BRCA1 -BRCA1
Грудь типа рака 1 восприимчивость белок представляет собой белок , который у человека кодируется BRCA1 ( / ˌ б г æ к ə ж ʌ п / ) гена . Ортологи распространены у других видов позвоночных , тогда как геномы беспозвоночных могут кодировать более отдаленно родственный ген. BRCA1 - это ген-супрессор опухоли человека (также известный как ген-опекун ), который отвечает за восстановление ДНК.
BRCA1 и BRCA2 не являются родственными белками, но оба обычно экспрессируются в клетках груди и других тканей, где они помогают восстанавливать поврежденную ДНК или разрушать клетки, если ДНК не может быть восстановлена. Они участвуют в восстановлении хромосомных повреждений и играют важную роль в безошибочном восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК. Если сам BRCA1 или BRCA2 поврежден мутацией BRCA , поврежденная ДНК не восстанавливается должным образом, и это увеличивает риск рака груди . BRCA1 и BRCA2 были описаны как «гены предрасположенности к раку груди» и «белки предрасположенности к раку груди». Преобладающий аллель имеет нормальную функцию подавления опухоли, тогда как мутации с высокой пенетрантностью в этих генах вызывают потерю функции подавления опухоли, что коррелирует с повышенным риском рака груди.
BRCA1 объединяется с другими опухолевыми супрессорами, сенсорами повреждения ДНК и преобразователями сигналов с образованием большого многосубъединичного белкового комплекса, известного как BRCA1-ассоциированный комплекс наблюдения за геномом (BASC). Белок BRCA1 связывается с РНК-полимеразой II и через С-концевой домен также взаимодействует с комплексами гистондеацетилазы . Таким образом, этот белок играет роль в транскрипции, а репарация ДНК двухцепочечной ДНК нарушает убиквитинирование , регуляцию транскрипции, а также другие функции.
Методы проверки вероятности развития рака у пациента с мутациями в BRCA1 и BRCA2 защищены патентами, принадлежащими Myriad Genetics или контролируемыми ею . Бизнес-модель Myriad, предлагающая исключительно диагностический тест, привела к тому, что Myriad, созданная в 1994 году, стала публичной компанией с 1200 сотрудниками и годовым доходом около 500 миллионов долларов в 2012 году; это также привело к разногласиям по поводу высоких цен и невозможности получить второе мнение от других диагностических лабораторий, что, в свою очередь, привело к выдающемуся судебному иску « Ассоциация молекулярной патологии против Myriad Genetics» .
Открытие
Первые доказательства существования гена, кодирующего фермент репарации ДНК, участвующий в предрасположенности к раку груди, были предоставлены лабораторией Мэри-Клэр Кинг в Калифорнийском университете в Беркли в 1990 году. Четыре года спустя, после международной гонки по его поиску, ген был клонирован в 1994 году учеными из Университета Юты, Национального института наук об окружающей среде (NIEHS) и Myriad Genetics .
Расположение гена
Ген BRCA1 человека расположен на длинном (q) плече хромосомы 17 в области 2 полосы 1, от пары оснований 41 196312 до пары оснований 41 277 500 (Build GRCh37 / hg19) (карта) . Ортологи BRCA1 были идентифицированы у большинства позвоночных, по которым доступны полные данные о геноме.
Белковая структура
Белок BRCA1 содержит следующие домены:
Этот белок также содержит сигналы ядерной локализации и мотивы сигналов ядерного экспорта .
Белок BRCA1 человека состоит из четырех основных белковых доменов; домен ZNF C3HC4- КОЛЬЦО , домен BRCA1 , серин и два BRCT доменов. Эти домены кодируют примерно 27% белка BRCA1. Известно шесть изоформ BRCA1, изоформы 1 и 2 содержат по 1863 аминокислоты каждая.
BRCA1 не связан с BRCA2 , т.е. они не являются гомологами или паралогами .
