إصلاح استئصال القاعدة

تُعدّ إنزيمات غليكوزيلاز الحمض النووي مسؤولة عن التعرّف الأولي على التلف. فهي تقلب القاعدة التالفة خارج اللولب المزدوج، كما هو موضح في الصورة، وتقطع الرابطة N-غليكوزيدية للقاعدة التالفة، تاركةً موقع AP . يوجد نوعان من إنزيمات الغليكوزيلاز: أحادية الوظيفة وثنائية الوظيفة. تمتلك إنزيمات الغليكوزيلاز أحادية الوظيفة نشاط غليكوزيلاز فقط، بينما تمتلك إنزيمات الغليكوزيلاز ثنائية الوظيفة أيضًا نشاط AP lyase . لذلك، تستطيع إنزيمات الغليكوزيلاز ثنائية الوظيفة تحويل تلف القاعدة إلى كسر في السلسلة المفردة دون الحاجة إلى إنزيم AP endonuclease . ينتج عن إزالة موقع AP بواسطة إنزيم غليكوزيلاز-لياز ألدهيد غير مشبع α،β في الطرف 3' مجاور لمجموعة فوسفات في الطرف 5'، وهو ما يختلف عن ناتج قطع إنزيم AP endonuclease. ^{[ 5 ]} يمكن لبعض إنزيمات غليكوزيلاز-لياز أن تُجري عملية حذف دلتا، التي تُحوّل مجموعة الألدهيد 3' إلى مجموعة فوسفات 3'. وقد تطورت مجموعة واسعة من إنزيمات الغليكوزيلاز للتعرف على قواعد تالفة مختلفة. ومن أمثلة إنزيمات غليكوزيلاز الحمض النووي: Ogg1 ، الذي يتعرف على 8-أوكسوجوانين، و MPG ، الذي يتعرف على 3-ميثيل أدينين، و UNG ، الذي يُزيل اليوراسيل من الحمض النووي.

تقوم إنزيمات AP الداخلية بقطع موقع AP لإنتاج مجموعة هيدروكسيل 3' مجاورة لمجموعة ديوكسي ريبوز فوسفات 5' (dRP). تُقسم إنزيمات AP الداخلية إلى عائلتين بناءً على تشابهها مع إنزيمات AP الداخلية البكتيرية الأصلية، وهما إندونوكلياز IV وإكسونوكلياز III . ^{[ 6 ]} تمتلك العديد من حقيقيات النوى أفرادًا من كلتا العائلتين، بما في ذلك خميرة Saccharomyces cerevisiae ، حيث يُعد Apn1 نظيرًا لـ EndoIV، بينما يرتبط Apn2 بـ ExoIII. في البشر، تم تحديد إنزيمين داخليين من عائلة AP، وهما APE1 و APE2 . ^{[ 7 ]} وهو ينتمي إلى عائلة ExoIII.

لكي يحدث الربط، يجب أن يحتوي كسر سلسلة الحمض النووي على مجموعة هيدروكسيل في نهايته 3' ومجموعة فوسفات في نهايته 5' . في البشر، يُعزز إنزيم كيناز-فوسفاتاز عديد النوكليوتيد ( PNKP ) تكوين هذه النهايات أثناء إصلاح استئصال القاعدة (BER). يحتوي هذا البروتين على نطاق كيناز، يقوم بفسفرة نهايات الهيدروكسيل 5'، ونطاق فوسفاتاز، يقوم بإزالة الفوسفات من نهايات 3'. تعمل هذه الأنشطة مجتمعةً على تهيئة كسور السلسلة المفردة ذات النهايات التالفة للربط. تشارك إنزيمات AP الداخلية أيضًا في معالجة النهاية 3'. بالإضافة إلى فتح مواقع AP، تمتلك هذه الإنزيمات نشاط فوسفودايستراز 3' ويمكنها إزالة مجموعة متنوعة من آفات 3' بما في ذلك الفوسفات والفوسفوجليكولات والألدهيدات. يجب أن تحدث معالجة النهاية 3' قبل أن يبدأ تخليق الحمض النووي لأن بوليميرازات الحمض النووي تتطلب وجود مجموعة هيدروكسيل 3' للتمدد منها.

