הבדל מפתח - תיקון אי התאמה לעומת תיקון כריתת נוקלאוטידים
עשרות ואלפי נזקי DNA מתרחשים בתא ביום. זה גורם לשינויים בתהליכי התא כמו שכפול, שעתוק וכן את הכדאיות של התא. במקרים מסוימים, מוטציות הנגרמות על ידי נזקי DNA אלו עלולות להוביל למחלות מזיקות כמו סרטן ותסמונות הקשורות להזדקנות (לדוגמה: פרוגריה). ללא קשר לנזקים אלו, התא יוזם מנגנון תיקון מפל מאורגן ביותר הנקרא תגובות נזק ל-DNA. במערכת התאית זוהו מספר מערכות תיקון DNA; אלה ידועים כתיקון כריתת בסיס (BER), תיקון אי התאמה (MMR), תיקון כריתת נוקלאוטידים (NER), תיקון הפסקת גדיל כפול.תיקון כריתת נוקלאוטידים היא מערכת רב-תכליתית המזהה נגעי DNA עיוות סליל מגושמים ומסירה אותם. מצד שני, תיקון אי התאמה מחליף בסיסים ששולבו בצורה שגויה במהלך השכפול. ההבדל העיקרי בין תיקון חוסר התאמה לתיקון כריתת נוקלאוטידים הוא שתיקון כריתת נוקלאוטידים (NER) משמש להסרת דימרי פירמידין שנוצרו על ידי קרינת UV ונגעי סליל מגושמים הנגרמים על ידי אדדוקטים כימיים, בעוד שמערכת תיקון חוסר התאמה משחקת תפקיד חשוב בתיקון בסיסים שגויים. נמלט מאנזימי שכפול (DNA פולימראז 1) במהלך לאחר השכפול. בנוסף לבסיסים לא תואמים, חלבוני מערכת MMR יכולים גם לתקן את לולאות ההחדרות/מחיקות (IDL) שהן תוצאות של החלקת פולימראז במהלך שכפול של רצפי DNA חוזרים.
מהו תיקון כריתת נוקלאוטידים?
התכונה הבולטת ביותר של תיקון כריתת נוקלאוטידים היא שהוא מתקן את נזקי הנוקלאוטידים המשונים שנגרמו על ידי עיוותים משמעותיים בסליל הכפול של ה-DNA.זה נצפה כמעט בכל האורגניזמים שנבדקו עד היום. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinucleases) Uvr D (הליקאז) הם האנזימים הידועים ביותר המעורבים ב-NER אשר מעוררים תיקון של DNA במודל האורגניזם Ecoli. קומפלקס האנזים Uvr ABC multi-subunits מייצר את הפוליפפטידים Uvr A, Uvr B, Uvr C. הגנים המקודדים לפוליפפטידים שהוזכרו לעיל הם uvr A, uvr B, uvr C. אנזימים Uvr A ו-B מזהים ביחד את העיוות הנגרם לנזק שנגרם לסליל הכפול של ה-DNA, כגון מעמעמים של פירמידין עקב קרינת UV. Uvr A הוא אנזים ATPase וזוהי תגובה אוטוקטליטית. ואז Uvr A עוזב את ה-DNA ואילו קומפלקס Uvr BC (נוקלאז פעיל) מבקע את ה-DNA בשני הצדדים של הנזק שזרז על ידי ATP. חלבון נוסף הנקרא Uvr D המקודד על ידי הגן uvrD הוא אנזים הליקאז II המשחרר את ה-DNA הנובע משחרור של מקטע DNA פגום עם גדילים בודדים. זה משאיר פער בסליל ה-DNA. לאחר כריתת המקטע הפגוע, נותר פער של 12-13 נוקלאוטידים בגדיל ה-DNA.זה מתמלא על ידי אנזים DNA פולימראז I והחץ אטום על ידי ליגאז DNA. ATP נדרש בשלושה שלבים של תגובה זו. ניתן לזהות את מנגנון ה-NER גם בבני אדם דמויי יונקים. בבני אדם, מצב העור הנקרא Xeroderma pigmentosum נובע מדימרי ה-DNA הנגרמים מקרינת UV. הגנים XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF ו-XPG מייצרים חלבונים כדי להחליף נזק ל-DNA. לחלבונים של הגנים XPA, XPC, XPE, XPF ו- XPG יש פעילות נוקלאזית. מצד שני, החלבונים של הגנים XPB ו-XPD מראים את פעילות ההליקאזה האנלוגית ל-Uvr D ב-E coli.
איור 01: תיקון כריתת נוקלאוטידים
מהו תיקון אי התאמה?