Цинковый домен безымянного пальца
КОЛЬЦО мотив , A палец Zn найден в эукариотических пептидах, длиной 40-60 аминокислот и состоит из восьми законсервированных металлов-связывающих остатков, два квартетов цистеина или гистидина остатков , которые координируют два атома цинка. Этот мотив содержит короткий антипараллельный бета-лист , две цинк-связывающие петли и центральную альфа-спираль в небольшом домене. Этот домен RING взаимодействует с ассоциированными белками, включая BARD1 , который также содержит мотив RING, с образованием гетеродимера. Мотив BRCA1 RING фланкирован альфа-спиралями, образованными остатками 8–22 и 81–96 белка BRCA1. Он взаимодействует с гомологичной областью в BARD1, также состоящей из пальца RING, фланкированного двумя альфа-спиралями, образованными из остатков 36–48 и 101–116. Эти четыре спирали объединяются, чтобы сформировать интерфейс гетеродимеризации и стабилизировать гетеродимерный комплекс BRCA1-BARD1. Дополнительная стабилизация достигается за счет взаимодействий между соседними остатками во фланкирующей области и гидрофобных взаимодействий. Взаимодействие BARD1 / BRCA1 нарушается за счет туморогенных аминокислотных замен в BRCA1, подразумевая, что образование стабильного комплекса между этими белками может быть важным аспектом подавления опухоли BRCA1.
Кольцевой домен является важным элементом лигаз убиквитина E3 , которые катализируют убиквитинирование белка. Убиквитин - это небольшой регуляторный белок, обнаруженный во всех тканях, который направляет белки в компартменты внутри клетки. Полипептиды BRCA1, в частности, полиубиквитиновые цепи, связанные с Lys-48, рассредоточены по ядру покоящейся клетки, но в начале репликации ДНК они собираются в ограниченные группы, которые также содержат BRCA2 и BARD1. Считается, что BARD1 участвует в распознавании и связывании белков-мишеней для убиквитинирования. Он прикрепляется к белкам и маркирует их для разрушения. Убиквитинирование происходит через слитый белок BRCA1 и отменяется хелатированием цинка . Ферментативная активность слитого белка зависит от правильной укладки кольцевого домена.
Сериновый кластерный домен
Кластерный домен серина BRCA1 (SCD) охватывает 1280-1524 аминокислот. Часть домена находится в экзонах 11–13. Высокая частота мутаций наблюдается в экзонах 11-13. Сообщаемые сайты фосфорилирования BRCA1 сосредоточены в SCD, где они фосфорилируются киназами ATM / ATR как in vitro, так и in vivo . ATM / ATR - это киназы, активируемые повреждением ДНК . Мутация остатков серина может влиять на локализацию BRCA1 в участках повреждения ДНК и функцию ответа на повреждение ДНК.
BRCT домены
Домен BRCT с двумя повторами белка BRCA1 представляет собой удлиненную структуру примерно 70 Å в длину и 30–35 Å в ширину. Домены из 85–95 аминокислот в BRCT можно найти как отдельные модули или как несколько тандемных повторов, содержащих два домена. Обе эти возможности могут иметь место в одном белке во множестве различных конформаций. С-концевой участок BRCT белка BRCA1 необходим для репарации ДНК, регуляции транскрипции и функции супрессора опухоли. В BRCA1 домены BRCT с двумя тандемными повторами расположены в трехмерной структуре «голова к хвосту», скрывая 1600 Å гидрофобной, доступной для растворителя площади поверхности на границе раздела. Все они вносят свой вклад в плотно упакованную структуру «ручка в отверстии», которая составляет интерфейс. Эти гомологичные домены взаимодействуют, чтобы контролировать клеточные ответы на повреждение ДНК . Мутация Миссенс на стыке этих двух белков может возмущать клеточный цикл , в результате чего более высокий риск развития рака.
Функция и механизм
BRCA1 является частью комплекса, который восстанавливает двухцепочечные разрывы в ДНК. Нити двойной спирали ДНК непрерывно разрываются по мере их повреждения. Иногда рвется только одна нить, иногда рвутся обе нити одновременно. Сшивающие агенты ДНК являются важным источником повреждения хромосом / ДНК. Двухцепочечные разрывы возникают как промежуточные звенья после удаления сшивок, и действительно, было установлено, что двуаллельные мутации в BRCA1 ответственны за анемию Фанкони , группу комплементации S, генетическое заболевание, связанное с гиперчувствительностью к агентам сшивания ДНК. BRCA1 является частью белкового комплекса, который восстанавливает ДНК при разрыве обеих цепей. Когда это происходит, механизму репарации трудно «знать», как заменить правильную последовательность ДНК, и есть несколько способов попытаться исправить это. Механизм двухцепочечной репарации, в котором участвует BRCA1, представляет собой гомологически направленную репарацию , при которой репарационные белки копируют идентичную последовательность интактной сестринской хроматиды .
