Klíčový rozdíl mezi nehomologním spojováním konců a homologní přímou repeticí je v tom, že nehomologické spojování konců je cesta, která opravuje dvouřetězcové zlomy v DNA, která nevyžaduje homologní templát k vedení opravy, zatímco homologní přímá repetice je dráha který opravuje dvouřetězcové zlomy v DNA, které vyžadují homologní templát pro vedení opravy.
Oprava DNA je proces, kdy buňka identifikuje a opravuje poškození molekul DNA. Obecně platí, že normální metabolické aktivity a faktory prostředí, jako je záření, mohou způsobit poškození DNA. Tyto faktory mohou vést k desítkám tisíc jednotlivých molekulárních lézí na buňku za den. Opravné dráhy dvouřetězcových zlomů DNA jsou dráhy opravy DNA v biologických buňkách. Existují dvě cesty opravy dvouřetězcových zlomů DNA, jako je spojení nehomologních konců a homologní přímá repetice.
Co je nehomologní koncové spojení?
Nonhomologous end joining (NHEJ) je cesta, která opravuje dvouřetězcové zlomy v DNA a nevyžaduje homologní templát pro vedení opravy. Tuto dráhu našli Moore a Haber v roce 1966. Tato dráha je typicky vedena krátkými homologními sekvencemi DNA (mikrohomologiemi), které jsou často přítomny v jednovláknových převisech na koncích dvouvláknových zlomů. Když jsou převisy kompatibilní, dráha NHEJ přesně opraví přerušení dvojitých vláken. Pokud však přesahy nejsou dokonale kompatibilní, vede to k nepřesné opravě, která způsobí ztrátu nukleotidů. Nevhodná dráha NHEJ může vést k translokacím, fúzím telomer a charakteristickým rysům nádorových buněk.
Obrázek 01: Nehomologní koncové spojení
Cesta NHEJ má tři hlavní kroky: konec vazby a tethering, konec zpracování a ligace. U savců se proteiny nazývané Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), DNA-PKcs, Ku (Ku70 & 80) podílejí na přemostění konce. Konečný krok zpracování zahrnuje odstranění nesprávně spárovaných nebo poškozených nukleotidů a resyntézu DNA pomocí DNA polymeráz (vyplnění mezer). Odstranění nesprávně spárovaných nebo poškozených nukleotidů se provádí nukleázami, jako je Artemis. DNA polymerázy Pol λ a μ rodiny X u savců vyplňují mezeru. Koncové zpracování není nutné, pokud jsou konce již kompatibilní a mají 3'hydorxyl nebo 5'fosfátové konce. Kromě toho je konečný ligační krok proveden ligačním komplexem IV, který se skládá z DNA ligázy IV a jejího kofaktoru XRCC4.
Co je homologní přímé opakování?
Homologní přímá repetice (HDR) je cesta, která opravuje dvouřetězcové zlomy v DNA s použitím homologního templátu k vedení opravy. Nejběžnějším způsobem homologní přímé repetice je homologní rekombinace. Mechanismus HDR je možný pouze tehdy, když je v jádře homologní část DNA, většinou v G2 a S fázi buněčného cyklu. Biologická dráha HDR začíná fosforylací histonového proteinu zvaného H2AX v oblasti, kde dochází k zlomu dvouřetězcové DNA. To přitahuje další proteiny do poškozeného místa. Potom se komplex MRN váže na poškozené konce a zabraňuje chromozomálním zlomům. Komplex MRN také udržuje zlomené konce pohromadě. Později se konce DNA zpracují tak, že se odstraní zbytečné zbytky chemických skupin a vytvoří se jednovláknové převisy.
Obrázek 02: Homologní přímé opakování
Každý kousek jednovláknové DNA je pokryt proteinem zvaným RPA a jeho funkcí je udržovat kousky jednovláknové DNA stabilní. Poté Rad51 nahradí protein RPA. Navíc, když pracuje společně s BRCA2, Rad51 spojuje komplementární část DNA, která napadne přerušený řetězec DNA a vytvoří templát pro DNA polymerázu. DNA polymeráza je držena na DNA jiným proteinem známým jako PCNA. Nakonec polymeráza syntetizuje chybějící část přerušeného vlákna. Navíc, když je přerušené vlákno resyntetizováno, musí se oba vlákna znovu rozpojit. Jsou navrženy modely pro četné způsoby rozpojení. Po oddělení pramenů je proces dokončen.
Jaké jsou podobnosti mezi spojením nehomologních konců a homologním přímým opakováním?
- Nehomologní spojování konců a homologní přímá repetice jsou dvě cesty opravy dvouřetězcových zlomů DNA.
- komplex MRN je zapojen do obou cest.
- Nukleázy se účastní obou drah.
- DNA polymerázy se účastní obou drah.
- Tyto mechanismy lze nalézt jak u prokaryot, tak i u eukaryot.
- Jsou oba klíčové mechanismy pro přežití buněk.
Jaký je rozdíl mezi spojením nehomologního konce a homologním přímým opakováním?
Nehomologní spojování konců je cesta, která opravuje dvouřetězcové zlomy v DNA, které nevyžadují homologní templát k vedení opravy, zatímco homologní přímá repetice je cesta, která opravuje dvouřetězcové zlomy v DNA pomocí homologního templátu. Toto je klíčový rozdíl mezi nehomologním spojením konců a homologním přímým opakováním. Kromě toho se homologní rekombinace nepodílí na spojení nehomologních konců, zatímco homologní rekombinace se účastní homologní přímé repetice.
Níže uvedená infografika představuje rozdíly mezi nehomologním spojováním konců a homologním přímým opakováním v tabulkové formě pro srovnání vedle sebe.
Shrnutí – Nehomologické připojení ke konci vs. Homologní přímé opakování
Oprava DNA může být provedena různými mechanismy, jako je přímá reverze, oprava poškození jednoho řetězce, oprava dvouřetězcových zlomů a syntéza translézí. Nehomologní spojování konců a homologní přímé repetice jsou dvě opravné dráhy dvouřetězcových zlomů DNA. Nehomologní spojování konců nevyžaduje homologní templát pro vedení dráhy opravy DNA. Homologní přímá repetice je cesta, která vyžaduje homologní templát k vedení opravy DNA. Toto je klíčový rozdíl mezi nehomologním spojením konců a homologním přímým opakováním.
