Ключевая разница - восстановление несоответствия и восстановление эксцизии нуклеотидов
Ежедневно в клетке происходят десятки и тысячи повреждений ДНК. Он вызывает изменения в клеточных процессах, таких как репликация, транскрипция, а также жизнеспособность клетки. В некоторых случаях мутации, вызванные этими повреждениями ДНК, могут привести к опасным заболеваниям, таким как рак и синдромы, связанные со старением (например, прогерия). Независимо от этих повреждений клетка инициирует высокоорганизованный каскадный механизм восстановления, называемый реакцией на повреждение ДНК. В клеточной системе идентифицировано несколько систем репарации ДНК; они известны как репарация с иссечением основания (BER), репарация с несоответствием (MMR), эксцизионная репарация нуклеотидов (NER), репарация с двухцепочечным разрывом. Эксцизионная репарация нуклеотидов представляет собой очень универсальную систему, которая распознает обширные повреждения ДНК с искажением спирали и удаляет их. С другой стороны, восстановление несоответствия заменяет ошибочно включенные основания во время репликации. Ключевое различие между репарацией несоответствия и эксцизионной репарацией нуклеотидов заключается в том, что эксцизионная репарация нуклеотидов (NER) используется для удаления пиримидиновых димеров, образованных УФ-облучением, и объемных повреждений спирали, вызванных химическими аддуктами, в то время как система репарации несоответствия играет важную роль в исправлении ошибочно включенных оснований, которые ускользал от ферментов репликации (ДНК-полимераза 1) во время пострепликации. Помимо несовпадающих оснований, белки системы MMR также могут восстанавливать петли вставок/делеций (IDL), которые являются результатом проскальзывания полимеразы во время репликации повторяющихся последовательностей ДНК.
Что такое эксцизионная репарация нуклеотидов?
Наиболее отличительной чертой эксцизионной репарации нуклеотидов является то, что она восстанавливает модифицированные повреждения нуклеотидов, вызванные значительными искажениями в двойной спирали ДНК. Он наблюдается практически у всех исследованных на сегодняшний день организмов. Uvr A, Uvr B, Uvr C (эксинуклеазы) Uvr D (хеликаза) являются наиболее известными ферментами, участвующими в NER, которые запускают репарацию ДНК в модельном организме Ecoli. Многосубъединичный ферментный комплекс Uvr ABC продуцирует полипептиды Uvr A, Uvr B, Uvr C. Гены, кодируемые для вышеупомянутых полипептидов, представляют собой uvr A, uvr B, uvr C. Ферменты Uvr A и B коллективно распознают вызванное повреждением искажение, которое возникает в двойной спирали ДНК, такое как пиримидиновые димеры, из-за УФ-облучения. Uvr A представляет собой фермент АТФазу, и это автокаталитическая реакция. Затем Uvr A покидает ДНК, тогда как комплекс Uvr BC (активная нуклеаза) расщепляет ДНК с обеих сторон повреждения, катализируемого АТФ. Другой белок, называемый Uvr D, кодируемый геном uvrD, представляет собой фермент геликазу II, раскручивающий ДНК в результате высвобождения одноцепочечного поврежденного сегмента ДНК. Это оставляет разрыв в спирали ДНК. После удаления поврежденного сегмента в цепи ДНК остается разрыв в 12-13 нуклеотидов. Он заполняется ферментом ДНК-полимеразы I, а разрыв запечатывается ДНК-лигазой. АТФ требуется на трех стадиях этой реакции. Механизм NER можно идентифицировать и у людей, подобных млекопитающим. У людей состояние кожи, называемое пигментной ксеродермой, связано с димерами ДНК, вызванными УФ-облучением. Гены XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF и XPG производят белки для замены повреждений ДНК. Белки генов XPA, XPC, XPE, XPF и XPG обладают нуклеазной активностью. С другой стороны, белки генов XPB и XPD проявляют геликазную активность, которая аналогична Uvr D в E coli.
Рисунок 01: Эксцизионная репарация нуклеотидов
Что такое восстановление несоответствия?