В ядре многих типов нормальных клеток белок BRCA1 взаимодействует с RAD51 во время репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Эти разрывы могут быть вызваны естественным излучением или другим воздействием, но также могут происходить, когда хромосомы обмениваются генетическим материалом (гомологичная рекомбинация, например, «кроссинговер» во время мейоза). BRCA2 , белок, который имеет функцию , аналогичную BRCA1, также взаимодействует с белком RAD51. Влияя на восстановление повреждений ДНК, эти три белка играют роль в поддержании стабильности генома человека.
BRCA1 также участвует в другом типе репарации ДНК, называемой репарацией несоответствия . BRCA1 взаимодействует с белком репарации несоответствия ДНК MSH2. Сообщается, что MSH2, MSH6, PARP и некоторые другие белки, участвующие в одноцепочечной репарации, повышены в опухолях молочной железы с дефицитом BRCA1.
Белок, называемый валозин-содержащим белком (VCP, также известный как p97), играет роль в привлечении BRCA1 к поврежденным участкам ДНК. После ионизирующего излучения VCP привлекается к повреждениям ДНК и взаимодействует с убиквитинлигазой RNF8, чтобы организовать сборку сигнальных комплексов для эффективной репарации DSB. BRCA1 взаимодействует с VCP. BRCA1 также взаимодействует с c-Myc и другими белками, которые имеют решающее значение для поддержания стабильности генома.
BRCA1 напрямую связывается с ДНК с более высоким сродством к разветвленным структурам ДНК. Эта способность связываться с ДНК способствует ее способности ингибировать нуклеазную активность комплекса MRN, а также нуклеазную активность только Mre11. Это может объяснить роль BRCA1 в обеспечении репарации ДНК с более низкой точностью за счет негомологичного соединения концов (NHEJ). BRCA1 также колокализуется с γ-H2AX (гистон H2AX, фосфорилированный по серину-139) в фокусах репарации двухцепочечных разрывов ДНК, указывая на то, что он может играть роль в рекрутировании факторов репарации.
Формальдегид и ацетальдегид являются обычными экологическими источниками перекрестных связей ДНК, которые часто требуют ремонта, опосредованного путями, содержащими BRCA1.
Эта функция восстановления ДНК очень важна; мыши с мутациями потери функции в обоих аллелях BRCA1 нежизнеспособны, и по состоянию на 2015 г. было известно, что только у двух взрослых есть мутации потери функции в обоих аллелях; у обоих были врожденные проблемы или проблемы с развитием, и у обоих был рак. Предполагалось, что один из них дожил до взрослой жизни, потому что одна из мутаций BRCA1 была гипоморфной .
Транскрипция
Было показано, что BRCA1 очищается совместно с холоферментом РНК-полимеразы II человека в экстрактах HeLa, что подразумевает, что он является компонентом холофермента. Однако более поздние исследования опровергли это предположение, вместо этого показав, что преобладающий комплекс, включающий BRCA1 в клетках HeLa, представляет собой 2-мегадальтонный комплекс, содержащий SWI / SNF. SWI / SNF представляет собой комплекс ремоделирования хроматина. Было показано, что искусственное прикрепление BRCA1 к хроматину деконденсирует гетерохроматин, хотя взаимодействующий домен SWI / SNF не является необходимым для этой роли. BRCA1 взаимодействует с субъединицей NELF-B ( COBRA1 ) комплекса NELF .
Мутации и риск рака
Определенные вариации гена BRCA1 приводят к повышенному риску рака груди как части наследственного синдрома рака груди и яичников . Исследователи идентифицировали сотни мутаций в гене BRCA1 , многие из которых связаны с повышенным риском рака. Женщины с аномальным геном BRCA1 или BRCA2 имеют до 80% риска развития рака груди к 90 годам; повышенный риск развития рака яичников составляет около 55% для женщин с мутациями BRCA1 и около 25% для женщин с мутациями BRCA2.
