Ključna razlika – popravak nepodudarnosti u odnosu na popravak ekscizijom nukleotida
Deseci i tisuće oštećenja DNK nastaju u stanici dnevno. Izaziva promjene u staničnim procesima kao što su replikacija, transkripcija kao i održivost stanice. U nekim slučajevima, mutacije uzrokovane ovim oštećenjima DNK mogu dovesti do štetnih bolesti poput raka i sindroma povezanih sa starenjem (npr. progerija). Bez obzira na ova oštećenja, stanica pokreće visoko organizirani kaskadni mehanizam popravka koji se naziva odgovor na oštećenje DNK. U staničnom sustavu identificirano je nekoliko sustava za popravak DNK; oni su poznati kao popravak ekscizijom baze (BER), popravak neusklađenosti (MMR), popravak ekscizijom nukleotida (NER), popravak prekida dvostrukog niza. Popravak ekscizijom nukleotida vrlo je svestran sustav koji prepoznaje glomazne lezije iskrivljene spirale DNK i uklanja ih. S druge strane, popravak neusklađenosti zamjenjuje pogrešno inkorporirane baze tijekom replikacije. Ključna razlika između popravka mismatcha i popravka ekscizijom nukleotida je u tome što se popravak ekscizijom nukleotida (NER) koristi za uklanjanje pirimidinskih dimera nastalih UV zračenjem i glomaznih heliksnih lezija uzrokovanih kemijskim aduktima, dok sustav popravka mismatcha igra važnu ulogu u ispravljanju pogrešno inkorporiranih baza koje su pobjegao replikacijskim enzimima (DNA polimeraza 1) tijekom postreplikacije. Osim neusklađenih baza, proteini MMR sustava također mogu popraviti petlje insercija/brisanja (IDL) koje su rezultat klizanja polimeraze tijekom replikacije ponavljajućih sekvenci DNK.
Što je popravak ekscizijom nukleotida?
Najistaknutija značajka popravka ekscizijom nukleotida je da popravlja modificirana oštećenja nukleotida uzrokovana značajnim iskrivljenjima u dvostrukoj spirali DNA. Primjećuje se u gotovo svim organizmima koji su do danas ispitani. Uvr A, Uvr B, Uvr C (ekscinukleaze) Uvr D (helikaza) su najpoznatiji enzimi uključeni u NER koji pokreću popravak DNK u modelnom organizmu Ecoli. Uvr ABC enzimski kompleks s više podjedinica proizvodi polipeptide Uvr A, Uvr B, Uvr C. Geni kodirani za gore spomenute polipeptide su uvr A, uvr B, uvr C. Enzimi Uvr A i B zajednički prepoznaju oštećenje inducirano iskrivljenje koje je uzrokovano dvostrukom spiralom DNA kao što su pirimidinski dimmeri zbog UV zračenja. Uvr A je enzim ATPaze i ovo je autokatalitička reakcija. Zatim Uvr A napušta DNA dok Uvr BC kompleks (aktivna nukleaza) cijepa DNA na obje strane oštećenja koje katalizira ATP. Drugi protein nazvan Uvr D kodiran genom uvrD je enzim helikaza II koji odmotava DNK koja nastaje oslobađanjem jednolančanog oštećenog segmenta DNK. To ostavlja prazninu u DNK spirali. Nakon izrezivanja oštećenog segmenta ostaje praznina od 12-13 nukleotida u DNA lancu. Ovo je ispunjeno enzimom DNA polimeraze I, a urez je zapečaćen DNA ligazom. ATP je potreban u tri koraka ove reakcije. NER mehanizam može se identificirati i kod ljudi sličnih sisavcima. Kod ljudi, kožno stanje koje se naziva Xeroderma pigmentosum nastaje zbog dimera DNK uzrokovanih UV zračenjem. Geni XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF i XPG proizvode proteine koji nadomještaju oštećenja DNK. Proteini gena XPA, XPC, XPE, XPF i XPG imaju nukleaznu aktivnost. S druge strane, proteini gena XPB i XPD pokazuju aktivnost helikaze koja je analogna Uvr D u E coli.
Slika 01: Popravak ekscizije nukleotida
Što je popravak neslaganja?
