Nehomologno povezovanje koncev

Procesiranje koncev

Glede na naravo zloma DNA molekule so potrebni različni encimi, ki so sposobni procesirati DNA konce: odstranjevati DNA konce, zapolniti presledke v DNA, odstraniti končne skupine, ki blokirajo konce in jih narediti povezljive. Encimi, ki sodelujejo pri procesiranju koncev v NHEJ poti, so Artemis, PNKP, APLF, Polimerazi μ in λ, Werner (WRN), aprataksin in Ku. Potrebne encime na nepovezljive konce usmeri Ku-XRCC4 kompleks.

Vrste DSB

Pri zlomu dvojne vijačnice lahko pride ohranjenega 3' fosfatnega ali 5' hidroksilnega konca. DNA na koncih lahko utrpi tudi poškodbe nukleotidov, najpogosteje oksidirane baze ter več abazičnih (AP) mest, t.j. mest na DNA, ki nimajo niti purinskih, niti pirimidinskih baz. Konci se lahko zvijejo v sekundarne strukture, na primer lasnične zanke, ali pa, ko se par koncev poravna, pride do neujemanj v nukleotidnem zaporedju, presledkov in »flap« struktur. Klasične ligaze teh kompleksnih koncev ne morejo spojiti in potrebni so dodatni popravljalni mehanizmi.

Popravljalni mehanizmi

3' fosfatne in 5' hidroksilne konce popravlja encim PNKP, ki ima hkrati kinazno in fosfatazno aktivnost. S svojo kinazno domeno doda fosfatno skupino na 5' OH in s fosfatazno domeno s 3' konca odstrani fosfat. Tako ustvari povezljiva konca, ki jih lahko združi DNA ligaza IV. Aprataksin je nukleotidna hidrolaza, ki odstranjuje adenilatne skupine, kovalentno vezane na 5' fosfatni konec. Ku protein ima liazno aktivnost in je sposoben izrezati AP mesta, blizu mesta zloma.

Najbolje poznan encim, ki sodeluje pri rezanju DNA koncev, je Artemis. Ima več različnih nukleolitskih aktivnosti, vključno s 5' proti 3' endonukleazno aktivnostjo, ki odreže 5' lepljivi konec in katere rezultat je dvoverižni topi konec. Artemis lahko odstrani tudi 3' fosfoglikolatne skupine z DNA koncev in odpre 5' proti 3' lasnične zanke. Artemis postane endonukleazno aktiven šele po tvorbi kompleksa in fosforilaciji z DNA-PKcs. Endo- in eksonukleazno aktivnost ima še mnogo encimov, ki sodelujejo pri NHEJ. WNR na primer deluje kot 3' prot 5' eksonukleaza in APLF kot 3' proti 5' endonukleaza.

Med samim zlomom in z nadaljnjim rezanjem koncev v DNA nastanejo presledki. Te zapolnjujeta polimerazi μ in λ. Polimeraza μ izvaja matrično-odvisno sintezo manjkajočih ali poškodovanih nukleotidov. Polimerizira torej na koncih, ki sta delno komplementarna. Polimeraza λ pa ima od matrike neodvisno aktivnost in liazno aktivnost, ki ji omogoča odstranjevanje poškodovanih baz

Klinični pomen nehomolognega povezovanja koncev

Popravljanje DSB z NHEJ pogosto vodi do kratkih insertov ali delecij na mestu zloma. Ta lastnost je vodila k uporabi NHEJ v zdravljenju osebkov, okuženih z virusom HIV. V T-celicah so delovali z nukleazo, zasnovano, da reže v CCR5 regiji gena, ki kodira za koreceptor za virus HIV. Popravilo zloma z NHEJ je ustvarilo celice z mutacijo v CCR5 regiji, ki so bile odporne na infekcijo z virusom. Pomembno je bilo tudi odkritje, da je NHEJ nadpovprečno aktiven v rakavih celicah, za katere je splošno značilna genomska nestabilnost. Genomska nestabilnost je vzrok za invazivnost in hiter razvoj tumorskih celic. Raziskava je pokazala, da inhibicija DNA ligaze IV resnično ovira širjenje tumorjev pri rakavih miših. Ti podatki kažejo na pomembnost NHEJ v celici in na možnost širše uporabe agentov, sodelujočih pri NHEJ, v medicinske namene.