La differenza chiave tra l'unione di estremità non omologhe e la ripetizione diretta omologa è che l'unione di estremità non omologa è un percorso che ripara le rotture a doppio filamento nel DNA che non richiede un modello omologo per guidare la riparazione, mentre la ripetizione diretta omologa è un percorso che ripara le rotture del doppio filamento nel DNA che richiede un modello omologo per guidare la riparazione.
La riparazione del DNA è un processo in cui una cellula identifica e corregge i danni alle molecole di DNA. In generale, le normali attività metaboliche e fattori ambientali come le radiazioni possono causare danni al DNA. Questi fattori possono provocare decine di migliaia di lesioni molecolari individuali per cellula al giorno. I percorsi di riparazione delle rotture del doppio filamento del DNA sono percorsi di riparazione del DNA nelle cellule biologiche. Esistono due percorsi di riparazione delle rotture del doppio filamento del DNA come l'unione di estremità non omologhe e la ripetizione diretta omologa.
Cos'è l'unione finale non omologa?
L'unione terminale non omologa (NHEJ) è un percorso che ripara le rotture a doppio filamento nel DNA e non richiede un modello omologo per guidare la riparazione. Questo percorso è stato trovato da Moore e Haber nel 1966. Questo percorso è tipicamente guidato da brevi sequenze di DNA omologhe (microomologie) che sono spesso presenti in sporgenze a filamento singolo alle estremità delle rotture a doppio filamento. Quando le sporgenze sono compatibili, il percorso NHEJ ripara accuratamente la rottura dei doppi fili. Tuttavia, quando le sporgenze non sono perfettamente compatibili, porta a una riparazione imprecisa che causerà la perdita di nucleotidi. Il percorso inappropriato di NHEJ può portare a traslocazioni, fusioni di telomeri e segni distintivi delle cellule tumorali.
Figura 01: unione finale non omologa
Il percorso NHEJ ha tre fasi principali: rilegatura e tethering, elaborazione finale e legatura. Nei mammiferi, le proteine chiamate Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), DNA-PKcs, Ku (Ku70 e 80) sono coinvolte nel ponte finale. La fase di elaborazione finale prevede la rimozione dei nucleotidi non corrispondenti o danneggiati e la risintesi del DNA da parte delle DNA polimerasi (riempimento del gap). La rimozione dei nucleotidi non corrispondenti o danneggiati viene eseguita da nucleasi come Artemis. Le DNA polimerasi della famiglia X Pol λ e μ nei mammiferi effettuano il riempimento del gap. L'elaborazione finale non è necessaria se le estremità sono già compatibili e hanno terminali 3'idrossile o 5'fosfato. Inoltre, la fase di legatura finale viene eseguita dal complesso di legatura IV costituito dalla DNA ligasi IV e dal suo cofattore XRCC4.
Cos'è la ripetizione diretta omologa?
La ripetizione diretta omologa (HDR) è un percorso che ripara le rotture del doppio filamento nel DNA con l'uso di un modello omologo per guidare la riparazione. Il modo più comune di ripetizione diretta omologa è attraverso la ricombinazione omologa. Il meccanismo HDR è possibile solo quando c'è un pezzo omologo di DNA nel nucleo, principalmente nella fase G2 e S del ciclo cellulare. Il percorso biologico dell'HDR inizia con la fosforilazione della proteina istonica chiamata H2AX nell'area in cui si verifica la rottura del doppio filamento del DNA. Questo attira altre proteine nella posizione danneggiata. Quindi il complesso MRN si lega alle estremità danneggiate e previene le rotture cromosomiche. Il complesso MRN tiene insieme anche le estremità rotte. Successivamente, le estremità del DNA vengono elaborate in modo tale da rimuovere i residui non necessari di gruppi chimici e si formano sporgenze a singolo filamento.
Figura 02: Ripetizione diretta omologa
Ogni pezzo di DNA a filamento singolo è coperto dalla proteina chiamata RPA e la sua funzione è quella di mantenere stabili i frammenti di DNA a filamento singolo. Dopo questo, Rad51 sostituisce la proteina RPA. Inoltre, lavorando insieme a BRCA2, Rad51 accoppia un pezzo di DNA complementare che invade il filamento di DNA rotto per formare un modello per la DNA polimerasi. La DNA polimerasi è trattenuta nel DNA da un' altra proteina nota come PCNA. Infine, la polimerasi sintetizza la parte mancante del filamento rotto. Inoltre, quando il filamento rotto viene risintesi, entrambi i filamenti devono disaccoppiarsi nuovamente. Vengono suggeriti modelli per numerosi modi di disaccoppiamento. Dopo che i fili sono stati separati, il processo è completato.
Quali sono le somiglianze tra l'unione finale non omologa e la ripetizione diretta omologa?
- L'unione di estremità non omologhe e la ripetizione diretta omologa sono due vie di riparazione delle rotture a doppio filamento del DNA.
- Il complesso MRN è coinvolto in entrambi i percorsi.
- Le nucleasi sono coinvolte in entrambi i percorsi.
- Le DNA polimerasi sono coinvolte in entrambi i percorsi.
- Questi meccanismi si trovano sia nei procarioti che negli eucarioti.
- Sono entrambi meccanismi cruciali per la sopravvivenza cellulare.
Qual è la differenza tra unione finale non omologa e ripetizione diretta omologa?
L'unione di estremità non omologhe è un percorso che ripara le rotture a doppio filamento nel DNA che non richiede un modello omologo per guidare la riparazione, mentre la ripetizione diretta omologa è un percorso che ripara le rotture a doppio filamento nel DNA utilizzando un modello omologo. Pertanto, questa è la differenza chiave tra l'unione di estremità non omologhe e la ripetizione diretta omologa. Inoltre, la ricombinazione omologa non è coinvolta nell'unione terminale non omologa, mentre la ricombinazione omologa è coinvolta nella ripetizione diretta omologa.
L'infografica di seguito presenta le differenze tra l'unione di estremità non omologhe e la ripetizione diretta omologa in forma tabellare per il confronto fianco a fianco.
Riepilogo: unione finale non omologa vs ripetizione diretta omologa
La riparazione del DNA può essere eseguita con diversi meccanismi come l'inversione diretta, la riparazione del danno a filamento singolo, la riparazione di rotture a doppio filamento e la sintesi di translesione. L'unione di estremità non omologhe e le ripetizioni dirette omologhe sono due percorsi di riparazione delle rotture a doppio filamento del DNA. L'unione di estremità non omologhe non richiede un modello omologa per guidare il percorso di riparazione del DNA. La ripetizione diretta omologa è un percorso che richiede un modello omologo per guidare la riparazione del DNA. Quindi, questa è la differenza chiave tra l'unione di estremità non omologhe e la ripetizione diretta omologa.
