Ключевое различие между негомологичным соединением концов и прямым гомологичным повтором заключается в том, что негомологичное соединение концов представляет собой путь восстановления двухцепочечных разрывов в ДНК, который не требует гомологичной матрицы для управления восстановлением, в то время как прямой гомологичный повтор представляет собой путь который восстанавливает двухцепочечные разрывы в ДНК, для которых требуется гомологичная матрица для управления восстановлением.
Репарация ДНК - это процесс, при котором клетка выявляет и исправляет повреждения молекул ДНК. Как правило, нормальная метаболическая активность и факторы окружающей среды, такие как радиация, могут вызывать повреждение ДНК. Эти факторы могут привести к десяткам тысяч отдельных молекулярных повреждений на клетку в день. Пути репарации двухцепочечных разрывов ДНК представляют собой пути репарации ДНК в биологических клетках. Существует два пути восстановления двухцепочечных разрывов ДНК: негомологичное соединение концов и гомологичный прямой повтор.
Что такое негомологичное соединение концов?
Ногомологичное соединение концов (NHEJ) - это путь, который восстанавливает двухцепочечные разрывы в ДНК и не требует гомологичной матрицы для управления восстановлением. Этот путь был обнаружен Муром и Хабером в 1966 году. Этот путь обычно управляется короткими гомологичными последовательностями ДНК (микрогомологиями), которые часто присутствуют в виде одноцепочечных выступов на концах двухцепочечных разрывов. Когда выступы совместимы, путь NHEJ точно восстанавливает разрыв двойных цепей. Однако, когда выступы не полностью совместимы, это приводит к неточной репарации, которая вызывает потерю нуклеотидов. Неправильный путь NHEJ может привести к транслокациям, слиянию теломер и признакам опухолевых клеток.
Рисунок 01: Негомологичное соединение концов
Путь NHEJ состоит из трех основных этапов: связывание и привязывание концов, обработка концов и лигирование. У млекопитающих в образовании концевых мостиков участвуют белки, называемые Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), ДНК-PKcs, Ku (Ku70 и 80). Конечный этап обработки включает удаление несовпадающих или поврежденных нуклеотидов и повторный синтез ДНК ДНК-полимеразами (заполнение пробелов). Удаление несовпадающих или поврежденных нуклеотидов осуществляется нуклеазами, такими как Artemis. ДНК-полимеразы семейства X Pol λ и μ у млекопитающих осуществляют заполнение пробелов. Обработка концов не требуется, если концы уже совместимы и имеют 3'-гидроксильные или 5'-фосфатные концы. Кроме того, заключительный этап лигирования осуществляется комплексом лигирования IV, который состоит из ДНК-лигазы IV и ее кофактора XRCC4.
Что такое гомологичный прямой повтор?
Гомологичный прямой повтор (HDR) - это путь, который восстанавливает двухцепочечные разрывы в ДНК с использованием гомологичной матрицы для управления восстановлением. Наиболее распространенным способом гомологичного прямого повтора является гомологичная рекомбинация. Механизм HDR возможен только при наличии гомологичного фрагмента ДНК в ядре, в основном в фазах G2 и S клеточного цикла. Биологический путь HDR начинается с фосфорилирования гистонового белка, называемого H2AX, в области, где происходит двухцепочечный разрыв ДНК. Это привлекает другие белки к поврежденному месту. Затем комплекс MRN связывается с поврежденными концами и предотвращает хромосомные разрывы. Комплекс MRN также удерживает сломанные концы вместе. Позже концы ДНК обрабатываются таким образом, что удаляются ненужные остатки химических групп и образуются одноцепочечные выступы.
Рисунок 02: Гомологичный прямой повтор
Каждый фрагмент одноцепочечной ДНК покрыт белком, называемым RPA, и его функция заключается в поддержании стабильности одноцепочечных фрагментов ДНК. После этого Rad51 заменяет белок RPA. Более того, работая вместе с BRCA2, Rad51 связывает комплементарный фрагмент ДНК, который вторгается в разорванную цепь ДНК, образуя матрицу для ДНК-полимеразы. ДНК-полимераза удерживается на ДНК другим белком, известным как PCNA. В конечном итоге полимераза синтезирует недостающую часть разорванной цепи. Кроме того, когда разорванная нить ресинтезируется, обе нити должны снова разъединиться. Предложены модели для многочисленных способов расцепления. После разделения нитей процесс завершается.
Каковы сходства между негомологичным соединением концов и гомологичным прямым повтором?
- Ногомологичное соединение концов и гомологичный прямой повтор - два пути восстановления двухцепочечных разрывов ДНК.
- Комплекс MRN участвует в обоих путях.
- Нуклеазы участвуют в обоих путях.
- ДНК-полимеразы участвуют в обоих путях.
- Эти механизмы можно найти как у прокариот, так и у эукариот.
- Они оба являются важными механизмами выживания клеток.
В чем разница между негомологичным соединением концов и гомологичным прямым повтором?
Ногомологичное соединение концов - это путь, который восстанавливает двухцепочечные разрывы в ДНК, не требующий гомологичной матрицы для управления репарацией, в то время как гомологичный прямой повтор - это путь, который восстанавливает двухцепочечные разрывы в ДНК с использованием гомологичной матрицы. Таким образом, в этом ключевое различие между негомологичным соединением концов и гомологичным прямым повтором. Кроме того, гомологичная рекомбинация не участвует в негомологичном соединении концов, тогда как гомологичная рекомбинация участвует в гомологичном прямом повторе.
Приведенная ниже инфографика представляет различия между негомологичным соединением концов и гомологичным прямым повтором в табличной форме для параллельного сравнения.
Резюме – Негомологичное соединение концов против гомологичного прямого повторения
Репарация ДНК может осуществляться с помощью различных механизмов, таких как прямое обращение, репарация одноцепочечных повреждений, репарация двухцепочечных разрывов и синтез трансфузий. Негомологичное соединение концов и гомологичные прямые повторы представляют собой два пути репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Негомологичное соединение концов не требует гомологичной матрицы для направления пути репарации ДНК. Гомологичный прямой повтор - это путь, который требует гомологичной матрицы для управления репарацией ДНК. Итак, в этом ключевое различие между негомологичным соединением концов и гомологичным прямым повтором.
