Diferența cheie – Repararea nepotrivirii vs Repararea exciziei nucleotidelor
Zeci și mii de leziuni ale ADN-ului au loc în celulă pe zi. Induce modificări ale proceselor celulare, cum ar fi replicarea, transcripția, precum și viabilitatea celulei. În unele cazuri, mutațiile cauzate de aceste leziuni ale ADN-ului pot duce la boli dăunătoare, cum ar fi cancerele și sindroamele asociate îmbătrânirii (ex: Progeria). Indiferent de aceste daune, celula inițiază un mecanism de reparare în cascadă foarte organizat numit răspunsuri la deteriorarea ADN-ului. Au fost identificate mai multe sisteme de reparare a ADN-ului în sistemul celular; acestea sunt cunoscute sub denumirea de reparare a exciziei de bază (BER), reparare a nepotrivirii (MMR), reparare a exciziei de nucleotide (NER), reparare a ruperii catenului dublu. Repararea prin excizie a nucleotidelor este un sistem extrem de versatil care recunoaște leziunile voluminoase de ADN cu distorsiuni ale helixului și le îndepărtează. Pe de altă parte, repararea nepotrivirii înlocuiește bazele greșite încorporate în timpul replicării. Diferența cheie dintre repararea nepotrivirii și repararea exciziei nucleotidelor este că repararea exciziei nucleotidelor (NER) este utilizată pentru a îndepărta dimerii de pirimidină formați prin iradierea UV și leziunile voluminoase de helix cauzate de aductii chimici, în timp ce sistemul de reparare a nepotrivirii joacă un rol important în corectarea bazelor greșite incorporate care au scăpat de enzimele de replicare (ADN polimeraza 1) în timpul postreplicării. Pe lângă bazele nepotrivite, proteinele sistemului MMR pot repara și buclele de inserții/deleții (IDL) care sunt rezultate ale alunecării polimerazei în timpul replicării secvențelor ADN repetitive.
Ce este repararea prin excizie de nucleotide?
Cea mai distinsă trăsătură a reparației prin excizie a nucleotidelor este că repară leziunile modificate ale nucleotidelor cauzate de distorsiunile semnificative ale dublei helix ADN. Se observă în aproape toate organismele care au fost examinate până în prezent. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinucleaze) Uvr D (o helicaza) sunt cele mai cunoscute enzime implicate în NER care declanșează repararea ADN-ului în organismul model Ecoli. Complexul enzimatic cu mai multe subunități Uvr ABC produce polipeptidele Uvr A, Uvr B, Uvr C. Genele codificate pentru polipeptidele menționate mai sus sunt uvr A, uvr B, uvr C. Enzimele Uvr A și B recunosc în mod colectiv distorsiunea indusă de deteriorare care este cauzată dublului helix ADN, cum ar fi dimmerele de pirimidină din cauza iradierii UV. Uvr A este o enzimă ATPază și aceasta este o reacție autocatalitică. Apoi Uvr A părăsește ADN-ul, în timp ce complexul Uvr BC (nucleaza activă) scindează ADN-ul de ambele părți ale daunelor catalizate de ATP. O altă proteină numită Uvr D codificată de gena uvrD este o enzimă helicaza II care derulează ADN-ul care rezultă din eliberarea unui segment de ADN deteriorat monocatenar. Aceasta lasă un gol în spirala ADN-ului. După ce segmentul deteriorat a fost excizat, un spațiu de 12-13 nucleotide rămâne în catena de ADN. Aceasta este umplută de enzima ADN polimerază I, iar poreca este sigilată de ADN ligază. ATP este necesar în trei etape ale acestei reacții. Mecanismul NER poate fi identificat și la oamenii asemănătoare mamiferelor. La om, afecțiunea pielii numită Xeroderma pigmentosum se datorează dimerilor ADN cauzați de iradierea UV. Genele XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF și XPG produc proteine pentru a înlocui deteriorarea ADN-ului. Proteinele genelor XPA, XPC, XPE, XPF și XPG au activitate de nuclează. Pe de altă parte, proteinele genelor XPB și XPD arată activitatea helicazei care este analogă cu Uvr D în E coli.
Figura 01: Repararea exciziei nucleotidelor
Ce este repararea nepotrivirii?