Sustav popravka neslaganja pokreće se tijekom sinteze DNK. Čak i uz funkcionalnu € podjedinicu, DNA polimeraza III dopušta ugradnju pogrešnog nukleotida za sintezu svakih 108 parova baza. Proteini za popravak neslaganja prepoznaju ovaj nukleotid, izrezuju ga i zamjenjuju točnim nukleotidom koji je odgovoran za konačni stupanj točnosti. Metilacija DNA ključna je za MMR proteine da prepoznaju roditeljski lanac iz novosintetiziranog lanca. Metilacija adenin (A) nukleotida u GATC motivu novosintetiziranog lanca malo je odgođena. S druge strane, adenin nukleotid roditeljskog lanca u GATC motivu već je metiliran. MMR proteini prepoznaju novosintetizirani lanac po ovoj razlici od matičnog lanca i započinju popravak neslaganja u novosintetiziranom lancu prije nego što se metilira. MMR proteini usmjeravaju svoju aktivnost popravka na izbacivanje pogrešnog nukleotida prije nego se novoreplicirani lanac DNK metilira. Enzimi Mut H, Mut L i Mut S kodirani genima mut H, mut L, mut S kataliziraju te reakcije u Ecoli. Mut S protein prepoznaje sedam od osam mogućih nepodudarnih parova baza osim za C:C, i veže se na mjesto nepodudaranja u dupleksnoj DNK. Uz vezane ATP-e, Mut L i Mut S pridružuju se kompleksu kasnije. Kompleks translocira nekoliko tisuća parova baza dok ne pronađe hemimetilirani GATC motiv. Uspavana nukleazna aktivnost Mut H proteina se aktivira nakon što pronađe hemimetilirani GATC motiv. On cijepa nemetilirani lanac DNA ostavljajući 5' zarez na G nukleotidu nemetiliranog GATC motiva (novosintetizirani lanac DNA). Zatim isti lanac s druge strane nepodudaranja presječe Mut H. U ostalim koracima, kolektivne radnje Uvr D proteina helikaze, Mut U, SSB i egzonukleaze I izrezuju neispravan nukleotid u jednolančanom DNK. Praznina koja nastaje u eksciziji popunjava se pomoću DNA polimeraze III i zatvara ligazom. Sličan sustav može se identificirati kod miševa i ljudi. Mutacije ljudskih hMLH1, hMSH1 i hMSH2 uključene su u nasljedni nepolipozni rak debelog crijeva koji deregulira staničnu diobu stanica debelog crijeva.
Slika 02: Popravak neusklađenosti
Koja je razlika između popravka neusklađenosti i popravka ekscizijom nukleotida?
Popravak nepodudarnosti u odnosu na popravak ekscizijom nukleotida |
|
| Sustav popravka neusklađenosti javlja se tijekom naknadne replikacije. | Ovo je uključeno u uklanjanje dimera pirimidina zbog UV zračenja i drugih oštećenja DNK zbog kemijskog adukta. |
| Enzimi | |
| Kataliziraju ga Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB i egzonukleaza I. | Kataliziraju ga enzimi Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| Metilacija | |
| Ključno je pokrenuti reakciju. | DNA metilacija nije potrebna za pokretanje reakcije. |
| Djelovanje enzima | |
| Mut H je endonukleaza. | Uvr B i Uvr C su egzonukleaze. |
| Prigoda | |
| Ovo se posebno događa tijekom replikacije. | Ovo se događa pri izlaganju UV zračenju ili kemijskim mutagenima, a ne tijekom replikacije |
| Očuvanje | |
| Izuzetno je očuvan | Nije dobro očuvan. |
| Popunjavanje praznina | |
| To radi DNA polimeraza III. | To radi DNA polimeraza I. |
Sažetak – Popravak neusklađenosti u odnosu na popravak ekscizijom nukleotida
Popravak neusklađenosti (MMR) i popravak ekscizijom nukleotida (NER) dva su mehanizma koji se odvijaju u stanici kako bi se ispravila oštećenja i distorzije DNK uzrokovane različitim uzročnicima. Oni se zajednički nazivaju mehanizmima popravka DNK. Popravak ekscizijom nukleotida popravlja modificirana oštećenja nukleotida, obično ona značajna oštećenja dvostruke spirale DNK do kojih dolazi uslijed izlaganja UV zračenju i kemijskim aduktima. Proteini za popravak neslaganja prepoznaju pogrešan nukleotid, izrezuju ga i zamjenjuju ispravnim nukleotidom. Ovaj proces je odgovoran za konačni stupanj točnosti tijekom replikacije.
