Belangrijk verschil - Herstel van mismatch versus herstel van nucleotide-excisie
Tientallen en duizenden DNA-beschadigingen vinden per dag plaats in de cel. Het induceert veranderingen in de celprocessen zoals replicatie, transcriptie en de levensvatbaarheid van de cel. In sommige gevallen kunnen mutaties die door deze DNA-schade worden veroorzaakt, leiden tot schadelijke ziekten zoals kanker en verouderingsgerelateerde syndromen (bijv. Progeria). Ongeacht deze schade initieert de cel een sterk georganiseerd cascadeherstelmechanisme dat DNA-schadereacties wordt genoemd. Er zijn verschillende DNA-reparatiesystemen geïdentificeerd in het cellulaire systeem; deze staan bekend als Base excision repair (BER), Mismatch repair (MMR), Nucleotide excision repair (NER), Double strand break repair. Nucleotide-excisieherstel is een zeer veelzijdig systeem dat omvangrijke helixvervormings-DNA-laesies herkent en verwijdert. Aan de andere kant vervangt mismatch-reparatie verkeerd opgenomen basen tijdens replicatie. Het belangrijkste verschil tussen herstel van mismatch en herstel van nucleotide-excisie is dat herstel van nucleotide-excisie (NER) wordt gebruikt om pyrimidine-dimeren te verwijderen die worden gevormd door UV-straling en omvangrijke helix-laesies veroorzaakt door chemische adducten, terwijl het herstelsysteem voor mismatch een belangrijke rol speelt bij het corrigeren van verkeerd opgenomen basen die ontsnapt uit replicatie-enzymen (DNA-polymerase 1) tijdens postreplicatie. Naast niet-overeenkomende basen, kunnen MMR-systeemeiwitten ook de inserties/deleties-lussen (IDL) repareren die het resultaat zijn van het slippen van polymerase tijdens replicatie van repetitieve DNA-sequenties.
Wat is nucleotide-excisieherstel?
Het meest onderscheidende kenmerk van nucleotide-excisieherstel is dat het de gewijzigde nucleotide-schade herstelt die wordt veroorzaakt door significante verstoringen in de dubbele DNA-helix. Het wordt waargenomen in bijna alle organismen die tot op heden zijn onderzocht. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinucleasen) Uvr D (een helicase) zijn de bekendste enzymen die betrokken zijn bij de NER die de reparatie van DNA in het modelorganisme Ecoli in gang zetten. Uvr ABC multi-subunits enzymcomplex produceert de Uvr A, Uvr B, Uvr C polypeptiden. De genen die worden gecodeerd voor bovengenoemde polypeptiden zijn uvr A, uvr B, uvr C. Uvr A- en B-enzymen herkennen gezamenlijk de door schade veroorzaakte vervorming die wordt veroorzaakt aan de dubbele DNA-helix, zoals pyrimidine-dimmers als gevolg van UV-straling. Uvr A is een ATPase-enzym en dit is een autokatalytische reactie. Dan verlaat Uvr A het DNA, terwijl Uvr BC-complex (actieve nuclease) het DNA splitst aan beide kanten van de schade die door ATP wordt gekatalyseerd. Een ander eiwit genaamd Uvr D, gecodeerd door het uvrD-gen, is een helicase II-enzym dat het DNA afwikkelt dat het gevolg is van het vrijgeven van enkelstrengs beschadigd DNA-segment. Dit laat een gat in de DNA-helix achter. Nadat het beschadigde segment is weggesneden, blijft er een opening van 12-13 nucleotiden in de DNA-streng achter. Dit wordt opgevuld door het DNA-polymerase-enzym I en de inkeping wordt verzegeld door het DNA-ligase. ATP is vereist in drie stappen van deze reactie. Het NER-mechanisme kan ook worden geïdentificeerd bij zoogdierachtige mensen. Bij mensen is de huidaandoening Xeroderma pigmentosum te wijten aan de DNA-dimeren die worden veroorzaakt door UV-straling. De genen XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF en XPG produceren eiwitten om DNA-schade te vervangen. De eiwitten van de genen XPA, XPC, XPE, XPF en XPG hebben de nuclease-activiteit. Aan de andere kant vertonen de eiwitten van XPB- en XPD-genen de helicase-activiteit die analoog is aan Uvr D in E coli.
Figuur 01: Reparatie van nucleotide-excisie
Wat is Mismatch Repair?
