Rozdíl mezi chybnou opravou a opravou excizí nukleotidů

Klíčový rozdíl - Oprava nesouladu vs Oprava nukleotidové excize
 

Denně se v buňce vyskytují desítky a tisíce poškození DNA. Vyvolává změny v buněčných procesech, jako je replikace, transkripce a životaschopnost buňky. V některých případech mohou mutace způsobené těmito poškozením DNA vést k škodlivým chorobám, jako jsou rakoviny a syndromy spojené se stárnutím (např. Progeria). Bez ohledu na tato poškození buňka iniciuje vysoce organizovaný kaskádový opravný mechanismus zvaný reakce poškození DNA. V buněčném systému bylo identifikováno několik opravných systémů DNA; tito jsou známí jako oprava základní excize (BER), oprava neshody (MMR), oprava excize nukleotidů (NER), oprava dvouřetězcovým přerušením. Oprava excize nukleotidů je vysoce všestranný systém, který rozpoznává objemné deformace DNA poškození helixu a odstraňuje je. Naproti tomu oprava nesouladu nahrazuje chybně začleněné báze během replikace. Klíčovým rozdílem mezi opravou nesouladu a opravou excize nukleotidů je to Oprava nukleotidové excize (NER) se používá k odstranění pyrimidinových dimerů vytvořených UV zářením a objemnými helixovými lézememi způsobenými chemickými adukty, zatímco systém pro opravu chybné párování hraje důležitou roli při opravě chybně začleněných bází, které během postreplikace unikly z replikačních enzymů (DNA polymeráza 1).. Kromě neshodných bází mohou proteiny systému MMR také opravovat smyčky inzerce / delece (IDL), které jsou výsledkem skluzu polymerázy během replikace repetitivních sekvencí DNA.

OBSAH
1. Přehled a klíčový rozdíl
2. Co je Oprava neshod
3. Co je Nucleotide Excision Repair
4. Porovnání bok po boku - Oprava neshod v porovnání s opravou nukleotidové excize
5. Shrnutí

Co je Nucleotide Excision Repair?

Nejvýraznějším rysem opravy excizí nukleotidů je to, že opravuje modifikované poškození nukleotidů způsobené významnými zkreslením dvojité šroubovice DNA. To je pozorováno téměř ve všech organismech, které byly prozkoumány až dosud. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinukleasy) Uvr D (helikáza) jsou nejznámějšími enzymy zapojenými do NER, které spouštějí opravu DNA v modelovém organismu Ecoli. Enzymový komplex Uvr ABC s více podjednotkami produkuje polypeptidy Uvr A, Uvr B, Uvr C. Geny kódované pro výše uvedené polypeptidy jsou uvr A, uvr B, uvr C. Uvr A a B enzymy kolektivně rozpoznávají zkreslení vyvolané poškozením, které je způsobeno dvojitou spirálou DNA, jako jsou pyrimidinové dimery v důsledku UV záření. Uvr A je enzym ATPázy a jedná se o autokatalytickou reakci. Pak Uvr A opustí DNA, zatímco komplex Uvr BC (aktivní nukleáza) štěpí DNA na obou stranách poškození, které katalyzuje ATP. Další protein zvaný Uvr D kódovaný uvrD genem je enzym helicase II uvolňující DNA, která je výsledkem uvolnění jednovláknového poškozeného segmentu DNA. Toto ponechává mezeru v DNA šroubovici. Po vyříznutí poškozeného segmentu zůstává v řetězci DNA 12-13 nukleotidová mezera. Toto je naplněno enzymem DNA polymerázy I a nick je utěsněn DNA ligázou. ATP je vyžadován ve třech krocích této reakce. Mechanismus NER lze také identifikovat u savců podobných lidí. U lidí je stav kůže zvaný Xeroderma pigmentosum způsoben dimery DNA způsobenými UV zářením. Geny XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF a XPG produkují proteiny, které nahrazují poškození DNA. Proteiny genů XPA, XPC, XPE, XPF a XPG mají nukleázovou aktivitu. Na druhé straně proteiny genů XPB a XPD ukazují aktivitu helikázy, kterou analogují Uvr D v E-coli.

Obrázek 01: Oprava nukleotidové excize

Co je Oprava neshod?