מערכת תיקון אי ההתאמה מופעלת במהלך סינתזת DNA.אפילו עם תת-יחידת ה-€ הפונקציונלית, DNA פולימראז III מאפשר שילוב של נוקלאוטיד שגוי לסינתזה כל 108זוגות בסיסים. חלבוני תיקון אי התאמה מזהים את הנוקלאוטיד הזה, כורתים אותו ומחליפים אותו בנוקלאוטיד הנכון האחראי לדרגת הדיוק הסופית. מתילציה של DNA היא חיונית עבור חלבוני MMR לזהות את גדיל האב מהגדיל המסונתז החדש. המתילציה של נוקלאוטיד אדנין (A) במוטיב GATC של גדיל מסונתז לאחרונה מתעכבת מעט. מצד שני, נוקלאוטיד גדיל האב אדנין במוטיב GATC כבר עבר מתילציה. חלבוני MMR מזהים את הגדיל המסונתז החדש על ידי הבדל זה מגדיל האב ומתחילים בתיקון אי התאמה בגדיל מסונתז חדש לפני שהוא מקבל מתילציה. חלבוני ה-MMR מכוונים את פעילות התיקון שלהם לכרות את הנוקלאוטיד הלא נכון לפני שגדיל ה-DNA המשוכפל החדש מקבל מתילציה. האנזימים Mut H, Mut L ו-Mut S המקודדים על ידי הגנים mut H, mut L, mut S מזרזים את התגובות הללו ב-Ecoli.חלבון Mut S מזהה שבעה מתוך שמונה זוגות בסיסים אפשריים למעט C:C, ונקשר באתר של אי-התאמה ב-DNA הדופלקס. עם ATP קשורים, Mut L ו-Mut S מצטרפים למכלול מאוחר יותר. הקומפלקס מעביר כמה אלפי זוגות בסיסים משם עד שהוא מוצא מוטיב GATC המומתיל. פעילות הנוקליאז הרדומה של חלבון Mut H מופעלת ברגע שהוא מוצא מוטיב GATC hemimethylated. הוא מבקע את גדיל ה-DNA הלא-מתיל ומשאיר 5' ניק בנוקלאוטיד G של מוטיב GATC לא-מתיל (גדיל DNA שסונתז לאחרונה). ואז אותו גדיל בצד השני של חוסר ההתאמה נחרץ על ידי Mut H. בשאר השלבים, הפעולות הקולקטיביות של Uvr D a helicase protein, Mut U, SSB ו-exonuclease I כורתים את הנוקלאוטיד השגוי בחד-גדילי DNA. הרווח שנוצר בכריתה ממולא על ידי ה-DNA פולימראז III ואטום על ידי ליגאז. ניתן לזהות מערכת דומה בעכברים ובבני אדם. המוטציה של hMLH1, hMSH1 ו-hMSH2 אנושית מעורבת בסרטן המעי הגס שאינו פוליפוזי תורשתי אשר מבטל את חלוקת התאים של תאי המעי הגס.
איור 02: תיקון אי התאמה
מה ההבדל בין תיקון אי-התאמה לתיקון כריתת נוקלאוטידים?
תיקון אי התאמה לעומת כריתת נוקלאוטידים |
|
| מערכת תיקון אי התאמה מתרחשת במהלך שלאחר השכפול. | זה מעורב בהסרת דימרי פירמידין עקב הקרנת U. V ונגעי DNA אחרים עקב אדדוקט כימי. |
| אנזימים | |
| זה מזורז על ידי Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB ואקסונוקלאז I. | זה מזורז על ידי אנזימים Uvr A, Uvr B, Uvr C, UvrD. |
| מתילציה | |
| חשוב ליזום את התגובה. | מתילציה של DNA אינה נדרשת לתחילת התגובה. |
| פעולה של אנזימים | |
| Mut H הוא אנדונוקלאז. | Uvr B ו-Uvr C הם אקסונוקלאסים. |
| אירוע | |
| זה קורה במיוחד במהלך שכפול. | זה קורה בעת חשיפה למוטגנים U. V או כימיים, לא במהלך שכפול |
| שימור | |
| זה שמור מאוד | זה לא שמור במיוחד. |
| מילוי פערים | |
| זה נעשה על ידי DNA פולימראז III. | זה נעשה על ידי DNA פולימראז I. |
סיכום – תיקון אי התאמה לעומת תיקון כריתת נוקלאוטיד
תיקון אי-התאמה (MMR) ותיקון כריתת נוקלאוטידים (NER) הם שני מנגנונים המתרחשים בתא על מנת לתקן נזקים ועיוותים של DNA שנגרמים על ידי גורמים שונים. אלה נקראים ביחד כמנגנוני תיקון DNA. תיקון כריתת נוקלאוטידים מתקן את נזקי הנוקלאוטידים המותאמים, בדרך כלל אותם נזקים משמעותיים של הסליל הכפול של ה-DNA שקורים עקב חשיפה לקרינת U. V ותוספות כימיות. חלבוני תיקון אי התאמה מזהים את הנוקלאוטיד הלא נכון, כורתים אותו ומחליפים אותו בנוקלאוטיד הנכון. תהליך זה אחראי למידת הדיוק הסופית במהלך השכפול.