يُعد بوليميراز بيتا (Pol β) البوليميراز البشري الرئيسي الذي يحفز إصلاح قاعدة الحمض النووي قصير المدى (BER)، بينما يستطيع بوليميراز لامدا (pol λ) التعويض في حال غيابه. ^{[ 8 ]} تنتمي هذه البوليميرازات إلى عائلة بوليميراز X (Pol X) ، وعادةً ما تُدخل نيوكليوتيدًا واحدًا فقط. بالإضافة إلى نشاط البوليميراز، تحتوي هذه الإنزيمات على نطاق لياز يُزيل الطرف 5' dRP المتبقي بعد انقسام إنزيم AP الداخلي. خلال إصلاح قاعدة الحمض النووي طويل المدى (BER)، يُعتقد أن تخليق الحمض النووي يتم بوساطة بوليميراز دلتا (pol δ ) وبوليميراز إبسيلون (pol ε) إلى جانب عامل استمرارية النسخ PCNA ، وهي نفس البوليميرازات التي تُجري تضاعف الحمض النووي . تُجري هذه البوليميرازات تخليقًا إزاحيًا، أي أن الطرف 5' من الحمض النووي يُزاح لتشكيل رفرف (انظر الرسم التوضيحي أعلاه). يستطيع بوليميراز بيتا (Pol β) أيضًا إجراء تخليق إزاحي طويل المدى، وبالتالي يُمكنه المشاركة في أي من مساري إصلاح قاعدة الحمض النووي. ^{[ 9 ]} عادةً ما يُدخل التخليق طويل المدى من 2 إلى 10 نيوكليوتيدات جديدة.

يزيل إنزيم FEN1 الطرف 5' المتكوّن أثناء إصلاح قاعدة الحمض النووي بتقنية الرقعة الطويلة. يُظهر هذا الإنزيم الداخلي ميلًا قويًا للطرف 5' الطويل المجاور لطرف 3' أحادي النوكليوتيد. ^{[ 10 ]} نظير FEN1 في الخميرة هو RAD27 . بالإضافة إلى دوره في إصلاح قاعدة الحمض النووي بتقنية الرقعة الطويلة، يقوم FEN1 بقطع الأطراف ذات البنية المشابهة أثناء معالجة قطع أوكازاكي ، وهي خطوة مهمة في تضاعف الحمض النووي للخيط المتأخر .

يحفز إنزيم ربط الحمض النووي III، إلى جانب العامل المساعد XRCC1 ، خطوة إغلاق الشق في إصلاح استئصال القاعدة قصير المدى لدى البشر. ^{[ 11 ] [ 12 ]} بينما يقوم إنزيم ربط الحمض النووي I بربط الكسر في إصلاح استئصال القاعدة طويل المدى. ^{[ 13 ]}

إنزيم MBD4 (بروتين نطاق ربط ميثيل-CpG 4) هو جليكوزيلاز يُستخدم في الخطوة الأولى من إصلاح استئصال القاعدة. يرتبط بروتين MBD4 بشكل تفضيلي بمواقع CpG الميثيلية بالكامل وبقواعد الحمض النووي المتغيرة في تلك المواقع. تنشأ هذه القواعد المتغيرة من التحلل المائي المتكرر للسيتوزين إلى يوراسيل (انظر الصورة) وتحلل 5-ميثيل سيتوزين إلى ثايمين، مما ينتج عنه أزواج قواعد G:U و G:T. ^{[ 16 ]} إذا لم تتم إزالة اليوراسيل أو الثايمين غير الصحيحة في أزواج القواعد هذه قبل تضاعف الحمض النووي، فإنها ستسبب طفرات انتقالية . يحفز MBD4 تحديدًا إزالة T و U المقترنة بالجوانين (G) داخل مواقع CpG. ^{[ 17 ]} تُعدّ هذه وظيفة إصلاحية مهمة، إذ يحدث حوالي ثلث جميع الطفرات أحادية القاعدة داخل الجينات في سرطانات الإنسان في ثنائيات نيوكليوتيدات CpG، وهي ناتجة عن تحولات من G:C إلى A:T. ^{[ 17 ] [ 18 ]} تُشكّل هذه التحولات الطفرات الأكثر شيوعًا في سرطان الإنسان. على سبيل المثال، ما يقرب من 50% من الطفرات الجسدية في جين كابت الورم p53 في سرطان القولون والمستقيم هي تحولات من G:C إلى A:T ضمن مواقع CpG. ^{[ 17 ]} وبالتالي، فإن انخفاض التعبير عن MBD4 قد يؤدي إلى زيادة في الطفرات المسرطنة .