Systém opravy neshod je zahájen během syntézy DNA. I s funkční jednotkou € umožňuje DNA polymeráza III zabudování nesprávného nukleotidu pro syntézu každých 10⁸ základní páry. Nesprávné opravné proteiny rozpoznávají tento nukleotid, excidují ho a nahrazují správným nukleotidem odpovědným za konečnou míru přesnosti. Metylace DNA je klíčová pro proteiny MMR, aby rozpoznávala rodičovský řetězec z nově syntetizovaného vlákna. Metylace adeninového (A) nukleotidu v GATC motivu nově syntetizovaného vlákna je trochu zpožděna. Na druhé straně, nukleotidový adeninový nukleotid v motivu GATC již byl methylován. Proteiny MMR rozpoznávají nově syntetizovaný řetězec tímto rozdílem od rodičovského řetězce a začínají s opravou neshod v nově syntetizovaném řetězci před tím, než se methyluje. Proteiny MMR řídí jejich opravnou aktivitu k excitaci nesprávného nukleotidu před tím, než se nově replikovaný řetězec DNA methyluje. Enzymy Mut H, Mut L a Mut S kódované geny mut H, mut L, mut S katalyzují tyto reakce v Ecoli. Mut S protein rozpoznává sedm z osmi možných párů bázových chyb s výjimkou C: C a váže se v místě neshod v duplexní DNA. S vázanými ATP se Mut L a Mut S připojí ke komplexu později. Komplex přemístí několik tisíc párů bází pryč, dokud nenajde hemimethylovaný motiv GATC. Spící nukleasová aktivita Mut H proteinu je aktivována, jakmile najde hemimethylovaný motiv GATC. Štěpí nemethylovaný řetězec DNA a zanechává 5 'nick na G nukleotidu nemethylovaného motivu GATC (nově syntetizovaný řetězec DNA). Potom stejný řetězec na druhé straně neshod je přezdíván Mut H. Ve zbývajících krocích kolektivní akce Uvr D helikázového proteinu, Mut U, SSB a exonukleázy I excise nesprávného nukleotidu v jednořetězcovém řetězci DNA. Mezera, která se vytvoří ve vyříznutí, je zaplněna DNA polymerázou III a utěsněna ligasou. Podobný systém lze identifikovat u myší a lidí. Mutace lidského hMLH1, hMSH1 a hMSH2 se podílí na dědičné nepolypózové rakovině tlustého střeva, která dereguluje buněčné dělení buněk tlustého střeva.

Obrázek 02: Oprava neshod

Jaký je rozdíl mezi opravou chybných párů a opravou nukleotidových excizí?

Oprava nesouladu vs oprava vyříznutí nukleotidů
Během opravy po chybné replikaci dochází k nesprávnému systému oprav.	To se podílí na odstraňování pyrimidinových dimerů v důsledku ozáření U.V a jiných lézí DNA v důsledku chemického aduktu.
Enzymy
Je katalyzován Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB a exonukleázou I.	Je katalyzován enzymy Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD.
Methylace
Je klíčové zahájit reakci.	Pro zahájení reakce není vyžadována methylace DNA.
Akce enzymů
Mut H je endonukleáza.	Uvr B a Uvr C jsou exonukleázy.
Příležitost
To se děje konkrétně během replikace.	K tomu dochází, když je vystaven U.V nebo chemickým mutagenům, ne během replikace
Zachování
Je vysoce konzervativní	Není příliš konzervovaný.
Vyplnění mezer
Provádí se to DNA polymerázou III.	Provádí se to DNA polymerázou I.

Shrnutí - Oprava neshoda vs Oprava nukleotidové excise

Oprava neshod (MMR) a oprava exprese nukleotidů (NER) jsou dva mechanismy, které probíhají v buňce za účelem nápravy poškození a zkreslení DNA způsobených různými činiteli. Souhrnně se jmenují jako mechanismy opravy DNA. Oprava nukleotidové excize opravuje modifikovaná poškození nukleotidů, typicky ta významná poškození dvojité šroubovice DNA, ke kterým dochází v důsledku expozice UV záření a chemickým aduktům. Nesprávné opravné proteiny rozpoznávají nesprávný nukleotid, excidují ho a nahrazují správným nukleotidem. Tento proces je zodpovědný za konečný stupeň přesnosti během replikace.

Odkaz:
1.Cooper, Geoffrey M. „Oprava DNA.“ Buňka: molekulární přístup. 2. vydání.U.S. Národní lékařská knihovna, 1. ledna 1970. Web. 09.03.2017.
2. „Mechanismy a funkce opravy nesouladu DNA.“ Buněčný výzkum. U.S. National Library of Medicine, n.d. Web. 09.03.2017.

Obrázek se svolením:
1. „Nucleotid Excision Repair-journal.pbio.0040203.g001“ Autor: Jill O. Fuss, Priscilla K. Cooper - (CC BY 2.5) prostřednictvím Commons Wikimedia
2. „Oprava neshody DNA Ecoli“ autorem Kenji Fukui - (CC BY 4.0) prostřednictvím Commons Wikimedia