Эти мутации могут быть изменениями в одной или небольшом количестве пар оснований ДНК (строительных блоков ДНК) и могут быть идентифицированы с помощью ПЦР и секвенирования ДНК.
В некоторых случаях перестраиваются большие сегменты ДНК. Эти большие сегменты, также называемые большими перестройками, могут быть делецией или дупликацией одного или нескольких экзонов в гене. Классические методы обнаружения мутаций (секвенирование) не могут выявить эти типы мутаций. Были предложены другие методы: традиционная количественная ПЦР , мультиплексная амплификация зонда, зависящая от лигирования (MLPA), и количественная мультиплексная ПЦР коротких флуоресцентных фрагментов (QMPSF). Недавно были также предложены более новые методы: гетеродуплексный анализ (HDA) с помощью мультикапиллярного электрофореза или также специальный массив олигонуклеотидов на основе сравнительной геномной гибридизации (array-CGH).
Некоторые результаты предполагают, что гиперметилирование промотора BRCA1 , о котором сообщалось при некоторых раковых заболеваниях, можно рассматривать как механизм инактивации экспрессии BRCA1.
Мутировавший ген BRCA1 обычно производит белок , который не функционирует должным образом. Исследователи полагают, что дефектный белок BRCA1 не может помочь исправить повреждение ДНК, ведущее к мутациям в других генах. Эти мутации могут накапливаться и могут позволить клеткам бесконтрольно расти и делиться с образованием опухоли. Таким образом, мутации, инактивирующие BRCA1, приводят к предрасположенности к раку.
3 'UTR мРНК BRCA1 может связываться с миРНК , микроРНК Мир-17 . Было высказано предположение, что вариации этой miRNA вместе с микроРНК Mir-30 могут сообщать предрасположенность к раку груди.
Помимо рака груди, мутации в гене BRCA1 также увеличивают риск рака яичников и простаты . Более того, предраковые поражения ( дисплазия ) в фаллопиевых трубах были связаны с мутациями гена BRCA1 . Патогенные мутации в любом месте модельного пути, содержащего BRCA1 и BRCA2, значительно увеличивают риски для подмножества лейкозов и лимфом.
Женщины, унаследовавшие дефектный ген BRCA1 или BRCA2, имеют значительно повышенный риск развития рака груди и яичников. Риск развития рака груди и / или яичников у них настолько высок и настолько специфичен для этих видов рака, что многие носители мутации предпочитают проходить профилактическую операцию. Было много предположений, объясняющих столь явно поразительную тканевую специфичность. Основные факторы, определяющие место возникновения наследственного рака BRCA1 / 2, связаны с тканевой специфичностью возбудителя рака, агента, вызывающего хроническое воспаление, или канцерогена. Ткань-мишень может иметь рецепторы патогена, может избирательно подвергаться воспалительному процессу или канцерогену. Врожденный геномный дефицит гена-супрессора опухолей нарушает нормальные реакции и усугубляет восприимчивость к заболеванию органов-мишеней. Эта теория также соответствует данным для нескольких супрессоров опухолей помимо BRCA1 или BRCA2. Основным преимуществом этой модели является то, что она предполагает, что помимо профилактического хирургического вмешательства могут существовать некоторые варианты.
Низкая экспрессия BRCA1 при раке груди и яичников
Экспрессия BRCA1 снижена или не обнаруживается в большинстве случаев рака молочной железы высокой степени злокачественности. Давно замечено, что потеря активности BRCA1 либо из-за мутаций зародышевой линии, либо из-за подавления экспрессии генов приводит к образованию опухолей в определенных тканях-мишенях. В частности, снижение экспрессии BRCA1 способствует как спорадическому, так и наследственному прогрессированию опухоли молочной железы. Сниженная экспрессия BRCA1 является канцерогенной, потому что она играет важную роль в репарации повреждений ДНК, особенно двухцепочечных разрывов, посредством потенциально безошибочного пути гомологичной рекомбинации. Поскольку клетки, в которых отсутствует белок BRCA1, имеют тенденцию восстанавливать повреждения ДНК с помощью альтернативных, более подверженных ошибкам механизмов, уменьшение или подавление этого белка вызывает мутации и грубые хромосомные перестройки, которые могут привести к прогрессированию рака груди.
