Ključna razlika med nehomolognim spajanjem koncev in homolognim neposrednim ponavljanjem je, da je nehomologno spajanje koncev pot, ki popravlja dvoverižne prekinitve v DNK, ki ne potrebuje homologne predloge za vodenje popravljanja, medtem ko je homologno neposredno ponavljanje pot ki popravlja dvoverižne prekinitve v DNK, ki zahteva homologno predlogo za usmerjanje popravljanja.
Popravljanje DNK je proces, pri katerem celica prepozna in popravi poškodbe na molekulah DNK. Na splošno lahko normalne presnovne dejavnosti in okoljski dejavniki, kot je sevanje, povzročijo poškodbe DNK. Ti dejavniki lahko povzročijo več deset tisoč posameznih molekularnih lezij na celico na dan. Poti popravljanja dvoverižnih zlomov DNK so poti popravljanja DNK v bioloških celicah. Obstajata dve poti popravljanja prekinitev dvojne verige DNA, in sicer nehomologno spajanje koncev in homologno neposredno ponavljanje.
Kaj je nehomologno spajanje koncev?
Nehomologno spajanje koncev (NHEJ) je pot, ki popravlja dvoverižne prekinitve v DNK in ne zahteva homologne predloge za usmerjanje popravljanja. To pot sta odkrila Moore in Haber leta 1966. To pot običajno vodijo kratke homologne sekvence DNA (mikrohomologije), ki so pogosto prisotne v enoverižnih previsih na koncih dvoverižnih prelomov. Ko so previsi združljivi, pot NHEJ natančno popravi zlom dvojnih pramenov. Če pa previsi niso popolnoma združljivi, pride do nenatančnega popravljanja, ki povzroči izgubo nukleotidov. Neustrezna pot NHEJ lahko vodi do translokacij, zlitja telomer in znakov tumorskih celic.
Slika 01: Nehomologno spajanje koncev
Pot NHEJ ima tri glavne korake: končno vezavo in privezovanje, končno obdelavo in ligacijo. Pri sesalcih so proteini, imenovani Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), DNA-PKcs, Ku (Ku70 in 80), vključeni v končno premostitev. Končni korak obdelave vključuje odstranitev neujemajočih se ali poškodovanih nukleotidov in ponovno sintezo DNK z DNK polimerazami (zapolnjevanje vrzeli). Odstranitev neusklajenih ali poškodovanih nukleotidov izvedejo nukleaze, kot je Artemis. DNA polimeraze družine X Pol λ in μ pri sesalcih izvajata zapolnitev vrzeli. Obdelava koncev ni potrebna, če so konci že združljivi in imajo 3'-hidroksilne ali 5'-fosfatne konce. Poleg tega končni korak ligacije izvede ligacijski kompleks IV, ki je sestavljen iz DNA ligaze IV in njenega kofaktorja XRCC4.
Kaj je homologna neposredna ponovitev?
Homologno direktno ponavljanje (HDR) je pot, ki popravlja dvoverižne prekinitve v DNK z uporabo homologne predloge za usmerjanje popravljanja. Najpogostejši način homologne direktne ponovitve je homologna rekombinacija. Mehanizem HDR je mogoč le, če je v jedru homoložni del DNA, večinoma v G2 in S fazi celičnega cikla. Biološka pot HDR se začne s fosforilacijo histonskega proteina, imenovanega H2AX, na območju, kjer pride do preloma dvojne verige DNA. To pritegne druge beljakovine na poškodovano mesto. Nato se kompleks MRN veže na poškodovane konce in prepreči kromosomske zlome. Kompleks MRN prav tako ohranja skupaj zlomljene konice. Kasneje se konci DNK obdelajo tako, da se odstranijo nepotrebni ostanki kemičnih skupin in nastanejo enoverižni previsi.
Slika 02: Homologna neposredna ponovitev
Vsak košček enoverižne DNK je prekrit s proteinom, imenovanim RPA, njegova naloga pa je ohranjanje stabilnosti enoverižnih kosov DNK. Po tem Rad51 nadomesti protein RPA. Poleg tega, ko deluje skupaj z BRCA2, Rad51 združi komplementarni del DNK, ki vdre v prekinjeno verigo DNK, da tvori predlogo za polimerazo DNK. DNK polimerazo na DNK drži drug protein, znan kot PCNA. Končno polimeraza sintetizira manjkajoči del pretrgane verige. Poleg tega, ko se prekinjena veriga ponovno sintetizira, se morata obe verigi znova ločiti. Predlagani so modeli za številne načine odklopa. Ko so prameni ločeni, je postopek zaključen.
Kakšne so podobnosti med nehomolognim združevanjem koncev in homolognim neposrednim ponavljanjem?
- Nehomologno spajanje koncev in homologno neposredno ponavljanje sta dve poti popravljanja prekinitev dvojne verige DNK.
- MRN kompleks je vključen v obe poti.
- Nukleaze so vključene v obe poti.
- DNA polimeraze so vključene v obe poti.
- Te mehanizme lahko najdemo tako pri prokariontih kot tudi pri evkariontih.
- Oba sta ključna mehanizma za preživetje celic.
Kakšna je razlika med nehomolognim spajanjem koncev in homolognim neposrednim ponavljanjem?
Nehomologno spajanje koncev je pot, ki popravlja prelome dvojnih verig v DNK, ki ne potrebuje homologne predloge za usmerjanje popravljanja, medtem ko je homologno neposredno ponavljanje pot, ki popravlja prelome dvojnih verig v DNK z uporabo homologne predloge. To je torej ključna razlika med nehomolognim spajanjem koncev in homolognim neposrednim ponavljanjem. Poleg tega homologna rekombinacija ni vključena v nehomologno spajanje koncev, medtem ko je homologna rekombinacija vključena v homologno neposredno ponovitev.
Spodnja infografika predstavlja razlike med nehomolognim spajanjem koncev in homolognim neposrednim ponavljanjem v obliki tabele za vzporedno primerjavo.
Povzetek – Nehomologno spajanje koncev proti homolognemu neposrednemu ponavljanju
Popravilo DNK je mogoče izvesti z različnimi mehanizmi, kot so neposredni obrat, popravilo poškodb ene verige, popravilo prekinitev dvojne verige in translezijska sinteza. Nehomologno spajanje koncev in homologna neposredna ponavljanja sta dve poti popravljanja prekinitev dvojnih verig DNA. Nehomologno spajanje koncev ne zahteva homologne predloge za vodenje poti popravljanja DNK. Homologna neposredna ponovitev je pot, ki zahteva homologno predlogo za vodenje popravila DNK. Torej, to je ključna razlika med nehomolognim spajanjem koncev in homolognim neposrednim ponavljanjem.
