Diferència clau: reparació de desajustaments i reparació d'excisió de nucleòtids
Es produeixen desenes i milers de danys a l'ADN a la cèl·lula al dia. Indueix canvis en els processos cel·lulars com la replicació, la transcripció i la viabilitat de la cèl·lula. En alguns casos, les mutacions causades per aquests danys a l'ADN poden provocar mal alties nocives com càncers i síndromes associades a l'envelliment (per exemple, progèria). Independentment d'aquests danys, la cèl·lula inicia un mecanisme de reparació en cascada altament organitzat anomenat respostes de danys a l'ADN. S'han identificat diversos sistemes de reparació de l'ADN al sistema cel·lular; aquests es coneixen com a reparació d'excisió de base (BER), reparació de desajustament (MMR), reparació d'excisió de nucleòtids (NER), reparació de trencament de doble cadena. La reparació d'excisió de nucleòtids és un sistema molt versàtil que reconeix les lesions voluminoses d'ADN de distorsió de l'hèlix i les elimina. D' altra banda, la reparació de desajustaments substitueix les bases mal incorporades durant la replicació. La diferència clau entre la reparació de desajustaments i la reparació d'excisió de nucleòtids és que la reparació d'excisió de nucleòtids (NER) s'utilitza per eliminar els dímers de pirimidina formats per la irradiació UV i les lesions voluminoses de l'hèlix causades per adductes químics, mentre que el sistema de reparació de desajustaments juga un paper important en la correcció de bases mal incorporades que tenen van escapar dels enzims de replicació (ADN polimerasa 1) durant la postreplicació. A més de les bases no coincidents, les proteïnes del sistema MMR també poden reparar els bucles d'insercions/delecions (IDL) que són resultats del lliscament de la polimerasa durant la replicació de seqüències repetitives d'ADN..
Què és la reparació per excisió de nucleòtids?
La característica més distingida de la reparació per excisió de nucleòtids és que repara els danys de nucleòtids modificats causats per distorsions importants a la doble hèlix d'ADN. S'observa en gairebé tots els organismes que s'han examinat fins ara. Uvr A, Uvr B, Uvr C (excinucleases) Uvr D (una helicasa) són els enzims més coneguts implicats en la NER que desencadenen la reparació de l'ADN en l'organisme model Ecoli. El complex enzimàtic de múltiples subunitats Uvr ABC produeix els polipèptids Uvr A, Uvr B i Uvr C. Els gens codificats per als polipèptids esmentats són uvr A, uvr B, uvr C. Els enzims Uvr A i B reconeixen col·lectivament la distorsió induïda per danys que es produeix a la doble hèlix de l'ADN, com ara els dimmers de pirimidina a causa de la irradiació UV. Uvr A és un enzim ATPasa i aquesta és una reacció autocatalítica. Aleshores, Uvr A deixa l'ADN, mentre que el complex Uvr BC (nucleasa activa) escinda l'ADN en ambdós costats del dany catalitzat per l'ATP. Una altra proteïna anomenada Uvr D codificada pel gen uvrD és un enzim helicasa II que desenrotlla l'ADN que resulta de l'alliberament d'un segment d'ADN danyat de cadena única. Això deixa un buit a l'hèlix d'ADN. Després de l'extirpació del segment danyat, queda un buit de 12-13 nucleòtids a la cadena d'ADN. Això s'omple per l'enzim I de l'ADN polimerasa i el nick està segellat per l'ADN lligasa. Es requereix ATP en tres passos d'aquesta reacció. El mecanisme NER també es pot identificar en humans semblants a mamífers. En humans, la condició de la pell anomenada Xeroderma pigmentosum es deu als dímers d'ADN causats per la irradiació UV. Els gens XPA, XPB, XPC, XPD, XPE, XPF i XPG produeixen proteïnes per substituir els danys a l'ADN. Les proteïnes dels gens XPA, XPC, XPE, XPF i XPG tenen activitat nucleasa. D' altra banda, les proteïnes dels gens XPB i XPD mostren l'activitat helicasa que s'analoga a Uvr D a E coli.
Figura 01: reparació de l'excisió de nucleòtids
Què és la reparació de desajustaments?
