ФАНКА - FANCA
Анемия Фанкони, комплементационная группа А , также известная как FAA , ЦАВС и FANCA , является белком , который в организме человека кодируется FANCA ген . Он принадлежит к семейству генов группы комплементации анемии Фанкони (FANC), из которых в настоящее время распознаются 12 групп комплементации, и предполагается, что он действует как пострепликационная репарация или контрольная точка клеточного цикла . Белки FANCA участвуют в репарации межцепочечных перекрестных связей ДНК и в поддержании нормальной стабильности хромосом, которая регулирует дифференцировку гемопоэтических стволовых клеток в зрелые клетки крови .
Мутации с участием гена FANCA связаны со многими соматическими и врожденными дефектами, в первую очередь с фенотипическими вариациями анемии Фанкони , апластической анемией и такими формами рака , как плоскоклеточный рак и острый миелоидный лейкоз .
Функция
Группа комплементации анемии Фанкони (FANC) в настоящее время включает FANCA, FANCB , FANCC , FANCD1 (также называемый BRCA2 ), FANCD2 , FANCE , FANCF , FANCG и FANCL . Ранее определенная группа FANCH совпадает с FANCA. Члены группы комплементации анемии Фанкони не имеют сходства последовательностей; они связаны своей сборкой в общий ядерный белковый комплекс. Ген FANCA кодирует белок для группы комплементации А. Альтернативный сплайсинг приводит к множественным вариантам транскрипта, кодирующим разные изоформы.
|
||||||||||||||||||||
Ген и белок
У человека ген FANCA имеет длину 79 килобаз (т.п.н.) и расположен на хромосоме 16 (16q24.3). Белок FANCA состоит из 1455 аминокислот . Внутри клеток основная цель FANCA состоит в его предполагаемом участии в мультисубъединичном комплексе FA, состоящем из FANCA, FANCB , FANCC , FANCE , FANCF , FANCG , FANCL / PHF9 и FANCM. В комплексе с FANCF, FANCG и FANCL, FANCA взаимодействует с HES1. Это взаимодействие было предложено как необходимое для стабильности и ядерной локализации белков ядра комплекса FA. Комплекс с FANCC и FANCG может также включать EIF2AK2 и HSP70. В клетках участие FANCA в этом «ядерном комплексе FA» необходимо для активации белка FANCD2 до моноубиквитинированной изоформы (FANCD2-Ub) в ответ на повреждение ДНК , катализируя активацию пути FA / BRCA ДНК-ответ-ответ на повреждение, что приводит к отремонтировать.
FANCA связывается как с одноцепочечной (оцДНК), так и с двухцепочечной (дцДНК) ДНК; однако при тестировании в анализе сдвига электрофоретической подвижности его сродство к оцДНК значительно выше, чем к дцДНК . FANCA также связывается с РНК с большей аффинностью, чем ее ДНК-аналог. Для оптимального связывания FANCA требуется определенное количество нуклеотидов, при этом минимум для распознавания FANCA составляет примерно 30 как для ДНК, так и для РНК. Юань и др. (2012) путем тестирования аффинности FANCA с различными структурами ДНК обнаружили, что 5'-створка или 5'-хвост на ДНК облегчает его взаимодействие с FANCA, в то время как комплементарный С-концевой фрагмент Q772X, C772-1455, сохраняет дифференцированный активность связывания нуклеиновой кислоты (т.е. предпочтение РНК перед оцДНК и дцДНК), что указывает на то, что связывающий нуклеиновую кислоту домен FANCA расположен в основном на С-конце, месте, где обнаруживаются многие вызывающие заболевание мутации.
FANCA повсеместно экспрессируется на низких уровнях во всех клетках с субклеточной локализацией в основном в ядре, но также и в цитоплазме, что соответствует его предполагаемой роли опекуна в путях реакции на повреждение ДНК и образовании комплекса FA. Распределение белков в различных тканях в настоящее время изучено недостаточно. Иммунохимическое исследование ткани мышей показывает, что FANCA присутствует на более высоком уровне в лимфоидных тканях, семенниках и яичниках , и хотя значение этого неясно, это предполагает, что присутствие белков FA может быть связано с клеточной пролиферацией . Например, в иммортализованных лимфобластах и лейкозных клетках человека белки FA легко обнаруживаются с помощью иммунопреципитации .
