Комплекс МРН - MRN complex
В Комплекс МРН (Комплекс MRX в дрожжах) представляет собой белковый комплекс состоящий из Mre11, Rad50 и Nbs1 (также известен как Нибрин [1] у людей и как Xrs2 в дрожжах). У эукариот комплекс MRN / X играет важную роль в начальной обработке двухцепочечные разрывы ДНК до ремонта гомологичная рекомбинация или же негомологичное соединение концов. Комплекс MRN активно связывается с двухцепочечными разрывами как in vitro, так и in vivo и может служить для связывания разорванных концов до репарации негомологичным соединением концов или для инициирования Резекция конца ДНК до ремонта путем гомологичной рекомбинации. Комплекс MRN также участвует в активации киназы контрольной точки. Банкомат в ответ на повреждение ДНК.[2][3] Продукция коротких одноцепочечных олигонуклеотидов с помощью эндонуклеазной активности Mre11 участвует в активации ATM комплексом MRN.[4]
Эволюционное происхождение и биологическая функция
Комплекс MRN в основном изучен на эукариотах. Однако недавняя работа показывает, что два из трех белковых компонентов этого комплекса, Mre11 и Rad50, также консервативны у современных прокариотических архей.[5] Это открытие предполагает, что ключевые компоненты эукариотического комплекса MRN произошли в результате эволюционного происхождения от архей. В Археоне Sulfolobus acidocaldarius, белок Mre11 взаимодействует с белком Rad50 и, по-видимому, играет активную роль в восстановлении повреждений ДНК, экспериментально вызванных гамма-излучением.[6] Точно так же во время мейоза у эукариотических протистов Тетрахимена Mre11 необходим для восстановления повреждений ДНК, в данном случае двухцепочечных разрывов,[7] с помощью процесса, который, вероятно, включает гомологичную рекомбинацию.
Биологическая функция
Ремонт двунитевых разрывов ДНК
У эукариот комплекс MRN (благодаря взаимодействию его субъединиц) был идентифицирован как решающий игрок на многих этапах процесса репарации двухцепочечных разрывов ДНК: начальное обнаружение поражения, остановка клеточного цикла для репарации, выбор конкретного пути восстановления (т. е. через гомологичная рекомбинация или же негомологичное соединение концов ) и обеспечение механизмов для инициирования реконструкции молекулы ДНК (прежде всего посредством пространственного сопоставления концов сломанных хромосом).[8] Считается, что первоначальное обнаружение контролируется как Nbs1 [9] и MRE11.[10] Точно так же регуляция контрольной точки клеточного цикла в конечном итоге контролируется фосфорилирующей активностью киназы ATM, путь которой зависит от обоих Nbs1 [11] и MRE11.[10] Известно, что один только MRE11 способствует выбору пути восстановления,[12] в то время как MRE11 и Rad50 работают вместе, чтобы пространственно выровнять молекулы ДНК: Rad50 связывает две линейные молекулы ДНК вместе [13] в то время как MRE11 точно настраивает выравнивание, связываясь с концами сломанных хромосом.[14]
Поддержание теломер
Теломеры поддерживать целостность концов линейных хромосом во время репликации и защищать их от распознавания механизма репарации ДНК как двухцепочечных разрывов. MRN участвует в поддержании теломер прежде всего через связь с TERF2 белок укрытие сложный.[15] Дополнительные исследования показали, что Nbs1 является необходимым компонентом белка для удлинения теломер с помощью теломеразы.[16] Кроме того, было показано, что нокдаун MRN значительно уменьшает длину G-выступа на концах теломер человека,[17] которые могут препятствовать правильному формированию так называемых Т-образная петля, дестабилизирующий теломер в целом. Удлинение теломер в раковых клетках за счет альтернативного удлинения теломер (ALT ) также показано, что он зависит от MRN, особенно от субъединицы Nbs1.[18] Взятые вместе, эти исследования предполагают, что MRN играет решающую роль в поддержании как длины, так и целостности теломер.
