Der Hauptunterschied zwischen nichthomologer Endverknüpfung und homologer direkter Wiederholung besteht darin, dass die nichthomologe Endverknüpfung ein Weg ist, der Doppelstrangbrüche in der DNA repariert, für die keine homologe Vorlage erforderlich ist, um die Reparatur zu steuern, während die homologe direkte Wiederholung ein Weg ist das Doppelstrangbrüche in der DNA repariert, die eine homologe Matrize benötigen, um die Reparatur zu steuern.
DNA-Reparatur ist ein Prozess, bei dem eine Zelle Schäden an den DNA-Molekülen identifiziert und korrigiert. Im Allgemeinen können normale Stoffwechselaktivitäten und Umweltfaktoren wie Strahlung DNA-Schäden verursachen. Diese Faktoren können zu Zehntausenden einzelner molekularer Läsionen pro Zelle und Tag führen. Reparaturwege für DNA-Doppelstrangbrüche sind DNA-Reparaturwege in biologischen Zellen. Es gibt zwei Reparaturwege für DNA-Doppelstrangbrüche als nicht-homologe Endverbindung und homologe direkte Wiederholung.
Was ist nicht-homologe Endverbindung?
Nonhomologe End Joining (NHEJ) ist ein Weg, der Doppelstrangbrüche in der DNA repariert und keine homologe Matrize benötigt, um die Reparatur zu steuern. Dieser Weg wurde 1966 von Moore und Haber gefunden. Dieser Weg wird typischerweise durch kurze homologe DNA-Sequenzen (Mikrohomologien) gesteuert, die häufig in einzelsträngigen Überhängen an den Enden von Doppelstrangbrüchen vorhanden sind. Wenn die Überhänge kompatibel sind, repariert der NHEJ-Weg den Bruch der Doppelstränge genau. Wenn die Überhänge jedoch nicht perfekt kompatibel sind, führt dies zu einer ungenauen Reparatur, die zu einem Verlust von Nukleotiden führt. Der unangemessene NHEJ-Weg kann zu Translokationen, Telomerfusionen und Kennzeichen von Tumorzellen führen.
Abbildung 01: Nichthomologe Endverbindung
Der NHEJ-Weg besteht aus drei Hauptschritten: Endbindung und -anbindung, Endverarbeitung und Ligation. Bei Säugetieren sind Proteine namens Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN), DNA-PKcs, Ku (Ku70 & 80) an der Endüberbrückung beteiligt. Der Endverarbeitungsschritt beinh altet die Entfernung von nicht übereinstimmenden oder beschädigten Nukleotiden und die Resynthese von DNA durch DNA-Polymerasen (Lückenfüllung). Die Entfernung von nicht übereinstimmenden oder beschädigten Nukleotiden wird durch Nukleasen wie Artemis durchgeführt. Die DNA-Polymerasen Pol λ und μ der X-Familie in Säugetieren führen das Lückenfüllen durch. Eine Endbearbeitung ist nicht erforderlich, wenn die Enden bereits kompatibel sind und 3'-Hydorxyl- oder 5'-Phosphat-Termini haben. Darüber hinaus wird der letzte Ligationsschritt durch den Ligationskomplex IV durchgeführt, der aus der DNA-Ligase IV und ihrem Cofaktor XRCC4 besteht.
Was ist homologe direkte Wiederholung?
Homologous Direct Repeat (HDR) ist ein Weg, der Doppelstrangbrüche in der DNA repariert, indem eine homologe Vorlage verwendet wird, um die Reparatur zu steuern. Der gebräuchlichste Weg der homologen direkten Wiederholung ist die homologe Rekombination. Der HDR-Mechanismus ist nur möglich, wenn ein homologes Stück DNA im Zellkern vorhanden ist, meist in der G2- und S-Phase des Zellzyklus. Der biologische Weg von HDR beginnt mit der Phosphorylierung des Histonproteins namens H2AX in dem Bereich, in dem der DNA-Doppelstrangbruch auftritt. Dadurch werden andere Proteine an die beschädigte Stelle gelockt. Dann bindet der MRN-Komplex an beschädigte Enden und verhindert Chromosomenbrüche. Der MRN-Komplex hält auch abgebrochene Enden zusammen. Später werden DNA-Enden so bearbeitet, dass unnötige Reste chemischer Gruppen entfernt werden und Einzelstrangüberhänge entstehen.
