Негомологи́чное соедине́ние концо́в двухцепо́чечных разры́вов в после́довательности ДНК (nonhomologous end joining, NHEJ), система репарации двухцепочечных разрывов последовательности при отсутствии неповреждённой гомологичной молекулы ДНК. Является высокомутагенным процессом, поскольку в ходе такой репарации утрачивается часть генетического материала. У млекопитающих – основной путь репарации двухцепочечных разрывов последовательности ДНК.

История открытия

В 1980-х гг. открыт второй путь репарации двухцепочечных разрывов последовательности ДНК, альтернативный гомологичной рекомбинации, – негомологичное соединение концов. Во 2-й половине 1990-х гг. у пациента с лимфомой обнаружена мутация в гене ДНК-лигазы IV (LIG4), необходимой для функционирования этой репаративной системы.

Механизм негомологичного соединения концов

Основным способом устранения двухцепочечных повреждений ДНК является гомологичная рекомбинация, которая осуществляется только при наличии неповреждённой сестринской хромосомы и обладает высокой точностью. Если этот путь невозможен, во избежание гибели клетки или её злокачественного перерождения в качестве крайней меры активируется система негомологичного соединения концов.

Для соединения необходимо, чтобы при наложении цепей хотя бы одна пара нуклеотидов была комплементарной (случайная микрогомология) и существовали свободные концы 3'-гидроксильной и 5'-фосфатной групп. Если же необходимые для соединения концевые группы или нуклеотиды отсутствуют, нуклеазы, присутствующие в клетке, отщепляют несколько нуклеотидов, формируя необходимые для соединения концы. Следствием удаления нуклеотидов нуклеазами являются делеции или вставки, что сильно изменяет содержащуюся в геноме информацию. Низкая степень гомологии соединяемых концов или её отсутствие приводит к росту мутаций.

В результате такой репарации хромосома не всегда способна выполнять свои функции. Так, у дрожжей в результате функционирования системы негомологичного соединения концов выживает 1 клетка из 1000.

У прокариот ключевую роль в системе негомологичного соединения концов играет гомодимерный белок Ku-антиген, который связывается с свободными концами молекулы ДНК, сближает их друг с другом, после чего привлекает многофункциональный фермент LigD, обладающий нуклеазной, полимеразной и лигазной активностью.

Механизм негомологичного соединения концов двухцепочечных разрывов в последовательности ДНК и структура Ku-антигена.Механизм негомологичного соединения концов двухцепочечных разрывов в последовательности ДНК и структура Ku-антигена.У эукариот негомологичное соединение концов осуществляется с помощью более сложного комплекса ферментов и вспомогательных белков. Эукариотический белок Ku, по структуре похожий на висячий замок, представляет собой гетеродимерный белок тороидальной формы, состоящий из субъединиц Ku70 и Ku80. Функции прокариотического белка LigD у эукариот выполняет комплекс нескольких белков: у млекопитающих полимеразную функцию LigD – Pol μ и Pol λ, нуклеазную – Artemis:DNA-PKcs, лигазную – XLF:XRCC4:DNA лигаза IV.