Erinevus mittevastavuse parandamise ja nukleotiidide ekstsisiooniparanduse vahel

Peamine erinevus - mittevastavuse parandamine vs nukleotiidide ekstsisiooni parandamine
 

Päevas põhjustab rakus kümneid ja tuhandeid DNA kahjustusi. See kutsub esile muutused rakuprotsessides, nagu replikatsioon, transkriptsioon, aga ka raku elujõulisus. Mõnel juhul võivad nende DNA kahjustuste põhjustatud mutatsioonid põhjustada kahjulikke haigusi, näiteks vähki ja vananemisega seotud sündroome (nt Progeria). Neist kahjustustest hoolimata käivitab rakk hästi organiseeritud kaskaadi parandamise mehhanismi, mida nimetatakse DNA kahjustuste vastuseks. Rakusüsteemis on tuvastatud mitu DNA parandamise süsteemi; neid nimetatakse aluse ekstsisiooniparanduseks (BER), mittevastavuse parandamiseks (MMR), nukleotiidide ekstsisiooniparanduseks (NER), kaheahelalise purunemise parandamiseks. Nukleotiidide ekstsisiooniparandus on väga mitmekülgne süsteem, mis tuvastab mahukad heeliksi moonutamise DNA kahjustused ja eemaldab need. Teisest küljest asendab ebakõla parandamine valesti sisestatud aluseid replikatsiooni ajal. Põhiline erinevus ebakõla parandamise ja nukleotiidide ekstsisiooniparanduse vahel on see nukleotiidide ekstsisiooniparandust (NER) kasutatakse UV-kiirguse ja keemiliste adduktide põhjustatud mahukate heeliksi kahjustuste tekitatud pürimidiini dimeeride eemaldamiseks, samal ajal kui mittevastavuse parandamise süsteemil on oluline roll replitseerimisensüümidest (DNA polümeraas 1) pääsenud valesti integreerunud aluste korrigeerimisel. Lisaks sobimatutele alustele saavad MMR süsteemi valgud parandada ka sisestuste / deletsioonide ahelaid (IDL), mis on polümeraasi libisemise tagajärg korduvate DNA järjestuste replikatsiooni ajal.

SISU
1. Ülevaade ja peamised erinevused
2. Mis on ebakõla parandamine
3. Mis on nukleotiidi ekstsisiooniparandus
4. Kõrvuti võrdlus - mittevastavuse parandamine vs nukleotiidide ekstsisiooniparandus
5. Kokkuvõte

Mis on nukleotiidi ekstsisiooniparandus?

Nukleotiidide ekstsisiooniparanduse kõige iseloomulikum omadus on see, et see parandab modifitseeritud nukleotiidide kahjustusi, mis on põhjustatud DNA topeltheeliksi olulistest moonutustest. Seda täheldatakse peaaegu kõigis ajakohaselt uuritud organismides. Uvr A, Uvr B, Uvr C (eksinukleaasid) Uvr D (helikaas) on NER-is osalevad kõige tuntumad ensüümid, mis käivitavad DNA parandamise mudelis - organism Ecoli. Uvr ABC mitme alaühikuga ensüümikompleks toodab Uvr A, Uvr B, Uvr C polüpeptiide. Ülalnimetatud polüpeptiidide jaoks kodeeritud geenid on uvr A, uvr B, uvr C. Uvr A ja B ensüümid tunnevad ühiselt kahjustuse põhjustatud moonutusi, mis on põhjustatud DNA topeltheeliksist, näiteks pürimidiini dimeeridest UV-kiirguse mõjul. Uvr A on ATPaasi ensüüm ja see on autokatalüütiline reaktsioon. Seejärel jätab Uvr A DNA, Uvr BC kompleks (aktiivne nukleaas) lõikab DNA kahjustuse mõlemalt küljelt, mida katalüüsib ATP. Veel üks valk nimega Uvr D, mida kodeerib uvrD geen, on helikaasi II ensüüm, mis kergendab DNA-d, mis tuleneb üheahelalise kahjustatud DNA segmendi vabastamisest. See jätab tühiku DNA spiraali. Pärast kahjustatud segmendi eraldamist jääb DNA ahelasse 12-13 nukleotiidi vahe. Selle täidab DNA polümeraasi ensüüm I ja hüüdnimi suletakse DNA ligaasi abil. Selle reaktsiooni kolmes etapis on vaja ATP-d. NER-i mehhanismi saab tuvastada ka imetajatele sarnastel inimestel. Inimestel on nahahaigus, mida nimetatakse Xeroderma pigmentosumiks, 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 analoogne Uvr D-ga E coli.

Joonis 01: Nukleotiidide ekstsisiooniparandus

Mis on mittevastavuse parandamine?