Sistemul de reparare a nepotrivirilor este inițiat în timpul sintezei ADN. Chiar și cu subunitatea funcțională €, ADN polimeraza III permite încorporarea unei nucleotide greșite pentru sinteza la fiecare 108 perechi de baze. Proteinele de reparare a nepotrivirii recunosc această nucleotidă, o excizează și o înlocuiesc cu nucleotida corectă responsabilă de gradul final de precizie. Metilarea ADN-ului este esențială pentru proteinele MMR pentru a recunoaște catena părinte din catena nou sintetizată. Metilarea nucleotidei adeninei (A) într-un motiv GATC al unei catene nou sintetizate este puțin întârziată. Pe de altă parte, nucleotida adenină a catena părinte din motivul GATC s-a metilat deja. Proteinele MMR recunosc catena nou sintetizată prin această diferență față de catena părinte și încep repararea nepotrivirii într-o catena nou sintetizată înainte de a fi metilata. Proteinele MMR își direcționează activitatea de reparare pentru a exciza nucleotida greșită înainte ca catena de ADN nou replicată să fie metilată. Enzimele Mut H, Mut L și Mut S codificate de genele mut H, mut L, mut S catalizează aceste reacții în Ecoli. Proteina Mut S recunoaște șapte din opt perechi posibile de baze de nepotrivire, cu excepția C:C, și se leagă la locul nepotrivirii din ADN-ul duplex. Cu ATP-urile legate, Mut L și Mut S se alătură complexului mai târziu. Complexul translocă câteva mii de perechi de baze până găsește un motiv GATC hemimetilat. Activitatea nuclează latentă a proteinei Mut H este activată odată ce găsește un motiv GATC hemimetilat. Se scindează catena de ADN nemetilată, lăsând o tăietură de 5′ la nucleotida G a motivului GATC nemetilat (catena de ADN nou sintetizată). Apoi aceeași catenă de pe ceal altă parte a nepotrivirii este tăiată de Mut H. În restul pașilor, acțiunile colective ale proteinei Uvr D a helicaza, Mut U, SSB și exonucleaza I excizează nucleotida incorectă din monocatenar. ADN. Golul care se formează în excizie este umplut de ADN polimeraza III și etanșat de ligază. Un sistem similar poate fi identificat la șoareci și la oameni. Mutația hMLH1, hMSH1 și hMSH2 umane sunt implicate în cancerul de colon ereditar nonpolipoz, care dereglează diviziunea celulară a celulelor de colon.
Figura 02: Repararea nepotrivirii
Care este diferența dintre repararea nepotrivirii și repararea exciziei nucleotidelor?
Repararea nepotrivirii vs repararea exciziei nucleotidelor |
|
| Sistemul de reparare a nepotrivirii are loc în timpul post-replicării. | Acest lucru este implicat în îndepărtarea dimerilor de pirimidină din cauza iradierii U. V și a altor leziuni ADN datorate aductului chimic. |
| enzime | |
| Este catalizat de Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB și exonucleaza I. | Este catalizat de enzimele Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| Metilare | |
| Este esențial să inițiezi reacția. | Metilarea ADN nu este necesară pentru inițierea reacției. |
| Acțiunea enzimelor | |
| Mut H este o endonuclează. | Uvr B și Uvr C sunt exonucleaze. |
| Ocazie | |
| Acest lucru se întâmplă în mod specific în timpul replicării. | Acest lucru se întâmplă atunci când este expus la U. V sau mutageni chimici, nu în timpul replicării |
| Conservare | |
| Este foarte conservat | Nu este foarte conservat. |
| Umplerea golurilor | |
| Se face prin ADN polimeraza III. | Se face de ADN polimeraza I. |
Rezumat – Repararea nepotrivirii vs Repararea exciziei nucleotidelor
Repararea nepotrivirii (MMR) și repararea exciziei nucleotidelor (NER) sunt două mecanisme care au loc în celulă pentru a rectifica deteriorările și distorsiunile ADN-ului cauzate de diverși agenți. Acestea sunt denumite în mod colectiv drept mecanisme de reparare a ADN-ului. Repararea prin excizie a nucleotidelor repară daunele modificate ale nucleotidelor, de obicei acele daune semnificative ale dublei helix ADN care apar din cauza expunerii la iradierea U. V și la aductii chimici. Proteinele de reparare nepotrivite recunosc nucleotida greșită, o excizează și o înlocuiesc cu nucleotida corectă. Acest proces este responsabil pentru gradul final de precizie în timpul replicării.
