Uyumsuzluk Onarımı ve Replikasyon Doğruluğu
Yüksek doğruluklu bir DNA polimeraz bile bazen yanlış nükleotit ekleyebilmekte veya tekrarlayan dizilerde kaymalar yapabilmektedir. Uyumsuzluk onarımı, bu replikasyon sonrası hataları düzelten, baz-baz uyumsuzluklarını ve küçük insersiyon veya delesyon döngülerini tanıyarak, yeni sentezlenmiş, hata içeren ipliği kesip yeniden sentezleyen bir sistemdir. Genomun kopyalanma doğruluğuna genel olarak önemli bir katkı sağlamaktadır.
Tanım
DNA uyumsuzluk onarımı, DNA sentezi sonrası kalan baz-baz uyumsuzluklarını ve insersiyon/delesyon döngülerini tanıyan, hata içeren yeni sentezlenmiş iplik segmentini kesip çıkaran ve yeniden sentezleyen, böylece replikasyon hatalarını düzelten ve replikasyon doğruluğunu artıran replikasyon sonrası bir yoldur.
Kapsam
Bu madde, uyumsuzluk onarımının replikasyon hatalarını nasıl tanıdığını, yeni sentezlenmiş ipliği nasıl tanımlayıp çıkardığını ve polimeraz seçiciliği ile düzeltme okumasının (proofreading) başardığının ötesinde genel replikasyon doğruluğunu nasıl artırdığını kapsamaktadır. Mekanistik bir arka plan olarak, uyumsuzluk onarımı yetersizliği ile mutator fenotipi arasındaki bağlantıya da değinilmektedir.
Temel sorular
- Uyumsuzluk onarımı, düzeltme okumasının (proofreading) gözden kaçırdığı hangi hataları düzeltmektedir?
- Sistem bir uyumsuzluğu nasıl tanır ve hangi ipliği keseceğine nasıl karar verir?
- Uyumsuzluk onarımı, genel replikasyon doğruluğuna ne kadar katkı sağlamaktadır?
- Uyumsuzluk onarımı başarısız olduğunda mutasyon oranlarına ne olmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Replikasyon doğruluğu
- Baz-baz uyumsuzluğu
- İnsersiyon/delesyon döngüleri
- İplik ayrımı (strand discrimination)
- MutS ve MutL homologları
- Kesip çıkarma ve yeniden sentezleme
- Mutator fenotipi
- Mikrosatellit instabilitesi
Mekanizmalar
Replikasyon doğruluğu katmanlar halinde sağlanmaktadır: polimerazın nükleotit seçiciliği, eksonükleazı tarafından yapılan düzeltme okuması (proofreading) ve son olarak ilk iki adımdan kaçan hataları düzelten uyumsuzluk onarımı ile gerçekleşir. Tanıma, bir MutS homoloğunun bir uyumsuzluğa veya bir insersiyon/delesyon döngüsüne bağlanmasıyla başlar; ardından bir MutL homoloğu işe alınır, yeni sentezlenmiş iplik düzeltilecek olan olarak tanımlanır ve hata içeren segment kesilip yeniden sentezlenir. Kunkel ve Erie, bu aşamalı sistemin replikasyon hata oranını önemli ölçüde nasıl düşürdüğünü açıklamaktadır. Jiricny ise aynı mekanizmanın basit hata düzeltmenin ötesinde ek işlevlerde de yer aldığını vurgulamaktadır. Şablon iplik yerine yeni ipliğin onarılmasını sağlayan iplik ayrımı (strand discrimination), yolun belirleyici bir gerekliliğidir, çünkü yanlış ipliğin düzeltilmesi hatayı bir mutasyon olarak sabitleyecektir.
Klinik önem
Uyumsuzluk onarımının kaybı, mutator fenotipi ve mikrosatellit instabilitesi üretmektedir. Kalıtsal uyumsuzluk onarımı kusurları, Lynch sendromu ve belirli kanser türleri için artan bir risk ile ilişkilendirilmektedir; bu madde, söz konusu ilişkileri mekanistik bir arka plan olarak sunmakta olup, herhangi bir bireyin tanısı veya yönetimi için bir temel teşkil etmemektedir.
Tarihçe
Uyumsuzluk onarımının biyokimyası ilk olarak bakterilerde çözülmüştür; burada şablon ipliğin metilasyonu iplik ayrımı için sinyal sağlamaktadır ve daha sonra MutS ve MutL homologları aracılığıyla ökaryotlara genişletilmiştir. 1990'larda kalıtsal polipozis dışı kolorektal kanserde (hereditary nonpolyposis colorectal cancer) uyumsuzluk onarım genlerinin mutasyona uğradığının keşfedilmesi, bu yolağı insan kanser yatkınlığına bağlamış ve ayrıntılı mekanistik çalışmayı teşvik etmiştir; bu çalışma nedeniyle Paul Modrich'e verilen 2015 Nobel Kimya Ödülü ile kısmen tanınmıştır.
Öne çıkan isimler
- Paul Modrich
- Thomas Kunkel
- Josef Jiricny
- Dorothy Erie
İlgili konular
Temel eserler
- kunkel-erie-2005
- jiricny-2006
Sıkça sorulan sorular
- Uyumsuzluk onarımı, düzeltme okumasından (proofreading) nasıl farklıdır?
- Düzeltme okuması (proofreading), sentez sırasında polimerazın kendi eksonükleazı tarafından yapılır ve yanlış eklenen bir nükleotidi anında çıkarır; uyumsuzluk onarımı ise düzeltme okumasından kaçan hatalar üzerinde daha sonra etki ederek uyumsuzluğu tanır ve yeni ipliğin bir kısmını kesip çıkarır.
- Sistem neden hangi ipliğin yeni olduğunu bilmek zorundadır?
- Uyumsuzluk, doğru (şablon) bir baz ve yanlış (yeni eklenmiş) bir baz içerir; şablon ipliğin onarılması hatayı kalıcı bir mutasyona dönüştüreceğinden, iplik ayrımı (strand discrimination) kesip çıkarma işlemini yeni sentezlenmiş ipliğe yönlendirmektedir.