Роль в заболевании человека
Мутации в MRE11 были идентифицированы у пациентов с расстройством, подобным атаксии-телеангиэктазии (ATLD).[19] Мутации в RAD50 были связаны с синдромом разрыва Неймегена (NBSLD).[20] Мутации в гене NBN, кодирующем субъединицу Nbs1 человеческого комплекса MRN, являются причиной Синдром разрыва Неймегена.[21] Все три расстройства относятся к группе синдромов хромосомной нестабильности, которые связаны с нарушением реакции на повреждение ДНК и повышенной чувствительностью клеток к ионизирующему излучению.[22]
Роль в развитии рака у человека
Роль комплекса MRN в развитии рака столь же разнообразна, как и его биологические функции. Двухцепочечные разрывы ДНК, которые он отслеживает и сигнализирует о восстановлении, сами могут быть причиной канцерогенных генетических изменений,[23] предполагают, что MRN обеспечивает защитный эффект при нормальном гомеостазе клеток. Однако повышенная регуляция субъединиц комплекса MRN была зарегистрирована в некоторых линиях раковых клеток по сравнению с доброкачественными соматическими клетками.[24] Предполагается, что некоторые раковые клетки полагаются на сверхэкспрессию MRN. Поскольку опухолевые клетки имеют повышенную митотическую скорость по сравнению с доброкачественными клетками, это не совсем неожиданно, поскольку вероятно, что повышенная скорость репликации ДНК требует более высоких ядерных уровней комплекса MRN. Однако появляется все больше свидетельств того, что MRN сама по себе является компонентом канцерогенез, метастаз и общая агрессивность рака.
Опухолеобразование
В моделях мышей мутации в Nbs1 субъединицы только MRN (производящей фенотипический аналог Синдром разрыва Неймегена у людей) не вызывают онкогенеза. Однако мыши с двойным нокаутом с мутированным Nbs1, которые также не имели p53 ген-супрессор опухоли обнаружил начало опухоли значительно раньше, чем их контрольные группы дикого типа p53.[25] Это означает, что мутации Nbs1 сами по себе достаточны для туморогенеза; Отсутствие злокачественности в контроле, по-видимому, связано с активностью p53, а не с доброкачественными мутациями Nbs1. Расширенные исследования подтвердили увеличение B и Т-клеточные лимфомы у мышей с мутацией Nbs1 в сочетании с подавлением p53, что указывает на потенциальную инактивацию p53 в лимфомагенезе,[26] что чаще встречается у пациентов с НБС.[27][28] Нокдаун MRE11 в различных линиях раковых клеток человека также было связано с 3-кратным увеличением уровня p16INK4a белок-супрессор опухолей,[29] который способен вызывать клеточное старение и, следовательно, останавливать пролиферацию опухолевых клеток. Считается, что это в первую очередь результат метилирование из p16INK4 промоторный ген MRE11. Эти данные предполагают, что поддержание целостности и нормального уровня экспрессии MRN обеспечивает защитный эффект против туморогенеза.
Метастаз
Подавление MRE11 экспрессия в генно-инженерной груди человека (MCF7 ) и линии раковых клеток кости (U2OS) привели к снижению миграционной способности этих клеток,[29] указание на MRN может способствовать метастатическому распространению рака. Снижение выраженности ММП-2 и ММП-3 матричные металлопротеиназы, которые, как известно, способствуют инвазии и метастазированию,[30] происходили одновременно в этих клетках с нокдауном MRE11. Точно так же избыточная экспрессия Nbs1 у человека плоскоклеточный рак головы и шеи (HNSCC) образцы вызывают эпителиально-мезенхимальный переход (EMT), который сам играет решающую роль в метастазировании рака.[31] В этом же исследовании уровни Nbs1 были значительно выше в образцах вторичной опухоли, чем в образцах первичной опухоли, что свидетельствует о положительной корреляции между метастатическим распространением опухолевых клеток и уровнями экспрессии MRN. Взятые вместе, эти данные предполагают, что по крайней мере две из трех субъединиц MRN играют роль в опосредовании метастазирования опухоли, вероятно, за счет ассоциации между сверхэкспрессией MRN и эндогенными (переход EMT) и экзогенными (структура ECM) механизмами миграции клеток.
