塩基除去修復とヌクレオチド除去修復の違いとは?

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塩基除去修復とヌクレオチド除去修復の大きな違いは、塩基除去修復経路は傷ついた塩基のみを修正する非嵩高な病変であるのに対し、ヌクレオチド除去修復経路は病変とともに短い一本鎖のDNAセグメントを除去して嵩高いDNA付加を修正することである

さらに、塩基除去修復機構は、主に脱アミノ化、アルキル化、酸化によって生じる修飾を処理する。

しかし、塩基除去修復は、主に紫外線によって引き起こされるチミンダイマーや6,4-光産物を含むDNA損傷を処理する。

つまり、塩基除去修復とヌクレオチド除去修復は、3種類の除去修復経路のうちの2つであり、DNA損傷を修復する経路です。

一般に、DNA損傷は変異原、化学物質、放射線などの結果として起こりうる。

また、多くの病気や癌の原因ともなっている。

主な対象分野

  1. 塩基除去修復とは
         – 定義、プロセス、重要性
  2. ヌクレオチド切断修復とは?
         – 定義、プロセス、重要性
  3. 塩基除去修復とヌクレオチド除去修復の類似点とは?
         – 共通点の概要
  4. 塩基除去修復とヌクレオチド除去修復の違いとは?
         – 主な違いの比較

この記事の重要な単語

塩基除去修復、DNA付加物、DNA損傷、除去修復、ヌクレオチド除去修復

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塩基損傷の修復とは

塩基除去修復(BER)は、化学物質や変異原によって引き起こされた、小さくてヘリックスを歪めないDNA損傷を除去する、除去修復機構の一つです。

したがって、塩基除去修復の大きな特徴の一つは、小さな傷害を修復することである

ここで、この種の損傷は、DNA中の相補的な塩基の水素結合や塩基対形成に影響を与える。

その結果、塩基対形成のミスによる突然変異を引き起こしたり、複製時にDNAの切断を引き起こしたりする可能性がある

 一般に、一塩基の変化をもたらすDNAの化学損傷のメカニズムには、アルキル化、脱アミノ化、酸化の3つがあります。

図1: 塩基除去修復機構

さらに、DNAグリコシラーゼは、DNAの損傷を認識し、損傷した塩基を二重らせんから反転させてAPサイトを形成し、塩基除去修復の開始を担う酵素です。

次に、APエンドヌクレアーゼがAP部位を切断し、5′デオキシリボースリン酸(dRP)に隣接した3′OHを残す。

その後、生じた一本鎖切断は、1個のヌクレオチドを置換するショートパッチとして進行する場合と、2〜10個のヌクレオチドを置換するロングパッチとして進行する場合とがあります。

