DNA:n korjausjärjestelmä NHEJ

NHEJ
 Non-homologous DNA End Joining. Kuvaan yksityiskohtaisemmin tätä järjestelmää, jossa toimii Ku proteiini ja DNA-PK entsyymi.

LÄHDE:
 E. Pastwa and J. Blasiak,
Repair of DNA DSBs by NHEJ in mammalian cells.
Reprinted form Acta Biochimica Polonica 50(4), Non-homologous DNA End Joining, 891-908, 2003,

Vuosi 2004 on nettiin tullut tällainen versio, joka selvittää NHEJ- DNA:n kaksoisvaurion (DSB) korjaantumista
http://www.ebi.ac.uk/interpro/potm/2004_7/Page2.htm

MITEN NHEJ TOIMII?
Tämä non-homologinen säikeitten päitten liittyminen toimii kaikenlaisissa soluissa, aivan bakteereistä ihmiseen ja se osallistuu monenlaisiin proseseihin, kuten DNA:n korjaukseen, telomeerien ylläpitoon ja HIV-1 proviruksen kiinnittämiseen ihmisen genomiin DNA:han ja toistosegmenttien Tandem Repeat  kiinnittämiseen.

DNA:n DSB Double Strand Break kaksoiskatkon säikeiden liittämiseen osallistuu proteiinisarja, jotka tekevät yhteistyötä, jossa ne saavat suoritettua katkenneiden DNA-päitten synapsoitumisen, trimmauksen ja ligaasilla yhdistämisen.

Eukaryoottisissa soluissa pääasiallisimmat proteiinit, jotka osallistuvat NHEJ-tiehen ovat
DNA-ligaasi IV, 
XRCC4,  
DNA-PKcs ( DNA:sta riippuvan proteiinikinaasin katalyyttinen alayksikkö),
 Ku-proteiini
 ja mahdollisesti Artemis.

 Jos missä tahansa näistä proteiineista esiintyy puutteita, seikka johtaa yliherkkyyten DNA-DSB vaurioita indusoivia aineita kohtaan, kuten mm jonisoivaa säteilyä kohtaan.

On identifioitu kolme askelta NHEJ-prosessissa.
sitoutuminen DNA:n päihin ja sillan teko.
terminaalisten päätyjen prosessoinnti
liittäminen ligaasilla.

• DNA-päihin sitoutuminen ja sillanteko  ( DNA End-binding and Bridging)

NHEJ prosessin aloittaa Ku-proteiinien vauriosäikeet tunnistava funktio ja sen sitoutuminen DNA:n rikkoutuneisiin säikeenpäihin. Ku on heterodimeeri Ku70 ja Ku80 proteiineista ja muodostaa DNA-PK entsyymin DNA:han sitoutuvan komponentin.
(DNA-dependent protein kinase = DNA-PK).

Ku muodostaa rinkulan, joka ympäröi kaksoisDNA:ta kietoutuen kaksi täyttä kierrosta DNA-molekyylin ympäri. Kun Ku muodostaa sillan murtuneitten DNA-päätyjen välille , se toimii rakenteellisena kannattajana ja oikaisijana suojaten samalla päätyjä hajoamiselta ja estää samalla sekavat sitoutumiset ehjään DNA:han. Ku suoristaa tehokkaasti DNA:ta ja samalla sallii polymeraasien, nukleaasien ja ligaasien päästä vaikuttamaan katkenneen DNA:n päätyihin edistämään päitten liittämistä yhteen.
Heti kun Ku on paikan päällä, se rekrytoi DNA-PK entsyymin katalyyttisen alayksikön (DNA-PKcs), joka on seriini/treoniini-kinaasi ja kuuluu PI3K-perheeseen, jota pidetään signaalimolekyylinä vastaamassa solun stressiin. (phosphoinositide 3-kinase (=PI3K) family)

DNA-PKcs pystyy fosforyloimaan useita tumaproteiineja in vitro, ja näihin kuuluu DNA ligaasi IV ja XRCC4.
DNA ligaasi IV:n ja /tai XRCC4:n fosforylaatiot voivat vaikuttaa Ku-proteiinin ja muiden proteiinien keskinäisiin interaktioihin.

• Terminaalisten päätteitten prosessoiminen (Terminal End Processing)

NHEJ-prosessoimistie vaatii kohteekseen kaksi tylppää DNA päätyä, jotta se alkaa räätälöidä niitä yhteen. Joissain tapauksissa tarvitsee tapahtua ensin DNA-päätyjen prosessoituminen, ennen kuin ligaasitoiminta voi tapahtua. Esimerkiksi yksinkertainen ss DNA säieroikko vaatii DNA-synteesiä polymeraasi-entsyymin avustuksella, mikä täyttää tyhjät kohdat ja luo näitä tylppiä päätyjä, jotka sitten voidaan liittää toisiinsa ligaasilla.
Vaihtoehtoisesti tällainen ss (single stranded) roikkuva säie voidaan trimmata nukleaasin aktiivisuudella. Tässä tehtävässä saattaa olla osuutta Artemis-proteiinilla, joka kuuluu metallo-beetalaktamaasi-perheeseen.
DNA-PKcs entsyymi fosforyloi ja sitoutuu Artemisproteiiniin. Nyt muodostuvlla kompleksilla Artemis/DNA-PKcs arvellaan olevan nukleaasiaktiivisuutta, joka pystyy pilkkomaan irti 5´ ja 3´ DNA-roikkuvat kohdat

• Ligaatio (Ligation)

Heti kun tylpät päädyt ovat kohdallaan, rekrytoituu XRCC4/DNA-ligaasiIV-ligaatiokompleksi ja liittää DNA-päät toisiinsa. DNA-ligaasiIV suorittaa ligaatioaskeleen, mutta sen edellytyksenä on sitoutuminen XRCC4-proteiiniin tässä tehtävässä.
XRCC4 toimii säätelyelementtinä, joka stabilisoi DNA-ligaasiIV-entsyymiä, stimuloi sen aktiivisuutta ja ohjaa ligaasia DNA-vauriokohtaan omalla helix- rakenteisella tunnistuskohdallaan ja DNA:ta sitovalla kyvyllään.

On tehty lukuisia tutkimuksia jotta voitaisiin identifioida muitakin NHEJ-järjestelmän komponentteja. 

http://www.ebi.ac.uk/interpro/potm/2004_7/Page2.htm
 

KOMMENTTI
Tässä huomataan, että retrovirus pystyy käyttämään solun DNA:n omaa korjausjärjestelmää ja asentaa proviruksensa DNA-muotoisena tällä järjestelmällä isäntäkehon genomiin, eikä järjestelmä tai muu järjestelmä tunnista vierasta DNA:ta. Tällä tavalla HIV-1 virus on tositaiseksi pandeminen kautta maailman ja tuottaa genomin instabiliteetin.

Tässä alla olevassa kuvassa retrovirus toimii miltei kuten proteiini Ku joka lähtee korjaamaan virhettä, mutta retrovirus tekee virheen isäntäsolun DNA:han. ja leikkaa sen poikki ja sitten ”korjaa ”asettamalla oman itsensä väliin ja herättää korjausjärjestelmän isäntäsolun DNA.n katkaisemalla. Siis (ainakin) NHEJ järjestelmä on retroviruksen orjuuttama.

http://www.nature.com/cdd/journal/v12/n1s/images/4401573f1.jpg
 

http://www.nature.com/cdd/journal/v12/n1s/full/4401573a.html#fig1


2.6.2009 17:16.Päivitys 4.2. 2015.