Differenza chiave: riparazione disadattamento vs riparazione per escissione nucleotidica
Decine e migliaia di danni al DNA si verificano nella cellula ogni giorno. Induce cambiamenti nei processi cellulari come la replicazione, la trascrizione e la vitalità della cellula. In alcuni casi, le mutazioni causate da questi danni al DNA possono portare a malattie deleterie come tumori e sindromi associate all'invecchiamento (es: Progeria). Indipendentemente da questi danni, la cellula avvia un meccanismo di riparazione a cascata altamente organizzato chiamato risposte al danno del DNA. Diversi sistemi di riparazione del DNA sono stati identificati nel sistema cellulare; questi sono noti come Riparazione dell'escissione della base (BER), Riparazione del disadattamento (MMR), Riparazione dell'escissione del nucleotide (NER), Riparazione della rottura del doppio filamento. La riparazione dell'escissione del nucleotide è un sistema altamente versatile che riconosce le ingombranti lesioni del DNA di distorsione dell'elica e le rimuove. D' altra parte, la riparazione della mancata corrispondenza sostituisce le basi errate durante la replica. Il differenza fondamentale tra la riparazione del disadattamento e la riparazione dell'escissione del nucleotide è quello la riparazione dell'escissione del nucleotide (NER) viene utilizzata per rimuovere i dimeri di pirimidina formati dall'irradiazione UV e le lesioni voluminose dell'elica causate da addotti chimici mentre il sistema di riparazione del disadattamento svolge un ruolo importante nella correzione delle basi errate che hanno sfuggito agli enzimi di replicazione (DNA polimerasi 1) durante la postreplicazione. Oltre alle basi non corrispondenti, le proteine del sistema MMR possono anche riparare i loop di inserzione/delezione (IDL) che sono i risultati dello slittamento della polimerasi durante la replicazione di sequenze di DNA ripetitive.
Cos'è la riparazione per escissione nucleotidica?
La caratteristica più distintiva della riparazione dell'escissione del nucleotide è che ripara i danni del nucleotide modificati causati da distorsioni significative nella doppia elica del DNA. Si osserva in quasi tutti gli organismi che sono stati esaminati fino ad oggi. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinucleasi) Uvr D (un'elicasi) sono gli enzimi più noti coinvolti nel NER che innescano la riparazione del DNA nell'organismo modello Ecoli. Il complesso enzimatico multi-subunità Uvr ABC produce i polipeptidi Uvr A, Uvr B, Uvr C. I geni codificati per i suddetti polipeptidi sono uvr A, uvr B, uvr C. Gli enzimi uvr A e B riconoscono collettivamente la distorsione indotta dal danno che è causata alla doppia elica del DNA come i dimmer della pirimidina dovuti all'irradiazione UV. Uvr A è un enzima ATPasi e questa è una reazione autocatalitica. Quindi Uvr A lascia il DNA mentre il complesso Uvr BC (nucleasi attiva) fende il DNA in entrambi i lati del danno catalizzato dall'ATP. Un' altra proteina chiamata Uvr D codificata dal gene uvrD è un enzima elicasi II che svolge il DNA che risulta dal rilascio di un segmento di DNA danneggiato a filamento singolo. Questo lascia uno spazio vuoto nell'elica del DNA. Dopo che il segmento danneggiato è stato asportato, nel filamento di DNA rimane un gap di 12-13 nucleotidi. Questo è riempito dall'enzima DNA polimerasi I e la tacca è sigillata dalla DNA ligasi. L'ATP è richiesto in tre fasi di questa reazione. Il meccanismo NER può essere identificato anche negli esseri umani simili ai mammiferi. Nell'uomo, la condizione della pelle chiamata Xeroderma pigmentoso è dovuta ai dimeri del DNA causati dall'irradiazione UV. I geni XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF e XPG producono proteine per sostituire il danno al DNA. Le proteine dei geni XPA, XPC, XPE, XPF e XPG hanno l'attività nucleasica. D' altra parte, le proteine dei geni XPB e XPD mostrano l'attività dell'elicasi che è analoga all'Uvr D in E coli.
Figura 01: Riparazione dell'escissione del nucleotide
Cos'è la riparazione per mancata corrispondenza?
