Klíčový rozdíl – Oprava nesouladu vs Oprava excize nukleotidem
Denně dojde v buňce k desítkám a tisícům poškození DNA. Indukuje změny v buněčných procesech, jako je replikace, transkripce a také životaschopnost buňky. V některých případech mohou mutace způsobené těmito poškozeními DNA vést ke škodlivým onemocněním, jako je rakovina a syndromy spojené se stárnutím (např. progerie). Bez ohledu na tato poškození buňka spouští vysoce organizovaný kaskádový opravný mechanismus nazývaný reakce na poškození DNA. V buněčném systému bylo identifikováno několik systémů opravy DNA; tyto jsou známé jako základní excizní oprava (BER), oprava nesouladu (MMR), nukleotidová excizní oprava (NER), oprava dvouřetězcového přerušení. Nukleotidová excizní oprava je vysoce univerzální systém, který rozpoznává objemné léze DNA s deformací šroubovice a odstraňuje je. Na druhou stranu oprava nesouladu nahrazuje chybně začleněné báze během replikace. Klíčový rozdíl mezi opravou chybného párování a opravou vyříznutím nukleotidů je v tom, že oprava po vyříznutí nukleotidů (NER) se používá k odstranění pyrimidinových dimerů vytvořených UV zářením a objemných helixových lézí způsobených chemickými adukty, zatímco systém opravy chybného párování hraje důležitou roli při opravě chybně začleněných bází, které mají unikl z replikačních enzymů (DNA polymeráza 1) během poststreplikace. Kromě chybně spárovaných bází mohou proteiny systému MMR také opravit inzerční/deleční smyčky (IDL), které jsou výsledkem skluzu polymerázy během replikace repetitivních sekvencí DNA.
Co je oprava nukleotidové excize?
Nejvýznamnějším rysem opravy nukleotidové excize je to, že opravuje modifikovaná poškození nukleotidů způsobená významnými deformacemi ve dvoušroubovici DNA. Je pozorován téměř u všech dosud zkoumaných organismů. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinukleázy) Uvr D (helikáza) jsou nejznámějšími enzymy zapojenými do NER, které spouštějí opravu DNA v modelovém organismu Ecoli. Komplex enzymů Uvr ABC multi-subunits produkuje polypeptidy Uvr A, Uvr B, Uvr C. Geny kódované pro výše uvedené polypeptidy jsou uvr A, uvr B, uvr C. Enzymy Uvr A a B společně rozpoznávají poškození vyvolané zkreslení, které je způsobeno dvoušroubovici DNA, jako jsou pyrimidinové dimery v důsledku UV záření. Uvr A je enzym ATPáza a jedná se o autokatalytickou reakci. Poté Uvr A opustí DNA, zatímco komplex Uvr BC (aktivní nukleáza) štěpí DNA na obou stranách poškození, které katalyzoval ATP. Další protein nazývaný Uvr D kódovaný genem uvrD je enzym helikáza II, který odvíjí DNA, která je výsledkem uvolnění jednořetězcového poškozeného segmentu DNA. To zanechává mezeru ve šroubovici DNA. Po vyříznutí poškozeného segmentu zůstává ve vláknu DNA mezera 12-13 nukleotidů. Ta je vyplněna enzymem DNA polymerázou I a zářez je uzavřen DNA ligázou. ATP je vyžadován ve třech krocích této reakce. Mechanismus NER lze identifikovat také u lidí podobných savcům. U lidí je kožní onemocnění zvané Xeroderma pigmentosum způsobeno dimery DNA způsobenými UV zářením. Geny XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF a XPG produkují proteiny, které nahrazují poškození DNA. Proteiny genů XPA, XPC, XPE, XPF a XPG mají nukleázovou aktivitu. Na druhé straně proteiny genů XPB a XPD vykazují helikázovou aktivitu, která je analogická s Uvr D v E coli.
Obrázek 01: Oprava excize nukleotidem
Co je oprava neshody?
