Негомологичное концевое соединение
-
Негомологичное концевое соединение (NHEJ)
- Восстанавливает двухцепочечные разрывы в ДНК без использования гомологичной матрицы
- Активен как в неделящихся, так и в пролиферирующих клетках
- Термин введен Муром и Хабером в 1996 году
-
Механизм NHEJ
- Руководствуется короткими гомологичными последовательностями ДНК (микрогомологиями)
- Микрогомологии часто присутствуют в одноцепочечных выступах на концах разрывов
- Точное восстановление происходит при идеальной совместимости выступов
- Неточное восстановление может привести к транслокациям и слиянию теломер
-
Реализация NHEJ
- Существует практически во всех биологических системах
- Преобладающий путь репарации разрывов в клетках млекопитающих
- У почкующихся дрожжей доминирует гомологичная рекомбинация
-
NHEJ у бактерий и архей
- Многие бактерии не имеют NHEJ и полагаются на гомологичную рекомбинацию
- Бактерии используют компактную версию NHEJ с двумя белками: Ku и LigD
- Архейная система NHEJ имеет гомодимерный Ku и три функции LigD
-
NHEJ у эукариот
- Использует ряд белков для связывания, обработки и лигирования концов ДНК
- Ku образует комплекс с ДНК-PKcs и взаимодействует с другими белками
- Артемида участвует в раскрытии шпилек и обрезке концов
- ДНК-полимеразы заполняют промежутки
- Комплекс ДНК-лигазы IV и XLF выполняют этап лигирования
-
NHEJ и термолабильные участки
- NHEJ является доминирующим путем репарации ДНК при ионизирующем излучении
- Белок ДНК-PKcs важен для NHEJ, но не влияет на восстановление HLS
-
Регулирование NHEJ
- Выбор между NHEJ и гомологичной рекомбинацией регулируется на этапе резекции 5′-конца
- NHEJ активен в период G1, когда гомологичная матрица недоступна
- Регуляция осуществляется циклинзависимой киназой Cdk1
-
V(D)J рекомбинация
- NHEJ играет ключевую роль в рекомбинации V(D)J
- Нуклеаза RAG1/RAG2 создает двухцепочечные разрывы
- Нуклеаза Artemis открывает шпильки и соединяет разрывы
- TdT добавляет нуклеотиды к концам перед соединением
-
NHEJ на уровне теломер
- Теломеры защищены «колпачком», предотвращающим распознавание как двухцепочечные разрывы
- Потеря покрывающих белков приводит к укорочению теломер и неправильному соединению NHEJ
-
Роль белков NHEJ в покрытии теломер
- Ku локализуется на теломерах и необходим для субтеломерного сайленсинга
- Делеция Ku приводит к укорочению теломер
-
Дисфункциональные синдромы NHEJ
- Гипоморфные мутации в LIG4 и XLF вызывают синдромы LIG4 и XLF-SCID
- Мутации в Artemis также вызывают SCID, но без неврологических дефектов
- Мутации в генах NHEJ приводят к атаксии-телеангиэктазии, анемии Фанкони и наследственному раку молочной железы
-
Роль NHEJ в жизнеспособности млекопитающих
- Делеция XRCC4 или LIG4 вызывает эмбриональную летальность у мышей
- Мыши с отсутствующими Ku или ДНК-PKC жизнеспособны, но с низкими уровнями соединения концов
- Все мыши-мутанты NHEJ демонстрируют фенотип SCID и чувствительность к ионизирующему излучению
-
Старение и NHEJ
- Эффективность NHEJ снижается с возрастом у мышей
- Снижение способности к NHEJ может способствовать старению
- Уровни белка Ku80 у разных видов коррелируют с продолжительностью жизни
-
Список белков NHEJ в клетках человека
- Ку70/80
- ДНК-PKcs
- ДНК-лигаза IV
- XRCC4
- СЛФ
- Артемида
- ДНК-полимераза mu
- ДНК-полимераза лямбда
- ПНКП
- Апратаксин
- АПЛФ
- BRCA1
- BRCA2
- КИРЕН