[분자생물학] 21.2 : BER, MMR, NER, DSB - 1

 

 

이번 포스트에서는 지난 포스트에서 간단히 살펴본 각각의 DNA repair 기작들에 대해 자세히 살펴보도록 하자.

 

 

BER(base excision repair)

 

 

 

일반적인 BER의 과정이 위 그림에 나타나 있음. 하나하나 살펴보자.

 

 

위 그림의 좌측에는 ROS, methylation, deamination 등에 의해 염기 중 한 부분이 이중결합을 형성하지 못한 채 붕 떠서 bulge가 만들어졌을 때의 repair 과정이 나타나 있음. 이 경우에는 우선 bulge를 인지하는 단백질들이 필요한데, 예를 들어 8-oxo G가 만들어져 있는 경우에는 OGG1(8-oxoguanine glycosylase)이 8-oxo G에 결합함. (참고로 잘못 끼어들어간 U의 경우 UNG에 의해 인식됨) 이 때 결합한 OGG1은 8-oxo G에서 glycosidic bond를 끊어서 인위적으로 Abasic site를 형성시켜줌. (다만 그림에도 나와있는 것처럼 아무런 일이 일어나지 않아도 그냥 spontaneous하게 Abasic site가 만들어질 수도 있음) 이제 이렇게 해서 Abasic site가 만들어지고 나면 이 site를 APE1(Apurinic/apyrimidinic (AP) endonuclease)이 인지하고 결합하게 됨. 이 녀석은 이름에서도 알 수 있듯 endonuclease 활성을 가지고 있으므로 이 녀석에 의해서 processing이 일어남. 이후 APE1에 의해 제거된 부분은 Pol-\beta와 같은 녀석에 의해서 다시금 채워지게 되고 이후 ligase에 의해 이 부분이 봉합되면서 repair가 마무리됨.

 

 

위 그림의 우측에는 x-ray 등에 의해서 single-strand breakage가 일어났을 때 repair 과정이 나타나 있음. 보면 single strand break를 인지한 후 여기에 PARP(poly ADP ribose polymerase)가 달라붙음. 그러면 PARP에 의해 결국 여러 종류의 polymerase들이 recruit되게 되고 이 polymerase들에 의해서 새로운 가닥의 합성이 일어나면서 기존의 잘못 만들어진 가닥이 말 그대로 밀려져 나가게 됨. 이 때 생성되는 밖으로 밀려져 나온 ssDNA는 FEN1(Flap endonuclease 1)에 의해서 잘려나가게 됨. 이후 최종적으로 DNA ligase-I에 의해서 다시금 연결이 이루어지고 나면 repair가 마무리됨.

 

 

 

MMR(mismatch repair)

 

 

 

이 경우 일반적으로 DNA replication이 일어나고 있는 와중에 발생한 mismatch를 repair하는 기작임.

 

 

일단 base/base mismatch가 발생하였고 single nucleotide의 misalignment가 일어났다면 MSH2, MSH6로 이루어진 MutS\alpha heterodimer가 이를 recognition함. (위 그림 오른쪽 위) 한편 2개의 nucleotide 이상에 대해서 insertion, deletion이 일어나서 loop가 형성되어 있다면 이는 MSH2, MSH3로 이루어진 MutSbeta heterodimer에 의해 인지됨. (위 그림 왼쪽 아래)

 

 

이후 이들의 인지에 이어서 FEN1 혹은 3'→5' exonuclease 등이 들어가면서 본격적인 processing이 일어나고, 이 때의 processing에 있어 특히 중요한 factor가 바로 MLH1, PMS2가 모여 형성되는 MutLbeta heterodimer임. (이 factor는 MutS complex에 의해 recruit되어서 처음에 processing이 일어나야 할 부분을 벌려주는 역할을 수행함) 이 녀석에 의해 결국 각종 polymerase를 비롯한 다양한 processing factor들이 recruit되고 합성되었던 DNA들이 모두 제거되게 됨. 모든 제거가 완료되면 이제 다시금 DNA replication이 한 번 더 일어남.

 

 

 

 

 

한편 위 그림의 좌측에는 prokaryote의 MMR 과정이, 우측에는 eukaryote의 MMR 과정이 나타나 있음. 일반적으로 매우 유사한데, 명칭에서의 사소한 차이만 존재함. 참고로 앞서 봤던 그 기작들은 보두 eukaryote의 기작이므로 위 그림에서는 특별히 prokaryote의 기작을 더 눈여겨 볼 필요가 있음.

 

 

보면 일단 mismatch가 일어난 서열이 맨 윗줄에 보임. 이 때 두 서열 중 methylation이 일어난 윗 부분 서열이 template strand이고 methylation이 일어나지 않은 아랫부분 서열이 daughter strand임.

 

 

일단 처음에는 mismatch가 일어난 부분을 MutS가 인지하고 결합함. 그러면 MutS에 의해 MutL이 recruit되고 recruit된 MutL이 mismatch가 일어난 부분의 서열을 벌려주게 됨. 한편 MutL에 의해서 MutH도 recruit되는데, 이 MutH는 결합한 부분으로부터 특정 거리 떨어진 곳에서 DNA를 cutting해버림. 이 때 MutH는 특별히 methylation이 일어나지 않은 서열을 인지해서 cutting을 수행함. (참고로 이 때 MutH로부터 얼마나 떨어진 곳에서 이런 cutting이 일어나는지에 대해서는 아직 잘 모름)

 

 

한편 위 그림에도 나타나 있듯이 일단 DNA가 MutH에 의해 잘리고 나면 exonuclease에 의해 DNA가 분해되어야 할텐데, dsDNA로 zipping된 상태로는 제대로 분해되지 못할 것임. 그렇기에 이 과정에서 Helicase가 ATP를 써서 unzipping을 시켜주게 됨. 그리고 exonuclease에 의해 분해가 되면 나머지 한 가닥이 ssDNA로 남아있게 되므로 이들을 보호해주는 역할을 하는 SSB(원핵) 혹은 RPA(진핵)가 recruit됨.

 

 

 

 

 

 

위 그림은 E. coli에서의 MMR 과정을 다시 보여주고 있음. 이 때 참고로 MutH에 의한 cut은 mismatch부위로부터 양쪽 방향으로 모두 가능하다는것을 알아두면 됨. (다만 어느 방향을 cut했는지에 따라서 서로 다른 분해 방향을 가진 exonuclease가 사용될 것임)

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.