Organismen zijn in staat om nucleotide-mismatches die optreden tijdens DNA-replicatie te detecteren en op te lossen. Dit geavanceerde proces vereist het identificeren van de nieuwe streng en het vervangen van de foutieve basen door de juiste nucleotiden. Mismatch-reparatie wordt gecoördineerd door veel eiwitten in zowel prokaryoten als eukaryoten.
Het menselijk genoom heeft meer dan 3 miljard basenparen DNA per cel. Voorafgaand aan de celdeling moet die enorme hoeveelheid genetische informatie worden gerepliceerd. Ondanks het proefleesvermogen van het DNA-polymerase, treedt er ongeveer elke 1 miljoen basenparen een kopieerfout op. Een type fout is de mismatch van nucleotiden, bijvoorbeeld de paring van A met G of T met C. Dergelijke mismatches worden gedetecteerd en hersteld door de Mutator-eiwitfamilie. Deze eiwitten werden voor het eerst beschreven in de bacterie Escherichia coli ( E. coli ), maar homologen komen voor in prokaryoten en eukaryoten.
Mutator S (MutS) initieert de mismatch-reparatie (MMR) door de mismatch te identificeren en eraan te binden. Vervolgens identificeert MutL welke streng de nieuwe kopie is. Alleen de nieuwe streng moet worden gefixeerd, terwijl de template streng intact moet blijven. Hoe kan de moleculaire machinerie de nieuw gesynthetiseerde DNA-streng identificeren?
In veel organismen krijgen cytosine- en adeninebasen van de nieuwe streng enige tijd na de replicatie een methylgroep. Mut-eiwitten identificeren nieuwe strengen omdat deze sequenties nog niet gemethyleerd zijn. Bovendien heeft de nieuw gesynthetiseerde streng in eukaryoten meer kans op kleine breuken, ook wel DNA-inkepingen genoemd. De MMR-eiwitten kunnen dus de gekerfde streng identificeren en helpen met de reparatie.
Na de identificatie van de nieuwe streng snijden nuclease-enzymen het getroffen gebied door en snijden de verkeerde nucleotiden uit. DNA-polymerase vult vervolgens de juiste nucleotiden in en DNA-ligase sluit de suiker-fosfaat-keten van het DNA af, waardoor het herstelproces van een mismatch voltooid wordt.
De menselijke homoloog van MutS wordt Mutator S-homoloog 2 (MSH2) genoemd. Als de MSH2-functie is aangetast, worden puntmutaties en frameshift-mutaties door het hele genoom niet goed gerepareerd. Als gevolg hiervan hebben mensen die een enkele kopie van zo'n gecompromitteerde MSH2 bij zich hebben, een grotere kans op het ontwikkelen van kanker.
Zou het het beste zijn als MMR nooit een mismatch zou missen? Zelfs lage mutatiesnelheden kunnen een probleem veroorzaken voor een organisme. Mutaties dragen echter ook bij aan genetische variatie in een populatie. Een tolerant mismatch-reparatiesysteem in een bacterie kan bijvoorbeeld bij toeval leiden tot de mutatie van een gen dat antibioticaresistentie verleent. De kans dat bacteriën de blootstelling aan antibiotica overleven en zich kunnen repliceren wordt hierdoor vergroot. Dit is geweldig nieuws voor de bacteriepopulatie, maar slecht nieuws voor mensen die afhankelijk zijn van antibiotica om infectieziekten te bestrijden.
De Staphylococcus aureus- stammen worden in toenemende mate resistent tegen meerdere geneesmiddelen, wat betekent dat weinig of geen antibiotica de verspreiding van deze bacterie bij een patiënt kan voorkomen. Infecties met multiresistente bacteriën worden geassocieerd met een hoog sterftecijfer bij mensen. Het wijdverbreide gebruik van antibiotica in de veehouderij en de ongepaste verkorte toediening van antibiotica dragen bij aan het ontstaan van multiresistente bacteriën.