Агрессия
Раковые клетки почти всегда обладают повышенной теломер механизмы обслуживания [32] что позволяет им безграничный репликативный потенциал. Биологическая роль комплекса MRN в поддержании теломер подтолкнула к исследованиям, связывающим MRN с бессмертием раковых клеток. В клеточных линиях HNSCC человека нарушение гена Nbs1 (который подавляет экспрессию всего комплекса MRN) привело к уменьшению длины теломер и стойкому летальному повреждению ДНК в этих клетках.[33] В сочетании с лечением PARP (поли (АДФ-рибоза) полимеразы) (известный как PARPi), эти клетки показали еще большее сокращение длины теломер, остановив пролиферацию опухолевых клеток как in vitro, так и in vivo с помощью моделей мышей, трансплантированных с различными линиями клеток HNSCC. Хотя известно, что лечение одним PARPi вызывает апоптоз у BRCA мутировал линии раковых клеток,[34] это исследование показывает, что подавление MRN может повышать чувствительность BRCA-опытных клеток (не обладающих мутациями BRCA) к лечению PARPi, предлагая альтернативный способ контроля опухолевой агрессии.
Комплекс MRN также участвует в нескольких путях, способствующих нечувствительности раковых стволовых клеток к повреждающим эффектам ДНК химиотерапия и лучевая терапия,[35] что является источником общей опухолевой агрессии. В частности, было показано, что ингибитор MRN Мирин (ингибирующий MRE11) нарушает способность Банкомат киназа для контроля Пункт проверки повреждений ДНК G2-M, который необходим для восстановления двухцепочечных разрывов ДНК.[36] Утрата этой контрольной точки лишает раковые стволовые клетки возможности восстанавливать смертельные генетические повреждения, делая их уязвимыми для терапевтических агентов, повреждающих ДНК. Точно так же сверхэкспрессия Nbs1 в клетках HNSCC коррелировала с повышенной активацией PI3K / AKT путь, который, как было показано, сам способствует агрессии опухоли за счет снижения апоптоза.[37] В целом, раковые клетки, по-видимому, полагаются на сигнальные и восстановительные способности MRN в ответ на повреждение ДНК, чтобы добиться устойчивости к современным химио- и лучевым методам лечения.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ «Атлас генетики и цитогенетики в онкологии и гематологии - NBS1». Получено 2008-02-12.
- ^ Ли, JH; Паулл, TT (2 апреля 2004 г.). «Прямая активация протеинкиназы ATM комплексом Mre11 / Rad50 / Nbs1». Наука. 304 (5667): 93–6. Дои:10.1126 / science.1091496. PMID 15064416.
- ^ Ли, JH; Паулл, TT (22 апреля 2005 г.). «Активация АТМ с помощью двухцепочечных разрывов ДНК через комплекс Mre11-Rad50-Nbs1». Наука. 308 (5721): 551–4. Дои:10.1126 / science.1108297. PMID 15790808.
- ^ Джазайери А., Балестрини А., Гарнер Э., Хабер Дж. Э., Костанцо В. (2008). «Mre11-Rad50-Nbs1-зависимый процессинг разрывов ДНК генерирует олигонуклеотиды, которые стимулируют активность ATM». Журнал EMBO. 27 (14): 1953–1962. Дои:10.1038 / emboj.2008.128. ЧВК 2453060. PMID 18596698.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
- ^ Уайт, М.Ф. (2011). «Гомологичная рекомбинация у архей: средства оправдывают цель». Biochem Soc Trans. 39 (1): 15–9. Дои:10.1042 / BST0390015. PMID 21265740.
- ^ Quaiser, A; Константинеско, Ф; Белый, MF; Forterre, P; Эли, К. (2008). "Белок Mre11 взаимодействует как с Rad50, так и с биполярной геликазой HerA и рекрутируется в ДНК после гамма-облучения в архее. Sulfolobus acidocaldarius". БМК Мол Биол. 9: 25. Дои:10.1186/1471-2199-9-25. ЧВК 2288612. PMID 18294364.
- ^ Лукашевич, А; Ховард-Тилль, РА; Новачкова, М; Mochizuki, K; Лоидл, Дж (2010). "MRE11 и COM1 / SAE2 необходимы для восстановления двухцепочечных разрывов и эффективного спаривания хромосом во время мейоза протиста. Тетрахимена". Хромосома. 119 (5): 505–18. Дои:10.1007 / s00412-010-0274-9. PMID 20422424.
