Ključna razlika – popravak neslaganja u odnosu na popravak ekscizijom nukleotida
Desetine i hiljade oštećenja DNK se dešavaju u ćeliji dnevno. On izaziva promjene u ćelijskim procesima kao što su replikacija, transkripcija, kao i vitalnost ćelije. 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 ta oštećenja, stanica pokreće visoko organizirani kaskadni mehanizam popravke koji se naziva reakcija na oštećenje DNK. U ćelijskom sistemu je identifikovano nekoliko sistema za popravku DNK; oni su poznati kao popravka ekscizije baze (BER), popravka neslaganja (MMR), popravka ekscizije nukleotida (NER), popravka dvostrukog lanca. Popravak ekscizijom nukleotida je vrlo svestran sistem koji prepoznaje glomazne heliks distorzije DNK lezije i uklanja ih. S druge strane, popravak neusklađenosti zamjenjuje pogrešno ugrađene baze tokom replikacije. Ključna razlika između popravke neusklađenosti i popravke ekscizijom nukleotida je u tome što se popravak ekscizijom nukleotida (NER) koristi za uklanjanje pirimidinskih dimera nastalih UV zračenjem i glomaznih heliks lezija uzrokovanih hemijskim aduktima, dok sistem popravke neusklađenosti igra važnu ulogu u ispravljanju pogrešno ugrađenih baza koje imaju pobjegli od enzima replikacije (DNK polimeraza 1) tokom postreplikacije. Pored neusklađenih baza, proteini MMR sistema takođe mogu popraviti insercije/delecije petlje (IDL) koje su rezultat klizanja polimeraze tokom replikacije ponavljajućih sekvenci DNK.
Šta je popravak ekscizijom nukleotida?
Najistaknutija karakteristika popravke ekscizijom nukleotida je da popravlja modifikovana oštećenja nukleotida uzrokovana značajnim distorzijama u dvostrukoj spirali DNK. Uočava se kod gotovo svih organizama koji su do sada ispitivani. Uvr A, Uvr B, Uvr C (ekscinukleaze) Uvr D (helikaza) su najpoznatiji enzimi uključeni u NER koji pokreću popravku DNK u modelnom organizmu Ecoli. Uvr ABC kompleks enzima sa više podjedinica proizvodi Uvr A, Uvr B, Uvr C polipeptide. Geni kodirani za gore pomenute polipeptide su uvr A, uvr B, uvr C. Uvr A i B enzimi zajedno prepoznaju oštećenje izazvano izobličenjem koje je uzrokovano dvostrukom spiralom DNK, kao što su pirimidinski dimeri zbog UV zračenja. Uvr A je enzim ATPaze i ovo je autokatalitička reakcija. Tada Uvr A napušta DNK dok Uvr BC kompleks (aktivna nukleaza) cijepa DNK na obje strane oštećenja koje je katalizirao ATP. Drugi protein nazvan Uvr D kodiran genom uvrD je enzim helikaza II koji odmotava DNK koja je rezultat oslobađanja jednolančanog oštećenog segmenta DNK. Ovo ostavlja prazninu u spirali DNK. Nakon što je oštećeni segment izrezan, u lancu DNK ostaje praznina od 12-13 nukleotida. Ovo je popunjeno enzimom DNK polimeraze I, a urez je zapečaćen DNK ligazom. ATP je potreban u tri koraka ove reakcije. NER mehanizam se može identificirati i kod ljudi sličnih sisarima. Kod ljudi, stanje kože zvano Xeroderma pigmentosum nastaje zbog DNK dimera uzrokovanih UV zračenjem. Geni XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF i XPG proizvode proteine koji zamjenjuju oštećenje DNK. Proteini gena XPA, XPC, XPE, XPF i XPG imaju nukleaznu aktivnost. S druge strane, proteini XPB i XPD gena pokazuju aktivnost helikaze koja je analogna Uvr D u E coli.
Slika 01: Popravak ekscizije nukleotida
Šta je popravak neslaganja?
