تفاوت اصلی بین اتصال انتهای غیرهمولوگ و تکرار مستقیم همولوگ این است که اتصال انتهایی غیرهمولوگ مسیری است که شکستگی های دو رشته ای در DNA را که نیازی به الگوی همولوگ برای هدایت تعمیر ندارد، ترمیم می کند، در حالی که تکرار مستقیم همولوگ یک مسیر است. که شکست های دو رشته ای در DNA را که به یک الگوی همولوگ برای هدایت تعمیر نیاز دارد، ترمیم می کند.
ترمیم DNA فرآیندی است که در آن سلول آسیب‌های وارد شده به مولکول‌های DNA را شناسایی و تصحیح می‌کند. به طور کلی، فعالیت های متابولیک طبیعی و عوامل محیطی مانند تشعشع می تواند باعث آسیب DNA شود. این عوامل می تواند منجر به ده ها هزار ضایعات مولکولی منفرد در هر سلول در روز شود.مسیرهای ترمیم شکستگی دو رشته ای DNA مسیرهای ترمیم DNA در سلول های بیولوژیکی هستند. دو مسیر ترمیم شکست های دو رشته ای DNA به عنوان اتصال انتهایی غیر همولوگ و تکرار مستقیم همولوگ وجود دارد.
پیوستن نهایی غیرهمولوگ چیست؟
اتصال انتهایی غیر همولوگ (NHEJ) مسیری است که شکستگی های دو رشته ای در DNA را ترمیم می کند و برای هدایت ترمیم نیازی به الگوی همولوگ ندارد. این مسیر توسط مور و هابر در سال 1966 پیدا شد. این مسیر به طور معمول توسط توالی های DNA همولوگ کوتاه (میکروهمولوژی ها) هدایت می شود که اغلب در اورهانگ های تک رشته ای در انتهای شکستگی های دو رشته ای وجود دارند. هنگامی که اورهنگ ها سازگار هستند، مسیر NHEJ شکستگی دو رشته را با دقت تعمیر می کند. با این حال، هنگامی که اورهانگ ها کاملاً سازگار نیستند، منجر به تعمیر نادقیق می شود که باعث از بین رفتن نوکلئوتیدها می شود. مسیر نامناسب NHEJ می‌تواند منجر به جابه‌جایی، همجوشی تلومر، و نشانه‌های سلول‌های تومور شود.
شکل 01: پیوستن انتهایی غیر همولوگ
مسیر NHEJ دارای سه مرحله اصلی است: اتصال و اتصال انتهایی، پردازش انتهایی و بستن. در پستانداران، پروتئین هایی به نام Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN)، DNA-PKcs، Ku (Ku70 & 80) در پل زدن انتهایی نقش دارند. مرحله نهایی پردازش شامل حذف نوکلئوتیدهای ناهماهنگ یا آسیب دیده و سنتز مجدد DNA توسط DNA پلیمرازها (پر کردن شکاف) است. حذف نوکلئوتیدهای ناهماهنگ یا آسیب دیده توسط نوکلئازهایی مانند آرتمیس انجام می شود. DNA پلیمرازهای خانواده X Pol λ و μ در پستانداران پر کردن شکاف را انجام می دهند. در صورتی که انتهای آن از قبل سازگار بوده و دارای انتهای 3-هیدورکسیل یا 5-فسفات باشد، پردازش نهایی ضروری نیست. علاوه بر این، مرحله بستن نهایی توسط کمپلکس IV انجام می شود که از DNA لیگاز IV و کوفاکتور آن XRCC4 تشکیل شده است.
تکرار مستقیم همولوگ چیست؟
تکرار مستقیم همولوگ (HDR) مسیری است که شکستگی های دو رشته ای در DNA را با استفاده از یک الگوی همولوگ برای هدایت تعمیر ترمیم می کند. رایج ترین روش تکرار مستقیم همولوگ از طریق نوترکیب همولوگ است. مکانیسم HDR تنها زمانی امکان پذیر است که یک قطعه همولوگ از DNA در هسته، بیشتر در فاز G2 و S چرخه سلولی وجود داشته باشد. مسیر بیولوژیکی HDR با فسفوریلاسیون پروتئین هیستونی به نام H2AX در ناحیه ای که شکستن دو رشته DNA رخ می دهد، شروع می شود. این باعث جذب پروتئین های دیگر به محل آسیب دیده می شود. سپس کمپلکس MRN به انتهای آسیب دیده متصل می شود و از شکستگی کروموزومی جلوگیری می کند. مجتمع MRN همچنین انتهای شکسته را کنار هم نگه می دارد. بعداً انتهای DNA به گونه‌ای پردازش می‌شود که بقایای غیرضروری از گروه‌های شیمیایی حذف می‌شوند و برآمدگی‌های تک رشته‌ای تشکیل می‌شوند.