Точно так же экспрессия BRCA1 низкая в большинстве (55%) спорадических эпителиальных злокачественных опухолей яичников (EOC), где EOC являются наиболее распространенным типом рака яичников, составляющим примерно 90% случаев рака яичников. При серозной карциноме яичников , подкатегории, составляющей около 2/3 EOC, низкая экспрессия BRCA1 встречается более чем в 50% случаев. Bowtell проанализировал литературу, указав, что дефицитная гомологичная рекомбинационная репарация, вызванная дефицитом BRCA1, является канцерогенной. В частности, этот дефицит запускает каскад молекулярных событий, которые формируют эволюцию тяжелого серозного рака яичников и определяют его ответ на терапию. Особо отмечалось, что дефицит BRCA1 может быть причиной онкогенеза, будь то из-за мутации BRCA1 или любого другого события, вызывающего дефицит экспрессии BRCA1.
Мутация BRCA1 при раке груди и яичников
Только около 3–8% всех женщин с раком груди несут мутацию в BRCA1 или BRCA2. Точно так же мутации BRCA1 наблюдаются только примерно в 18% случаев рака яичников (13% мутаций зародышевой линии и 5% соматических мутаций).
Таким образом, хотя экспрессия BRCA1 низкая в большинстве этих видов рака, мутация BRCA1 не является основной причиной снижения экспрессии. Некоторые латентные вирусы, которые часто обнаруживаются в опухолях рака молочной железы, могут снижать экспрессию гена BRCA1 и вызывать развитие опухолей молочной железы.
Гиперметилирование промотора BRCA1 при раке груди и яичников
Гиперметилирование промотора BRCA1 присутствовало только в 13% неотобранных первичных карцином молочной железы. Точно так же гиперметилирование промотора BRCA1 присутствовало только в 5–15% случаев EOC.
Таким образом, в то время как экспрессия BRCA1 при этих раковых заболеваниях низкая, метилирование промотора BRCA1 является лишь незначительной причиной снижения экспрессии.
Репрессия микроРНК BRCA1 при раке груди
Существует ряд специфических микроРНК при сверхэкспрессии, которые непосредственно снижают экспрессию специфических белков репарации ДНК (см. Раздел «МикроРНК», репарация ДНК и рак ). В случае рака груди микроРНК-182 (miR-182) специфически нацеливается на BRCA1. Рак груди можно классифицировать на основе рецепторного статуса или гистологии, с тройным отрицательным раком груди (15–25% случаев рака груди), HER2 + (15–30% случаев рака груди), ER + / PR + (около 70% рака груди). раковые заболевания) и инвазивная лобулярная карцинома (около 5–10% инвазивного рака груди). Было обнаружено, что все четыре типа рака груди имеют в среднем примерно 100-кратное увеличение miR-182 по сравнению с нормальной тканью груди. В клеточных линиях рака молочной железы наблюдается обратная корреляция уровней белка BRCA1 с экспрессией miR-182. Таким образом, по-видимому, большая часть снижения или отсутствия BRCA1 при раке протоков молочной железы высокой степени может быть обусловлена сверхэкспрессией miR-182.
Помимо miR-182, пара почти идентичных микроРНК, miR-146a и miR-146b-5p, также подавляют экспрессию BRCA1. Эти две микроРНК сверхэкспрессируются в трижды отрицательных опухолях, и их сверхэкспрессия приводит к инактивации BRCA1. Таким образом, miR-146a и / или miR-146b-5p также могут вносить вклад в снижение экспрессии BRCA1 при этих тройных отрицательных формах рака молочной железы.
Репрессия микроРНК BRCA1 при раке яичников
Как в серозной трубной интраэпителиальной карциноме (предшествующее поражение серозной карциномы яичников высокой степени (HG-SOC) ), так и в самом HG-SOC, miR-182 сверхэкспрессируется примерно в 70% случаев. В клетках со сверхэкспрессией miR-182 BRCA1 оставался низким даже после воздействия ионизирующего излучения (которое обычно повышает экспрессию BRCA1). Таким образом, большая часть сниженного или отсутствующего BRCA1 в HG-SOC может быть связана со сверхэкспрессией miR-182.