Het mismatch-reparatiesysteem wordt gestart tijdens de DNA-synthese. Zelfs met de functionele €-subeenheid maakt DNA-polymerase III het mogelijk om elke 108 basenparen een verkeerd nucleotide voor de synthese op te nemen. Mismatch-reparatie-eiwitten herkennen dit nucleotide, snijden het uit en vervangen het door het juiste nucleotide dat verantwoordelijk is voor de uiteindelijke nauwkeurigheid. DNA-methylatie is cruciaal voor MMR-eiwitten om de ouderstreng te herkennen van de nieuw gesynthetiseerde streng. De methylering van adenine (A)-nucleotide in een GATC-motief van een nieuw gesynthetiseerde streng is een beetje vertraagd. Aan de andere kant is het adenine-nucleotide van de ouderstreng in het GATC-motief al gemethyleerd. MMR-eiwitten herkennen de nieuw gesynthetiseerde streng door dit verschil met de ouderstreng en beginnen mismatch-reparatie in een nieuw gesynthetiseerde streng voordat deze wordt gemethyleerd. De MMR-eiwitten sturen hun reparatieactiviteit om het verkeerde nucleotide uit te snijden voordat de nieuw gerepliceerde DNA-streng wordt gemethyleerd. De enzymen Mut H, Mut L en Mut S die worden gecodeerd door de genen mut H, mut L, mut S katalyseren deze reacties in Ecoli. Mut S-eiwit herkent zeven van de acht mogelijke mismatch-basenparen behalve C:C, en bindt op de plaats van mismatch in het duplex-DNA. Met gebonden ATP's voegen Mut L en Mut S zich later bij het complex. Het complex verplaatst een paar duizend basenparen weg totdat het een gehemimethyleerd GATC-motief vindt. De slapende nuclease-activiteit van Mut H-eiwit wordt geactiveerd zodra het een gehemimethyleerd GATC-motief vindt. Het splitst de niet-gemethyleerde DNA-streng en laat een 5'-inkeping achter op het G-nucleotide van het niet-gemethyleerde GATC-motief (nieuw gesynthetiseerde DNA-streng). Vervolgens wordt dezelfde streng aan de andere kant van de mismatch gepikt door Mut H. In de rest van de stappen snijden de collectieve acties van Uvr D een helicase-eiwit, Mut U, SSB en exonuclease I het onjuiste nucleotide in de enkelstrengs weg. DNA. De spleet die bij de excisie wordt gevormd, wordt opgevuld door het DNA-polymerase III en verzegeld door ligase. Een soortgelijk systeem kan worden geïdentificeerd bij muizen en mensen. De mutatie van humaan hMLH1, hMSH1 en hMSH2 is betrokken bij erfelijke niet-polyposis colonkanker die de celdeling van coloncellen dereguleert.
Figuur 02: Mismatch reparatie
Wat is het verschil tussen herstel van mismatch en herstel van nucleotide-excisie?
Mismatch Repair vs Nucleotide Excision Repair |
|
| Mismatch reparatiesysteem treedt op tijdens de post-replicatie. | Dit is betrokken bij het verwijderen van pyrimidinedimeren als gevolg van UV-straling en andere DNA-laesies als gevolg van chemisch adduct. |
| Enzymen | |
| Het wordt gekatalyseerd door Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB en exonuclease I. | Het wordt gekatalyseerd door Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD enzymen. |
| Methylering | |
| Het is cruciaal om de reactie te starten. | DNA-methylering is niet vereist voor het initiëren van de reactie. |
| Actie van enzymen | |
| Mut H is een endonuclease. | Uvr B en Uvr C zijn exonucleasen. |
| Gelegenheid | |
| Dit gebeurt specifiek tijdens replicatie. | Dit gebeurt bij blootstelling aan UV- of chemische mutagenen, niet tijdens replicatie |
| Conservering | |
| Het is sterk geconserveerd | Het is niet sterk geconserveerd. |
| Opvulling van gaten | |
| Het wordt gedaan door DNA-polymerase III. | Het wordt gedaan door DNA-polymerase I. |
Samenvatting – Herstel van mismatch versus herstel van nucleotide-excisie
Mismatch-reparatie (MMR) en Nucleotide-excisiereparatie (NER) zijn twee mechanismen die in de cel plaatsvinden om DNA-schade en -vervormingen die door verschillende middelen worden veroorzaakt, te herstellen. Deze worden gezamenlijk genoemd als DNA-reparatiemechanismen. Nucleotide-excisieherstel herstelt de gewijzigde nucleotide-schade, meestal die significante schade aan de dubbele DNA-helix die optreedt als gevolg van blootstelling aan UV-straling en chemische adducten. Mismatch-reparatie-eiwitten herkennen het verkeerde nucleotide, snijden het uit en vervangen het door het juiste nucleotide. Dit proces is verantwoordelijk voor de uiteindelijke nauwkeurigheid tijdens de replicatie.
