Was ist der Unterschied zwischen nicht homologem Endfügen (NHEJ) und homologiegesteuerter Reparatur (HDR)?

CRISPR Genome Editing nutzt die Fähigkeit von Cas9, gezielte DNA-Doppelstrangbrüche (DSBs) zu induzieren, die normalerweise einige Nukleotide vor der PAM-Sequenz liegen. Die anschließende Reparatur von chromosomalen DSBs durch die Zelle kann in zwei Kategorien von Reparaturwegen eingeteilt werden: nicht-homologe Endverbindung (NHEJ) und homologiegesteuerte Reparatur (HDR). Im Kern können NHEJ-Bruchenden ohne homologe Schablone ligiert werden, während HDR-Brüche eine Schablone erfordern, um die Reparatur zu leiten.
NHEJ ist ein sehr effizienter Reparaturmechanismus, der in der Zelle am aktivsten ist. Es ist auch anfällig für häufige Mutationsfehler aufgrund von Nukleotidinsertionen und -deletionen (Indels). HDR gilt als der dominierende Mechanismus für eine präzise DSB-Reparatur, leidet jedoch unter einer geringen Effizienz, da eine höhere Sequenzähnlichkeit zwischen den abgetrennten und intakten Donorsträngen der DNA erforderlich ist. Es gibt weniger Fehler oder Chancen von Mutationen, wenn die DNA-Vorlage, die während der Reparatur verwendet wird, identisch mit der ursprünglichen unbeschädigten DNA-Sequenz ist.1,2
Bei Modifikationen an einem Gen unter Verwendung von CRISPR enthält die Population transfizierter Zellen eine Kombination aus NHEJ-reparierten und HDR-reparierten Allelen. HDR-editierte DNA ist viel wünschenswerter, um kontrollierte Modifikationen zu gewährleisten.

1. H. Ghezraoui, et al., „Chromosomale Translokationen in menschlichen Zellen werden durch kanonische nichthomologe Endverbindung erzeugt“, Mol Cell 55 (6): 829-842, 2014.
2. M. Jasin und R. Rothstein. „Reparatur von Strangbrüchen durch homologe Rekombination“, Cold Spring Harb Perspect Biol 2013.