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Alt-NHEJ

Synonyme: alternative-NHEJ, alternative end joining, alt-EJ

1 Definition

Alt-NHEJ ist eine Sammelbezeichnung für mehrere Reparaturmechanismen, die DNA-Doppelstrangbrüche durch Verknüpfung der Enden durchführen, aber nicht der klassischen Nicht-homologen Endverknüpfung (c-NHEJ) entsprechen. Der Begriff wird oft ungenau als Synonym für Microhomology-mediated End-Joining verwendet.

2 Hintergrund

Doppelstrangbrüche in der DNA gehören zu den kritischsten Schäden für das Genom, da sie unrepariert zu massiven Umlagerungen in den Chromosomen führen können. Es treten beim Menschen pro Zellzyklus und Zelle ungefähr 50 Doppelstrangbrüche auf. Die Brüche können über zwei unterschiedliche Mechanismen repariert werden:

Die homologe Rekombination ist fehlerfrei, benötigt aber ein Schwesterchromatid als Vorlage und kann daher nur in der späteren S-Phase durchgeführt werden. Die Nicht-homologe Endverknüpfung ist unabhängig vom Zellzyklus, fügt jedoch ohne Rücksicht auf verlorengegangene DNA-Sequenzen die Stränge wieder zusammen. Beide Mechanismen besitzen ein unterschiedliches Ensemble an Proteinen, die den Doppelstrangbruch erkennen und die Reparatur vermitteln.

Neben diesen klassischen Reparaturwegen wurden jedoch weitere Varianten beschrieben, die dem NHEJ ähneln, aber essentielle Proteine nicht verwenden. Da die Abgrenzung dieser Prozesse sich als sehr schwierig gestaltet, werden sie als alternative-NHEJ oder alt-NHEJ zusammengefasst.

3 Abgrenzung zu NHEJ

Der klassische NHEJ ist durch die Präsenz von mehreren Proteinen charakterisiert: Dem Schadenssensor Ku70/Ku80, der Kinase DNA-PKcs, dem Gerüstprotein XRCC4 und der DNA-Ligase IV.

Als alt-NHEJ wird jeder Endverknüpfungsmechanismus bezeichnet, der ohne diese Faktoren stattfinden kann. Als wirklich distinkter Reparaturweg konnte bisher nur das Microhomology-mediated end joining (MMEJ) charakterisiert werden. Dies ist auch der Grund, warum alt-NHEJ und MMEJ oft synonym verwendet werden. Jedoch gilt als gesichert, dass es auch weitere, vom MMEJ unterscheidbare Endverknüpfungswege gibt, die bisher aber nicht zu einem vollständigen Mechanismus zusammengefügt werden konnten.[1]

4 Mechanismus

Generell lässt sich alt-NHEJ in drei Phasen unterteilen:

  1. Erkennung und Bindung des Doppelstrangbruchs
  2. Verarbeitung und Beschnitt der Strangenden
  3. Verknüpfung der Enden

Als wichtiges Protein, das hier die freien Strangenden erkennt, wurde PARP identifiziert. Im Gegensatz zum c-NHEJ werden danach die DNA-Termini stark zurückgeschnitten, sodass längere einzelsträngige Bereiche, ähnlich wie in der homologen Rekombination, entstehen. Eine weitere Parallele ist, dass dies ebenfalls durch Proteine der HR geschieht (MRN und CtIP). Diese einzelsträngigen Bereiche ermöglichen eine Anlagerung an homologen Sequenzen. Im Falle der MMEJ sind dies sehr kurze Abschnitte von ca. 10 bp. Als nächstes erfolgt die Abtrennung der dadurch seitlich abstehenden Bereiche (flap trimming) und der Verschluss des DNA-Rückgrats durch DNA-Ligase I oder DNA-Ligase III.[2]

5 Quellen

  1. Bennardo N, Cheng A, Huang N, Stark JM. Alternative-NHEJ Is a Mechanistically Distinct Pathway of Mammalian Chromosome Break Repair. Haber JE, ed. PLoS Genetics. 2008;4(6):e1000110. doi:10.1371/journal.pgen.1000110.
  2. Chiruvella KK, Liang Z, Wilson TE. Repair of Double-Strand Breaks by End Joining. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2013;5(5):a012757. doi:10.1101/cshperspect.a012757.

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