Qual è la differenza tra non-homologous end joining (NHEJ) e homology-directed repair (HDR)?

L’editing del genoma CRISPR sfrutta la capacità di Cas9 di indurre rotture mirate a doppio filamento di DNA (DSB) di solito pochi nucleotidi a monte della sequenza PAM. La successiva riparazione dei DSB cromosomici da parte della cellula può essere classificata in due categorie di percorsi di riparazione: non-homologous end joining (NHEJ) e homology-directed repair (HDR). Al suo interno, le estremità NHEJ-break possono essere legate senza un modello omologo, mentre HDR-breaks richiede un modello per guidare la riparazione.
NHEJ è un meccanismo di riparazione molto efficiente che è più attivo nella cella. È anche suscettibile di frequenti errori di mutazione dovuti a inserimenti e delezioni nucleotidiche (indel). HDR è considerato il meccanismo dominante per la riparazione DSB precisa, ma soffre di bassa efficienza in quanto richiede una maggiore somiglianza di sequenza tra i filamenti donatori recisi e intatti di DNA. Ci sono meno errori o possibilità di mutazioni se il modello di DNA utilizzato durante la riparazione è identico alla sequenza originale di DNA intatto.1,2
Quando si apportano modifiche a un gene utilizzando CRISPR, la popolazione di cellule transfettate conterrà una combinazione di alleli riparati da NHEJ e HDR. Il DNA HDR-modificato è molto più desiderabile per garantire modifiche controllate.

1. H. Ghezraoui, et al., “Le traslocazioni cromosomiche nelle cellule umane sono generate dall’end-joining non omologo canonico”, Mol Cell 55(6):829-842, 2014.
2. M. Jasin e R. Rothstein. “Riparazione di rotture di fili per ricombinazione omologa,” Cold Spring Harb Perspect Biol 2013.