تفاوت کلیدی – ترمیم عدم تطابق در مقابل تعمیر برداشتن نوکلئوتید
دهها و هزاران آسیب DNA در سلول در روز رخ می دهد. تغییراتی را در فرآیندهای سلولی مانند همانندسازی، رونویسی و همچنین زنده ماندن سلول ایجاد می کند. در برخی موارد، جهش‌های ناشی از این آسیب‌های DNA ممکن است منجر به بیماری‌های مضری مانند سرطان‌ها و سندرم‌های مرتبط با پیری (مانند پروگریا) شود. صرف نظر از این آسیب ها، سلول یک مکانیسم ترمیم آبشاری بسیار سازمان یافته به نام پاسخ های آسیب DNA را آغاز می کند. چندین سیستم ترمیم DNA در سیستم سلولی شناسایی شده است. اینها به عنوان تعمیر برش پایه (BER)، تعمیر عدم تطابق (MMR)، تعمیر برش نوکلئوتیدی (NER)، تعمیر شکستگی دو رشته شناخته می شوند.ترمیم برش نوکلئوتیدی یک سیستم بسیار همه کاره است که ضایعات DNA اعوجاج مارپیچ حجیم را تشخیص داده و آنها را حذف می کند. از سوی دیگر، تعمیر عدم تطابق جایگزین پایه های نادرست در حین تکرار می شود. تفاوت اصلی بین ترمیم عدم تطابق و ترمیم برش نوکلئوتیدی در این است که ترمیم برش نوکلئوتیدی (NER) برای حذف دایمرهای پیریمیدین ایجاد شده توسط تابش UV و ضایعات مارپیچ حجیم ناشی از مواد افزودنی شیمیایی استفاده می شود در حالی که سیستم ترمیم عدم تطابق نقش مهمی در تصحیح پایه های نادرست ایفا می کند. فرار از آنزیم های همانندسازی (DNA پلیمراز 1) در طول پس از تکثیر. علاوه بر بازهای نامتناسب، پروتئین‌های سیستم MMR همچنین می‌توانند حلقه‌های درج/حذف (IDL) را که نتایج لغزش پلیمراز در طول تکرار توالی‌های DNA تکراری هستند، ترمیم کنند.
ترمیم نوکلئوتید اکسیزیون چیست؟
متمایزترین ویژگی ترمیم برش نوکلئوتیدی این است که آسیب های نوکلئوتیدی اصلاح شده ناشی از اعوجاج قابل توجه در مارپیچ دوگانه DNA را ترمیم می کند.تقریباً در تمام ارگانیسم هایی که تا به امروز مورد بررسی قرار گرفته اند مشاهده می شود. Uvr A، Uvr B، Uvr C (excinucleases) Uvr D (یک هلیکاز) شناخته شده ترین آنزیم های دخیل در NER هستند که باعث ترمیم DNA در ارگانیسم مدل Ecoli می شوند. کمپلکس آنزیمی چند زیر واحدی Uvr ABC پلی پپتیدهای Uvr A، Uvr B، Uvr C را تولید می کند. ژن‌های کدگذاری شده برای پلی پپتیدهای فوق‌الذکر uvr A، uvrB، uvrC هستند. آنزیم‌های Uvr A و B در مجموع اعوجاج ناشی از آسیب را که به مارپیچ دوگانه DNA مانند دیمرهای پیریمیدین در اثر تابش UV ایجاد می‌شود، تشخیص می‌دهند. Uvr A یک آنزیم ATPase است و این یک واکنش اتوکاتالیستی است. سپس Uvr A از DNA خارج می شود در حالی که کمپلکس Uvr BC (نوکلئاز فعال) DNA را در هر دو طرف آسیبی که توسط ATP کاتالیز می شود، می شکافد. پروتئین دیگری به نام Uvr D که توسط ژن uvrD کدگذاری می‌شود، آنزیم هلیکاز II است که DNA را باز می‌کند که از آزادسازی بخش تک رشته‌ای آسیب دیده DNA حاصل می‌شود. این یک شکاف در مارپیچ DNA ایجاد می کند. پس از برداشتن بخش آسیب دیده، یک شکاف نوکلئوتیدی 12-13 در رشته DNA باقی می ماند.این توسط آنزیم DNA پلیمراز I پر می شود و سوراخ توسط DNA لیگاز مهر و موم می شود. ATP در سه مرحله از این واکنش مورد نیاز است. مکانیسم NER را می توان در انسان های پستانداران مانند نیز شناسایی کرد. در انسان، بیماری پوستی به نام Xeroderma pigmentosum به دلیل دایمرهای DNA ناشی از تابش اشعه ماوراء بنفش است. ژن های XPA، XPB، XPC، XPD، XPE، XPF و XPG پروتئین هایی را برای جایگزینی آسیب DNA تولید می کنند. پروتئین های ژن های XPA، XPC، XPE، XPF و XPG دارای فعالیت نوکلئاز هستند. از سوی دیگر، پروتئین‌های ژن‌های XPB و XPD فعالیت هلیکاز را نشان می‌دهند که مشابه Uvr D در Ecoli است.
