NHEJ

Kurs: Basvetenskap 5

Vad är det?

• Non-Homologous End Joining — icke-homolog ändsammanfogning; den huvudsakliga reparationsmekanismen för dubbelsträngsbrott (DSB) i DNA hos däggdjur.
• Kallas “icke-homolog” eftersom den inte behöver någon mall — de brutna DNA-ändarna ligeras direkt ihop.

Princip och steg

1. Igenkänning: Ku70/Ku80-heterodimeren binder de fria DNA-ändarna som en ring och skyddar dem från nedbrytning.
2. Rekrytering: Ku rekryterar DNA-PKcs (katalytisk subenhet), som bildar det aktiva DNA-PK-komplexet och för samman ändarna (synapsis).
3. Ändbearbetning: Artemis, polynukleotidkinas och DNA-polymeras my/lambda trimmar och fyller ut ändarna så att de blir ligerbara — här går ofta några baspar förlorade.
4. Ligering: DNA-ligas IV tillsammans med XRCC4 och XLF sluter brottet.

Egenskaper — kontrast mot HR

• Aktiv under hela cellcykeln, särskilt G0 och G1 — kräver ingen systersträng.
• Felbenägen (error-prone): ger små insertioner och deletioner (indels) vid brottpunkten, vilket kan orsaka frameshift-mutationer.
• Homolog rekombination (HR) är alternativet: felfri, men kräver en systerkromatid som mall och är därför begränsad till S-fas och G2. HR använder BRCA1, BRCA2, RAD51 och ATM.
• Val mellan vägarna styrs av ändresektion: 53BP1 blockerar resektion och främjar NHEJ; BRCA1 motverkar 53BP1 och främjar HR.

Fysiologisk roll i immunsystemet

• NHEJ är oumbärligt för V(D)J-rekombination i utvecklande B-celler och T-celler: RAG1/RAG2 skapar dubbelsträngsbrott vid rekombinationssignalsekvenserna, och NHEJ (särskilt Artemis) öppnar hårnålsändarna och ligerar segmenten.
• Den felbenägna ändbearbetningen ger junktionell diversitet — en betydande del av antikropps- och TCR-repertoarens variation.
• NHEJ krävs även för klassbyte (class switch recombination) i mogna B-celler.

Klinisk relevans

• Mutationer i Artemis (DCLRE1C), DNA-ligas IV eller XLF ger radiokänslig SCID (RS-SCID) — svår kombinerad immunbrist med frånvarande T- och B-celler plus extrem känslighet för joniserande strålning. Dessa patienter tål inte konventionell konditionering före stamcellstransplantation.
• Ataxia telangiectasia (ATM-mutation) och Nijmegen breakage syndrome (NBS1) ger relaterade DSB-svarsdefekter med immunbrist, strålkänslighet och kraftigt ökad lymfomrisk.
• Felaktig NHEJ mellan två samtidiga brott ger kromosomtranslokationer — mekanismen bakom t(14;18) vid follikulärt lymfom och t(8;14) vid Burkittlymfom, där immunglobulingenernas rekombinationsprocess är inblandad.
• I onkologin utnyttjas vägvalet terapeutiskt: tumörer med BRCA-mutation saknar fungerande HR och är beroende av alternativa vägar — grunden för syntetisk letalitet med PARP-hämmare.
• NHEJ är dessutom den dominerande reparationsvägen efter CRISPR-Cas9-klyvning och den som utnyttjas för att slå ut gener (knockout).

Klinisk pärla

Ett barn med SCID-bild som dessutom visar uttalad strålkänslighet ska utredas för NHEJ-defekt före stamcellstransplantation — konditioneringsregimen måste anpassas, annars riskerar man svåra toxiska komplikationer.

Tenta-fokus

Kunna kontrasten: NHEJ = hela cellcykeln, ingen mall, felbenägen mot homolog rekombination = S/G2, systerkromatid som mall, felfri. Kunna att NHEJ krävs för V(D)J-rekombination och därför att defekter ger både immunbrist och strålkänslighet.

Kopplingar

• Dubbelsträngsbrott — skadan som repareras
• Homolog rekombination — den felfria alternativvägen
• V(D)J-rekombination — fysiologisk tillämpning i immunsystemet
• SCID — sjukdom vid NHEJ-defekt
• Kromosomtranslokation — konsekvens av felaktig sammanfogning