- ^ Lamarche, BJ; Орацио, штат Нью-Йорк; Вайцман, доктор медицины (10 сентября 2010 г.). «Комплекс MRN в ремонте двухцепочечных разрывов и поддержании теломер». Письма FEBS. 584 (17): 3682–95. Дои:10.1016 / j.febslet.2010.07.029. ЧВК 2946096. PMID 20655309.
- ^ Лукас, Клаудиа; Фальк, Джейкоб; Барткова, Жирина; Бартек, Иржи; Лукас, Иржи (24 февраля 2003 г.). «Четкая пространственно-временная динамика регуляторов контрольных точек млекопитающих, индуцированная повреждением ДНК». Природа клеточной биологии. 5 (3): 255–260. Дои:10.1038 / ncb945. PMID 12598907.
- ^ а б Лавин, М. Ф. (10 декабря 2007 г.). «ATM и комплекс Mre11 объединяются, чтобы распознавать двухцепочечные разрывы ДНК и сигнализировать о них». Онкоген. 26 (56): 7749–7758. Дои:10.1038 / sj.onc.1210880. PMID 18066087.
- ^ Вы, Z; Чахван, К; Bailis, J; Хантер, Т; Рассел, П. (июль 2005 г.). «Активация ATM и ее привлечение к поврежденной ДНК требует связывания с С-концом Nbs1». Молекулярная и клеточная биология. 25 (13): 5363–79. Дои:10.1128 / MCB.25.13.5363-5379.2005. ЧВК 1156989. PMID 15964794.
- ^ Шибата, А; Мойани, Д; Arvai, AS; Перри, Дж; Harding, SM; Genois, MM; Maity, R; van Rossum-Fikkert, S; Кертокалио, А; Romoli, F; Исмаил, А; Ismalaj, E; Petricci, E; Нил, MJ; Bristow, RG; Массон, JY; Wyman, C; Джегго, Пенсильвания; Тайнер, JA (9 января 2014 г.). «Выбор пути репарации двухцепочечных разрывов ДНК определяется различными нуклеазными активностями MRE11». Молекулярная клетка. 53 (1): 7–18. Дои:10.1016 / j.molcel.2013.11.003. ЧВК 3909494. PMID 24316220.
- ^ де Ягер, М; ван Ноорт, Дж; ван Гент, округ Колумбия; Деккер, К; Kanaar, R; Вайман, К. (ноябрь 2001 г.). «Человеческий Rad50 / Mre11 - гибкий комплекс, который может связывать концы ДНК». Молекулярная клетка. 8 (5): 1129–35. Дои:10.1016 / с1097-2765 (01) 00381-1. PMID 11741547.
- ^ Уильямс, РС; Moncalian, G; Уильямс, JS; Ямада, Y; Лимбо, О; Шин, DS; Groocock, LM; Кэхилл, D; Hitomi, C; Guenther, G; Мойани, Д; Карни, JP; Russell, P; Тайнер, Дж. А. (3 октября 2008 г.). «Димеры Mre11 координируют связывание концов ДНК и процессинг нуклеаз при репарации двухцепочечных разрывов». Клетка. 135 (1): 97–109. Дои:10.1016 / j.cell.2008.08.017. ЧВК 2681233. PMID 18854158.
- ^ Чжу, XD; Кюстер, Б; Манн, М; Петрини, JH; де Ланге, Т. (июль 2000 г.). «Регулируемая клеточным циклом ассоциация RAD50 / MRE11 / NBS1 с TRF2 и теломерами человека». Природа Генетика. 25 (3): 347–52. Дои:10.1038/77139. PMID 10888888.
- ^ Ранганатан, V; Гейне, ВФ; Чикконе, DN; Рудольф, KL; Ву, Х; Чанг, S; Хай, Н; Ахерн, IM; Ливингстон, DM; Резник, я; Rosen, F; Симанова, Э; Jarolim, P; ДеПиньо, РА; Уивер, Д. Т. (26 июня 2001 г.). «Для восстановления дефекта длины теломер в клетках с синдромом разрыва Неймегена необходимы NBS и каталитическая субъединица теломеразы». Текущая биология. 11 (12): 962–6. Дои:10.1016 / s0960-9822 (01) 00267-6. PMID 11448772.