ينخفض ​​التعبير عن جين MBD4 في جميع أورام القولون والمستقيم تقريبًا نتيجةً لمثيلة منطقة المحفز الخاصة به. ^{[ 19 ]} كما يُعاني حوالي 4% من سرطانات القولون والمستقيم من نقص في MBD4 بسبب الطفرات. ^{[ 20 ]}

تُظهر غالبية المناطق الطبيعية نسيجياً المحيطة بالأورام (الأورام الغدية وسرطانات القولون) في القولون انخفاضاً في التعبير عن جين MBD4 ( خلل في المنطقة ) مقارنةً بالأنسجة الطبيعية نسيجياً لدى الأفراد الذين لم يُصابوا بأي ورم في القولون. ^{[ 19 ]} تشير هذه النتيجة إلى أن إسكات جين MBD4 عبر آليات فوق جينية يُعد خطوة مبكرة في التسرطن القولوني المستقيمي .

في دراسة أجريت على السكان الصينيين، ارتبط تعدد الأشكال الجينية MBD4 Glu346Lys بانخفاض خطر الإصابة بسرطان عنق الرحم بنسبة 50% تقريبًا، مما يشير إلى أن التغيرات في MBD4 قد تكون مهمة في السرطان. ^{[ 21 ]}

يتعرف إنزيم NEIL1 على قواعد معينة متضررة بالأكسدة ويزيلها ، ثم يقطع الموقع الخالي من القاعدة عبر تفاعل حذف β،δ، تاركًا نهايات فوسفاتية 3′ و5′. يتعرف NEIL1 على البيريميدينات المؤكسدة ، والفورماميدوبيريميدينات، وبقايا الثايمين المؤكسدة عند مجموعة الميثيل، وكلا المتصاوغين الفراغيين لثايمين جليكول . ^{[ 22 ]} يبدو أن أفضل الركائز لإنزيم NEIL1 البشري هي آفات الهيدانتوين ، والجوانيدينوهيدانتوين، والسبيروإيمينوديهيدانتوين، وهي نواتج أكسدة إضافية لـ 8-أوكسو غوانوزين . كما أن NEIL1 قادر على إزالة الآفات من الحمض النووي أحادي السلسلة، وكذلك من تراكيب الحمض النووي الفقاعية والمتشعبة. يؤدي نقص NEIL1 إلى زيادة الطفرات في موقع زوج 8-oxo-Gua:C، حيث تكون معظم الطفرات عبارة عن تحولات من G:C إلى T:A. ^{[ 23 ]}

أظهرت دراسة أجريت عام ٢٠٠٤ أن ٤٦٪ من سرطانات المعدة الأولية تعاني من انخفاض في التعبير عن الحمض النووي الريبوزي المرسال (mRNA) لجين NEIL1 ، على الرغم من أن آلية هذا الانخفاض لم تكن معروفة. ^{[ ٢٤ ]} كما وجدت هذه الدراسة أن ٤٪ من سرطانات المعدة تحمل طفرات في جين NEIL1. وأشار الباحثون إلى أن انخفاض نشاط NEIL1 الناتج عن انخفاض التعبير و/أو الطفرات في هذا الجين غالباً ما يكون له دور في التسرطن المعدي.

أُجري فحصٌ لـ 145 جينًا من جينات إصلاح الحمض النووي للكشف عن مثيلة المحفز الشاذة في أنسجة سرطان الخلايا الحرشفية في الرأس والرقبة (HNSCC) من 20 مريضًا، ومن عينات الغشاء المخاطي للرأس والرقبة من 5 مرضى غير مصابين بالسرطان. ^{[ 25 ]} أظهر هذا الفحص أن جين NEIL1، الذي يتميز بزيادة ملحوظة في فرط المثيلة، كان الأكثر اختلافًا في معدل المثيلة. علاوة على ذلك، ارتبط فرط المثيلة بانخفاض في التعبير عن mRNA الخاص بجين NEIL1. كما أظهرت دراسة أخرى أجريت على 135 نسيجًا ورميًا و38 نسيجًا طبيعيًا أن 71% من عينات أنسجة سرطان الخلايا الحرشفية في الرأس والرقبة (HNSCC) تحتوي على نسبة مرتفعة من مثيلة محفز جين NEIL1. ^{[ 25 ]}

عند تقييم 8 جينات لإصلاح الحمض النووي في أورام سرطان الرئة ذي الخلايا غير الصغيرة ، تبين أن 42% منها مُفرطة المثيلة في منطقة المحفز لجين NEIL1. ^{[ 26 ]} وكان هذا أكثر خلل في إصلاح الحمض النووي شيوعًا بين الجينات الثمانية التي تم اختبارها. كما كان NEIL1 واحدًا من ستة جينات لإصلاح الحمض النووي وُجد أنها مُفرطة المثيلة في مناطق المحفز الخاصة بها في سرطان القولون والمستقيم . ^{[ 27 ]}