Другая микроРНК, которая, как известно, снижает экспрессию BRCA1 в клетках рака яичников, - это miR-9. Среди 58 опухолей пациентов с серозным раком яичников стадии IIIC или IV (HG-SOG) была обнаружена обратная корреляция между экспрессией miR-9 и BRCA1, так что повышенная miR-9 может также способствовать снижению экспрессии BRCA1 в этих опухолях. рак яичников.
Дефицит экспрессии BRCA1, вероятно, вызывает опухоль.
Повреждение ДНК, по-видимому, является основной первопричиной рака, а недостаток репарации ДНК, по-видимому, лежит в основе многих форм рака. Если репарация ДНК недостаточна, повреждения ДНК имеют тенденцию к накоплению. Такое избыточное повреждение ДНК может увеличить количество ошибок мутаций во время репликации ДНК из-за склонного к ошибкам синтеза трансфузии . Избыточное повреждение ДНК также может увеличивать эпигенетические изменения из-за ошибок во время восстановления ДНК. Такие мутации и эпигенетические изменения могут вызвать рак . Частый дефицит BRCA1, вызванный микроРНК, при раке груди и яичников, вероятно, способствует прогрессированию этих видов рака.
Мутации зародышевой линии и эффект основателя
Все мутации BRCA1 зародышевой линии, идентифицированные на сегодняшний день, были унаследованы, что предполагает возможность большого эффекта «основателя», при котором определенная мутация является общей для четко определенной группы населения и теоретически может быть прослежена до общего предка. . Учитывая сложность скрининга мутаций BRCA1, эти распространенные мутации могут упростить методы, необходимые для скрининга мутаций в определенных популяциях. Анализ мутаций, которые происходят с высокой частотой, также позволяет изучить их клиническое проявление. Примеры проявления эффекта основателя наблюдаются у евреев-ашкенази . Сообщается, что три мутации в BRCA1 являются причиной большинства пациентов-евреев-ашкенази с наследственным BRCA1-связанным раком груди и / или яичников: 185delAG, 188del11 и 5382insC в гене BRCA1. Фактически, было показано, что если еврейская женщина не несет мутации-основателя BRCA1 185delAG, BRCA1 5382insC, очень маловероятно, что будет обнаружена другая мутация BRCA1. Дополнительные примеры мутаций-основателей в BRCA1 приведены в таблице 1 (в основном получены из).
| Население или подгруппа | BRCA1 мутация (ы) | Использованная литература) |
|---|---|---|
| Афро-американцы | 943ins10, M1775R | |
| Африканеры | E881X, 1374delC | |
| Евреи ашкенази | 185delAG, 188del11, 5382insC | |
| Австрийцы | 2795delA, C61G, 5382insC, Q1806stop | |
| Бельгийцы | 2804delAA, IVS5 + 3A> G | |
| Голландский | Делеция экзона 2, делеция экзона 13, 2804delAA | |
| Финны | 3745delT, ИВС11-2А> Г | |
| французкий язык | 3600del11, G1710X | |
| Французские канадцы | C4446T | |
| Немцы | 5382insC, 4184del4 | |
| Греки | 5382insC | |
| Венгры | 300T> G, 5382insC, 185delAG | |
| Итальянцы | 5083del19 | |
| Японский | L63X, Q934X | |
| Коренные жители Северной Америки | 1510insG, 1506A> G | |
| Северный ирландский | 2800delAA | |
| Норвежцы | 816delGT, 1135insA, 1675delA, 3347delAG | |
| Пакистанцы | 2080insA, 3889delAG, 4184del4, 4284delAG, IVS14-1A> G | |
| Польский | 300T> G, 5382insC, C61G, 4153delA | |
| Россияне | 5382insC, 4153delA | |
| Шотландский | 2800delAA | |
| испанский | R71G | |
| Шведский | Q563X, 3171ins5, 1201del11, 2594delC |
Женская фертильность
С возрастом репродуктивная способность женщин снижается, что приводит к менопаузе. Это снижение связано с уменьшением количества фолликулов яичников. Хотя при рождении в яичнике человека присутствует около 1 миллиона ооцитов, только около 500 (около 0,05%) из них овулируют. Снижение овариального резерва, по-видимому, происходит с возрастающей скоростью с возрастом и приводит к почти полному исчерпанию резерва яичников примерно к 52 годам. Поскольку яичниковый резерв и фертильность снижаются с возрастом, также наблюдается параллельное увеличение количества случаев прерывания беременности и мейоза. ошибки, приводящие к хромосомно аномальным зачатиям.
