Ključna razlika između nehomolognog spajanja krajeva i homolognog izravnog ponavljanja je u tome što je nehomologno spajanje krajeva put koji popravlja dvolančane lomove u DNK koji ne zahtijeva homologni predložak za usmjeravanje popravka, dok je homologno izravno ponavljanje put koji popravlja dvolančane lomove u DNK koji zahtijevaju homologni predložak za usmjeravanje popravka.
Popravak DNK je proces u kojem stanica identificira i ispravlja oštećenja na molekulama DNK. Općenito, normalne metaboličke aktivnosti i okolišni čimbenici poput zračenja mogu uzrokovati oštećenje DNK. Ovi čimbenici mogu rezultirati desecima tisuća pojedinačnih molekularnih lezija po stanici dnevno. Putovi popravka dvolančanih prekida DNK su putovi popravka DNK u biološkim stanicama. Postoje dva puta popravljanja prekida dvostrukih lanaca DNA kao nehomologno spajanje krajeva i homologno izravno ponavljanje.
Što je nehomologno spajanje krajeva?
Nehomologno spajanje krajeva (NHEJ) je put koji popravlja dvolančane lomove u DNK i ne zahtijeva homologni predložak za usmjeravanje popravka. Ovaj put su otkrili Moore i Haber 1966. Ovaj put je obično vođen kratkim homolognim sekvencama DNA (mikrohomologijama) koje su često prisutne u jednolančanim prevjesima na krajevima dvolančanih prekida. Kada su prevjesi kompatibilni, put NHEJ točno popravlja puknuće dvostrukih niti. Međutim, kada prevjesi nisu savršeno kompatibilni, to dovodi do nepreciznog popravka koji će uzrokovati gubitak nukleotida. Neodgovarajući put NHEJ može dovesti do translokacija, spajanja telomera i obilježja tumorskih stanica.
Slika 01: Nehomologno spajanje krajeva
NHEJ put ima tri glavna koraka: end binding & tethering, end processing i ligation. Kod sisavaca, proteini nazvani Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), DNA-PKcs, Ku (Ku70 & 80) uključeni su u premošćivanje krajeva. Završni korak obrade uključuje uklanjanje neusklađenih ili oštećenih nukleotida i ponovnu sintezu DNA pomoću DNA polimeraza (popunjavanje praznina). Uklanjanje neusklađenih ili oštećenih nukleotida provode nukleaze kao što je Artemis. DNA polimeraze Pol λ i μ obitelji X u sisavaca provode popunjavanje praznine. Obrada kraja nije potrebna ako su krajevi već kompatibilni i imaju 3’hidroksilne ili 5’fosfatne krajeve. Nadalje, završni korak ligacije izvodi ligacijski kompleks IV koji se sastoji od DNA ligaze IV i njenog kofaktora XRCC4.
Što je homologno izravno ponavljanje?
Homologno izravno ponavljanje (HDR) je put koji popravlja dvolančane lomove u DNK upotrebom homolognog predloška za usmjeravanje popravka. Najčešći način homolognog izravnog ponavljanja je homologna rekombinacija. HDR mehanizam je moguć samo kada postoji homologni dio DNA u jezgri, uglavnom u G2 i S fazi staničnog ciklusa. Biološki put HDR-a počinje fosforilacijom histonskog proteina zvanog H2AX u području gdje dolazi do prekida dvolančane DNA. To privlači druge proteine na oštećeno mjesto. Tada se MRN kompleks veže za oštećene krajeve i sprječava kromosomske lomove. MRN kompleks također drži slomljene vrhove zajedno. Kasnije se krajevi DNK obrađuju na takav način da se uklone nepotrebni ostaci kemijskih skupina i formiraju jednolančani prevjesi.
Slika 02: Homologno izravno ponavljanje
Svaki djelić jednolančane DNK prekriven je proteinom zvanim RPA, a njegova je funkcija da održi stabilne dijelove jednolančane DNK. Nakon toga, Rad51 zamjenjuje RPA protein. Štoviše, kada radi zajedno s BRCA2, Rad51 spaja komplementarni dio DNK koji napada prekinuti lanac DNK da bi formirao predložak za DNK polimerazu. DNK polimeraza se na DNK drži drugim proteinom poznatim kao PCNA. Naposljetku, polimeraza sintetizira dio prekinute niti koji nedostaje. Nadalje, kada se prekinuti lanac ponovno sintetizira, oba se lanca moraju ponovno odvojiti. Predlažu se modeli za brojne načine odvajanja. Nakon odvajanja niti, proces je završen.
Koje su sličnosti između nehomolognog spajanja krajeva i homolognog izravnog ponavljanja?
- Nehomologno spajanje krajeva i homologno izravno ponavljanje dva su puta popravljanja prekida dvolančane DNA.
- MRN kompleks uključen je u oba puta.
- Nukleaze su uključene u oba puta.
- DNA polimeraze uključene su u oba puta.
- Ovi mehanizmi mogu se naći i kod prokariota kao i kod eukariota.
- Oboje su ključni mehanizmi za preživljavanje stanica.
Koja je razlika između nehomolognog spajanja krajeva i homolognog izravnog ponavljanja?
Nehomologno spajanje krajeva je put koji popravlja dvolančane lomove u DNK koji ne zahtijeva homologni predložak za vođenje popravka, dok je homologno izravno ponavljanje put koji popravlja dvolančane lomove u DNK pomoću homolognog predloška. Dakle, ovo je ključna razlika između nehomolognog spajanja krajeva i homolognog izravnog ponavljanja. Nadalje, homologna rekombinacija nije uključena u nehomologno spajanje krajeva, dok je homologna rekombinacija uključena u homologno izravno ponavljanje.
Infografika u nastavku predstavlja razlike između nehomolognog spajanja krajeva i homolognog izravnog ponavljanja u obliku tablice za usporedbu.
Sažetak – Nehomologno spajanje krajeva u odnosu na homologno izravno ponavljanje
Popravak DNK može se izvršiti različitim mehanizmima kao što su izravna reverzija, popravak oštećenja jednostrukog lanca, popravak prekida dvostrukog lanca i translezijska sinteza. Nehomologno spajanje krajeva i homologno izravno ponavljanje dva su puta popravljanja prekida dvolančane DNA. Nehomologno spajanje krajeva ne zahtijeva homologni predložak za vođenje puta popravka DNK. Homologno izravno ponavljanje je put koji zahtijeva homologni predložak za usmjeravanje popravka DNK. Dakle, ovo je ključna razlika između nehomolognog spajanja krajeva i homolognog izravnog ponavljanja.