Система репарации несоответствий запускается во время синтеза ДНК. Даже с функциональной субъединицей € ДНК-полимераза III допускает включение неправильного нуклеотида для синтеза через каждые 108пар оснований. Белки репарации несоответствия распознают этот нуклеотид, вырезают его и заменяют правильным нуклеотидом, отвечающим за окончательную степень точности. Метилирование ДНК имеет решающее значение для белков MMR, чтобы распознавать родительскую цепь из вновь синтезированной цепи. Метилирование аденинового (А) нуклеотида в мотиве GATC вновь синтезированной цепи немного задерживается. С другой стороны, адениновый нуклеотид исходной цепи в мотиве GATC уже метилирован. Белки MMR распознают вновь синтезированную цепь по этому отличию от родительской цепи и начинают репарацию несоответствия во вновь синтезированной цепи до того, как она будет метилирована. Белки MMR направляют свою восстановительную активность на вырезание неправильного нуклеотида до того, как вновь реплицированная цепь ДНК будет метилирована. Ферменты Mut H, Mut L и Mut S, кодируемые генами mut H, mut L, mut S, катализируют эти реакции у Ecoli. Белок Mut S распознает семь из восьми возможных несоответствующих пар оснований, за исключением C:C, и связывается в месте несовпадения в дуплексной ДНК. Со связанными АТФ Mut L и Mut S присоединяются к комплексу позже. Комплекс перемещает несколько тысяч пар оснований, пока не найдет полуметилированный мотив GATC. Спящая нуклеазная активность белка Mut H активируется, как только он находит полуметилированный мотив GATC. Он расщепляет неметилированную цепь ДНК, оставляя 5'-разрыв в нуклеотиде G неметилированного мотива GATC (новосинтезированная цепь ДНК). Затем та же цепочка на другой стороне несовпадения надрезается Mut H. На остальных этапах коллективные действия белка хеликазы Uvr D, Mut U, SSB и экзонуклеазы I вырезают неправильный нуклеотид в одноцепочечной цепи. ДНК. Промежуток, образующийся при иссечении, заполняется ДНК-полимеразой III и запечатывается лигазой. Подобная система может быть идентифицирована у мышей и людей. Мутации человеческих hMLH1, hMSH1 и hMSH2 вовлечены в наследственный неполипозный рак толстой кишки, который нарушает регуляцию клеточного деления клеток толстой кишки.
Рисунок 02: Исправление несоответствия
В чем разница между репарацией несоответствия и эксцизионной репарацией нуклеотидов?
Репарация несоответствия и эксцизионная репарация нуклеотидов |
|
| Система восстановления несоответствия возникает во время пострепликации. | Это связано с удалением пиримидиновых димеров из-за УФ-облучения и других повреждений ДНК из-за химического аддукта. |
| Ферменты | |
| Это катализируется Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB и экзонуклеазой I. | Это катализируется ферментами Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| Метилирование | |
| Важно запустить реакцию. | Метилирование ДНК не требуется для инициации реакции. |
| Действие ферментов | |
| Mut H является эндонуклеазой. | Uvr B и Uvr C являются экзонуклеазами. |
| Повод | |
| Это происходит именно во время репликации. | Это происходит при воздействии УФ или химических мутагенов, а не во время репликации |
| Сохранение | |
| Высококонсервативный | Он не очень консервативен. |
| Заполнение пробелов | |
| Это делается ДНК-полимеразой III. | Это делается ДНК-полимеразой I. |
Резюме – Репарация несоответствия против эксцизионной репарации нуклеотидов
Репарация несоответствия (MMR) и эксцизионная репарация нуклеотидов (NER) - это два механизма, которые происходят в клетке для исправления повреждений и искажений ДНК, вызванных различными агентами. Все вместе они называются механизмами репарации ДНК. Эксцизионная репарация нуклеотидов восстанавливает модифицированные повреждения нуклеотидов, как правило, те значительные повреждения двойной спирали ДНК, которые происходят из-за воздействия УФ-облучения и химических аддуктов. Белки восстановления несоответствия распознают неправильный нуклеотид, вырезают его и заменяют правильным нуклеотидом. Этот процесс отвечает за окончательную степень точности во время репликации.