Женщины с мутацией BRCA1 зародышевой линии, по- видимому, имеют уменьшенный резерв ооцитов и сниженную фертильность по сравнению с нормально стареющими женщинами. Кроме того, у женщин с наследственной мутацией BRCA1 преждевременно наступает менопауза. Поскольку BRCA1 является ключевым белком репарации ДНК, эти данные свидетельствуют о том, что естественные повреждения ДНК в ооцитах восстанавливаются менее эффективно у женщин с дефектом BRCA1 , и что эта неэффективность репарации приводит к ранней репродуктивной недостаточности.
Как отмечалось выше, белок BRCA1 играет ключевую роль в гомологичной рекомбинационной репарации. Это единственный известный клеточный процесс, который может точно восстанавливать двухцепочечные разрывы ДНК. Двухцепочечные разрывы ДНК накапливаются с возрастом у людей и мышей в примордиальных фолликулах. Первичные фолликулы содержат ооциты, находящиеся на промежуточной (профаза I) стадии мейоза. Мейоз - это общий процесс у эукариотических организмов, с помощью которого образуются зародышевые клетки, и, вероятно, это приспособление для удаления повреждений ДНК, особенно двухцепочечных разрывов ДНК зародышевой линии. (Также см. Статью Мейоз ). Гомологичная рекомбинационная репарация с использованием BRCA1 особенно стимулируется во время мейоза. Было обнаружено, что экспрессия четырех ключевых генов, необходимых для гомологичной рекомбинационной репарации двухцепочечных разрывов ДНК ( BRCA1, MRE11, RAD51 и ATM ), снижается с возрастом в ооцитах человека и мышей, что привело к гипотезе о том, что двухцепочечный разрыв ДНК Восстановление необходимо для поддержания резерва ооцитов, и что снижение эффективности восстановления с возрастом играет роль в старении яичников.
Химиотерапия рака
Немелкоклеточный рак легкого (НМРЛ) является ведущей причиной смерти от рака во всем мире. На момент постановки диагноза почти 70% людей с НМРЛ имеют местнораспространенное или метастатическое заболевание. Людей с НМРЛ часто лечат терапевтическими соединениями платины (например, цисплатином, карбоплатином или оксалиплатином), которые вызывают межцепочечные перекрестные связи в ДНК. Среди лиц с НМРЛ низкая экспрессия BRCA1 в первичной опухоли коррелировала с улучшением выживаемости после химиотерапии, содержащей платину. Эта корреляция подразумевает, что низкий уровень BRCA1 при раке и, как следствие, низкий уровень репарации ДНК, вызывают уязвимость рака для лечения с помощью сшивающих агентов ДНК. Высокий уровень BRCA1 может защитить раковые клетки, действуя путем устранения повреждений ДНК, вызванных препаратами платины. Таким образом, уровень экспрессии BRCA1 является потенциально важным инструментом для настройки химиотерапии при лечении рака легких.
Уровень экспрессии BRCA1 также важен для лечения рака яичников. Пациенты со спорадическим раком яичников, которые лечились препаратами платины, имели более длительное среднее время выживания, если их экспрессия BRCA1 была низкой, по сравнению с пациентами с более высокой экспрессией BRCA1 (46 по сравнению с 33 месяцами).
Патенты, правоприменение, судебные разбирательства и споры
Заявка на патент на выделенный ген BRCA1 и мутации, способствующие развитию рака, описанные выше, а также на методы диагностики вероятности развития рака груди, была подана Университетом штата Юта, Национальным институтом наук об окружающей среде (NIEHS) и Myriad Genetics в 1994 году. ; В течение следующего года Myriad (в сотрудничестве с исследователями из Endo Recherche, Inc., HSC Research & Development Limited Partnership и Пенсильванского университета) выделила и секвенировала ген BRCA2 и определила ключевые мутации, и был подан первый патент на BRCA2. в США - Myriad и другими учреждениями в 1995 году. Myriad является эксклюзивным лицензиатом этих патентов и применяет их в США против клинико-диагностических лабораторий. Эта бизнес-модель привела к тому, что Myriad из стартапа в 1994 году превратилась в публичную компанию с 1200 сотрудниками и годовым доходом около 500 миллионов долларов в 2012 году; это также привело к спорам по поводу высоких цен и невозможности получить второе мнение от других диагностических лабораторий, что, в свою очередь, привело к выдающемуся судебному иску « Ассоциация молекулярной патологии против Myriad Genetics» . Срок действия патентов истек в 2014 году.
