Homologno usmjereni popravak

Modeli popravka dvostrukog lanca koji djeluju putem homologne rekombinacije

Homologno usmjereni popravak (HDR) je ćelijski mehanizam u za popravku dvolančanih lezija DNK.[1] Najčešći oblik HDR-a je homologna rekombinacija. HDR mehanizam može da koristi ćelija samo kada postoji homologni dio DNK prisutan u jedru, uglavnom u G2 i S fazi ćelijskog ciklusa. Ostali primjeri popravke usmjerene na homologiju uključuju jednolančano aneliranje i replikaciju izazvanu lomljenjem. Kada je homologna DNK odsutna, odvija se drugi proces koji se zove nehomologno spajanje krajeva (NHEJ)[2][3]

Suzbijanje kancera

[uredi | uredi izvor]

HDR je važan za suzbijanje formiranja raka. HDR održava genomsku stabilnost popravljajući slomljene DNK niti; pretpostavlja se da nema grešaka zbog upotrebe šablona. Kada se dvolančana lezija DNK popravi pomoću NHEJ-a, nema prisutnog valjanog DNK šablona, tako da to može rezultirati novim formiranjem lanca DNK s gubitkom informacija. Drugačija nukleotidna sekvenca u DNK lancu rezultira različitim proteinom eksprimiranim u ćeliji. Ova greška proteina može uzrokovati neuspjeh procesa u ćeliji. Naprimjer, ćelijski receptor koji može primiti signal za zaustavljanje diobe može pokvariti funkcionisanje, tako da ćelija ignoriše signal i nastavlja da se dijeli i može da formira rak. Važnost HDR-a može se vidjeti iz činjenice da je mehanizam konzerviran kroz evoluciju. HDR mehanizam je također pronađen u jednostavnijim organizmima, kao što je kvasac.

Biološki put

[uredi | uredi izvor]

Put HDR-a još nije u potpunosti razjašnjen. Međutim, brojni eksperimentalni rezultati ukazuju na valjanost određenih modela. Općenito je prihvaćeno da je histon H2AX (označen kao γH2AX) fosforiliran u roku od nekoliko sekundi nakon nastanka oštećenja. H2AX je fosforiliran u cijelom području koje okružuje oštećenje, ne samo na lomu. Stoga se sugerira da γH2AX funkcionira kao adhezijska komponenta za privlačenje proteina na oštećenu lokaciju. Nekoliko istraživačkih grupa sugerisalo je da fosforilaciju H2AX vrše ATM i ATR u saradnji sa MDC1. Sugerirano je da prije ili dok je H2AX uključen u put popravke, MRN kompleks (koji se sastoji od Mre11, Rad50 i NBS1) privlači slomljene krajeve DNK i druge MRN komplekse, kako bi slomljene krajeve održali zajedno. Ovo djelovanje MRN kompleksa može spriječiti hromosomske prekide. U nekom kasnijem periodu, krajevi DNK se obrađuju tako da se uklanjaju nepotrebni ostaci hemijske grupe i formiraju se jednolančani prepusti. U međuvremenu, od početka, svaki komad jednolančane DNK je pokriven proteinom RPA (protein replikacije A). Funkcija RPA će vjerovatno održati jednolančane dijelove DNK stabilnima do komplementarnih komada da se ponovo sintetiše pomoću polimeraza. Nakon toga, Rad51 zamjenjuje RPA i formira filamente na lancu DNK. Radeći zajedno sa BRCA2 (povezan sa rakom dojke), Rad51 uparuje komplementarni dio DNK koji napada prekinuti lanac DNK kako bi formirao šablon za polimerazu. Polimeraza se drži na lancu DNK pomoću PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen). PCNA formira tipične obrasce u ćelijskom jedru kroz koje se može odrediti postojeći ćelijski ciklus. Polimeraza sintetizira dio slomljene niti koji nedostaje. Kada se slomljena nit ponovo izgradi, obje se moraju ponovo odvojiti. Predloženo je više načina "razdvajanja", ali dokazi još uvijek nisu dovoljni za odabir između modela (mart 2008). Nakon što su polulanci odvojeni, postupak je završen.

Kolokalizacija Rad51 sa oštećenjem ukazuje da je umjesto NHEJ pokrenut HDR. Nasuprot tome, prisustvo Ku kompleksa (Ku70 i Ku80) ukazuje da je NHEJ pokrenut umjesto HDR-a.

HDR i NHEJ popravljaju dvostruke prekide. Drugi mehanizmi kao što su NER (Nucleotide Excision Repair), BER (Base Excision Repair) i MMR prepoznaju lezije i zamjenjuju ih putem perturbacije jednog lanca.

