ربط النهايات بوساطة التماثل الجزئي

يُعدّ الربط النهائي بوساطة التماثل الجزئي ( MMEJ )، المعروف أيضًا باسم الربط النهائي غير المتماثل البديل ( Alt-NHEJ )، أحد مسارات إصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوجة . وكما استعرضه ماكفي ولي ^{[ 1 ]} ، فإنّ السمة المميزة الرئيسية لـ MMEJ هي استخدام تسلسلات متماثلة جزئيًا أثناء محاذاة النهايات المكسورة قبل الربط، مما يؤدي إلى حذف أجزاء من الحمض النووي على جانبي الكسر الأصلي. ويرتبط MMEJ غالبًا بتشوهات الكروموسومات مثل الحذف، والانتقالات، والانقلابات، وغيرها من عمليات إعادة الترتيب المعقدة.

توجد مسارات متعددة لإصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوجة، وأهمها الربط غير المتجانس للأطراف (NHEJ)، وإعادة التركيب المتجانس (HR)، والربط المتجانس الدقيق للأطراف (MMEJ). يربط الربط غير المتجانس للأطراف طرفي الانقطاع مباشرةً، وهو دقيق نسبيًا، على الرغم من حدوث إدخالات أو حذف صغيرة (عادةً أقل من بضعة نيوكليوتيدات) أحيانًا. أما إعادة التركيب المتجانس، فهي دقيقة للغاية، وتستخدم الكروماتيد الشقيق كقالب لإصلاح الانقطاع المزدوج بدقة. يتميز الربط المتجانس الدقيق للأطراف عن آليات الإصلاح الأخرى باستخدامه لتسلسلات متجانسة دقيقة لمحاذاة السلاسل المكسورة. ينتج عن ذلك حذف متكرر، وأحيانًا إدخالات، أكبر بكثير من تلك التي ينتجها الربط غير المتجانس للأطراف . الربط المتجانس الدقيق للأطراف مستقل تمامًا عن الربط غير المتجانس للأطراف التقليدي، ولا يعتمد على عوامل الربط غير المتجانس للأطراف الأساسية، مثل بروتين Ku ، أو DNA-PK ، أو Ligase IV. ^{[ 2 ]}

في آلية إصلاح انقطاع الحمض النووي المزدوج (DSB) المعتمدة على النيوكلياز (MRE)، يبدأ إصلاح انقطاع الحمض النووي المزدوج عن طريق استئصال النهاية، تاركًا نهايات أحادية السلسلة بارزة. ^{[ 3 ]} تتحد هذه النهايات الأحادية السلسلة عند مناطق التماثل الجزئي، وهي مناطق قصيرة من التكامل، غالبًا ما تتراوح بين 5 و25 زوجًا من القواعد، بين السلسلتين. يوجد شكل متخصص من آلية إصلاح انقطاع الحمض النووي المزدوج، يُسمى إصلاح انقطاع الحمض النووي المزدوج بوساطة بوليميراز ثيتا (TMEJ)، وهو قادر على إصلاح الانقطاعات باستخدام زوج واحد أو أكثر من التماثل. ^{[ 4 ] [ 5 ]} يمتلك نطاق الهيليكاز في بوليميراز الحمض النووي ثيتا نشاطًا لربط السلسلة الأحادية يعتمد على الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، وقد يُعزز ربط مناطق التماثل الجزئي. ^{[ 6 ]} بعد الربط، تُزال أي قواعد بارزة (زوائد) بواسطة نيوكليازات مثل Fen1، ويتم ملء الفجوات بواسطة بوليميراز الحمض النووي ثيتا. ^{[ 7 ]} تُسهم قدرة بوليميراز ثيتا على ملء الفجوات في تثبيت عملية التزاوج بين النهايات ذات التكامل الأدنى. وإلى جانب آثار التماثل الجزئي، تتضمن البصمة الطفرية لبوليميراز ثيتا أيضًا إدخالات مُنْقَطَة (نادرة)، يُعتقد أنها ناتجة عن امتداد مُجهَض يعتمد على القالب، يليه إعادة التزاوج عند تسلسلات متماثلة ثانوية. ^{[ 5 ]}

يكون إصلاح MMEJ منخفضًا في طوري G0/G1، ولكنه يزداد خلال طوري S وG2 من دورة الخلية. ^{[ 3 ]} في المقابل، يعمل NHEJ طوال دورة الخلية، بينما لا يعمل إعادة التركيب المتماثل (HR) إلا في أواخر طور S وG2.

