ความแตกต่างที่สำคัญ – การซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันกับการซ่อมแซมการตัดตอนนิวคลีโอไทด์
DNA เสียหายหลายหมื่นครั้งเกิดขึ้นในเซลล์ต่อวัน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการของเซลล์ เช่น การจำลองแบบ การถอดความ และความมีชีวิตของเซลล์ ในบางกรณี การกลายพันธุ์ที่เกิดจากความเสียหายของ DNA เหล่านี้อาจนำไปสู่โรคที่เป็นอันตราย เช่น มะเร็งและกลุ่มอาการที่เกี่ยวข้องกับวัยชรา (เช่น Progeria) โดยไม่คำนึงถึงความเสียหายเหล่านี้ เซลล์จะเริ่มต้นกลไกการซ่อมแซมน้ำตกที่มีการจัดระเบียบสูง ซึ่งเรียกว่าการตอบสนองความเสียหายของดีเอ็นเอ มีการระบุระบบการซ่อมแซมดีเอ็นเอหลายระบบในระบบเซลล์ เหล่านี้เรียกว่าการซ่อมแซมการตัดตอนฐาน (BER), การซ่อมแซมที่ไม่ตรงกัน (MMR), การซ่อมแซมการตัดตอนนิวคลีโอไทด์ (NER), การซ่อมแซมการแตกเกลียวคู่การซ่อมแซมการตัดออกของนิวคลีโอไทด์เป็นระบบที่ใช้งานได้หลากหลายซึ่งจดจำรอยโรค DNA ที่มีเกลียวบิดเบี้ยวขนาดใหญ่และกำจัดออก ในทางกลับกัน การซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันจะแทนที่ฐานที่ไม่เหมาะสมในระหว่างการจำลองแบบ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันและการซ่อมแซมการตัดออกของนิวคลีโอไทด์คือการซ่อมแซมการตัดตอนนิวคลีโอไทด์ (NER) ใช้เพื่อกำจัด pyrimidine dimers ที่เกิดจากการฉายรังสี UV และรอยโรคเกลียวขนาดใหญ่ที่เกิดจาก adducts เคมี ในขณะที่ระบบการซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันมีบทบาทสำคัญในการแก้ไขฐานที่ไม่เหมาะสมที่มี หลุดรอดจากเอนไซม์การจำลองแบบ (DNA polymerase 1) ในระหว่างการทำซ้ำ นอกจากเบสที่ไม่ตรงกันแล้ว โปรตีนของระบบ MMR ยังสามารถซ่อมแซมลูปแทรก/การลบ (IDL) ซึ่งเป็นผลลัพธ์ของการเลื่อนหลุดของโพลีเมอเรสในระหว่างการทำซ้ำของลำดับดีเอ็นเอที่ซ้ำกัน
การซ่อมแซมการตัดตอนนิวคลีโอไทด์คืออะไร
คุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของการซ่อมแซมการตัดออกของนิวคลีโอไทด์คือการซ่อมแซมความเสียหายของนิวคลีโอไทด์ที่ดัดแปลงซึ่งเกิดจากการบิดเบือนที่สำคัญในเกลียวคู่ของดีเอ็นเอพบได้ในสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinucleases) Uvr D (เฮลิเคส) เป็นเอนไซม์ที่รู้จักกันดีที่สุดที่เกี่ยวข้องกับ NER ซึ่งกระตุ้นการซ่อมแซม DNA ในสิ่งมีชีวิตจำลอง Ecoli Uvr ABC เอ็นไซม์หลายหน่วยย่อยสร้าง Uvr A, Uvr B, Uvr C โพลีเปปไทด์ ยีนที่เข้ารหัสสำหรับโพลีเปปไทด์ดังกล่าวคือ uvr A, uvr B, uvr C. เอนไซม์ Uvr A และ B รวมกันรับรู้ถึงความเสียหายที่เกิดจากความผิดเพี้ยนที่เกิดจากเกลียวคู่ของ DNA เช่น pyrimidine dimmers เนื่องจากการฉายรังสี UV Uvr A เป็นเอนไซม์ ATPase และนี่คือปฏิกิริยาออโตคะตาไลติก จากนั้น Uvr A จะออกจาก DNA ในขณะที่ Uvr BC complex (active nuclease) จะแยก DNA ออกจากทั้งสองด้านของความเสียหายที่เร่งปฏิกิริยาโดย ATP โปรตีนอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า Uvr D ซึ่งเข้ารหัสโดยยีน uvrD