DNA 복구 방식 : HDR, MMEJ, NHEJ

DNA 복구 방식 : 유전자의 원하는 위치에 DNA를 삽입, 수정 일은 3가지 복구 기작을 통해 이루어 집니다.

Homologous Recombination(HR), Microhomology-mediated end joining(MMEJ) 또는 Non-homology end joining(NHEJ) 입니다.

그 중 유전자 도입에 일반적으로 사용되는 HR 과정은 동물 배아와 조직에서 드물게 일어납니다.

왜 HR은 발생하기 힘들까요?

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HR은 일어나기 어려운 이유 중 하나는 DNA 이중나선이 끊어지면서 발생하는 염기서열의 불안정성 때문입니다.

이중나선이 끊어지면 염기서열이 노출되고, 이러한 노출된 염기서열은 쉽게 변형될 수 있습니다.

또한, HR은 세포 주기의 특정 단계에서만 일어날 수 있으며, 이 단계에서는 세포가 엄격한 제어를 받습니다.

이러한 이유로 HR은 일어나기 어렵고, 대부분의 경우 NHEJ와 같은 다른 DNA 복구 경로가 우선적으로 활성화됩니다.

HR은 이중나선 DNA의 손상을 복구하는 과정으로, 주로 세포 주기의 S 단계와 G2 단계에서 활성화됩니다.

이 과정에서 손상을 입은 DNA가 동일한 염기서열을 가진 다른 이중나선 DNA와 교차하여 복구됩니다.

HR은 보다 정확한 복구를 제공하지만, 세포 주기의 특정한 시기에만 활성화되기 때문에 다른 복구 경로에 비해 상대적으로 더 느립니다.

NHEJ는 DNA 이중나선의 손상을 복구하는 데 사용되며, 세포 주기의 어떤 단계에서도 활성화됩니다.

이 과정에서 손상을 입은 염기서열 주변의 단백질이 손상을 연결하거나 제거하여 복구를 시도합니다.

NHEJ는 빠르게 작용하지만, 때때로 부정확한 복구를 일으킬 수 있습니다.

MMEJ는 매우 짧은 동질성 염기서열 (5-20bp)을 이용하여 손상된 DNA를 복구하는 과정입니다.

이 과정에서 손상된 염기서열 주변의 짧은 반복적인 염기서열이 사용되어 복구를 시도합니다.

MMEJ는 HR에 비해 상대적으로 덜 정확하며, 손상된 부분 주변의 염기서열을 손상시킬 수 있습니다.

번외로 homology-mediated end joining (HMEJ)를 이용하여 손상된 DNA를 복구하는 과정도 있습니다.

HMEJ은 DNA 손상 복구 경로 중 하나로, 홈로지 결합(HR)과 비동질성 끼어들기(NHEJ) 사이의 중간형으로 볼 수 있습니다.

HMEJ은 HR과 달리 세포 주기의 특정한 시기에만 활성화되지 않고, 미분화된 세포나 느리게 나누는 세포와 같은 상황에서도 높은 효율로 작용할 수 있다고 합니다.

또한, HMEJ은 NHEJ와 달리 보다 안정적인 복구를 제공하며, HR과 유사한 정확성을 유지하면서도 빠른 속도로 작용할 수 있다고 합니다.

자세한 내용은 아래의 논문을 확인해주세요

Yao, X., Wang, X., Hu, X. et al. Homology-mediated end joining-based targeted integration using CRISPR/Cas9. Cell Res 27, 801–814 (2017). https://doi.org/10.1038/cr.2017.76
Homology-mediated end joining-based targeted integration using CRISPR/Cas9 – PubMed (nih.gov)