Микрогомологичное соединение концов ( MMEJ ), также известное как альтернативное негомологичное соединение концов ( Alt-NHEJ ), является одним из путей восстановления двухцепочечных разрывов ДНК. Как рассматривают МакВей и Ли, [1] наиболее отличительным свойством MMEJ является использование микрогомологичных последовательностей во время выравнивания разорванных концов перед соединением, что приводит к делециям, фланкирующим исходный разрыв. MMEJ часто ассоциируется с хромосомными аномалиями, такими как делеции, транслокации, инверсии и другие сложные перестройки.
Существует несколько путей восстановления двухцепочечных разрывов, в основном негомологичное соединение концов (NHEJ), гомологичная рекомбинация (HR) и MMEJ. NHEJ напрямую соединяет оба конца двухцепочечного разрыва и является относительно точным, хотя иногда происходят небольшие (обычно менее нескольких нуклеотидов) вставки или делеции. HR является высокоточным и использует сестринскую хроматиду в качестве шаблона для точного восстановления DSB. MMEJ отличается от этих других механизмов восстановления тем, что он использует микрогомологичные последовательности для выравнивания разорванных цепей. Это приводит к частым делециям и иногда вставкам, которые намного больше, чем те, которые производятся NHEJ [ необходима цитата ] . MMEJ полностью независим от классического NHEJ и не полагается на основные факторы NHEJ, такие как белок Ku , ДНК-PK или лигаза IV. [2]
В MMEJ репарация DSB инициируется резекцией концов нуклеазой MRE, в результате чего остаются одноцепочечные свесы. [3] Эти одноцепочечные свесы отжигаются на микрогомологиях, которые представляют собой короткие области комплементарности, часто 5–25 пар оснований, между двумя цепями. Специализированная форма MMEJ, называемая полимеразой тета-опосредованным соединением концов (TMEJ), способна восстанавливать разрывы, используя ≥1 п.н. гомологии. [4] [5] Домен геликазы ДНК-полимеразы тета обладает АТФ-зависимой одноцепочечной активностью отжига и может способствовать отжигу микрогомологий. [6] После отжига любые нависающие основания (лоскуты) удаляются нуклеазами, такими как Fen1, а пробелы заполняются ДНК-полимеразой тета. [7] Эта способность полимеразы тета заполнять пробелы помогает стабилизировать отжиг концов с минимальной комплементарностью. Помимо микрогомологических следов мутационная сигнатура полимеразы тета также состоит из (редких) шаблонных вставок, которые, как полагают, являются результатом прерванного зависимого от шаблона расширения, за которым следует повторный отжиг во вторичных гомологичных последовательностях. [5]
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 в поздней S-фазе и G2.
Выбор пути, который будет использоваться для репарации двухцепочечных разрывов, сложен. В большинстве случаев MMEJ составляет незначительную долю (10%) репарации двухцепочечных разрывов, скорее всего, в случаях, когда двухцепочечный разрыв резецируется, но сестринская хроматида недоступна для гомологичной рекомбинации. [3] Клетки, которые дефицитны либо по классическому NHEJ, либо по HR, обычно демонстрируют повышенный MMEJ. Факторы гомологичной рекомбинации человека подавляют мутагенный MMEJ после резекции двухцепочечного разрыва. [8]
Система биохимического анализа показывает, что для опосредованного микрогомологией соединения концов требуется по крайней мере 6 генов: FEN1 , Ligase III , MRE11 , NBS1 , PARP1 и XRCC1 . [9] Все шесть из этих генов активируются при одном или нескольких видах рака. У людей ДНК-полимераза тета, кодируемая геном POLQ, играет центральную роль в опосредованном микрогомологией соединении концов. [7] Полимераза тета использует свой домен геликазы для вытеснения белка репликации A (RPA) с концов ДНК и содействия отжигу микрогомологии. [6] Полимераза тета также использует свою полимеразную активность для проведения синтеза заполнения, что помогает стабилизировать спаренные концы.
Геликаза Q, которая сохраняется у людей, необходима для полимераза-тета-независимого MMEJ, как показано с помощью анализа мутационных следов у Caenorrhabditis elegans . [10]
Примерно половина всех случаев рака яичников имеют дефицит гомологичной рекомбинации (HR). Эти опухоли с дефицитом HR повышают активность полимеразы тета (POLQ), что приводит к увеличению MMEJ. [11] Эти опухоли сверхзависимы от MMEJ, поэтому подавление полимеразы тета приводит к существенной летальности. В большинстве типов клеток MMEJ вносит незначительный вклад в восстановление двухцепочечных разрывов. Сверхзависимость опухолей с дефицитом HR от MMEJ может представлять собой возможную мишень для лекарственных препаратов при лечении рака.
MMEJ всегда включает в себя вставки или делеции, так что это мутагенный путь. [12] Клетки с повышенным MMEJ могут иметь более высокую геномную нестабильность и предрасположенность к развитию рака, хотя это не было продемонстрировано напрямую.
Penaeus monodon — это морское ракообразное, широко употребляемое в пищу из-за своей пищевой ценности. Восстановление двухцепочечных разрывов в этом организме может происходить с помощью HRR, но NHEJ не обнаруживается. [13] В то время как HRR, по-видимому, является основным путем восстановления двухцепочечных разрывов, было также обнаружено, что MMEJ играет значительную роль в восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК. [13]