Sistem popravke neslaganja se pokreće tokom sinteze DNK. Čak i sa funkcionalnom € podjedinicom, DNK polimeraza III dozvoljava ugradnju pogrešnog nukleotida za sintezu svakih 108 baznih parova. Proteini za popravku neusklađenosti prepoznaju ovaj nukleotid, izrezuju ga i zamjenjuju ispravnim nukleotidom odgovornim za konačni stupanj tačnosti. Metilacija DNK je ključna za MMR proteine da prepoznaju roditeljski lanac iz novosintetizovanog lanca. Metilacija adenin (A) nukleotida u GATC motivu novosintetizovanog lanca je malo odgođena. S druge strane, roditeljski lanac adenin nukleotid u GATC motivu je već metiliran. MMR proteini prepoznaju novosintetizirani lanac po ovoj razlici u odnosu na roditeljski lanac i započinju popravak neusklađenosti u novosintetiziranom lancu prije nego što bude metiliran. MMR proteini usmjeravaju svoju popravnu aktivnost na izrezivanje pogrešnog nukleotida prije nego što se novo replicirani lanac DNK metilira. Enzimi Mut H, Mut L i Mut S kodirani genima mut H, mut L, mut S kataliziraju ove reakcije u Ecoli. Mut S protein prepoznaje sedam od osam mogućih neusklađenih baznih parova osim C:C i veže se na mjestu neusklađenosti u dupleks DNK. Sa vezanim ATP-ovima, Mut L i Mut S se pridružuju kompleksu kasnije. Kompleks translocira nekoliko hiljada parova baza sve dok ne pronađe hemimetilirani GATC motiv. Uspavana aktivnost nukleaze Mut H proteina se aktivira kada pronađe hemimetilirani GATC motiv. On cijepa nemetilirani DNK lanac ostavljajući 5′ urez na G nukleotidu nemetiliranog GATC motiva (novosintetizirani DNK lanac). Zatim isti lanac s druge strane nepodudarnosti presijeca Mut H. U ostatku koraka, kolektivno djelovanje Uvr D a proteina helikaze, Mut U, SSB i egzonukleaze I izrezuje netačan nukleotid u jednolančanom DNK. Praznina koja se formira u eksciziji popunjava se DNK polimerazom III i zatvara ligazom. Sličan sistem se može identificirati kod miševa i ljudi. Mutacija humanih hMLH1, hMSH1 i hMSH2 uključena je u nasljedni nepolipozni karcinom debelog crijeva koji deregulira ćelijsku diobu ćelija debelog crijeva.
Slika 02: Popravak neslaganja
Koja je razlika između popravke neslaganja i popravke ekscizijom nukleotida?
Mismatch Repair vs Nucleotide Excision Repair |
|
| Sistem popravke neusklađenosti javlja se tokom post-replikacije. | Ovo je uključeno u uklanjanje dimera pirimidina zbog UV zračenja i drugih lezija DNK zbog hemijskog adukta. |
| Enzimi | |
| Kataliziraju ga Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB i egzonukleaza I. | Kataliziraju ga Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD enzimi. |
| Metilacija | |
| Važno je pokrenuti reakciju. | DNK metilacija nije potrebna za pokretanje reakcije. |
| Akcija enzima | |
| Mut H je endonukleaza. | Uvr B i Uvr C su egzonukleaze. |
| Prilika | |
| Ovo se dešava posebno tokom replikacije. | Ovo se dešava kada je izložen UV ili hemijskim mutagenima, a ne tokom replikacije |
| Očuvanje | |
| Izuzetno je očuvan | Nije visoko konzervisano. |
| Popunjavanje praznina | |
| To radi DNK polimeraza III. | To radi DNK polimeraza I. |
Sažetak – popravak neusklađenosti vs popravak ekscizijom nukleotida
Popravak mismatch-a (MMR) i popravak ekscizijom nukleotida (NER) su dva mehanizma koja se odvijaju u ćeliji kako bi se ispravila oštećenja i distorzije DNK koje su uzrokovane raznim agensima. Oni se zajednički nazivaju mehanizmi za popravku DNK. Popravak ekscizijom nukleotida popravlja modifikovana oštećenja nukleotida, tipično ona značajna oštećenja dvostruke spirale DNK koja se dešavaju usled izlaganja UV zračenju i hemijskim aduktima. Proteini za popravku neusklađenosti prepoznaju pogrešan nukleotid, izrezuju ga i zamjenjuju ispravnim nukleotidom. Ovaj proces je odgovoran za konačni stepen tačnosti tokom replikacije.
