Соединение концов, опосредованное микрогомологией
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( февраль 2011 г. ) |
Соединение концов, опосредованное микрогомологией ( MMEJ ), также известное как альтернативное негомологическое соединение концов ( Alt-NHEJ ), является одним из путей восстановления двухцепочечных разрывов в ДНК. Согласно обзору Маквея и Ли, [1] Самым главным отличительным свойством MMEJ является использование микрогомологичных последовательностей во время выравнивания разорванных концов перед соединением, что приводит к образованию делеций по бокам исходного разрыва. MMEJ часто связан с хромосомными аномалиями, такими как делеции, транслокации, инверсии и другие сложные перестройки.
Существует несколько путей восстановления двухцепочечных разрывов, в основном негомологическое соединение концов (NHEJ), гомологичная рекомбинация (HR) и MMEJ. NHEJ напрямую соединяет оба конца двухцепочечного разрыва и является относительно точным, хотя иногда случаются небольшие (обычно менее нескольких нуклеотидов) вставки или делеции. HR отличается высокой точностью и использует сестринскую хроматиду в качестве шаблона для точного восстановления DSB. MMEJ отличается от других механизмов восстановления тем, что использует микрогомологичные последовательности для выравнивания разорванных нитей. Это приводит к частым делециям и иногда вставкам, которые намного больше, чем те, которые производятся NHEJ. [ нужна ссылка ] . MMEJ полностью независим от классического NHEJ и не зависит от основных факторов NHEJ, таких как белок Ku , ДНК-PK или лигаза IV. [2]
В MMEJ репарация DSB инициируется резекцией конца нуклеазой MRE, оставляя одноцепочечные выступы. [3] Эти одноцепочечные выступы отжигаются в микрогомологиях, которые представляют собой короткие области комплементарности, часто состоящие из 5–25 пар оснований, между двумя цепями. Специализированная форма MMEJ, называемая полимеразным тета-опосредованным соединением концов (TMEJ), способна восстанавливать разрывы, используя гомологию ≥1 п.н. [4] [5] Геликазный домен тета-ДНК-полимеразы обладает АТФ-зависимой активностью отжига одноцепочечных молекул и может способствовать отжигу микрогомологий. [6] После отжига любые выступающие основания (лоскуты) удаляются нуклеазами, такими как Fen1, а пробелы заполняются ДНК-полимеразой тета. [7] Эта способность тета-полимеразы заполнять пробелы помогает стабилизировать отжиг концов с минимальной комплементарностью. Помимо следов микрогомологии, мутационная сигнатура тета-полимеразы также состоит из (нечастых) матричных вставок, которые, как полагают, являются результатом прерванного матрично-зависимого расширения с последующим повторным отжигом на вторичных гомологичных последовательностях. [5]
Регуляция клеточного цикла
[ редактировать ]Репарация MMEJ низкая в фазе G0/G1, но увеличивается во время S-фазы и фазы G2 клеточного цикла. [3] Напротив, NHEJ действует на протяжении всего клеточного цикла, а гомологичная рекомбинация (HR) действует только на поздних стадиях S и G2.
Выбор пути восстановления двухцепочечного разрыва
[ редактировать ]Выбор пути, который будет использоваться для восстановления двухцепочечного разрыва, сложен. В большинстве случаев на MMEJ приходится незначительная часть (10%) репарации двухцепочечного разрыва, наиболее вероятно в тех случаях, когда двухцепочечный разрыв удаляется, но сестринская хроматида недоступна для гомологичной рекомбинации. [3] Клетки с дефицитом классического NHEJ или HR обычно демонстрируют повышенный MMEJ. человека Факторы гомологичной рекомбинации подавляют мутагенный MMEJ после резекции двухцепочечного разрыва. [8]
Требуются гены
[ редактировать ]Система биохимического анализа показывает, что для микрогомологического соединения концов необходимы как минимум 6 генов: FEN1 , лигаза III , MRE11 , NBS1 , PARP1 и XRCC1 . [9] Все шесть этих генов активируются при одном или нескольких видах рака. У человека ДНК-полимераза тета, кодируемая геном POLQ, играет центральную роль в микрогомологическом соединении концов. [7] Тета-полимераза использует свой геликазный домен для вытеснения репликационного белка А (RPA) с концов ДНК и содействия отжигу микрогомологии. [6] Полимераза тета также использует свою полимеразную активность для проведения синтеза заполнения, что помогает стабилизировать парные концы.
