Põhierinevus mittehomoloogse otste ühendamise ja homoloogse otsese korduse vahel on see, et mittehomoloogne otste ühendamine on rada, mis parandab DNA kaheahelalised katkestused, mis ei vaja parandamiseks homoloogset malli, samas kui homoloogne otsene kordus on rada mis parandab DNA kaheahelalised katkestused, mille parandamiseks on vaja homoloogset malli.
DNA parandamine on protsess, mille käigus rakk tuvastab ja parandab DNA molekulide kahjustused. Üldiselt võivad normaalsed metaboolsed tegevused ja keskkonnategurid, näiteks kiirgus, põhjustada DNA kahjustusi. Need tegurid võivad põhjustada kümneid tuhandeid üksikuid molekulaarseid kahjustusi raku kohta päevas. DNA kaheahelaliste katkestuste parandamise rajad on DNA parandamise rajad bioloogilistes rakkudes. On olemas kaks DNA kaheahelalise katkestuse parandamise rada, mis on mittehomoloogsed otste liitumised ja homoloogsed otsesed kordused.
Mis on mittehomoloogne lõppliitumine?
Mittehomoloogne otsliitmine (NHEJ) on rada, mis parandab DNA kaheahelalised katkestused ja ei nõua parandamiseks homoloogset malli. Selle raja leidsid Moore ja Haber 1966. aastal. Seda rada juhivad tavaliselt lühikesed homoloogsed DNA järjestused (mikrohomoloogiad), mis esinevad sageli kaheahelaliste katkestuste otstes üheahelalistes üleulatuvates osades. Kui üleulatused on ühilduvad, parandab NHEJ rada topeltkiudude purunemise täpselt. Kui aga üleulatuvad osad ei ole ideaalselt ühilduvad, põhjustab see ebatäpset parandamist, mis põhjustab nukleotiidide kadu. Sobimatu NHEJ rada võib põhjustada translokatsioone, telomeeride sulandumist ja kasvajarakkude iseloomulikke tunnuseid.
Joonis 01: Mittehomoloogne liitumise lõpp
NHEJ rajal on kolm peamist etappi: sidumine ja lõastamine, lõpptöötlus ja ligeerimine. Imetajatel osalevad lõppsillas valgud nimega Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), DNA-PKcs, Ku (Ku70 ja 80). Lõpptöötlusetapp hõlmab sobimatute või kahjustatud nukleotiidide eemaldamist ja DNA taassünteesi DNA polümeraaside abil (lünkade täitmine). Sobimatute või kahjustatud nukleotiidide eemaldamist teostavad nukleaasid nagu Artemis. Imetajate X perekonna DNA polümeraasid Pol λ ja μ täidavad tühimikud. Lõpptöötlus pole vajalik, kui otsad on juba ühilduvad ja neil on 3’hüdroksüül- või 5’fosfaatotsad. Lisaks viiakse viimane ligeerimisetapp läbi ligeerimiskompleksiga IV, mis koosneb DNA ligaasist IV ja selle kofaktorist XRCC4.
Mis on homoloogne otsekordus?
Homoloogne otsekordus (HDR) on rada, mis parandab DNA kaheahelalised katkestused, kasutades parandamiseks homoloogset malli. Kõige tavalisem viis homoloogseks otseseks korduseks on homoloogne rekombinatsioon. HDR-mehhanism on võimalik ainult siis, kui tuumas on homoloogne DNA tükk, enamasti rakutsükli G2- ja S-faasis. HDR bioloogiline rada algab histooni valgu, nimega H2AX, fosforüülimisega piirkonnas, kus toimub DNA kaheahelaline katkestus. See meelitab kahjustatud kohta teisi valke. Seejärel seondub MRN kompleks kahjustatud otstega ja hoiab ära kromosoomide katkemise. MRN kompleks hoiab ka katkised otsad koos. Hiljem töödeldakse DNA otsad nii, et keemiliste rühmade mittevajalikud jäägid eemaldatakse ja moodustuvad üheahelalised üleulatuvad osad.
Joonis 02: Homoloogne otsekordus
Iga üheahelalise DNA tükk on kaetud RPA-nimelise valguga ja selle ülesanne on hoida üheahelalisi DNA tükke stabiilsena. Pärast seda asendab Rad51 RPA valku. Veelgi enam, BRCA2-ga koos töötades seob Rad51 komplementaarse DNA tüki, mis tungib purustatud DNA ahelasse, moodustades DNA polümeraasi matriitsi. DNA polümeraasi hoiab DNA-l teine valk, mida nimetatakse PCNA-ks. Lõppkokkuvõttes sünteesib polümeraas katkenud ahela puuduva osa. Veelgi enam, kui katkenud ahelat uuesti sünteesitakse, tuleb mõlemad ahelad uuesti lahti ühendada. Pakutakse välja mitmete lahtihaakimisviiside mudelid. Pärast kiudude eraldamist on protsess lõpule viidud.
Millised on sarnasused mittehomoloogilise lõppliitmise ja homoloogse otsese korduse vahel?
- Mittehomoloogne otste ühendamine ja homoloogne otsene kordus on kaks DNA kaheahelalise katkestuse parandamise rada.
- MRN kompleks osaleb mõlemas rajas.
- Nukleaasid osalevad mõlemas rajas.
- DNA polümeraasid osalevad mõlemas rajas.
- Neid mehhanisme võib leida nii prokarüootides kui ka eukarüootides.
- Need mõlemad on rakkude ellujäämise jaoks üliolulised mehhanismid.
Mis vahe on mittehomoloogilisel otsaliitmisel ja homoloogsel otsekordusel?
Mittehomoloogne otste ühendamine on rada, mis parandab DNA kaheahelalisi katkeid, mis ei nõua parandamiseks homoloogset malli, samas kui homoloogne otsene kordus on rada, mis parandab DNA kaheahelalised katkestused homoloogse malli abil. Seega on see peamine erinevus mittehomoloogilise otste ühendamise ja homoloogse otsese korduse vahel. Lisaks ei osale homoloogne rekombinatsioon mittehomoloogse otsa liitumises, samas kui homoloogne rekombinatsioon on seotud homoloogse otsese kordusega.
Allpool olev infograafik esitab kõrvuti võrdlemiseks tabelina erinevusi mittehomoloogse otste ühendamise ja homoloogse otsese korduse vahel.
Kokkuvõte – mittehomoloogne lõppliitmine vs homoloogne otsekordus
DNA-d saab parandada erinevate mehhanismide abil, nagu otsene ümberpööramine, üheahelaliste kahjustuste parandamine, kaheahelaliste katkestuste parandamine ja translatsiooni süntees. Mittehomoloogsete otste ühendamine ja homoloogsed otsesed kordused on kaks DNA kaheahelalise katkestuse parandamise rada. Mittehomoloogse otsa ühendamine ei nõua DNA parandamise raja juhtimiseks homoloogset malli. Homoloogne otsene kordus on rada, mis nõuab DNA parandamiseks homoloogset malli. Niisiis, see on peamine erinevus mittehomoloogse otste ühendamise ja homoloogse otsese korduse vahel.
