La unión de extremos mediada por microhomología ( MMEJ ), también conocida como unión de extremos no homólogos alternativos ( Alt-NHEJ ), es una de las vías para reparar roturas de doble cadena en el ADN. Como revisaron McVey y Lee, [1] la propiedad distintiva más importante de MMEJ es el uso de secuencias microhomólogas durante la alineación de los extremos rotos antes de la unión, lo que da como resultado deleciones que flanquean la rotura original. MMEJ se asocia con frecuencia con anomalías cromosómicas como deleciones, translocaciones, inversiones y otros reordenamientos complejos.
Existen múltiples vías para reparar roturas de doble cadena, principalmente unión de extremos no homólogos (NHEJ), recombinación homóloga (HR) y MMEJ. NHEJ une directamente ambos extremos de la rotura de doble cadena y es relativamente precisa, aunque a veces ocurren pequeñas inserciones o deleciones (generalmente menos de unos pocos nucleótidos). HR es altamente precisa y utiliza la cromátida hermana como plantilla para una reparación precisa de la DSB. MMEJ se distingue de estos otros mecanismos de reparación por su uso de secuencias microhomólogas para alinear las cadenas rotas. Esto da como resultado deleciones frecuentes y ocasionalmente inserciones que son mucho más grandes que las producidas por NHEJ [ cita requerida ] . MMEJ es completamente independiente de NHEJ clásica y no depende de factores centrales de NHEJ como la proteína Ku , DNA-PK o Ligasa IV. [2]
En la unión de extremos MMEJ, la reparación de la DSB se inicia con la resección de extremos por la nucleasa MRE, dejando salientes monocatenarios. [3] Estos salientes monocatenarios se unen en microhomologías, que son regiones cortas de complementariedad, a menudo de 5 a 25 pares de bases, entre las dos hebras. Una forma especializada de MMEJ, llamada unión de extremos mediada por polimerasa theta (TMEJ), es capaz de reparar roturas utilizando ≥1 pb de homología. [4] [5] El dominio helicasa de la ADN polimerasa theta posee actividad de unión de extremos monocatenarios dependiente de ATP y puede promover la unión de microhomologías. [6] Después de la unión, las nucleasas como Fen1 eliminan las bases salientes (colgajos) y la ADN polimerasa theta rellena los huecos. [7] Esta capacidad de rellenar huecos de la polimerasa theta ayuda a estabilizar la unión de extremos con una complementariedad mínima. Además de las huellas de microhomología, la firma mutacional de la polimerasa theta también consta de inserciones con plantilla (poco frecuentes), que se cree que son el resultado de una extensión dependiente de plantilla abortada, seguida de una reasociación en secuencias homólogas secundarias. [5]
La reparación de MMEJ es baja en la fase G0/G1, pero aumenta durante la fase S y la fase G2 del ciclo celular. [3] Por el contrario, NHEJ opera durante todo el ciclo celular, y la recombinación homóloga (HR) opera solo en S tardío y G2.
La elección de la vía que se utiliza para la reparación de roturas de doble cadena es compleja. En la mayoría de los casos, la MMEJ representa una proporción menor (10 %) de la reparación de roturas de doble cadena, probablemente en los casos en los que se resecan las roturas de doble cadena pero no hay una cromátida hermana disponible para la recombinación homóloga. [3] Las células que son deficientes en NHEJ clásica o HR suelen mostrar un aumento de MMEJ. Los factores de recombinación homóloga humana suprimen la MMEJ mutagénica después de la resección de roturas de doble cadena. [8]
Un sistema de ensayo bioquímico muestra que se requieren al menos 6 genes para la unión de extremos mediada por microhomología: FEN1 , Ligasa III , MRE11 , NBS1 , PARP1 y XRCC1 . [9] Estos seis genes están regulados positivamente en uno o más cánceres. En los humanos, la ADN polimerasa theta, codificada por el gen POLQ, desempeña un papel central en la unión de extremos mediada por microhomología. [7] La polimerasa theta utiliza su dominio helicasa para desplazar la proteína de replicación A (RPA) de los extremos del ADN y promover la hibridación de microhomología. [6] La polimerasa theta también utiliza su actividad polimerasa para realizar la síntesis de relleno, lo que ayuda a estabilizar los extremos emparejados.
La helicasa Q, que se conserva en los humanos, es necesaria para la MMEJ independiente de la polimerasa theta, como se demuestra mediante análisis de la huella mutacional en Caenorrhabditis elegans . [10]
Aproximadamente la mitad de todos los cánceres de ovario son deficientes en recombinación homóloga (HR). Estos tumores deficientes en HR regulan positivamente la polimerasa theta (POLQ), lo que resulta en un aumento de MMEJ. [11] Estos tumores dependen excesivamente de MMEJ, por lo que la supresión de la polimerasa theta resulta en una letalidad sustancial. En la mayoría de los tipos de células, MMEJ hace una contribución menor a la reparación de la rotura de doble cadena. La hiperdependencia de los tumores deficientes en HR de MMEJ puede representar un posible objetivo farmacológico para el tratamiento del cáncer.
La MMEJ siempre implica inserciones o deleciones, por lo que es una vía mutagénica. [12] Las células con MMEJ aumentado pueden tener mayor inestabilidad genómica y una predisposición al desarrollo de cáncer, aunque esto no se ha demostrado directamente.
Penaeus monodon es un crustáceo marino muy consumido por su valor nutricional. La reparación de roturas de doble cadena en este organismo puede ocurrir mediante HRR, pero la NHEJ es indetectable. [13] Si bien la HRR parece ser la principal vía de reparación de roturas de doble cadena, también se descubrió que la MMEJ desempeña un papel importante en la reparación de roturas de doble cadena de ADN. [13]