يُعدّ اختيار المسار المُستخدم لإصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوجة عمليةً معقدة. في معظم الحالات، يُمثّل مسار MMEJ نسبةً ضئيلة (10%) من إصلاح هذه الانقطاعات، لا سيما في الحالات التي يتم فيها استئصال الانقطاع ولكن لا يتوفر كروماتيد شقيق لإعادة التركيب المتماثل. ^{[ 3 ]} تُظهر الخلايا التي تعاني من نقص في مسار NHEJ الكلاسيكي أو مسار HR عادةً زيادةً في مسار MMEJ. تعمل عوامل إعادة التركيب المتماثل البشرية على تثبيط مسار MMEJ المُسبب للطفرات بعد استئصال الانقطاع المزدوج. ^{[ 8 ]}

يُظهر نظام التحليل الكيميائي الحيوي أن ستة جينات على الأقل ضرورية لعملية ربط نهايات الحمض النووي بوساطة التماثل الجزئي: FEN1 ، و Ligase III ، وMRE11 ، وNBS1 ، و PARP1، و XRCC1 . ^{[ 9 ]} وتزداد مستويات التعبير عن هذه الجينات الستة في واحد أو أكثر من أنواع السرطان. في البشر، يلعب بوليميراز الحمض النووي ثيتا، المُشفَّر بواسطة جين POLQ، دورًا محوريًا في عملية ربط نهايات الحمض النووي بوساطة التماثل الجزئي. ^{[ 7 ]} يستخدم بوليميراز ثيتا نطاقه الحلزوني لإزاحة بروتين التضاعف A (RPA) من نهايات الحمض النووي وتعزيز عملية التزاوج بالتماثل الجزئي. ^{[ 6 ]} كما يستخدم بوليميراز ثيتا نشاطه البوليميرازي لإجراء عملية ملء الفراغات، مما يُساعد على تثبيت النهايات المزدوجة.

إن إنزيم الهيليكاز Q، المحفوظ في البشر، ضروري لعملية MMEJ المستقلة عن بوليميراز ثيتا، كما هو موضح باستخدام تحليلات البصمة الطفرية في Caenorhabditis elegans . ^{[ 10 ]}

يعاني ما يقارب نصف حالات سرطان المبيض من نقص في إعادة التركيب المتماثل (HR). وتؤدي هذه الأورام التي تعاني من نقص في إعادة التركيب المتماثل إلى زيادة في تنظيم بوليميراز ثيتا (POLQ)، مما ينتج عنه زيادة في آلية إصلاح الحمض النووي المتماثل (MMEJ). ^{[ 11 ]} وتعتمد هذه الأورام بشكل مفرط على آلية إصلاح الحمض النووي المتماثل، لذا فإن تثبيط بوليميراز ثيتا يؤدي إلى موت الخلايا بشكل كبير. في معظم أنواع الخلايا، تساهم آلية إصلاح الحمض النووي المتماثل بشكل طفيف في إصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوجة. وقد يمثل هذا الاعتماد المفرط للأورام التي تعاني من نقص في إعادة التركيب المتماثل على آلية إصلاح الحمض النووي المتماثل هدفًا دوائيًا محتملاً لعلاج السرطان.

تتضمن عملية إصلاح الحمض النووي المتداخل (MMEJ) دائمًا عمليات إدخال أو حذف، مما يجعلها مسارًا مُسببًا للطفرات. ^{[ 12 ]} قد تتميز الخلايا التي يزداد فيها نشاط MMEJ بعدم استقرار جيني أكبر واستعداد للإصابة بالسرطان، على الرغم من أن هذا لم يُثبت بشكل مباشر.

يُعدّ الروبيان النمري (Penaeus monodon) من القشريات البحريةالتي تُستهلك على نطاق واسع لقيمتها الغذائية. يمكن إصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوجة في هذا الكائن الحي عن طريق إصلاح الحمض النووي المتماثل (HRR)، ولكن لا يمكن الكشف عن إصلاح الحمض النووي غير المتماثل (NHEJ) . ^{[ 13 ]} في حين يبدو أن إصلاح الحمض النووي المتماثل هو المسار الرئيسي لإصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوجة، فقد وُجد أيضًا أن إصلاح الحمض النووي المتماثل متعدد النهايات (MMEJ) يلعب دورًا مهمًا في إصلاح هذه الانقطاعات. ^{[ 13 ]}

• إصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوجة بواسطة MMEJ (نسخة المخرج): التسلسلات المحذوفة والنهايات البديلة
• إن إصلاح انقطاع الحمض النووي المزدوج في سرطان المثانة البشري عرضة للخطأ ويتضمن ربط النهايات المرتبط بالتماثل الجزئي.
• اختلافات مميزة في إصلاح انقطاع الحمض النووي المزدوج بين الخلايا الظهارية البولية الطبيعية وخلايا سرطان الظهارة البولية