Хеликаза Q, которая консервативна у людей, необходима для тета-независимого от полимеразы MMEJ, как показано с помощью анализа мутационных следов у Caenorabditis elegans . [10]
При раке
[ редактировать ]Примерно половина всех случаев рака яичников лишена гомологичной рекомбинации (HR). Эти опухоли с дефицитом HR активируют тета-полимеразу (POLQ), что приводит к увеличению MMEJ. [11] Эти опухоли гиперзависимы от MMEJ, поэтому нокдаун тета-полимеразы приводит к значительной летальности. В большинстве типов клеток MMEJ вносит незначительный вклад в восстановление двухцепочечных разрывов. Чрезмерная зависимость опухолей с дефицитом HR от MMEJ может представлять собой возможную мишень для лечения рака.
MMEJ всегда включает в себя вставки или делеции, так что это мутагенный путь. [12] Клетки с повышенным уровнем MMEJ могут иметь более высокую геномную нестабильность и предрасположенность к развитию рака, хотя это не было продемонстрировано напрямую.
У ракообразного
[ редактировать ]Penaeus monodon — морское ракообразное , широко употребляемое в пищу из-за его пищевой ценности. Репарация двухцепочечных разрывов в этом организме может происходить с помощью HRR, но NHEJ не обнаруживается. [13] Хотя HRR, по-видимому, является основным путем восстановления двухцепочечных разрывов, было также обнаружено, что MMEJ играет значительную роль в восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК. [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Маквей М., Ли С.Э. (ноябрь 2008 г.). «Репарация MMEJ двухцепочечных разрывов (режиссерская версия): удаленные последовательности и альтернативные окончания» . Тенденции в генетике . 24 (11): 529–538. дои : 10.1016/j.tig.2008.08.007 . ПМК 5303623 . ПМИД 18809224 .
- ^ Симсек Д., Ясин М. (апрель 2010 г.). «Альтернативное соединение концов подавляется каноническим компонентом NHEJ Xrcc4-лигазой IV во время формирования хромосомной транслокации» . Структурная и молекулярная биология природы . 17 (4): 410–416. дои : 10.1038/nsmb.1773 . ПМЦ 3893185 . ПМИД 20208544 .
- ^ Jump up to: а б с Труонг Л.Н., Ли Й., Ши Л.З., Хван П.Ю., Хе Дж., Ван Х. и др. (май 2013 г.). «Соединение концов, опосредованное микрогомологией, и гомологичная рекомбинация разделяют начальный этап резекции концов для восстановления двухцепочечных разрывов ДНК в клетках млекопитающих» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (19): 7720–7725. Бибкод : 2013PNAS..110.7720T . дои : 10.1073/pnas.1213431110 . ПМЦ 3651503 . ПМИД 23610439 .
- ^ Реринк С.Ф., ван Шендель Р., Тейстерман М. (июнь 2014 г.). «Тета-опосредованное полимеразой соединение концов связанных с репликацией разрывов ДНК у C. elegans» . Геномные исследования . 24 (6): 954–962. дои : 10.1101/гр.170431.113 . ПМК 4032859 . ПМИД 24614976 .
- ^ Jump up to: а б Шиммель Дж., ван Шендель Р., ден Даннен Дж. Т., Тейстерман М. (сентябрь 2019 г.). «Шаблонные вставки: дымящийся пистолет для тета-опосредованного полимеразным соединением концов». Тенденции в генетике . 35 (9): 632–644. дои : 10.1016/j.tig.2019.06.001 . ПМИД 31296341 . S2CID 195892718 .