คือเอนไซม์ helicase II ที่จะคลาย DNA ซึ่งเป็นผลมาจากการปล่อยส่วน DNA ที่เสียหายเป็นเกลียวเดี่ยว ทำให้เกิดช่องว่างในเกลียวดีเอ็นเอ หลังจากส่วนที่เสียหายถูกตัดออก ช่องว่างของนิวคลีโอไทด์ 12-13 ยังคงอยู่ในสายดีเอ็นเอสิ่งนี้ถูกเติมโดยเอนไซม์ DNA polymerase I และนิคถูกปิดผนึกโดย DNA ligase จำเป็นต้องมี ATP ในสามขั้นตอนของปฏิกิริยานี้ กลไก NER สามารถระบุได้ในมนุษย์ที่เหมือนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเช่นกัน ในมนุษย์ สภาพผิวที่เรียกว่า Xeroderma pigmentosum เกิดจาก DNA dimers ที่เกิดจากการฉายรังสี UV ยีน XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF และ XPG ผลิตโปรตีนเพื่อทดแทนความเสียหายของ DNA โปรตีนของยีน XPA, XPC, XPE, XPF และ XPG มีกิจกรรมของนิวคลีเอส ในทางกลับกัน โปรตีนของยีน XPB และ XPD แสดงกิจกรรมของเฮลิเคสซึ่งคล้ายกับ Uvr D ใน E coli
รูปที่ 01: การซ่อมแซมการตัดนิวคลีโอไทด์
การซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันคืออะไร
ระบบซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันเริ่มต้นขึ้นในระหว่างการสังเคราะห์ดีเอ็นเอแม้จะมีหน่วยย่อย € ที่ใช้งานได้ แต่ DNA polymerase III ยังอนุญาตให้รวมนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ถูกต้องสำหรับการสังเคราะห์ทุกๆ 108 คู่เบส โปรตีนซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันจะจดจำนิวคลีโอไทด์นี้ แยกออก และแทนที่ด้วยนิวคลีโอไทด์ที่ถูกต้องซึ่งรับผิดชอบต่อระดับความแม่นยำขั้นสุดท้าย DNA methylation เป็นส่วนสำคัญสำหรับโปรตีน MMR เพื่อรับรู้สายหลักจากสายที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ การเกิดเมทิลของอะดีนีน (A) นิวคลีโอไทด์ในรูปแบบ GATC ของเส้นใยสังเคราะห์ใหม่มีความล่าช้าเล็กน้อย ในทางกลับกัน อะดีนีนนิวคลีโอไทด์ของสายหลักในบรรทัดฐานของ GATC มีเมทิลเลตแล้ว โปรตีน MMR รับรู้สายที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่โดยความแตกต่างจากสายหลัก และเริ่มการซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันในสายที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ก่อนที่จะได้รับเมทิลเลต โปรตีน MMR กำหนดกิจกรรมการซ่อมแซมเพื่อตัดทอนนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ถูกต้อง ก่อนที่สาย DNA ที่จำลองแบบใหม่จะถูกเมทิลเลต เอนไซม์ Mut H, Mut L และ Mut S ที่เข้ารหัสโดยยีน mut H, mut L, mut S กระตุ้นปฏิกิริยาเหล่านี้ใน Ecoliโปรตีน Mut S ระบุคู่เบสที่ไม่ตรงกันที่เป็นไปได้เจ็ดในแปดคู่ ยกเว้น C:C และจับที่ตำแหน่งที่ไม่ตรงกันใน DNA ดูเพล็กซ์ ด้วย ATP ที่ถูกผูกมัด Mut L และ Mut S จะเข้าร่วมคอมเพล็กซ์ในภายหลัง คอมเพล็กซ์จะย้ายเบสคู่ออกไปสองสามพันคู่จนกระทั่งพบลวดลาย GATC ที่มีเฮมิเมทิลเลต กิจกรรมของนิวคลีเอสที่อยู่เฉยๆของโปรตีน Mut H จะถูกกระตุ้นเมื่อพบรูปแบบ GATC ที่มีเฮมิเมทิลเลต มันแยกสาย DNA ที่ไม่มีเมทิลออกโดยปล่อยให้เป็น 5′ นิคที่ G นิวคลีโอไทด์ของแม่ลาย