Wie funktioniert Non Homologous End Joining (NHEJ)?

Eine nicht homologe Endverbindung führt tatsächlich zu Fehlern in der betroffenen Sequenz. Aber Sie müssen bedenken, dass NHEJ ein Notfall-Reparaturmechanismus ist, der eine „Reparatur oder Tod“-Chance beinhaltet. Wenn der Chromosomenbruch nicht repariert wird, ist es nicht unwahrscheinlich, dass die Zelle in Apoptose gerät oder, noch schlimmer, sich zu einer Krebszelle entwickelt. Das Einführen kleiner Fehler ist im Vergleich dazu ein relativ geringer Preis, obwohl dies immer noch Gene oder regulatorische Sequenzen stören kann. Für den Mechanismus werfen Sie einen Blick auf die Abbildung (aus der ersten Referenz):

Weitere Informationen finden Sie im Wikipedia-Artikel über NHEJ und/oder in den folgenden Referenzen:

1. Der Mechanismus der menschlichen nichthomologen DNA-Endverbindung.
2. Der Mechanismus der Doppelstrang-DNA-Bruchreparatur durch den nichthomologen DNA-Endverbindungsweg.

NHEJ ist in der Tat fehleranfällig. Es wird als "nicht-homolog" bezeichnet, weil es keine "homologe" Vorlage von einem anderen sequenzübereinstimmenden DNA-Stück verwendet, um die Reparatur zu steuern. Homologe Reparaturen vermeiden das Verursachen von Mutationen, da der ähnliche DNA-Strang als Vorlage dient, damit die Zelle weiß, welche Buchstaben sie in die Lücke einfügen muss. Wenn es keine Vorlage gibt, kann die Reparaturmaschinerie nicht wissen, welche spezifischen Buchstaben zu verwenden sind ... daher die Mutationen in NHEJ.

Interessanterweise wird dieses NHEJ-Phänomen genutzt, um den aktuellen Stand der Technik in der Gentechnik voranzutreiben: CRISPR/Cas9-RNA-gesteuerte Endonukleasen. Wenn Sie einen Doppelstrang-DNA-Bruch in der Nähe des Anfangs der proteinkodierenden Sequenz eines Gens verursachen, wird dieser Bruch mit NHEJ repariert, wodurch eine „Indel“-Mutation (Insertion oder Deletion) auftritt. Das Einfügen oder Löschen von Buchstaben in die codierende Sequenz eines Gens führt zu einer "Rahmenverschiebung", bei der die 3-Buchstaben-Codons, die der Zelle mitteilen, welche Aminosäuren verwendet werden sollen, alle durcheinander geraten, da das normale 3-3-3-3-3- 3-3-Muster ist gestört. Auf diese Weise können wir Gene ausschalten, auf die wir abzielen möchten: Verursachen Sie einfach mit CRISPR einen Frameshift in diesem Gen.

Wenn wir etwas mittels Genom-Editierung einfügen wollen, brauchen wir eine „homologiegesteuerte Reparatur“ – wir geben das CRISPR zusammen mit einer anderen Reihe von Nukleotiden, die mit den Reihen übereinstimmt, die die Stelle flankieren, an der wir schneiden, mit einer neuen Sequenz in der Mitte. Wenn CRISPR also den Schnitt durchführt, haftet unsere homologe Schablone an den Seiten des Schnitts, und das Mittelstück liefert der Zelle eine Blaupause für das Einfügen oder Bearbeiten, das wir vornehmen möchten.

Sie werden also sehen, wenn Sie darüber nachdenken, dass die "Homologie", die NHEJ fehlt, der Strang ist, der als Reparaturvorlage verwendet wird, und durch Manipulation dieser natürlichen DNA-Reparaturprozesse, die homologe Vorlagen verwenden können oder nicht, haben wir a mögliche Methode zum An- und Abschalten, Editieren oder Einfügen von Genen. Das bedeutet, dass NHEJ nicht mehr nur ein biologischer Prozess ist, sondern eine Ingenieurtechnik.