Peamine erinevus – mittevastavuse parandamine vs nukleotiidide väljalõikamise parandamine
Rakus esineb päevas kümneid ja tuhandeid DNA kahjustusi. See kutsub esile muutusi rakuprotsessides, nagu replikatsioon, transkriptsioon ja raku elujõulisus. Mõnel juhul võivad nendest DNA kahjustustest põhjustatud mutatsioonid põhjustada kahjulikke haigusi, nagu vähk ja vananemisega seotud sündroomid (nt progeeria). Nendest kahjustustest hoolimata käivitab rakk kõrgelt organiseeritud kaskaadiparandusmehhanismi, mida nimetatakse DNA kahjustuse reaktsioonideks. Rakusüsteemis on tuvastatud mitu DNA parandamise süsteemi; neid tuntakse kui baasväljalõike parandamist (BER), mittesobivuse parandamist (MMR), nukleotiidide ekstsisiooni parandamist (NER), kaheahelalise katkestuse parandamist. Nukleotiidide ekstsisiooni parandamine on väga mitmekülgne süsteem, mis tunneb ära mahukad heeliksi moonutamise DNA kahjustused ja eemaldab need. Teisest küljest asendab mittevastavuse parandamine replikatsiooni ajal valesti sisestatud alused. Peamine erinevus mittevastavuse parandamise ja nukleotiidide väljalõikamise parandamise vahel on see, et nukleotiidide ekstsisiooni parandamist (NER) kasutatakse UV-kiirgusest moodustunud pürimidiini dimeeride ja keemiliste aduktide põhjustatud mahukate heeliksikahjustuste eemaldamiseks, samas kui mittevastavuse parandamise süsteem mängib olulist rolli valesti ühendatud aluste korrigeerimisel, põgenes replikatsiooni ensüümide (DNA polümeraas 1) eest pärast replikatsiooni. Lisaks mittevastavatele alustele võivad MMR-süsteemi valgud parandada ka insertsioonide/deletsioonide silmuseid (IDL), mis on korduvate DNA järjestuste replikatsiooni käigus tekkinud polümeraasi libisemise tulemus.
Mis on nukleotiidide ekstsisiooni parandamine?
Nukleotiidide ekstsisiooni parandamise kõige silmapaistvam omadus on see, et see parandab modifitseeritud nukleotiidide kahjustusi, mis on põhjustatud DNA kaksikheeliksi olulistest moonutustest. Seda täheldatakse peaaegu kõigis seni uuritud organismides. Uvr A, Uvr B, Uvr C (eksinukleaasid) Uvr D (helikaas) on tuntuimad NER-s osalevad ensüümid, mis käivitavad mudelorganismis Ecoli DNA parandamise. Uvr ABC mitmest subühikust koosnev ensüümkompleks toodab Uvr A, Uvr B, Uvr C polüpeptiide. Eespool nimetatud polüpeptiidide jaoks kodeeritud geenid on uvr A, uvr B, uvr C. Uvr A ja B ensüümid tunnevad ühiselt ära DNA kaksikheeliksi kahjustuse põhjustatud moonutused, näiteks pürimidiini dimmerid UV-kiirguse tõttu. Uvr A on ATPaasi ensüüm ja see on autokatalüütiline reaktsioon. Seejärel lahkub Uvr A DNA-st, samas kui Uvr BC kompleks (aktiivne nukleaas) lõikab DNA mõlem alt poolt ATP poolt katalüüsitud kahjustusest. Teine valk nimega Uvr D, mida kodeerib uvrD geen, on helikaas II ensüüm, mis kerib lahti DNA, mis tuleneb üheahelalise kahjustatud DNA segmendi vabanemisest. See jätab DNA spiraali tühimiku. Pärast kahjustatud segmendi väljalõikamist jääb DNA ahelasse 12-13 nukleotiidi pikkune vahe. Selle täidab DNA polümeraas ensüüm I ja täke suletakse DNA ligaasiga. Selle reaktsiooni kolmes etapis on vaja ATP-d. NER-i mehhanismi saab tuvastada ka imetajataolistel inimestel. Inimestel on nahahaigus nimega Xeroderma pigmentosum tingitud UV-kiirgusest põhjustatud DNA dimeeridest. Geenid XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF ja XPG toodavad valke, mis asendavad DNA kahjustusi. Geenide XPA, XPC, XPE, XPF ja XPG valkudel on nukleaasi aktiivsus. Teisest küljest näitavad XPB ja XPD geenide valgud helikaasi aktiivsust, mis on analoogid Uvr D-ga E coli bakteris.
Joonis 01: Nukleotiidide ekstsisiooni parandamine
Mis on mittevastavuse parandamine?