شکل 01: تعمیر نوکلئوتید اکسیزیون
تعمیر عدم تطابق چیست؟
سیستم ترمیم عدم تطابق در طول سنتز DNA آغاز می شود.حتی با زیرواحد عملکردی €، DNA پلیمراز III اجازه می دهد تا یک نوکلئوتید اشتباه برای سنتز هر 10 8جفت باز ترکیب شود. پروتئین های ترمیم ناهماهنگی این نوکلئوتید را تشخیص می دهند، آن را جدا می کنند و با نوکلئوتید صحیحی که مسئول درجه نهایی دقت است جایگزین می کنند. متیلاسیون DNA برای پروتئین‌های MMR برای شناسایی رشته اصلی از رشته‌ای که به تازگی سنتز شده است، حیاتی است. متیلاسیون نوکلئوتید آدنین (A) در یک موتیف GATC از یک رشته جدید سنتز شده اندکی به تعویق افتاده است. از سوی دیگر، رشته والد آدنین نوکلئوتید در موتیف GATC قبلا متیله شده است. پروتئین های MMR رشته جدید سنتز شده را با این تفاوت از رشته اصلی تشخیص می دهند و قبل از متیله شدن، شروع به ترمیم عدم تطابق در رشته جدید سنتز شده می کنند. پروتئین های MMR فعالیت ترمیم خود را به سمت حذف نوکلئوتید اشتباه هدایت می کنند قبل از اینکه رشته DNA تازه تکثیر شده متیله شود. آنزیم‌های Mut H، Mut L و Mut S که توسط ژن‌های mut H، mut L، mut S کدگذاری شده‌اند، این واکنش‌ها را در Ecoli کاتالیز می‌کنند.پروتئین Mut S هفت جفت از هشت جفت باز عدم تطابق احتمالی را به جز C:C تشخیص می دهد و در محل عدم تطابق در DNA دوبلکس متصل می شود. با ATPهای محدود، Mut L و Mut S بعداً به مجموعه می پیوندند. این مجموعه چند هزار جفت باز را به دورتر منتقل می کند تا زمانی که یک موتیف GATC هم متیله پیدا کند. فعالیت نوکلئاز غیرفعال پروتئین Mut H زمانی فعال می شود که یک موتیف GATC هم متیله پیدا کند. این رشته DNA متیله نشده را می شکافد و در نوکلئوتید G از موتیف GATC متیله نشده (رشته DNA جدید سنتز شده) شکاف 5' باقی می ماند. سپس همان رشته در طرف دیگر عدم تطابق توسط Mut H بریده می شود. در بقیه مراحل، اقدامات جمعی Uvr D یک پروتئین هلیکاز، Mut U، SSB و اگزونوکلئاز I، نوکلئوتید نادرست را در تک رشته جدا می کند. DNA شکافی که در برش ایجاد می شود توسط DNA پلیمراز III پر شده و توسط لیگاز مهر و موم می شود. سیستم مشابهی را می توان در موش و انسان شناسایی کرد. جهش hMLH1، hMSH1 و hMSH2 انسانی در سرطان روده بزرگ غیر پولیپوز ارثی که تقسیم سلولی سلول‌های کولون را تنظیم نمی‌کند، نقش دارند.
شکل 02: تعمیر عدم تطابق
تفاوت بین تعمیر عدم تطابق و ترمیم برداشتن نوکلئوتید چیست؟
تعمیر عدم تطابق در مقابل ترمیم برش نوکلئوتیدی |
|
| سیستم تعمیر عدم تطابق در طول پس از تکرار رخ می دهد. | این در از بین بردن دایمرهای پیریمیدین به دلیل تابش اشعه ماوراء بنفش و سایر ضایعات DNA ناشی از ترکیب شیمیایی اضافی نقش دارد. |
| آنزیم | |
| توسط Mut S، Mut L، Mut H، Uvr D، SSB و اگزونوکلئاز I کاتالیز می شود. | توسط آنزیم های Uvr A، Uvr B، Uvr C، UvrD کاتالیز می شود. |
| متیلاسیون | |
| شروع واکنش بسیار مهم است. | متیلاسیون DNA برای شروع واکنش مورد نیاز نیست. |
| عمل آنزیم | |
| Mut H یک اندونوکلئاز است. | Uvr B و Uvr C اگزونوکلئازها هستند. |
| مناسبت | |
| این به طور خاص در حین تکرار اتفاق می افتد. | این در هنگام قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش یا جهش زاهای شیمیایی اتفاق می افتد، نه در حین تکرار |
| حفاظت | |
| بسیار محافظت شده است | خیلی محافظت نشده است. |
| پر کردن شکاف | |
| توسط DNA پلیمراز III انجام می شود. | توسط DNA پلیمراز I انجام می شود. |
خلاصه - ترمیم عدم تطابق در مقابل تعمیر برداشتن نوکلئوتید
ترمیم عدم تطابق (MMR) و ترمیم برش نوکلئوتیدی (NER) دو مکانیسمی هستند که در سلول به منظور اصلاح آسیب‌های DNA و اعوجاج ناشی از عوامل مختلف انجام می‌شوند. اینها در مجموع به عنوان مکانیسم های ترمیم DNA نامیده می شوند. ترمیم برش نوکلئوتیدی آسیب‌های نوکلئوتیدی اصلاح‌شده را ترمیم می‌کند، معمولاً آن آسیب‌های مهم مارپیچ دوگانه DNA که به دلیل قرار گرفتن در معرض تابش U. V و ترکیبات شیمیایی ایجاد می‌شود. پروتئین های ترمیم عدم تطابق نوکلئوتید اشتباه را تشخیص می دهند، آن را جدا می کنند و با نوکلئوتید صحیح جایگزین می کنند. این فرآیند مسئول درجه نهایی دقت در طول تکرار است.
