Comstock/Stockbyte/Getty Images

Deoxyribonucleïnezuur (DNA) is de blauwdruk die genetische informatie van de ene generatie naar de volgende overdraagt. Elke cel bevat ten minste één complete set van deze code, georganiseerd in 23 chromosoomparen. De meeste cellen zijn diploïde en bevatten één set van elke ouder. Voordat een cel zich deelt, moet deze zijn DNA getrouw dupliceren, zodat elke dochtercel een exacte kopie van het genoom ontvangt. Dit proces is afhankelijk van meerdere lagen van kwaliteitscontrole om mutaties te voorkomen.

DNA-structuur

DNA is een lang polymeer dat bestaat uit een suiker-fosfaat-skelet met vier nucleotidebasen – adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T) – die uit elke suiker steken. De sequentie van deze basen codeert voor de instructies voor eiwitsynthese. Twee complementaire strengen paren via waterstofbruggen en vormen zo de klassieke dubbele helix:A paren uitsluitend met T en C paren uitsluitend met G. Het handhaven van deze basenparingsregels tijdens replicatie is essentieel om fouten te voorkomen.

Replicatie

Replicatie is semi-conservatief:elke nieuwe dubbele DNA-helix bevat één originele streng en één nieuw gesynthetiseerde streng. Helicase-enzymen winden de helix af, waardoor de twee sjabloonstrengen bloot komen te liggen. DNA-polymerase leest elk nucleotide op de sjabloon en voegt de complementaire base toe aan de groeiende streng. Wanneer het polymerase bijvoorbeeld een G op de sjabloon tegenkomt, neemt het een C op de nieuwe streng op.

Proeflezen

DNA-polymerase is niet alleen een polymerisatiemachine; het voert ook real-time proeflezen uit. Als er een onjuiste base wordt ingevoegd, wordt de fout door de exonuclease-activiteit van het polymerase weggenomen en vervangen door het juiste nucleotide. Deze ingebouwde foutcontrole levert een nauwkeurigheidspercentage op van ongeveer 99% tijdens de synthese.

Mismatch-reparatie

Om fouten op te sporen die voorbij het proeflezen van polymerases glippen, zetten cellen een tweede verdedigingslinie in:mismatch-reparatie. Mut-eiwitten scannen de DNA-helix op vervormingen veroorzaakt door niet-overeenkomende basen. Eenmaal gedetecteerd, identificeert de machine de nieuw gesynthetiseerde streng, splitst een segment met de fout en snijdt deze weg. DNA-polymerase synthetiseert vervolgens het verwijderde segment opnieuw, waardoor de juiste sequentie wordt hersteld. In tegenstelling tot de correcties met één base die door polymerase worden uitgevoerd, kan mismatch-reparatie duizenden basen vervangen in één enkele reparatie, waardoor genomische stabiliteit wordt gegarandeerd.