Репарация путем эксцизии нуклеотидов и репарация путем эксцизии оснований

Эксцизионная репарация удаляет поврежденный сегмент одной нити ДНК и ресинтезирует его, используя интактную комплементарную нить в качестве матрицы. Два пути разделяют эту логику, но обрабатывают различные повреждения: репарация путем эксцизии оснований корректирует небольшие, не искажающие спираль повреждения оснований, в то время как репарация путем эксцизии нуклеотидов удаляет объемные, искажающие спираль повреждения, такие как вызванные ультрафиолетовым светом. Оба пути восстанавливают исходную последовательность, не оставляя постоянных изменений.

Definition

Репарация путем эксцизии оснований (BER) удаляет одиночные поврежденные или неподходящие основания с помощью ДНК-гликозилазы и обрабатывает образовавшийся апуриновый/апиримидиновый сайт, тогда как репарация путем эксцизии нуклеотидов (NER) распознает объемные, искажающие спираль повреждения и вырезает короткий олигонуклеотид, содержащий повреждение; оба пути затем заполняют и запечатывают пробел путем матрично-направленного синтеза и лигирования.

Scope

Эта статья сравнивает два пути эксцизионной репарации: субстраты, которые каждый из них распознает, ферменты, осуществляющие распознавание, эксцизию, заполнение пробелов и лигирование, а также различие в репарации путем эксцизии нуклеотидов между подпутями глобальной геномной репарации и репарации, сопряженной с транскрипцией. Это механистический справочник, который не затрагивает вопросы клинического ведения.

Core questions

• Какие виды повреждений распознает каждый путь?
• Как репарация путем эксцизии оснований обрабатывает апуриновый/апиримидиновый сайт после удаления основания?
• Как репарация путем эксцизии нуклеотидов вырезает поврежденный олигонуклеотид?
• В чем разница между глобальной геномной NER и NER, сопряженной с транскрипцией?

Key concepts

• ДНК-гликозилаза
• Апуриновый/апиримидиновый (AP) сайт и AP-эндонуклеаза
• Короткозаплаточная и длиннозаплаточная BER
• Объемные повреждения, искажающие спираль
• Двойной разрез в NER
• Глобальная геномная NER
• NER, сопряженная с транскрипцией
• Заполнение пробелов и лигирование

Mechanisms

Репарация путем эксцизии оснований начинается, когда ДНК-гликозилаза распознает и удаляет одиночное поврежденное или неподходящее основание, такое как урацил или 8-оксогуанин, оставляя апуриновый/апиримидиновый сайт; затем AP-эндонуклеаза разрезает остов, полимераза заполняет пробел, а лигаза запечатывает его, при этом короткозаплаточные и длиннозаплаточные варианты различаются по количеству ресинтезированных нуклеотидов. Крокан и Бьёрос описывают, как этот путь является основным для небольших, частых повреждений оснований, возникающих в результате окисления, дезаминирования и алкилирования. Репарация путем эксцизии нуклеотидов вместо этого распознает спиральное искажение, вызванное объемными аддуктами и ультрафиолетовыми фотопродуктами; мультибелковый комплекс верифицирует повреждение, делает разрезы с обеих сторон и удаляет короткий олигонуклеотид, после чего пробел заполняется и запечатывается. Шерер подробно описывает два подпути NER: глобальная геномная NER сканирует весь геном на предмет искажений, в то время как NER, сопряженная с транскрипцией, запускается, когда РНК-полимераза останавливается на повреждении в транскрибируемой нити.

Clinical relevance

Наследственные дефекты репарации путем эксцизии нуклеотидов вызывают пигментную ксеродерму, характеризующуюся крайней чувствительностью к ультрафиолетовому свету и высоким риском рака кожи, а также связанные с ней расстройства, такие как синдром Кокейна, что иллюстрирует важность этих путей; эта статья представляет эти ассоциации как механистическую основу, а не как руководство по диагностике или лечению какого-либо конкретного человека.

History

Эксцизионная репарация была одним из первых процессов репарации, определенных биохимически, с признанием в 1960-х годах того, что клетки могут вырезать поврежденные ультрафиолетом сегменты и ресинтезировать их. Последующая реконструкция человеческих путей установила задействованные ферменты, а различие между подпутями глобальной геномной репарации и репарации, сопряженной с транскрипцией, прояснило, почему некоторые синдромы дефицита репарации поражают весь геном, в то время как другие в основном поражают транскрибируемые гены.

Key figures

• Aziz Sancar
• Tomas Lindahl
• Orlando Schärer
• Hans Krokan

Seminal works

• sancar-2004
• scharer-2013
• krokan-bjoras-2013

Frequently asked questions

В чем основное различие между репарацией путем эксцизии оснований и репарацией путем эксцизии нуклеотидов?

Репарация путем эксцизии оснований удаляет одиночное поврежденное основание и образовавшийся апуриновый/апиримидиновый сайт для небольших, неискажающих повреждений, в то время как репарация путем эксцизии нуклеотидов удаляет короткий участок нуклеотидов вокруг объемного, искажающего спираль повреждения, такого как УФ-фотопродукт.

Что такое репарация, сопряженная с транскрипцией?

Это ветвь репарации путем эксцизии нуклеотидов, которая запускается, когда РНК-полимераза останавливается на повреждении в транскрибируемой нити, что позволяет преимущественно восстанавливать повреждения в активных генах.