Ebakõla parandamise süsteem käivitatakse DNA sünteesi ajal. Isegi funktsionaalse € subühikuga võimaldab DNA polümeraas III sünteesiks lisada vale nukleotiidi iga 108 aluspaari järel. Sobimatust parandavad valgud tunnevad selle nukleotiidi ära, lõikavad selle välja ja asendavad õige nukleotiidiga, mis vastutab lõpliku täpsusastme eest. DNA metüülimine on MMR-valkude jaoks ülioluline, et ära tunda äsja sünteesitud ahelast lähteahela. Adeniini (A) nukleotiidi metüülimine äsja sünteesitud ahela GATC-motiivis on veidi hilinenud. Teisest küljest on GATC motiivi algahela adeniini nukleotiid juba metüleerunud. MMR-valgud tunnevad ära äsja sünteesitud ahela selle erinevuse järgi algahelast ja alustavad vastsünteesitud ahela ebakõla parandamist enne, kui see metüleeritakse. MMR-valgud suunavad oma parandusaktiivsuse vale nukleotiidi väljalõikamiseks enne, kui äsja replitseeritud DNA ahel metüleeritakse. Ensüümid Mut H, Mut L ja Mut S, mida kodeerivad geenid mut H, mut L, mut S, katalüüsivad neid reaktsioone Ecolis. Mut S valk tunneb ära seitse kaheksast võimalikust mittevastavuse aluspaarist, välja arvatud C: C, ja seondub dupleks-DNA mittevastavuse kohas. Seotud ATP-dega liituvad Mut L ja Mut S kompleksiga hiljem. Kompleks liigub mõne tuhande aluspaari kaugusele, kuni leiab hemimetüülitud GATC motiivi. Mut H valgu uinuv nukleaasi aktiivsus aktiveerub, kui see leiab hemimetüülitud GATC motiivi. See lõikab metüleerimata DNA ahela, jättes metüleerimata GATC motiivi G nukleotiidile 5′ sälgu (äsja sünteesitud DNA ahel). Seejärel märgib mittevastavuse teisel poolel oleva sama ahela Mut H. Ülejäänud etappides eemaldavad Uvr D helikaasvalgu, Mut U, SSB ja eksonukleaas I ühised tegevused üheahelalises vale nukleotiidi DNA. Ekstsisioonil tekkinud tühimik täidetakse DNA polümeraas III-ga ja suletakse ligaasiga. Sarnast süsteemi saab tuvastada ka hiirtel ja inimestel. Inimese hMLH1, hMSH1 ja hMSH2 mutatsioonid on seotud päriliku mittepolüpoosse käärsoolevähiga, mis dereguleerib käärsoolerakkude rakkude jagunemist.
Joonis 02: mittevastavuse parandamine
Mis vahe on mittevastavuse parandamisel ja nukleotiidide eemaldamise parandamisel?
Ebakõla parandamine vs nukleotiidide ekstsisiooni parandamine |
|
| Järelreplikatsiooni ajal ilmneb mittevastavuse parandamise süsteem. | See on seotud UV-kiirgusest tingitud pürimidiini dimeeride ja muude keemilisest aduktist tingitud DNA kahjustuste eemaldamisega. |
| Ensüümid | |
| Seda katalüüsivad Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB ja eksonukleaas I. | Seda katalüüsivad ensüümid Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| Metüülimine | |
| Reaktsiooni algatamine on ülioluline. | DNA metüülimine ei ole reaktsiooni algatamiseks vajalik. |
| Ensüümide toime | |
| Mut H on endonukleaas. | Uvr B ja Uvr C on eksonukleaasid. |
| Juhtum | |
| See juhtub konkreetselt replikatsiooni ajal. | See juhtub UV-kiirguse või keemiliste mutageenidega kokkupuutel, mitte replikatsiooni ajal |
| Kaitsehoid | |
| See on väga konserveeritud | See ei ole väga konserveeritud. |
| Lünkade täitmine | |
| Seda teeb DNA polümeraas III. | Seda teeb DNA polümeraas I. |
Kokkuvõte – mittevastavuse parandamine vs nukleotiidide väljalõikamise parandamine
Mismatch Repair (MMR) ja Nucleotide Excision Repair (NER) on kaks mehhanismi, mis rakus toimuvad, et parandada DNA kahjustusi ja moonutusi, mis on põhjustatud erinevate tegurite poolt. Neid nimetatakse ühiselt DNA parandusmehhanismideks. Nukleotiidide ekstsisiooni parandamine parandab modifitseeritud nukleotiidide kahjustusi, tavaliselt neid olulisi DNA kaksikheeliksi kahjustusi, mis tekivad UV-kiirguse ja keemiliste aduktide kokkupuutel. Sobimatust parandavad valgud tunnevad ära vale nukleotiidi, lõikavad selle välja ja asendavad selle õige nukleotiidiga. See protsess vastutab replikatsiooni ajal lõpliku täpsusastme eest.