- ^ Чай, Вт; Sfeir, AJ; Хошияма, H; Шэй, JW; Райт, США (февраль 2006 г.). «Участие комплекса Mre11 / Rad50 / Nbs1 в генерации G-выступов на теломерах человека». Отчеты EMBO. 7 (2): 225–30. Дои:10.1038 / sj.embor.7400600. ЧВК 1369251. PMID 16374507.
- ^ Чжун, ZH; Цзян, WQ; Чезаре, AJ; Neumann, AA; Wadhwa, R; Реддел, Р.Р. (5 октября 2007 г.). «Нарушение поддержания теломер из-за истощения комплекса MRE11 / RAD50 / NBS1 в клетках, которые используют альтернативное удлинение теломер». Журнал биологической химии. 282 (40): 29314–22. Дои:10.1074 / jbc.M701413200. PMID 17693401.
- ^ Стюарт Г.С., Мазер Р.С., Станкович Т., Брессан Д.А., Каплан М.И., Ясперс Н.Г., Рамс А., Берд П.Дж., Петрини Дж. Х., Тейлор А.М. (1999). «Ген репарации двухцепочечных разрывов ДНК hMRE11 мутирован у людей с заболеванием, подобным атаксии-телеангиэктазии». Клетка. 99 (6): 577–87. PMID 10612394.
- ^ Уолтес Р., Калб Р., Гатеи М., Киджас А.В., Штумм М., Собек А., Виланд Б., Варон Р., Леренталь Ю., Лавин М.Ф., Шиндлер Д., Дёрк Т. (2009). «Человеческий дефицит RAD50 при расстройстве, подобном синдрому разрыва Неймегена». Am J Hum Genet. 84 (5): 605–16. PMID 19409520.
- ^ Варон Р., Демут I, Хшановска Х. «Синдром разрыва Неймегена». GeneReviews. PMID 20301355.
- ^ Тейлор А.М., Ротблюм-Овиатт С., Эллис Н.А., Хиксон И.Д., Мейер С., Кроуфорд Т.О., Смогоржевская А., Пьетруча Б., Уимас С., Стюарт Г.С. (2019). «Синдромы хромосомной нестабильности». Праймеры Nat Rev Dis. 5 (1): 64. PMID 31537806.
- ^ Чорнак, Камила; Чухтай, Санауллах; Хшановска, Кристина Х. (декабрь 2008 г.). «Тайна репарации ДНК: роль комплекса MRN и киназы ATM в репарации повреждений ДНК». Журнал прикладной генетики. 49 (4): 383–396. Дои:10.1007 / BF03195638. PMID 19029686.
- ^ Kavitha, C.V .; Чоудхари, Бибха; Raghavan, Sathees C .; Мунияппа, К. (сентябрь 2010 г.). «Дифференциальная регуляция субъединиц комплекса MRN (Mre11 – Rad50 – Nbs1) и активности теломеразы в раковых клетках». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 399 (4): 575–580. Дои:10.1016 / j.bbrc.2010.07.117. PMID 20682289.
- ^ Уильямс, BR; Мирзоева, ОК; Морган, ВФ; Lin, J; Данник, Вт; Петрини, Дж. Х. (16 апреля 2002 г.). «Мышиная модель синдрома разрыва Неймегена». Текущая биология. 12 (8): 648–53. Дои:10.1016 / s0960-9822 (02) 00763-7. PMID 11967151.
- ^ Дифилиппантонио, S; Селеста, А; Фернандес-Капетильо, О; Чен, HT; Рейна Сан Мартин, B; Van Laethem, F; Ян, Ю.П .; Петухова, Г.В.; Экхаус, М; Фейгенбаум, Л; Манова, К; Круглак, М; Камерини-Отеро, РД; Шаран, С; Nussenzweig, M; Нуссенцвейг, А (июль 2005 г.). «Роль Nbs1 в активации киназы Atm, выявленная на гуманизированных моделях мышей». Природа клеточной биологии. 7 (7): 675–85. Дои:10.1038 / ncb1270. PMID 15965469.