Abbildung 02: Homologe direkte Wiederholung
Jedes Stück einzelsträngiger DNA ist von dem Protein namens RPA bedeckt, und seine Funktion besteht darin, einzelsträngige DNA-Stücke stabil zu h alten. Danach ersetzt Rad51 das RPA-Protein. Darüber hinaus koppelt Rad51 bei der Zusammenarbeit mit BRCA2 ein komplementäres DNA-Stück, das in den gebrochenen DNA-Strang eindringt, um eine Vorlage für die DNA-Polymerase zu bilden. Die DNA-Polymerase wird durch ein anderes Protein, das als PCNA bekannt ist, an der DNA festgeh alten. Schließlich synthetisiert die Polymerase den fehlenden Teil des gebrochenen Strangs. Wenn der gebrochene Strang resynthetisiert wird, müssen sich außerdem beide Stränge wieder entkoppeln. Es werden Modelle für zahlreiche Entkopplungsmöglichkeiten vorgeschlagen. Nachdem die Stränge getrennt sind, ist der Vorgang abgeschlossen.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen nichthomologer Endverbindung und homologer direkter Wiederholung?
- Nonhomologe Endverbindung und homologe direkte Wiederholung sind zwei Wege zur Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen.
- Der MRN-Komplex ist an beiden Signalwegen beteiligt.
- Nukleasen sind an beiden Signalwegen beteiligt.
- DNA-Polymerasen sind an beiden Signalwegen beteiligt.
- Diese Mechanismen sind sowohl bei Prokaryoten als auch bei Eukaryoten zu finden.
- Sie sind beide entscheidende Mechanismen für das Überleben der Zelle.
Was ist der Unterschied zwischen nichthomologer Endverbindung und homologer direkter Wiederholung?
Nonhomologe Endverbindung ist ein Weg, der Doppelstrangbrüche in der DNA repariert, der keine homologe Matrize benötigt, um die Reparatur zu steuern, während die homologe direkte Wiederholung ein Weg ist, der Doppelstrangbrüche in der DNA mithilfe einer homologen Matrize repariert. Dies ist also der Hauptunterschied zwischen nichthomologer Endverbindung und homologer direkter Wiederholung. Darüber hinaus ist die homologe Rekombination nicht an der nichthomologen Endverbindung beteiligt, während die homologe Rekombination an der homologen direkten Wiederholung beteiligt ist.
Die folgende Infografik zeigt die Unterschiede zwischen nichthomologer Endverbindung und homologer direkter Wiederholung in tabellarischer Form zum direkten Vergleich.
Zusammenfassung – Nichthomologe Endverbindung vs. homologe direkte Wiederholung
DNA-Reparatur kann durch verschiedene Mechanismen erfolgen, wie direkte Umkehrung, Reparatur von Einzelstrangschäden, Reparatur von Doppelstrangbrüchen und Translesionssynthese. Nicht homologe Endverbindung und homologe direkte Wiederholungen sind zwei Reparaturwege für DNA-Doppelstrangbrüche. Die nichthomologe Endverbindung erfordert keine homologe Matrize, um den DNA-Reparaturweg zu steuern. Homologe direkte Wiederholung ist ein Weg, der eine homologe Matrize erfordert, um die DNA-Reparatur zu steuern. Dies ist also der Hauptunterschied zwischen nichthomologer Endverbindung und homologer direkter Wiederholung.