GATC ที่ไม่เป็นเมทิล (สาย DNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่) จากนั้นสายเดียวกันที่อยู่อีกด้านหนึ่งของความไม่ตรงกันจะถูกตั้งชื่อโดย Mut H. ในขั้นตอนที่เหลือ การกระทำร่วมกันของโปรตีน Uvr D ซึ่งเป็นโปรตีนเฮลิเคส, Mut U, SSB และ exonuclease I แยกออกนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ถูกต้องในสายเดี่ยว ดีเอ็นเอ. ช่องว่างที่เกิดขึ้นในการตัดตอนนั้นเต็มไปด้วย DNA polymerase III และปิดผนึกโดย ligase ระบบที่คล้ายคลึงกันสามารถระบุได้ในหนูและมนุษย์ การกลายพันธุ์ของ hMLH1, hMSH1 และ hMSH2 ของมนุษย์เกี่ยวข้องกับมะเร็งลำไส้ใหญ่ชนิด nonpolyposis ทางพันธุกรรมซึ่งทำให้การแบ่งเซลล์ของเซลล์ลำไส้ใหญ่ลดลง
รูปที่ 02: การซ่อมแซมที่ไม่ตรงกัน
Mismatch Repair และ Nucleotide Excision Repair ต่างกันอย่างไร
การซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันกับการซ่อมแซมการตัดตอนนิวคลีโอไทด์ |
|
| ระบบซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันเกิดขึ้นระหว่างการจำลองหลัง | สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการกำจัดไพริมิดีนไดเมอร์เนื่องจากการฉายรังสี UV และรอยโรค DNA อื่นๆ เนื่องจากการติดสารเคมี |
| เอ็นไซม์ | |
| มันถูกเร่งโดย Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB และ exonuclease I. | มันถูกกระตุ้นโดยเอนไซม์ Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD |
| เมทิลเลชั่น | |
| การเริ่มปฏิกิริยาเป็นสิ่งสำคัญ | DNA methylation ไม่จำเป็นสำหรับการเริ่มต้นปฏิกิริยา |
| การกระทำของเอนไซม์ | |
| Mut H เป็นเอนโดนิวคลีเอส | ยูวีบีและยูวีซีเป็นเอ็กโซนิวคลีเอส |
| โอกาส | |
| สิ่งนี้เกิดขึ้นเฉพาะในระหว่างการทำซ้ำ | สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกับรังสียูวีหรือสารเคมีที่ทำให้กลายพันธุ์ ไม่ใช่ในระหว่างการจำลองแบบ |
| การอนุรักษ์ | |
| อนุรักษ์ไว้อย่างดี | ไม่อนุรักษ์มาก |
| เติมช่องว่าง | |
| ทำโดย DNA polymerase III. | ทำโดย DNA polymerase I. |
สรุป – การซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันกับการซ่อมแซมการตัดตอนนิวคลีโอไทด์
การซ่อมแซมที่ไม่ตรงกัน (MMR) และการซ่อมแซมการตัดออกของนิวคลีโอไทด์ (NER) เป็นกลไกสองอย่างที่เกิดขึ้นในเซลล์เพื่อแก้ไขความเสียหายและการบิดเบือนของดีเอ็นเอที่เกิดจากสารต่างๆ สิ่งเหล่านี้ถูกเรียกรวมกันว่าเป็นกลไกการซ่อมแซมดีเอ็นเอ การซ่อมแซมการตัดตอนของนิวคลีโอไทด์ช่วยซ่อมแซมความเสียหายของนิวคลีโอไทด์ที่ดัดแปลง โดยทั่วไปความเสียหายที่สำคัญเหล่านั้นของเกลียวคู่ของ DNA ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการสัมผัสกับรังสี UV และสารเคมี โปรตีนซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันจะรับรู้ถึงนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ถูกต้อง แยกออกมา และแทนที่ด้วยนิวคลีโอไทด์ที่ถูกต้อง กระบวนการนี้รับผิดชอบระดับความแม่นยำขั้นสุดท้ายระหว่างการจำลองแบบ