- ^ Гладковская-Дура, М; Дзержановска-Фанграт, К; Твердой мозговой оболочки, WT; van Krieken, JH; Chrzanowska, KH; ван Донген, JJ; Лангерак, AW (ноябрь 2008 г.). «Уникальный морфологический спектр лимфом у пациентов с синдромом разрыва Неймегена (NBS) с высокой частотой последовательного образования лимфом». Журнал патологии. 216 (3): 337–44. Дои:10.1002 / path.2418. PMID 18788073.
- ^ Steffen, J; Манева, Г; Popławska, L; Varon, R; Mioduszewska, O; Сперлинг, К. (15 декабря 2006 г.). «Повышенный риск желудочно-кишечной лимфомы у носителей мутации гена 657del5 NBS1». Международный журнал рака. 119 (12): 2970–3. Дои:10.1002 / ijc.22280. PMID 16998789.
- ^ а б Gao, R; Сингх, Р. Кауль, З; Каул, Южная Каролина; Вадхва, Р. (июнь 2015 г.). «Нацеливание на сигнальный путь повреждения ДНК, индуцированный старением и уменьшением миграции раковых клеток». Журналы геронтологии. Серия A, Биологические и медицинские науки. 70 (6): 701–13. Дои:10.1093 / gerona / glu019. PMID 24747666.
- ^ Кессенброк, К; Плакс, В; Werb, Z (2 апреля 2010 г.). «Матричные металлопротеиназы: регуляторы микросреды опухоли». Клетка. 141 (1): 52–67. Дои:10.1016 / j.cell.2010.03.015. ЧВК 2862057. PMID 20371345.
- ^ Вулгари, А; Пинца, А (декабрь 2009 г.). «Эпителиально-мезенхимальный переход при метастазировании рака: механизмы, маркеры и стратегии преодоления лекарственной устойчивости в клинике». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Обзоры на рак. 1796 (2): 75–90. Дои:10.1016 / j.bbcan.2009.03.002. PMID 19306912.
- ^ Реддел, Р.Р. (2014). «Механизмы поддержания теломер при раке: клинические последствия». Текущий фармацевтический дизайн. 20 (41): 6361–74. Дои:10.2174/1381612820666140630101047. ЧВК 4262939. PMID 24975603.
- ^ Lajud, SA; Нагда, DA; Ямасита, Т; Чжэн, Дж; Tanaka, N; Abuzeid, WM; Civantos, A; Безпалько, О; О'Мэлли Б.В., младший; Ли, Д. (15 декабря 2014 г.). «Двойное нарушение восстановления ДНК и поддержания теломер для лечения рака головы и шеи». Клинические исследования рака. 20 (24): 6465–78. Дои:10.1158 / 1078-0432.CCR-14-0176. PMID 25324139.
- ^ Фермер, H; McCabe, N; Лорд, CJ; Тутт, АН; Джонсон, Д.А.; Ричардсон, ТБ; Santarosa, M; Диллон, KJ; Хиксон, я; Рыцари, C; Мартин, штат Нью-Мексико; Джексон, ИП; Смит, GC; Ашворт, А (14 апреля 2005 г.). «Нацеливание на дефект репарации ДНК в мутантных клетках BRCA как терапевтическая стратегия». Природа. 434 (7035): 917–21. Дои:10.1038 / природа03445. PMID 15829967.
- ^ Скворцов, С; Debbage, P; Лукас, П; Скворцова, И. (апрель 2015 г.). «Перекрестные помехи между репарацией ДНК и внутриклеточными путями, связанными с раковыми стволовыми клетками (CSC)». Семинары по биологии рака. 31: 36–42. Дои:10.1016 / j.semcancer.2014.06.002. PMID 24954010.
- ^ Курода, S; Урата, Й; Фудзивара, Т. (2012). «Атаксия-телеангиэктазия мутировала и комплекс Mre11-Rad50-NBS1: многообещающие мишени для радиосенсибилизации». Acta Medica Okayama. 66 (2): 83–92. PMID 22525466.
- ^ Чанг, Ф; Ли, Джей Ти; Navolanic, PM; Steelman, LS; Шелтон, JG; Blalock, WL; Франклин, РА; МакКубри, Дж. А. (март 2003 г.). «Участие пути PI3K / Akt в прогрессировании клеточного цикла, апоптозе и неопластической трансформации: мишень для химиотерапии рака». Лейкемия. 17 (3): 590–603. Дои:10.1038 / sj.leu.2402824. PMID 12646949.