mini|Mechanismen der Homologie-gerichteten ReparaturC. Gelot, I. Magdalou, B. S. Lopez: Replication stress in Mammalian cells and its consequences for mitosis. In: Genes. Band 6, Nummer 2, Mai 2015, S. 267–298, , PMID 26010955, . Homology-directed Repair (‚Homologie-gerichtete Reparatur‘, HDR) bezeichnet einen Mechanismus der DNA-Reparatur von DNA-Schäden, welcher per homologer Rekombination Doppelstrangbrüche von DNA repariert.
Eigenschaften Doppelstrangbrüche entstehen durch ionisierende Strahlung, manche Chemotherapeutika oder als Fehler bei der DNA-Replikation.M. Valikhani, E. Rahimian, S. E. Ahmadi, R. Chegeni, M. Safa: Involvement of classic and alternative non-homologous end joining pathways in hematologic malignancies: targeting strategies for treatment. In: Experimental hematology & oncology. Band 10, Nummer 1, November 2021, S. 51, , PMID 34732266, . Unreparierte Doppelstrangbrüche können Genominstabilität, Tumorentstehung oder Zelltod verursachen.Q. Wu: Structural mechanism of DNA-end synapsis in the non-homologous end joining pathway for repairing double-strand breaks: bridge over troubled ends. In: Biochemical Society transactions. Band 47, Nummer 6, Dezember 2019, S. 1609–1619, , PMID 31829407. Im Vergleich zur Reparatur von Doppelstrangbrüchen per NHEJ ist die HDR vergleichsweise genau, aber weniger leistungsfähig.A. Shibata, P. A. Jeggo: Canonical DNA non-homologous end-joining; capacity versus fidelity. In: The British journal of radiology. Band 93, Nummer 1115, November 2020, S. 20190966, , PMID 31944860, . Zudem kommt HDR nicht bei ruhenden Zellen vor. NHEJ ist der häufiger vorkommende Mechanismus.S. L. Rulten, G. J. Grundy: Non-homologous end joining: Common interaction sites and exchange of multiple factors in the DNA repair process. In: BioEssays : news and reviews in molecular, cellular and developmental biology. Band 39, Nummer 3, März 2017, , PMID 28133776. Die fehlerhafte Reparatur von Doppelstrangbrüchen trägt zur Entstehung von Krebs bei. Unter den Reparaturmechanismen für Doppelstrangbrüche ist HDR vergleichsweise fehlerfrei.R. Ceccaldi, B. Rondinelli, A. D. D'Andrea: Repair Pathway Choices and Consequences at the Double-Strand Break. In: Trends in cell biology. Band 26, Nummer 1, Januar 2016, S. 52–64, , PMID 26437586, . Bei der CRISPR/Cas-Methode ist die HDR aufgrund der Genauigkeit die bevorzugte Form der DNA-Reparatur.M. Lu, S. Billerbeck: Improving homology-directed repair by small molecule agents for genetic engineering in unconventional yeast?-Learning from the engineering of mammalian systems. In: Microbial biotechnology. Band 17, Nummer 2, Februar 2024, S. e14398, , PMID 38376092, .M. Liu, S. Rehman, X. Tang, K. Gu, Q. Fan, D. Chen, W. Ma: Methodologies for Improving HDR Efficiency. In: Frontiers in genetics. Band 9, 2018, S. 691, , PMID 30687381, .H. Yang, S. Ren, S. Yu, H. Pan, T. Li, S. Ge, J. Zhang, N. Xia: Methods Favoring Homology-Directed Repair Choice in Response to CRISPR/Cas9 Induced-Double Strand Breaks. In: International Journal of Molecular Sciences. Band 21, Nummer 18, September 2020, , PMID 32899704, .S. A. Smirnikhina, M. I. Zaynitdinova, V. A. Sergeeva, A. V. Lavrov: Improving Homology-Directed Repair in Genome Editing Experiments by Influencing the Cell Cycle. In: International Journal of Molecular Sciences. Band 23, Nummer 11, Mai 2022, , PMID 35682671, .W. Sun, H. Liu, W. Yin, J. Qiao, X. Zhao, Y. Liu: Strategies for Enhancing the Homology-Directed Repair Efficiency of CRISPR-Cas Systems. In: The CRISPR journal. Band 5, Nummer 1, Februar 2022, S. 7–18, , PMID 35076280.
Ablauf Die HDR beginnt mit der Erkennung und Bindung des Schadens durch den MRN-Proteinkomplex aus MRE11, RAD50 und NBS1.N. Chatterjee, G. C. Walker: Mechanisms of DNA damage, repair, and mutagenesis. In: Environmental and molecular mutagenesis. Band 58, Nummer 5, Juni 2017, S. 235–263, , PMID 28485537, . Anschließend binden ATM-Kinase und TIP60, wobei die ATM-Kinase durch TIP60 aktiviert wird. Die aktivierte ATM-Kinase phosphoryliert daraufhin das Histon H2AX, welches danach MDC1 bindet. MDC1 wird daraufhin durch die ATM-Kinase phosphoryliert, wodurch die E3-Ubiquitinligasen RNF8 und RNF168 binden. RNF8 und RNF168 ubiquitinieren das Histon H2AX, wodurch 53BP1 und BRCA1 binden. In der S/G2-Phase des Zellzyklus (in der HDR der Hauptmechanismus zur Reparatur von Doppelstrangbrüchen ist) hemmt BRCA1 53BP1 und leitet die Ubiquitinierung von CtIP ein. Anschließend binden RPA und RAD51. Die Endonuclease im MRN-Proteinkomplex hydrolysiert einen der beiden Stränge in 5' zu 3'-Richtung unter Beteiligung der CtIP, wodurch ein 3'-Überhang der DNA entsteht. Im Anschluss erfolgt eine weitere Hydrolyse der DNA durch EXO1 oder BLM-Helikase mit DNA2. RPA bindet den einzelsträngigen 3'-Überhang, woraufhin RAD51 ebenfalls bindet, gefolgt von BRCA2 und PALB2 und eine D-Loop im DNA-Doppelstrang ausbilden. RAD54 und RAD54B entfernen RAD51 von der DNA, woraufhin der Einzelstrang als Korrekturvorlage an den Doppelstrang bindet und die DNA-Polymerasen δ, κ and ν am 3'-Ende DNA synthetisieren. Wenn die Synthese nach einer kurzen Sequenz endet (wie bei der SDSA), löst RTEL1 die D-Loop auf. Andernfalls wird die Holliday-Struktur durch einen Proteinkomplex aus BLM, TOPOIII, RMI1 und RMI2 gebunden, gefolgt von der Endonuklease GEN1 und dem Proteinkomplex aus MUS81 und EME1 sowie dem Proteinkomplex aus SLX1 und SLX4.
Einzelnachweise
Kategorie:DNA-Reparatur Kategorie:Biologischer Prozess