Perbaikan Ketidaksesuaian dan Ketepatan Replikasi

Bahkan DNA polimerase yang sangat akurat kadang-kadang menyisipkan nukleotida yang salah atau tergelincir pada sekuens berulang. Perbaikan ketidaksesuaian adalah sistem yang mengoreksi kesalahan pasca-replikatif ini, mengenali ketidaksesuaian basa-basa dan loop insersi atau delesi kecil, serta membuang dan mensintesis ulang untai yang baru dibuat dan mengandung kesalahan. Ini adalah kontributor utama terhadap ketepatan keseluruhan di mana genom disalin.

Definition

Perbaikan ketidaksesuaian DNA adalah jalur pasca-replikatif yang mengenali ketidaksesuaian basa-basa dan loop insersi/delesi yang tersisa setelah sintesis DNA, membuang segmen untai yang baru disintesis yang mengandung kesalahan, dan mensintesis ulang, sehingga mengoreksi kesalahan replikasi dan meningkatkan ketepatan replikasi.

Scope

Entri ini mencakup bagaimana perbaikan ketidaksesuaian mengenali kesalahan replikasi, bagaimana ia mengidentifikasi dan menghilangkan untai yang baru lahir, dan bagaimana ia meningkatkan ketepatan replikasi keseluruhan melampaui apa yang dicapai oleh selektivitas polimerase dan proofreading. Ini juga mencatat hubungan antara kegagalan perbaikan ketidaksesuaian dan fenotipe mutator, sebagai latar belakang mekanistik.

Core questions

• Kesalahan apa yang dikoreksi oleh perbaikan ketidaksesuaian yang terlewatkan oleh proofreading?
• Bagaimana sistem mengenali ketidaksesuaian dan memutuskan untai mana yang akan dibuang?
• Seberapa besar perbaikan ketidaksesuaian berkontribusi pada ketepatan replikasi keseluruhan?
• Apa yang terjadi pada laju mutasi ketika perbaikan ketidaksesuaian gagal?

Key concepts

• Ketepatan replikasi
• Ketidaksesuaian basa-basa
• Loop insersi/delesi
• Diskriminasi untai
• Homolog MutS dan MutL
• Eksisi dan resintesis
• Fenotipe mutator
• Instabilitas mikrosatelit

Mechanisms

Ketepatan replikasi dicapai secara berlapis: selektivitas nukleotida oleh polimerase, proofreading oleh eksonukleasenya, dan akhirnya perbaikan ketidaksesuaian, yang mengoreksi kesalahan yang lolos dari dua langkah pertama. Pengenalan dimulai ketika homolog MutS mengikat ketidaksesuaian atau loop insersi/delesi; homolog MutL kemudian direkrut, untai yang baru disintesis diidentifikasi sebagai yang akan dikoreksi, dan segmen yang mengandung kesalahan dibuang dan disintesis ulang. Kunkel dan Erie menjelaskan bagaimana sistem bertahap ini secara substansial menurunkan laju kesalahan replikasi, dan Jiricny menekankan bahwa mesin yang sama berpartisipasi dalam fungsi tambahan di luar koreksi kesalahan sederhana. Diskriminasi untai, yang memastikan untai baru daripada untai templat yang diperbaiki, adalah persyaratan penentu dari jalur tersebut, karena mengoreksi untai yang salah akan memperbaiki kesalahan sebagai mutasi.

Clinical relevance

Hilangnya perbaikan ketidaksesuaian menghasilkan fenotipe mutator dan instabilitas mikrosatelit, dan cacat perbaikan ketidaksesuaian yang diwariskan dikaitkan dengan sindrom Lynch dan peningkatan risiko kanker tertentu; entri ini menyajikan asosiasi tersebut sebagai latar belakang mekanistik dan bukan dasar untuk diagnosis atau penatalaksanaan individu mana pun.

History

Biokimia perbaikan ketidaksesuaian pertama kali dikerjakan pada bakteri, di mana metilasi untai templat memberikan sinyal untuk diskriminasi untai, dan kemudian diperluas ke eukariota melalui homolog MutS dan MutL. Penemuan pada tahun 1990-an bahwa gen perbaikan ketidaksesuaian bermutasi pada kanker kolorektal nonpoliposis herediter menghubungkan jalur tersebut dengan predisposisi kanker manusia dan merangsang studi mekanistik terperinci, yang sebagian diakui oleh Hadiah Nobel Kimia 2015 yang diberikan kepada Paul Modrich untuk karyanya ini.

Key figures

• Paul Modrich
• Thomas Kunkel
• Josef Jiricny
• Dorothy Erie

Seminal works

• kunkel-erie-2005
• jiricny-2006

Frequently asked questions

Bagaimana perbaikan ketidaksesuaian berbeda dari proofreading?

Proofreading dilakukan oleh eksonuklease polimerase itu sendiri selama sintesis, segera menghilangkan nukleotida yang salah disisipkan, sedangkan perbaikan ketidaksesuaian bertindak setelahnya pada kesalahan yang lolos dari proofreading, mengenali ketidaksesuaian dan membuang sebagian dari untai baru.

Mengapa sistem harus tahu untai mana yang baru?

Ketidaksesuaian melibatkan basa yang benar (templat) dan basa yang salah (baru disisipkan); memperbaiki untai templat akan mengubah kesalahan menjadi mutasi permanen, sehingga diskriminasi untai mengarahkan eksisi ke untai yang baru disintesis.