DNA sünteesi käigus käivitatakse mittevastavuse parandamise süsteem. Isegi funktsionaalse € subühiku korral võimaldab DNA polümeraas III sünteesi jaoks vale nukleotiidi lisada iga 10⁸ aluspaarid. Ebakõla parandavad valgud tunnevad selle nukleotiidi ära, eraldavad selle ja asendavad selle õige nukleotiidiga, mis vastutab lõpliku täpsusastme eest. DNA metüülimine on MMR-valkude jaoks keskse tähtsusega, et äsjasünteesitud ahelast lähteahelat ära tunda. Adeniini (A) nukleotiidi metüleerimine äsja sünteesitud ahela GATC motiivis on pisut hilinenud. Teisest küljest on GATC motiivi lähteahela adeniini nukleotiid juba metüleeritud. MMR-valgud tunnevad äsja sünteesitud ahela ära selle erinevuse tõttu lähteahelast ja alustavad värskelt sünteesitud ahela ebakõla paranemist, enne kui see metüleeritakse. MMR-valgud suunavad nende parandusaktiivsuse vale nukleotiidi eraldamiseks enne, kui äsja replitseeritud DNA ahel metüleeritakse. Geenide mut H, mut L, mut S kodeeritud ensüümid Mut H, Mut L ja Mut S katalüüsivad neid reaktsioone Ecoli-s. Mut S valk tunneb ära kaheksast võimalikust mittevastavuse aluspaarist seitse, välja arvatud C: C, ja seostub dupleks-DNA sobimatuse kohas. Seotud ATP-dega liituvad Mut L ja Mut S hiljem kompleksiga. Kompleks liigub paar tuhat aluspaari eemale, kuni leiab hemimetüleeritud GATC-motiivi. Mut H valgu uinunud nukleaasiaktiivsus aktiveeritakse, kui see leiab hemimetüleeritud GATC motiivi. See lõhestab metüleerimata DNA ahela, jättes metüleerimata GATC motiivi G-nukleotiidi (äsja sünteesitud DNA ahela) 5'-varda. Siis sama ahela mittevastavuse teisel küljel nüpeldab Mut H. Ülejäänud etappides aktiveeritakse Uvr D a helikaasi valgu, Mut U, SSB ja eksonukleaasi I kollektiivsed toimingud üheahelalise vale nukleotiidi korral DNA. Ekstsisioonil tekkinud tühimik täidetakse DNA polümeraas III abil ja suletakse ligaasiga. Sarnast süsteemi saab tuvastada hiirtel ja inimestel. Inimese hMLH1, hMSH1 ja hMSH2 mutatsioon on seotud päriliku mittepolüpoosse käärsoolevähiga, mis dereguleerib käärsoolerakkude rakujagunemist.

Joonis 02: ebakõla parandamine

Mis vahe on ebakõla parandamise ja nukleotiidide ekstsisiooniparanduse vahel?

Mittevastavuse parandamine vs nukleotiidide ekstsisiooniparandus
Vigade parandamise süsteem ilmneb replikatsiooni järgselt.	See on seotud pürimidiini dimeeride eemaldamisega, mis on põhjustatud ultraviolettkiirguse kiiritamisest ja muudest keemilistest adduktidest põhjustatud DNA kahjustustest.
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.
Metüleerimine
Reaktsiooni algatamine on ülitähtis.	Reaktsiooni käivitamiseks ei ole vaja DNA metüülimist.
Ensüümide toime
Mut H on endonukleaas.	Uvr B ja Uvr C on eksonukleaasid.
Juhtum
See juhtub konkreetselt replikatsiooni ajal.	See juhtub kokkupuutel U.V või keemiliste mutageenidega, mitte replikatsiooni ajal
Konserveerimine
See on väga konservatiivne	See pole kuigi konservatiivne.
Lünkade täitmine
Seda teostab DNA polümeraas III.	Seda teostab DNA polümeraas I.

Kokkuvõte - ebakõla parandamine vs nukleotiidide ekstsisiooniparandus

Vastuolude parandamine (MMR) ja nukleotiidide ekstsisiooniparandus (NER) on kaks rakus toimuvat mehhanismi, et parandada DNA kahjustusi ja moonutusi, mis on põhjustatud erinevatest ainetest. Neid nimetatakse ühiselt DNA parandamise mehhanismideks. Nukleotiidi ekstsisiooniparandus parandab modifitseeritud nukleotiidi kahjustusi, tavaliselt neid DNA topeltheeliksi olulisi kahjustusi, mis tekivad U.V kiiritamise ja keemiliste aduktide tõttu. Vastuolude parandamise valgud tuvastavad vale nukleotiidi, eraldavad selle ja asendavad selle õige nukleotiidiga. See protsess vastutab replikatsiooni ajal lõpliku täpsuse eest.

Viide:
1.Cooper, Geoffrey M. “DNA remont”. Rakk: molekulaarne lähenemisviis. 2. trükk.U.S. Riiklik meditsiiniraamatukogu, 1. jaanuar 1970. Veeb. 09. märts 2017.
2. “DNA mittevastavuse parandamise mehhanismid ja funktsioonid.” Rakkude uurimine. USA Riiklik Meditsiiniraamatukogu, n.d. Võrk. 09. märts 2017.

Pilt viisakalt:
1. “Nukleotiidide ekstsisiooniparandus-ajakiri.pbio.0040203.g001” Jill O. Fuss, Priscilla K. Cooper - (CC BY 2.5) Commonsi Wikimedia kaudu
2. Kenji Fukui - “DNA ebakõla parandamine Ecolis” - (CC BY 4.0) Commons Wikimedia kaudu