その後、ショートパッチの触媒はpol βが、ロングパッチの触媒はpol δとpol εが担当する。

例えば、フラップエンドヌクレアーゼであるFEN1は、ロングパッチで生じた5′フラップを除去する。

最後に、ショートパッチではDNAリガーゼIIIがニックを封鎖し、ロングパッチではDNAリガーゼIがニックを封鎖する。

ヌクレオチドエクシジョンリペアとは

ヌクレオチド除去修復(NER)は、主に紫外線によって引き起こされる、かさ高いDNA損傷やヘリックスを歪ませるDNA損傷の除去を行う、もう一つの除去修復機構です。

BERと比較して、NERはチミン二量体や6,4-光産物のようなかさ高いDNA付加物を修復することが特徴です。

さらに、塩基除去修復のように数塩基を除去するのではなく、一本鎖DNAの短い断片を除去することが大きな特徴です。

最終的には、DNAポリメラーゼが相補鎖の塩基にしたがって欠損した断片を再合成する。

図2:ヌクレオチドエクスキジョンリペア

さらに、ヌクレオチドエクスキジョン・リペアには、2つの経路があります。

この2つの経路の主な違いは、DNA損傷をどのように認識するかです。

しかし、損傷の切り出し、修復、ライゲーションは両経路とも同様に進行する。

基本的に、グローバルゲノムNERでは、DNA損傷結合(DDB)とXPC-Rad23B複合体が、DNA損傷の認識を担っている。

一方、転写結合型NERでは、RNAポリメラーゼがDNAの損傷で停止することにより修復機構が開始される。

 その後、TFIIHが二重の切り込みを担当し、XPGとXPF-ERCC1が傷の切除を行う。

最後に、pol δ、ε、κによって元の塩基配列に戻された後、DNAリガーゼIとFEN1またはDNAリガーゼIIIによって傷口が封鎖される。

塩基除去修復とヌクレオチド除去修復の類似性

  • 塩基除去修復とヌクレオチド除去修復は、3つの除去修復機構のうちの2つであり、3つ目はDNAミスマッチ修復(MMR)です。
  • いずれの機構も、化学物質や放射線、変異原などによって生じたDNA損傷を修復する。
  • 一般に、DNA損傷はDNAの構造変化を引き起こし、複製機構が正しく機能しなくなる。
  • そのため、DNA損傷は多くの病気や癌の原因となる可能性があります。
  • DNA損傷修復機構は、いずれも損傷したDNA鎖を切断し、残った相補的なDNA鎖に従って再合成を行う一本鎖損傷修復機構です。
  • ここでは、酵素やタンパク質複合体が損傷したDNAを除去し、DNAポリメラーゼが除去されたDNAを再合成する役割を担っています。最後に、ロングパッチの場合はDNAリガーゼIとFEN1、ショートパッチの場合はDNAリガーゼIIIがニックを封鎖する。

塩基除去修復とヌクレオチド除去修復の違い

定義

塩基除去修復(Base Excision Repair)とは、ゲノムに生じた小さな非ヘリックス性の塩基損傷を除去することにより、損傷したDNAを修復する細胞機構であり、核酸除去修復とは、特に紫外線によって生じたDNA損傷を除去するのに重要なDNA修復機構を指す。

DNA損傷の種類

塩基除去修復は小さく、らせんを歪めない損傷を修正し、ヌクレオチド除去修復は大きく、らせんを歪ませる損傷を修正する。

DNA損傷の種類とその例

塩基除去修復機構は主に脱アミノ、アルキル化、酸化による損傷を処理し、ヌクレオチド除去修復は主に紫外線によるDNA損傷を処理する。

変更の内容

塩基除去修復は主に化学的な損傷を修正し、水素結合や規則的な塩基対形成に影響を与える。

DNAダメージの原因

塩基除去修復は内因性変異原による損傷を修正し、ヌクレオチド除去修復は外因性変異原による損傷を修正する。

DNA損傷の除去

塩基除去修復では、DNAグリコシラーゼとAPエンドヌクレアーゼがDNA損傷の認識と除去を、ヌクレオチド除去修復では、DDBとXPC-Rad23Bなどのタンパク質がDNA損傷の認識とXPGとXPF-ERCC1が除去を担っている。

DNAダメージの除去

塩基除去修復では数個の塩基が除去され、ヌクレオチド除去修復では短い一本鎖の断片がDNAの損傷とともに除去される。

疾患名

塩基除去修復機構の異常は癌の発生に寄与し、ヌクレオチド除去修復機構の異常は色素性乾皮症やコケイン症候群を引き起こす可能性がある

結論

塩基除去修復は、化学物質や変異原によって引き起こされたDNA損傷の除去を担う除去修復機構の一種である

一般に、この種のDNA損傷は小さく、らせん状に変形することもない。

また、除去するために、修復機構は損傷を受けた塩基のみを除去する。

一方、ヌクレオチド除去修復は、主に紫外線によって引き起こされるDNA損傷の除去を担う、もう一つのタイプの除去修復機構です。

しかし、それらはヘリックスを歪めるようなかさ高い損傷です。

一方、ヌクレオチド除去修復機構は、損傷と一緒にDNAの短い断片を除去し、後でDNAポリメラーゼによって再合成される。

したがって、塩基除去修復とヌクレオチド除去修復の大きな違いは、修復するDNA損傷の種類とその修復機構にある。

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