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細胞がDNA損傷修復経路を選択する方法

細胞は、内因性および外因性の発生源による一定のDNA損傷に直面してゲノムの完全性を維持するために、さまざまなDNA損傷修復経路を進化させました。使用するDNA修復経路の選択は、DNA損傷の種類、細胞の文脈、修復成分の利用可能性など、いくつかの要因によって決定されます。 DNA損傷修復経路の選択に関与するいくつかの重要な要因を次に示します。

DNA損傷のタイプ: 異なるタイプのDNA損傷には、特定の修復経路が必要です。たとえば、二本鎖切断(DSB)は、相同組換え(HR)または非相対結合(NHEJ)のいずれかによって修復できます。 HRはDSBを正確に修復するために、姉妹Chromatidなどの相同テンプレートを必要としますが、NHEJはテンプレートなしで壊れたDNA端を直接結び付けます。

セルラーコンテキスト: DNA修復経路の選択は、細胞のコンテキストの影響を受ける可能性があります。たとえば、積極的に分裂する細胞では、HRはDSB修復の主な経路です。これは、姉妹Chromatidをテンプレートとして使用した正確な修復を保証するためです。対照的に、HRは姉妹クロマチドテンプレートを生成するためにDNA複製が必要であるため、静止または末端分化細胞は主にDSB修復のためにNHEJに依存しています。

修理コンポーネントの可用性: DNA修復タンパク質と補因子の可用性と活性は、修復経路の選択を決定する上で重要な役割を果たします。たとえば、BRCA1、BRCA2、またはRAD51などのHRタンパク質が変異または妥協した場合、HRが損なわれ、細胞は主にDSB修復にNHEJを使用する可能性があります。

細胞シグナル伝達経路: DNA損傷は、DNA修復経路の選択に影響を与える可能性のあるさまざまな細胞シグナル伝達経路を引き起こします。たとえば、DNA損傷に応答したATT(運動失調症 - テランジエクタシアは変異)およびATR(運動失調症 - テランジエクタシアおよびRad3関連)プロテインキナーゼの活性化は、複製フォークを安定化し、HR因子を活性化することによりHRを促進します。

翻訳後修飾: DNA修復タンパク質の翻訳後修飾は、その活性と相互作用を調節することができ、それによりDNA修復経路の選択に影響を与える可能性があります。たとえば、ATMまたはATRによるHRタンパク質上の特定の残基のリン酸化は、DNA損傷部位への動員を強化し、HR活性を刺激する可能性があります。

エピジェネティックな変更: DNAメチル化やヒストン修飾などのエピジェネティックな修飾は、損傷したDNAのアクセシビリティと修復に影響を与える可能性があります。たとえば、密に詰められて転写的に抑制されるヘテロクロマチン領域は、DNA損傷を起こしやすく、ユークロマチン領域と比較して効率が低下する可能性があります。

全体として、細胞は、適切なDNA損傷修復経路を選択するために、DNA損傷のタイプ、細胞コンテキスト、修復成分の利用可能性、細胞シグナル伝達経路の利用可能性、細胞シグナル伝達経路の可用性、翻訳後修飾、エピジェネティックな修飾など、さまざまな要因を統合します。これにより、DNA損傷の効率的かつ正確な修復が保証され、ゲノムの完全性が維持され、癌などの病気につながる可能性のある突然変異の蓄積を防ぎます。

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