شکل 02: تکرار مستقیم همولوگ
هر تکه DNA تک رشته ای توسط پروتئینی به نام RPA پوشیده شده است و وظیفه آن ثابت نگه داشتن قطعات DNA تک رشته ای است. پس از این، Rad51 جایگزین پروتئین RPA می شود. علاوه بر این، هنگام کار با BRCA2، Rad51 یک قطعه DNA مکمل را جفت می کند که به رشته DNA شکسته حمله می کند تا یک الگو برای DNA پلیمراز تشکیل دهد. DNA پلیمراز توسط پروتئین دیگری به نام PCNA روی DNA نگه داشته می شود. در نهایت، پلیمراز بخش از دست رفته رشته شکسته را سنتز می کند. علاوه بر این، هنگامی که رشته شکسته مجددا سنتز می شود، هر دو رشته باید دوباره از هم جدا شوند. مدل هایی برای راه های متعدد جداسازی پیشنهاد شده است. پس از جدا شدن رشته ها، فرآیند تکمیل می شود.
شباهت‌های بین پیوستن انتهای غیرهمولوگ و تکرار مستقیم همولوگ چیست؟
- اتصال انتهای غیر همولوگ و تکرار مستقیم همولوگ دو مسیر ترمیم شکستگی دو رشته DNA هستند.
- مجموعه MRN در هر دو مسیر درگیر است.
- نوکلئازها در هر دو مسیر دخیل هستند.
- DNA پلیمرازها در هر دو مسیر درگیر هستند.
- این مکانیسم ها را می توان هم در پروکاریوت ها و هم در یوکاریوت ها یافت.
- هر دو مکانیسم های حیاتی برای بقای سلول هستند.
تفاوت بین اتصال انتهای غیرهمولوگ و تکرار مستقیم همولوگ چیست؟
اتصال انتهای غیرهمولوگ مسیری است که شکست های دو رشته ای را در DNA ترمیم می کند که برای هدایت ترمیم نیازی به الگوی همولوگ ندارد، در حالی که تکرار مستقیم همولوگ مسیری است که شکستگی های دو رشته ای در DNA را با استفاده از یک الگوی همولوگ ترمیم می کند. بنابراین، این تفاوت اصلی بین اتصال انتهای غیر همولوگ و تکرار مستقیم همولوگ است. علاوه بر این، نوترکیبی همولوگ در اتصال انتهایی غیر همولوگ دخیل نیست، در حالی که نوترکیبی همولوگ در تکرار مستقیم همولوگ دخیل است.
اینفوگرافیک زیر تفاوت‌های بین اتصال انتهای غیرهمولوگ و تکرار مستقیم همولوگ را به شکل جدولی برای مقایسه کنار هم نشان می‌دهد.
خلاصه – پایان پیوستن غیرهمولوگ در مقابل تکرار مستقیم همولوگ
ترمیم DNAرا می توان با مکانیسم های مختلفی مانند برگشت مستقیم، ترمیم آسیب تک رشته، ترمیم شکستگی های دو رشته ای و سنتز translesion انجام داد. اتصال انتهای غیرهمولوگ و تکرارهای مستقیم همولوگ دو مسیر ترمیم شکستگی دو رشته DNA هستند. اتصال انتهایی غیر همولوگ به یک الگوی همولوگ برای هدایت مسیر ترمیم DNA نیاز ندارد. تکرار مستقیم همولوگ مسیری است که برای هدایت ترمیم DNA به یک الگوی همولوگ نیاز دارد. بنابراین، این تفاوت کلیدی بین اتصال انتهای غیرهمولوگ و تکرار مستقیم همولوگ است.