- ^ Jump up to: а б Матеос-Гомез П.А., Кент Т., Денг С.К., Макдевитт С., Кашкина Е., Хоанг Т.М. и др. (декабрь 2017 г.). «Геликазный домен Polθ противодействует RPA, продвигая alt-NHEJ» . Структурная и молекулярная биология природы . 24 (12): 1116–1123. дои : 10.1038/nsmb.3494 . ПМК 6047744 . ПМИД 29058711 .
- ^ Jump up to: а б Сфейр А., Симингтон Л.С. (ноябрь 2015 г.). «Соединение концов, опосредованное микрогомологией: резервный механизм выживания или выделенный путь?» . Тенденции биохимических наук . 40 (11): 701–714. дои : 10.1016/j.tibs.2015.08.006 . ПМЦ 4638128 . ПМИД 26439531 .
- ^ Ахраби С., Саркар С., Пфистер С.С., Пировано Дж., Хиггинс Г.С., Портер А.С., Хамфри Т.С. (июль 2016 г.). «Роль человеческих факторов гомологичной рекомбинации в подавлении микрогомологического соединения концов» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (12): 5743–5757. дои : 10.1093/нар/gkw326 . ПМЦ 4937322 . ПМИД 27131361 .
- ^ Шарма С., Джавадекар С.М., Пандей М., Шривастава М., Кумари Р., Рагхаван С.К. (март 2015 г.). «Гомология и ферментативные требования к зависимому от микрогомологии альтернативному соединению концов» . Смерть клеток и болезни . 6 (3): e1697. дои : 10.1038/cddis.2015.58 . ПМЦ 4385936 . ПМИД 25789972 .
- ^ Камп Дж.А., Лемменс Б.Б., Ромейн Р.Дж., Чангур СК, ван Шендель Р., Тийстерман М. (декабрь 2021 г.). «Хеликаза Q способствует восстановлению двухцепочечных разрывов ДНК, обусловленному гомологией, и предотвращает тандемные дупликации» . Природные коммуникации . 12 (1): 7126. Бибкод : 2021NatCo..12.7126K . дои : 10.1038/s41467-021-27408-z . ПМЦ 8654963 . ПМИД 34880204 .
- ^ Чекальди Р., Лю Дж.К., Амунугама Р., Хайду И., Примак Б., Петалкорин М.И. и др. (февраль 2015 г.). «Опухоли с дефицитом гомологичной рекомбинации зависят от восстановления, опосредованного Polθ» . Природа . 518 (7538): 258–262. Бибкод : 2015Natur.518..258C . дои : 10.1038/nature14184 . ПМК 4415602 . ПМИД 25642963 .
- ^ Лян Л., Дэн Л., Чен Ю., Ли Г.К., Шао С., Тишфилд Дж.А. (сентябрь 2005 г.). «Модуляция соединения концов ДНК ядерными белками» . Журнал биологической химии . 280 (36): 31442–31449. дои : 10.1074/jbc.M503776200 . ПМИД 16012167 .
- ^ Jump up to: а б Шривастава С., Дахал С., Найду С.Дж., Ананд Д., Гопалакришнан В., Кулот Валаппил Р., Рагхаван С.К. (апрель 2017 г.). «Репарация двухцепочечного разрыва ДНК у Penaeus monodon преимущественно зависит от гомологичной рекомбинации» . Исследование ДНК . 24 (2): 117–128. дои : 10.1093/dnares/dsw059 . ПМК 5397610 . ПМИД 28431013 .
Общие ссылки
[ редактировать ]- Репарация двухцепочечных разрывов MMEJ (режиссерская версия): удаленные последовательности и альтернативные окончания
- Восстановление двухцепочечного разрыва ДНК при раке мочевого пузыря человека подвержено ошибкам и включает в себя соединение концов, связанное с микрогомологией.
- Отличительные различия в восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК между нормальными клетками уротелия и уротелиальной карциномы
| Эксцизионное восстановление | |
|---|---|
| Гомологичная рекомбинация | |
| Другие пути | |
| Регулирование | |
| Другое/несгруппировано | |