Il sistema di riparazione del mismatch viene avviato durante la sintesi del DNA. Anche con la subunità funzionale €, la DNA polimerasi III consente l'incorporazione di un nucleotide sbagliato per la sintesi ogni 108coppie di basi. Le proteine di riparazione del disadattamento riconoscono questo nucleotide, lo asportano e lo sostituiscono con il nucleotide corretto responsabile del grado finale di accuratezza. La metilazione del DNA è fondamentale affinché le proteine MMR riconoscano il filamento genitore dal filamento appena sintetizzato. La metilazione del nucleotide di adenina (A) in un motivo GATC di un filamento appena sintetizzato è leggermente ritardata. D' altra parte, il nucleotide dell'adenina del filamento genitore nel motivo GATC è già metilato. Le proteine MMR riconoscono il filamento appena sintetizzato da questa differenza rispetto al filamento genitore e iniziano la riparazione del disadattamento in un filamento appena sintetizzato prima che venga metilato. Le proteine MMR dirigono la loro attività di riparazione per asportare il nucleotide sbagliato prima che il filamento di DNA appena replicato venga metilato. Gli enzimi Mut H, Mut L e Mut S codificati dai geni mut H, mut L, mut S catalizzano queste reazioni in Ecoli. La proteina Mut S riconosce sette delle otto possibili coppie di basi di disadattamento, ad eccezione di C:C, e si lega al sito di disadattamento nel DNA duplex. Con gli ATP legati, Mut L e Mut S si uniscono al complesso in seguito. Il complesso trasloca alcune migliaia di paia di basi fino a trovare un motivo GATC emimetilato. L'attività nucleasica dormiente della proteina Mut H viene attivata una volta che trova un motivo GATC emimetilato. Scinde il filamento di DNA non metilato lasciando un 5 'nick al nucleotide G del motivo GATC non metilato (filamento di DNA appena sintetizzato). Quindi lo stesso filamento sull' altro lato del mismatch viene intaccato da Mut H. Nel resto dei passaggi, le azioni collettive di Uvr D una proteina dell'elicasi, Mut U, SSB ed esonucleasi I asportano il nucleotide errato nel singolo filamento DNA. Lo spazio vuoto che si forma nell'escissione viene riempito dalla DNA polimerasi III e sigillato dalla ligasi. Un sistema simile può essere identificato nei topi e negli esseri umani. La mutazione di hMLH1, hMSH1 e hMSH2 umana è coinvolta nel cancro del colon ereditario non poliposico che deregola la divisione cellulare delle cellule del colon.
Figura 02: Riparazione mancata corrispondenza
Qual è la differenza tra la riparazione per mancata corrispondenza e la riparazione per escissione nucleotidica?
Riparazione mancata corrispondenza vs riparazione per escissione nucleotidica |
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| Il sistema di riparazione della mancata corrispondenza si verifica durante la post-replica. | Questo è coinvolto nella rimozione dei dimeri di pirimidina dovuti all'irradiazione UV e altre lesioni del DNA dovute ad addotto chimico. |
| Enzimi | |
| È catalizzato da Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB ed esonucleasi I. | È catalizzato dagli enzimi Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| Metilazione | |
| È fondamentale avviare la reazione. | Non è richiesta la metilazione del DNA per avviare la reazione. |
| Azione degli enzimi | |
| Mut H è un'endonucleasi. | Uvr B e Uvr C sono esonucleasi. |
| Occasione | |
| Questo accade specificamente durante la replica. | Questo accade quando esposto a U. V o agenti mutageni chimici, non durante la replicazione |
| Conservazione | |
| È altamente conservato | Non è molto conservato. |
| Riempimento spazi vuoti | |
| È fatto dalla DNA polimerasi III. | È fatto dalla DNA polimerasi I. |
Riepilogo – Riparazione della mancata corrispondenza vs Riparazione dell'escissione del nucleotide
La riparazione del mismatch (MMR) e la riparazione dell'escissione del nucleotide (NER) sono due meccanismi che hanno luogo nella cellula per correggere i danni e le distorsioni del DNA causati da vari agenti. Questi sono chiamati collettivamente come meccanismi di riparazione del DNA. La riparazione dell'escissione del nucleotide ripara i danni dei nucleotidi modificati, tipicamente quei danni significativi della doppia elica del DNA che si verificano a causa dell'esposizione all'irradiazione UV e ad addotti chimici. Le proteine di riparazione del disadattamento riconoscono il nucleotide sbagliato, lo asportano e lo sostituiscono con il nucleotide corretto. Questo processo è responsabile del grado finale di accuratezza durante la replica.