El sistema de reparació del desajust s'inicia durant la síntesi d'ADN. Fins i tot amb la subunitat funcional €, l'ADN polimerasa III permet la incorporació d'un nucleòtid incorrecte per a la síntesi cada 108 parells de bases. Les proteïnes reparadores que no coincideixen reconeixen aquest nucleòtid, l'extirpen i el substitueixen pel nucleòtid correcte responsable del grau final de precisió. La metilació de l'ADN és fonamental perquè les proteïnes MMR reconeguin la cadena mare de la cadena recentment sintetitzada. La metilació del nucleòtid d'adenina (A) en un motiu GATC d'una cadena recentment sintetitzada és una mica retardada. D' altra banda, el nucleòtid d'adenina de la cadena pare al motiu GATC ja s'ha metilat. Les proteïnes MMR reconeixen la cadena recentment sintetitzada per aquesta diferència de la cadena mare i comencen la reparació de desajustaments en una cadena recentment sintetitzada abans que es metili. Les proteïnes MMR dirigeixen la seva activitat reparadora per extirpar el nucleòtid incorrecte abans que la cadena d'ADN recentment replicada es metili. Els enzims Mut H, Mut L i Mut S codificats pels gens mut H, mut L, mut S catalitzen aquestes reaccions a Ecoli. La proteïna Mut S reconeix set de les vuit possibles parells de bases de desajustaments excepte C:C, i s'uneix al lloc de desajust a l'ADN dúplex. Amb ATP lligats, Mut L i Mut S s'uneixen al complex més tard. El complex trasllada uns quants milers de parells de bases fins que troba un motiu GATC hemimetilat. L'activitat nucleasa latent de la proteïna Mut H s'activa un cop troba un motiu GATC hemimetilat. Escinda la cadena d'ADN no metilada deixant una picadura de 5' al nucleòtid G del motiu GATC no metilat (cadena d'ADN recentment sintetitzada). Aleshores, la mateixa cadena a l' altre costat del desajust és tallada per Mut H. A la resta dels passos, les accions col·lectives de la proteïna Uvr D una helicasa, Mut U, SSB i l'exonucleasa I exciten el nucleòtid incorrecte en la cadena simple. ADN. El buit que es forma a l'excisió s'omple per l'ADN polimerasa III i segella per lligasa. Un sistema similar es pot identificar en ratolins i humans. La mutació de hMLH1, hMSH1 i hMSH2 humà està implicada en el càncer de còlon hereditari no poliposi que desregula la divisió cel·lular de les cèl·lules del còlon.
Figura 02: reparació d'incoherències
Quina diferència hi ha entre la reparació de desajustaments i la reparació d'excisió de nucleòtids?
Reparació d'incoherències versus reparació d'excisió de nucleòtids |
|
| El sistema de reparació d'incoherències es produeix durant la post-replica. | Això està implicat en l'eliminació de dímers de pirimidina a causa de la irradiació UV i altres lesions d'ADN a causa de l'aducte químic. |
| enzims | |
| Està catalitzat per Mut S, Mut L, Mut H, Uvr D, SSB i l'exonucleasa I. | És catalitzat pels enzims Uvr A, Uvr B, Uvr C i UvrD. |
| Metilació | |
| És fonamental iniciar la reacció. | La metilació de l'ADN no és necessària per iniciar la reacció. |
| Acció dels enzims | |
| Mut H és una endonucleasa. | Uvr B i Uvr C són exonucleases. |
| Ocasió | |
| Això passa específicament durant la rèplica. | Això passa quan s'exposa a mutàgens químics o UV, no durant la replicació |
| Conservació | |
| Està molt conservat | No està molt conservat. |
| Ompliment de buits | |
| Es fa per l'ADN polimerasa III. | Es fa per l'ADN polimerasa I. |
Resum: reparació de desajustaments i reparació d'excisió de nucleòtids
La reparació d'incompatibilitats (MMR) i la reparació d'excisió de nucleòtids (NER) són dos mecanismes que tenen lloc a la cèl·lula per tal de rectificar els danys i les distorsions de l'ADN causades per diversos agents. Aquests s'anomenen conjuntament com a mecanismes de reparació de l'ADN. La reparació d'excisió de nucleòtids repara els danys de nucleòtids modificats, normalment aquells danys significatius de la doble hèlix d'ADN que es produeixen a causa de l'exposició a la irradiació UV i els aductes químics. Les proteïnes reparadores que no coincideixen reconeixen el nucleòtid incorrecte, l'extirpen i el substitueixen pel nucleòtid correcte. Aquest procés és responsable del grau final de precisió durant la rèplica.
