[유전학 레포트] 유전자 복구 NHEJ와 HDR

소개

"[유전학 레포트] 유전자 복구 NHEJ와 HDR"에 대한 내용입니다.

목차

1. Introduction

2. 방법적 접근
2.1 NHEJ와 HDR의 차이점
2.2 NHEJ proteins and pathway
2.3 DSB ends에 따른 NHEJ
2.4 HDR pathway
2.5 HDR proteins

3. NHEJ와 HDR의 응용
3.1 Gene Targeting
3.2 CRISPR-Cas9
3.3 Protein engineering

4. 결론

참고문헌

본문내용

NHEJ(Non Homologous End Joining) 그리고 HDR (Homology Directed Repair) 라는 두 종류의 절단된 DNA 이중가닥을 수선하는 기작들의 자세한 작동 방법이나 응용성 등을 자세하게 다루기에 앞서서 반드시 먼저 생각해보아야 하는 문제가 있다고 생각한다. 바로 DNA repair(수선)은 왜 일어나야만 하는가, 어떤 상황에서 우리는 이를 필요로 하는가에 대한 고찰이 바로 그것이다. 조금은 허무하지만 당연히 DNA 수선에는 DNA 손상이 전제되어야 함을 생각할 수 있다. 다만 DNA 손상이 일어난다고 해도 생명체에게 있어서 큰 피해를 입히지 않는다고 하면, 그러한 손상이 일어난다고 하면 즉각적으로 수선이 일어날 것이라는 무조건적 기대를 할 순 없을 것이다. 따라서 DNA 손상이 일어나면 생길 수 있는 치명적이고 중대한 피해가 있을 것이라는 점을 예상해 볼 수 있는 것이고, 또 그러한 피해가 생긴다고 한다면 어떤 요인이 그 원인이 되는 것인지에 관해서도 자연스럽게 궁금증을 가질 수 있다.

DNA는 생리적 조건 하에서 화학적으로 불안정하고 내인성 및 환경적 요인에 의해서 공격받기 쉽기 때문에 DNA 손상은 인체에 있어서 지속적인 위협이다. 좀 더 구체적으로 살펴보자면 디옥시리보핵산(DNA)은 생리적인 조건인 수용액 상태이며, 산소가 풍부한 pH 7.4 정도의 환경에서 화학적으로 불안정하다. 이러한 DNA 손상에 영향을 미치는 내인성 및 일반적인 환경적 요인들에 대해서도 구체적인 예시를 들어야 할 것이다. 내인성 대사 및 생화학 반응에 의해서 발생하는 경우에 대해서는 완전히 이해되지 못한 부분도 존재한다. 가수분해 반응이 일어나서 염기를 절단할 수 있고, 퓨린 염기를 사슬에 연결하는 화학결합 또한 탈수소 과정에서 자발적으로 파괴될 수 있다. 이를 Depurination이라고도 부르는데 포유류에서 하루에 10,000건이 넘게 일어난다는 점에서 흔하다는 것도 알 수 있다.

