmus NER možno identifikovať aj u ľudí podobných cicavcom. U ľudí je ochorenie kože nazývané Xeroderma pigmentosum spôsobené dimérmi DNA spôsobenými UV žiarením. Gény XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF a XPG produkujú proteíny, ktoré nahradia poškodenie DNA. Proteíny génov XPA, XPC, XPE, XPF a XPG majú nukleázovú aktivitu. Na druhej strane, proteíny génov XPB a XPD vykazujú helikázovú aktivitu, ktorá je analogická s Uvr D v E coli.
Obrázok 01: Oprava excízie nukleotidom
Čo je oprava nesúladu?
Systém opravy nesúladu sa spúšťa počas syntézy DNA. Dokonca aj s funkčnou € podjednotkou umožňuje DNA polymeráza III inkorporáciu nesprávneho nukleotidu pre syntézu každých 108párov báz. Proteíny na opravu nesúladu rozpoznajú tento nukleotid, vystrihnú ho a nahradia správnym nukleotidom zodpovedným za konečný stupeň presnosti. Metylácia DNA je kľúčová pre MMR proteíny na rozpoznanie rodičovského vlákna od novo syntetizovaného vlákna. Metylácia adenínového (A) nukleotidu v GATC motíve novo syntetizovaného vlákna je trochu oneskorená. Na druhej strane, adenínový nukleotid rodičovského vlákna v motíve GATC sa už metyloval. MMR proteíny rozpoznávajú novo syntetizované vlákno podľa tohto rozdielu od rodičovského vlákna a spúšťajú opravu nesúladu v novo syntetizovanom vlákne skôr, ako sa metyluje. Proteíny MMR nasmerujú svoju opravnú aktivitu na vyrezanie nesprávneho nukleotidu predtým, ako sa novo replikované vlákno DNA metyluje. Enzýmy Mut H, Mut L a Mut S kódované génmi mut H, mut L, mut S katalyzujú tieto reakcie v Ecoli. Proteín Mut S rozpoznáva sedem z ôsmich možných párov báz s výnimkou C:C a viaže sa na miesto nesúladu v duplexnej DNA. S naviazanými ATP sa Mut L a Mut S pripájajú ku komplexu neskôr. Komplex translokuje niekoľko tisíc párov báz, kým nenájde hemimetylovaný motív GATC. Dormantná nukleázová aktivita proteínu Mut H sa aktivuje, keď nájde hemimetylovaný motív GATC. Štiepi nemetylovaný reťazec DNA a zanecháva 5 'nick na G nukleotide nemetylovaného motívu GATC (novo syntetizované vlákno DNA). Potom je rovnaké vlákno na druhej strane nesúladu označené Mut H. Vo zvyšných krokoch kolektívne akcie Uvr D a helikázového proteínu, Mut U, SSB a exonukleázy I vystrihnú nesprávny nukleotid v jednovláknovom DNA. Medzera, ktorá sa vytvorí pri excízii, je vyplnená DNA polymerázou III a utesnená ligázou. Podobný systém možno identifikovať u myší a ľudí. Mutácia ľudského hMLH1, hMSH1 a hMSH2 sa podieľa na dedičnej nepolypóznej rakovine hrubého čreva, ktorá dereguluje bunkové delenie buniek hrubého čreva.
Obrázok 02: Oprava nesúladu
Aký je rozdiel medzi opravou nesúladu a opravou nukleotidovej excízie?
Oprava nesúladu verzus oprava excízie nukleotidom |
|
| Systém na opravu nesúladu sa vyskytuje počas následnej replikácie. | Toto sa podieľa na odstraňovaní pyrimidínových dimérov v dôsledku UV žiarenia a iných lézií DNA v dôsledku chemického aduktu. |
| Enzýmy | |
| Je katalyzovaný Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB a exonukleázou I. | Je katalyzovaný enzýmami Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| Metylácia | |
| Je kľúčové začať reakciu. | Na spustenie reakcie nie je potrebná metylácia DNA. |
| Pôsobenie enzýmov | |
| Mut H je endonukleáza. | Uvr B a Uvr C sú exonukleázy. |
| Príležitosť | |
| Stáva sa to konkrétne počas replikácie. | Stáva sa to pri vystavení U. V alebo chemickým mutagénom, nie počas replikácie |
| Conservation | |
| Je vysoko zachovalé | Nie je veľmi zachovalé. |
| Vyplnenie medzier | |
| Vykonáva sa pomocou DNA polymerázy III. | Vykonáva sa pomocou DNA polymerázy I. |
Zhrnutie – Oprava nesúladu vs Oprava excízie nukleotidom
Oprava nesúladu (MMR) a oprava nukleotidovej excízie (NER) sú dva mechanizmy, ktoré prebiehajú v bunke s cieľom napraviť poškodenia a deformácie DNA, ktoré spôsobujú rôzne činidlá. Súhrnne sa nazývajú mechanizmy opravy DNA. Oprava nukleotidovej excízie opravuje modifikované poškodenia nukleotidov, typicky tie významné poškodenia dvojitej špirály DNA, ku ktorým dochádza v dôsledku vystavenia UV žiareniu a chemickým aduktom. Mismatch repair proteíny rozpoznajú nesprávny nukleotid, vystrihnú ho a nahradia správnym nukleotidom. Tento proces je zodpovedný za konečný stupeň presnosti počas replikácie.