Согласно статье, опубликованной в журнале « Генетическая медицина» в 2010 году, «Патентная история за пределами Соединенных Штатов более сложна ... Например, патенты были получены, но патенты игнорируются провинциальными системами здравоохранения Канады. В Австралии и Великобритании лицензиат Myriad разрешил использование системы здравоохранения, но объявил об изменении планов в августе 2008 года. В единственном общеевропейском патенте Myriad была запатентована только одна мутация, хотя некоторые патенты все еще находятся на рассмотрении в рамках процедуры возражения. в результате Соединенные Штаты являются единственной юрисдикцией, в которой сильная патентная позиция Myriad предоставила статус единственного поставщика ». Питер Мелдрам, генеральный директор Myriad Genetics, признал, что Myriad имеет «другие конкурентные преимущества, которые могут сделать такое [патентное] обеспечение ненужным» в Европе.
Как и в случае с любым другим геном, найти вариацию в BRCA1 несложно. Настоящая ценность заключается в понимании клинических последствий того или иного варианта. Myriad имеет обширную частную базу данных таких корреляций генотип-фенотип. В ответ разрабатываются параллельные базы данных с открытым исходным кодом.
Правовые решения, касающиеся патентов BRCA1 и BRCA2, повлияют на сферу генетического тестирования в целом. В статье, опубликованной в июне 2013 г. в « Ассоциации молекулярной патологии против Myriad Genetics» (№ 12-398), цитируется единогласное решение Верховного суда США о том, что «природный сегмент ДНК является продуктом природы и не подлежит патенту только потому, что он был изолирован, "аннулируя патенты Myriad на гены BRCA1 и BRCA2. Однако Суд также постановил, что манипулирование геном с целью создания чего-то, чего не встречается в природе, по-прежнему может иметь право на патентную защиту. Федеральный суд Австралии пришел к противоположному выводу, отстаивая справедливость патента австралийской Myriad Genetics над геномом BRCA1 в феврале 2013 года Федеральный суд также отклонил апелляцию в сентябре 2014. Yvonne Д'Арси выиграла дело против США на основе биотехнологическая компания Myriad Genetics в Высоком суде Австралии . В своем единогласном решении от 7 октября 2015 года «высокий суд постановил, что выделенная нуклеиновая кислота, кодирующая белок BRCA1, со специфическими отклонениями от нормы, указывающими на предрасположенность к раку груди и раку яичников, не является« патентоспособным изобретением ». . '"
Взаимодействия
Было показано, что BRCA1 взаимодействует со следующими белками:
- ABL1
- AKT1
- AR
- ATR
- Банкомат
- ATF1
- BACH1
- BARD1
- BRCA2
- BRCC3
- BRE
- BRIP1
- C-июн
- ЧЕК2
- CLSPN
- КОБРА1
- CREBBP
- CSNK2B
- CSTF2
- CDK2
- DHX9
- ELK4
- EP300
- ESR1
- ФАНКА
- FANCD2
- FHL2
- H2AFX
- JUNB
- JunD
- LMO4
- MAP3K3
- MED1
- MED17
- MED21
- MED24
- MRE11A
- MSH2
- MSH3
- MSH6
- Мой с
- NBN
- НМИ
- NPM1
- NCOA2
- NUFIP1
- P53
- PALB2
- POLR2A
- PPP1CA
- Rad50
- RAD51
- RBBP4
- RBBP7
- RBBP8
- РЕЛА
- RB1
- RBL1
- RBL2
- RPL31
- SMARCA4
- SMARCB1
- STAT1
- UBE2D1
- USF2
- VCP
- XIST
- ZNF350
использованная литература
внешние ссылки
- BRCA1 Protein в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Genes, BRCA1 в Национальной медицинской библиотеке США по предметным заголовкам по медицинским предметам (MeSH)
- PDBe-KB предоставляет обзор всей структурной информации, доступной в PDB для человека BRCA1.