Het belangrijkste verschil tussen niet-homologe eindverbinding en homologe directe herhaling is dat niet-homologe eindverbinding een route is die dubbelstrengs breuken in DNA herstelt waarvoor geen homologe sjabloon nodig is om reparatie te begeleiden, terwijl homologe directe herhaling een route is die dubbelstrengs breuken in DNA repareert waarvoor een homologe sjabloon nodig is om reparatie te begeleiden.
DNA-reparatie is een proces waarbij een cel schade aan de DNA-moleculen identificeert en corrigeert. Over het algemeen kunnen normale metabole activiteiten en omgevingsfactoren zoals straling DNA-schade veroorzaken. Deze factoren kunnen leiden tot tienduizenden individuele moleculaire laesies per cel per dag. Reparatieroutes voor dubbelstrengsbreuken van DNA zijn DNA-herstelroutes in biologische cellen. Er zijn twee herstelroutes voor DNA-dubbelstrengsbreuken als niet-homologe eindverbinding en homologe directe herhaling.
Wat is niet-homologe end-joining?
Niet-homologe end-joining (NHEJ) is een route die dubbelstrengs breuken in DNA herstelt en waarvoor geen homologe sjabloon nodig is om reparatie te begeleiden. Deze route werd gevonden door Moore en Haber in 1966. Deze route wordt meestal geleid door korte homologe DNA-sequenties (microhomologieën) die vaak aanwezig zijn in enkelstrengs overhangen aan de uiteinden van dubbelstrengs breuken. Wanneer de overhangen compatibel zijn, herstelt het NHEJ-pad de breuk van de dubbele strengen nauwkeurig. Wanneer de overhangen echter niet perfect compatibel zijn, leidt dit tot onnauwkeurige reparatie die verlies van nucleotiden zal veroorzaken. De ongepaste NHEJ-route kan leiden tot translocaties, telomeerfusies en kenmerken van tumorcellen.
Figuur 01: Niet-homologe eindverbinding
NHEJ-route heeft drie hoofdstappen: eindbinding en tethering, eindverwerking en ligatie. Bij zoogdieren zijn eiwitten genaamd Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), DNA-PKcs, Ku (Ku70 & 80) betrokken bij eindbridging. De eindverwerkingsstap omvat de verwijdering van niet-overeenkomende of beschadigde nucleotiden en de hersynthese van DNA door DNA-polymerasen (gap-filling). Verwijdering van niet-overeenkomende of beschadigde nucleotiden wordt uitgevoerd door nucleasen zoals Artemis. De DNA-polymerasen van de X-familie Pol λ en μ in zoogdieren voeren de spleetvulling uit. Eindverwerking is niet nodig als de uiteinden al compatibel zijn en 3'hydorxyl- of 5'fosfaatuiteinden hebben. Verder wordt de laatste ligatiestap uitgevoerd door ligatiecomplex IV dat bestaat uit DNA-ligase IV en zijn cofactor XRCC4.
Wat is Homologe Direct Repeat?
Homologe directe herhaling (HDR) is een route die dubbelstrengs breuken in DNA herstelt met behulp van een homologe sjabloon om reparatie te begeleiden. De meest gebruikelijke manier van homologe directe herhaling is door middel van homologe recombinatie. HDR-mechanisme is alleen mogelijk als er zich een homoloog stukje DNA in de kern bevindt, meestal in de G2- en S-fase van de celcyclus. De biologische route van HDR begint met fosforylering van histon-eiwit genaamd H2AX in het gebied waar de dubbelstrengs DNA-breuk optreedt. Dit trekt andere eiwitten naar de beschadigde locatie. Dan bindt het MRN-complex zich aan beschadigde uiteinden en voorkomt het chromosomale breuken. MRN-complex houdt ook gebroken uiteinden bij elkaar. Later worden DNA-uiteinden zodanig bewerkt dat onnodige resten van chemische groepen worden verwijderd en enkelstrengs overhangen worden gevormd.
Figuur 02: Homologe directe herhaling
Elk stuk enkelstrengs DNA wordt bedekt door het eiwit RPA, en zijn functie is om enkelstrengs DNA-stukken stabiel te houden. Hierna vervangt Rad51 het RPA-eiwit. Bovendien koppelt Rad51, wanneer hij samenwerkt met BRCA2, een complementair stuk DNA dat de gebroken DNA-streng binnendringt om een sjabloon voor DNA-polymerase te vormen. Het DNA-polymerase wordt op DNA vastgehouden door een ander eiwit dat bekend staat als PCNA. Uiteindelijk synthetiseert de polymerase het ontbrekende deel van de gebroken streng. Bovendien, wanneer de gebroken streng opnieuw wordt gesynthetiseerd, moeten beide strengen weer worden ontkoppeld. Er worden modellen voorgesteld voor tal van manieren van ontkoppelen. Nadat de strengen zijn gescheiden, is het proces voltooid.
Wat zijn de overeenkomsten tussen niet-homologe eindverbinding en homologe directe herhaling?
- Niet-homologe eindverbinding en homologe directe herhaling zijn twee herstelroutes voor DNA-dubbelstrengsbreuken.
- MRN-complex is bij beide routes betrokken.
- Nucleasen zijn bij beide routes betrokken.
- DNA-polymerasen zijn bij beide routes betrokken.
- Deze mechanismen zijn te vinden in zowel prokaryoten als eukaryoten.
- Het zijn beide cruciale mechanismen voor celoverleving.
Wat is het verschil tussen niet-homologe eindverbinding en homologe directe herhaling?
Niet-homologe end-joining is een route die dubbelstrengs breuken in DNA herstelt waarvoor geen homologe template nodig is om reparatie te leiden, terwijl homologe directe herhaling een route is die dubbelstrengs breuken in DNA repareert met behulp van een homologe template. Dit is dus het belangrijkste verschil tussen niet-homologe eindverbinding en homologe directe herhaling. Verder is homologe recombinatie niet betrokken bij niet-homologe eindverbinding, terwijl homologe recombinatie betrokken is bij homologe directe herhaling.
De onderstaande infographic presenteert de verschillen tussen niet-homologe eindverbinding en homologe directe herhaling in tabelvorm voor vergelijking naast elkaar.
Samenvatting – Niet-homologe End Joining vs Homologe Direct Repeat
DNA-reparatie kan worden uitgevoerd door verschillende mechanismen, zoals directe omkering, herstel van enkelstrengs schade, herstel van dubbelstrengs breuken en translesiesynthese. Niet-homologe end-joining en homologe directe herhalingen zijn twee herstelroutes voor DNA-dubbelstrengsbreuken. Niet-homologe end-joining vereist geen homologe template om de DNA-reparatieroute te leiden. Homologe directe herhaling is een route die een homologe sjabloon vereist om DNA-herstel te begeleiden. Dit is dus het belangrijkste verschil tussen niet-homologe eindverbinding en homologe directe herhaling.