참고자료

· Matt Yousefzadeh, Chathurika Henpita, Rajesh Vyas, Carolina Soto-Palma, Paul Robbins, Laura Niedernhofer (2021) DNA damage—how and why we age?
· De Bont R. 2004. Endogenous DNA damage in humans: a review of quantitative data. Mutagenesis. 19(3):169-185.
· Lindahl T, Nyberg B. 1972. Rate of depurination of native deoxyribonucleic acid. Biochemistry. 11(19):3610-3618.
· Rye PT, Delaney JC, Netirojjanakul C, Sun DX, Liu JZ, Essigmann JM. Mismatch repair proteins collaborate with methyltransferases in the repair of O(6)-methylguanine. DNA Repair (Amst). 2008 Feb 1;7(2):170-6..
· Hsu GW, Ober M, Carell T, Beese LS. Error-prone replication of oxidatively damaged DNA by a high-fidelity DNA polymerase. Nature. 2004 Sep 9;431(7005):217-21, 2004 Aug 22.
· Maynard S, Schurman SH, Harboe C, de Souza-Pinto NC, Bohr VA. Base excision repair of oxidative DNA damage and association with cancer and aging. Carcinogenesis. 2009 Jan;30
· Friedberg,2006; Lindahl, 1993; Sander et al.,2005: Sears and Turchi, 2012: Mouret et al., 2006.
· Chatterjee N, Walker GC. Mechanisms of DNA damage, repair, and mutagenesis. Environ Mol Mutagen. 2017 Jun;58(5):235-263. 2017 May 9.
· Friedberg,2006; Lindahl, 1993; Sander et al.,2005: Sears and Turchi, 2012: Mouret et al., 2006.
· Miriam C. Poirier, Ainsley Weston, in Encyclopedia of Cancer (Second Edition), 2002
· Eva Y.H.P. Lee and William J. muller, Oncogenes and Tumor suppressor genes, cold spring Harb Perspect Biol. 2010 Oct.
· 김홍태. “DNA 손상과 질병 그리고 치료제”, 한국분자 세포생물학회 특별기고, 2016 05.
· Chatterjee N, Walker GC. Mechanisms of DNA damage, repair, and mutagenesis. Environ Mol Mutagen. 2017 Jun;58(5):235-263. doi: 10.1002/em.22087. Epub 2017 May 9.
· Krokan HE, Bjoras M. Base excision repair. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2013 Apr 1.
· Kusakabe, M., Onishi, Y., Tada, H. et al. Mechanism and regulation of DNA damage recognition in nucleotide excision repair. Genes and Environ 41, 2 (2019).
· Li, GM. Mechanisms and functions of DNA mismatch repair. Cell Res 18, 85–98 (2008).
· Fishel R., Mismatch repair. J Biol Chem. 2015 Oct 30;290(44)
· Mao, Zhiyong et al., “DNA repair by nonhomologous end joining and homologous recombination during cell cycle in human cells”, Cell cycle 7, no.18 (2008): 2902-2906, doi:10.4161/cc.7.18.6679
· Chang, H., Paununzio, N., Adachi, N. et al., “Non-homologous DNA end joining and alternative pathways to double-strand break repair”, Nat Rev Cell Biol 18 (2017): 495-506, doi:10.1038/nrm.2017.48
· Kerdar V. Inamdar et al., “Conversion of Phosphoglycolate to Phosphate Termini on 3’ Overhang of DNA Double Strand Breaks by the Human Tyrosyl-DNA Phosphodiesterase h Tdp1*”, Journal of Biological Chemistry 277, no. 30 (2002): 27162-27168, doi:10.1074/jbc.M204688200
· Feng Liang et al, “Homology-directed repair is a major double-strand break repair pathway in mammalian cells”, Proceeding of the National Academy of Sciences 95 (1998): 5172-5177, doi:10.1073/pnas.95.9.5172
· Wenli Sun et al., “Strategies for Enhancing the Homology-Directed Repair Efficiency of CRISPR-Cas systems”, The CRISPR Journal 5, no. 1 (2022): 7-18, doi:10.1089/crispr.2021.0039
· Chari Cortez, “CRISPR 101: Homology Directed Repair”, addgene Blog, last modified Jul 27, 2020, https://blog.addgene.org/crispr-101-homology-directed-repair?gclid=Cj0KCQiAyracBhDoARIsACGFcS5_T3OGhp5i6rt3vdSldpoR8BGuxVhtWGS1uzWoIDnHjUJhRbBBqfsaAsktEALw_wcB
· Hall B, Limaye A, Kulkarni AB, Overview: generation of gene knockout mice, Current Protocols in Cell Biology, 19.1217, 2009
· Sushil Davkota, The road less traveled: strategies to enhance the frequency of homology-drected repair (HDR) for increased efficiency of CRISPR/Cas-mediated transgenesis, BMB Rep.,51(9) 437-443, 2018
· D. Allan Drummond, et al. On the conservative nature of intragenic recombination,PNAS, 102:15, 5380-5385, 2005