Mitoza

[uredi | uredi izvor]

Kod pupajućeg kvasca Saccharomyces cerevisiae homologno usmjerena popravka je prvenstveno odgovor na spontana ili inducirana oštećenja koja se javljaju tokom vegetativnog rasta.[4] (Also reviewed in Bernstein and Bernstein, pp 220–221[5]). Da bi ćelije kvasca bile podvrgnute popravci usmjerenoj na homologiju, u istom jedru mora biti prisutan druga molekula DNK koja sadrži sekvencu homologiju sa regijom koja se popravlja. U diploidnoj ćeliji u G1 faza ćelijskog ciklusa, takva je molekula prisutna u obliku homolognog hromosoma . Međutim, u G2 fazi ćelijskog ciklusa (nakon replikacija DNK), prisutna je i druga homologna molekula DNK: sestrinska hromatida. Dokazi pokazuju da, zbog posebnog bliskog odnosa koji dijele, sestrinske hromatide ne samo da su poželjnije u odnosu na udaljene homologne hromatide kao supstrati za rekombinacijski popravak, već imaju sposobnost da poprave više oštećenja DNK nego homolozi.[6]

Mejoza

[uredi | uredi izvor]

Tokom mejoze do jedne trećine svih događaja popravke usmjerenih na homologiju događa se između sestrinskih hromatida.[7] Preostale dvije trećine, ili više, homologno usmjerene popravke nastaju kao rezultat interakcije između nesestrinskih homolognih hromatida.

Oociti

[uredi | uredi izvor]

Plodnost ženki i zdravlje potencijalnog potomstva kritično zavise od adekvatne dostupnosti visokokvalitetnih oocita. Oociti se uglavnom održavaju u jajnicima u stanju zastoja mejotske profaze. Kod ženki sisara period zadržavanja može trajati godinama. Tokom ovog perioda zastoja, jajne ćelije su podložne spontanom oštećenju DNK uključujući dvolančane prekide. Međutim, oociti mogu efikasno popraviti prekide dvostrukog lanca DNK, omogućavajući obnovu genetičkog integriteta i zaštitu zdravlja potomstva.[8] Proces kojim se oštećenje DNK oocita može ispraviti popravkom usmjerenom homologijom naziva se homologna rekombinacija.[8]

Također pogledajte

[uredi | uredi izvor]

Reference

[uredi | uredi izvor]
  1. ^ Malzahn, Aimee; Lowder, Levi; Qi, Yiping (24. 4. 2017). "Plant genome editing with TALEN and CRISPR". Cell & Bioscience. 7 (1): 21. doi:10.1186/s13578-017-0148-4. ISSN 2045-3701. PMC 5404292. PMID 28451378.
  2. ^ Pardo, B; Gomez-Gonzales, B; Aguilera, A (mart 2009). "DNA repair in mammalian cells: DNA double-strand break repair: how to fix a broken relationship". Cellular and Molecular Life Sciences. 66 (6): 1039–1056. doi:10.1007/s00018-009-8740-3. PMID 19153654.
  3. ^ Bolderson, Emma; Richard, Derek J.; Zhou, Bin-Bing S. (2009). "Recent Advances in Cancer Therapy Targeting Proteins Involved in DNA Double-Strand Break Repair". Clinical Cancer Research. 15 (20): 6314–6320. doi:10.1158/1078-0432.CCR-09-0096. PMID 19808869.
  4. ^ Coïc E, Feldman T, Landman AS, Haber JE (2008). "Mechanisms of Rad52-independent spontaneous and UV-induced mitotic recombination in Saccharomyces cerevisiae". Genetics. 179 (1): 199–211. doi:10.1534/genetics.108.087189. PMC 2390599. PMID 18458103.
  5. ^ Bernstein C, Bernstein H. (1991) Aging, Sex, and DNA Repair. Academic Press, San Diego. ISBN 978-0120928606 partly available at https://books.google.com/books?id=BaXYYUXy71cC&pg=PA3&lpg=PA3&dq=Aging,+Sex,+and+DNA+Repair&source=bl&ots=9E6VrRl7fJ&sig=kqUROJfBM6EZZeIrkuEFygsVVpo&hl=en&sa=X&ei=z8BqUpi7D4KQiALC54Ew&ved=0CFUQ6AEwBg#v=onepage&q=Aging%2C%20Sex%2C%20and%20DNA%20Repair&f=false
  6. ^ Kadyk LC, Hartwell LH (1992). "Sister chromatids are preferred over homologs as substrates for recombinational repair in Saccharomyces cerevisiae". Genetics. 132 (2): 387–402. doi:10.1093/genetics/132.2.387. PMC 1205144. PMID 1427035.
  7. ^ Goldfarb T, Lichten M (2010). "Frequent and efficient use of the sister chromatid for DNA double-strand break repair during budding yeast meiosis". PLOS Biology. 8 (10): e1000520. doi:10.1371/journal.pbio.1000520. PMC 2957403. PMID 20976044.
  8. ^ a b Stringer JM, Winship A, Zerafa N, Wakefield M, Hutt K. Oocytes can efficiently repair DNA double-strand breaks to restore genetic integrity and protect offspring health. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 May 26;117(21):11513-11522. doi: 10.1073/pnas.2001124117. Epub 2020 May 7. PMID 32381741; PMCID: PMC7260990

Dopunska literatura

[uredi | uredi izvor]