Systém opravy chybného párování je spuštěn během syntézy DNA. I s funkční € podjednotkou umožňuje DNA polymeráza III začlenění špatného nukleotidu pro syntézu každých 108 párů bází. Mismatch repair proteiny rozpoznají tento nukleotid, vyříznou ho a nahradí správným nukleotidem zodpovědným za konečný stupeň přesnosti. Methylace DNA je klíčová pro MMR proteiny k rozpoznání rodičovského vlákna od nově syntetizovaného vlákna. Methylace adeninového (A) nukleotidu v GATC motivu nově syntetizovaného vlákna je trochu zpožděna. Na druhou stranu adeninový nukleotid rodičovského řetězce v motivu GATC již methyloval. MMR proteiny rozpoznávají nově syntetizované vlákno podle tohoto rozdílu od mateřského vlákna a zahajují opravu chybného párování v nově syntetizovaném vláknu předtím, než dojde k jeho methylaci. MMR proteiny řídí svou opravnou aktivitu tak, aby vyřízly nesprávný nukleotid předtím, než se nově replikovaný řetězec DNA methyluje. Enzymy Mut H, Mut L a Mut S kódované geny mut H, mut L, mut S katalyzují tyto reakce v Ecoli. Protein Mut S rozpoznává sedm z osmi možných párů bází s výjimkou C:C a váže se na místo neshody v duplexní DNA. S navázanými ATP se Mut L a Mut S připojují ke komplexu později. Komplex přemístí několik tisíc párů bází daleko, dokud nenajde hemimethylovaný motiv GATC. Dormantní nukleázová aktivita proteinu Mut H je aktivována, jakmile najde hemimethylovaný motiv GATC. Štěpí nemethylovaný řetězec DNA a zanechává 5′ zářez na G nukleotidu nemethylovaného motivu GATC (nově syntetizované vlákno DNA). Potom je stejné vlákno na druhé straně neshody označeno Mut H. Ve zbývajících krocích kolektivní akce proteinu Uvr D a helikázy, Mut U, SSB a exonukleázy I vyříznou nesprávný nukleotid v jednovláknovém DNA. Mezera, která se vytvoří v excizi, je vyplněna DNA polymerázou III a uzavřena ligázou. Podobný systém lze identifikovat u myší a lidí. Mutace lidských hMLH1, hMSH1 a hMSH2 se účastní dědičné nepolypózní rakoviny tlustého střeva, která dereguluje buněčné dělení buněk tlustého střeva.
Obrázek 02: Oprava neshody
Jaký je rozdíl mezi opravou nesouladu a opravou nukleotidové excize?
Oprava neshody vs. Oprava excize nukleotidu |
|
| Systém opravy nesouladu se vyskytuje během následné replikace. | Toto se podílí na odstraňování pyrimidinových dimerů v důsledku UV záření a dalších lézí DNA v důsledku chemického aduktu. |
| Enzymy | |
| Je katalyzován Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB a exonukleázou I. | Je katalyzován enzymy Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| Methylation | |
| Je klíčové zahájit reakci. | Methylace DNA není nutná pro zahájení reakce. |
| Působení enzymů | |
| Mut H je endonukleáza. | Uvr B a Uvr C jsou exonukleázy. |
| Příležitost | |
| To se děje konkrétně během replikace. | Stává se to při vystavení U. V nebo chemickým mutagenům, nikoli během replikace |
| Zachování | |
| Je vysoce zachovalý | Není příliš zachovalé. |
| Vyplnění mezer | |
| Provádí se pomocí DNA polymerázy III. | Provádí se pomocí DNA polymerázy I. |
Shrnutí – Oprava nesouladu vs Oprava excize nukleotidem
Mismatch repair (MMR) a Nucleotide excision repair (NER) jsou dva mechanismy, které probíhají v buňce za účelem nápravy poškození a deformací DNA, které jsou způsobeny různými činiteli. Ty se souhrnně nazývají mechanismy opravy DNA. Nukleotidová excizní oprava opravuje modifikovaná nukleotidová poškození, typicky ta významná poškození dvoušroubovice DNA, ke kterým dochází v důsledku vystavení UV záření a chemickým aduktům. Mismatch repair proteiny rozpoznají nesprávný nukleotid, vyříznou ho a nahradí správným nukleotidem. Tento proces je zodpovědný za konečný stupeň přesnosti během replikace.