Клиническое значение
Мутации в этом гене - наиболее частая причина анемии Фанкони . Анемия Фанкони - это наследственное аутосомно-рецессивное заболевание , основными признаками которого являются апластическая анемия в детстве, множественные врожденные аномалии, предрасположенность к лейкемии и другим видам рака, а также клеточная гиперчувствительность к агентам, связывающим цепочки ДНК. Обычно клетки пациентов с анемией Фанкони показывают заметно более высокую частоту спонтанного хромосомного разрыва и гиперчувствительность к кластогенному эффекту сшивающих агентов ДНК, таких как диэпоксибутан (DEB) и митомицин-C (MMC), по сравнению с нормальными клетками. Первичный диагностический тест на анемию Фанкони основан на увеличении хромосомных разрывов, наблюдаемых в пораженных клетках после воздействия этих агентов - стресс-тест DEB / MMC. Другие особенности фенотипа клеток анемии Фанкони также включают аномальную кинетику клеточного цикла (пролонгированную фазу G2), гиперчувствительность к кислороду , повышенный апоптоз и ускоренное укорочение теломер .
Мутации FANCA на сегодняшний день являются наиболее частой причиной анемии Фанкони, составляя от 60 до 70% всех случаев. FANCA был клонирован в 1996 году и является одним из крупнейших генов FA. Были зарегистрированы сотни различных мутаций: 30% точечных мутаций, 30% микроделеций или микроделеций пар оснований и 40% больших делеций, удаляющих до 31 экзона из гена. Эти большие делеции имеют высокую корреляцию со специфическими точками останова и возникают в результате Alu- опосредованной рекомбинации. Очень важным наблюдением является то, что различные мутации вызывают фенотипы анемии Фанкони разной степени тяжести.
Пациенты, гомозиготные по нулевым мутациям в этом гене, имеют более раннее начало анемии, чем пациенты с мутациями, которые продуцируют измененный или неправильный белок. Однако, поскольку большинство пациентов являются сложными гетерозиготами , диагностический скрининг мутаций затруднен. Определенные мутации-основатели также могут встречаться в некоторых популяциях, например, мутация делеционного экзона 12-31, которая составляет 60% мутаций у африканеров.
Участие в пути FA / BRCA
В клетках пациентов с анемией Фанкони не наблюдается индукции убиквитинирования FANCD2 комплексом ядра FA , предположительно в результате нарушения образования комплекса из-за отсутствия рабочего белка FANCA. В конечном итоге, независимо от конкретной мутации, именно нарушение этого пути FA / BRCA приводит к неблагоприятным клеточным и клиническим фенотипам, общим для всех страдающих анемией Фанкони с нарушением FANCA. Были исследованы взаимодействия между BRCA1 и многими белками FANC. Среди известных белков FANC большинство доказательств указывает на прямое взаимодействие, прежде всего, между белком FANCA и BRCA1. Данные из дрожжей двухгибридного анализа , коиммунопреципитаций из ин витро синтеза, и коиммунопреципитации из клеточных экстрактов показывают , что сайт взаимодействия находится между концевой аминогруппой FANCA и центральной частью BRCA1, расположенной в пределах аминокислот 740-1083.
Однако, поскольку FANCA и BRCA1 подвергаются конститутивному взаимодействию, это не может зависеть исключительно от обнаружения фактического повреждения ДНК. Вместо этого белок BRCA1 может быть более важным в обнаружении двухцепочечных разрывов ДНК или промежуточным звеном в репарации межцепочечных сшивок (ICL), и, скорее, служить для переноса некоторых из многих белков репарации ДНК, с которыми он взаимодействует, на сайт. Одним из таких белков может быть FANCA, который, в свою очередь, может служить местом стыковки или якорной точкой в месте повреждения ICL для основного комплекса FA. Другие белки FANC , такие как FANCC , FANCE и FANCG , затем собираются в этом ядерном комплексе в присутствии FANCA, как это требуется для действия FANCD2 . Этот механизм также поддерживается белок-белковыми взаимодействиями между BRG1 и BRCA1 и FANCA, которые наряду с этим служат для модуляции кинетики клеточного цикла. С другой стороны, BRCA1 может локализовать FANCA в месте повреждения ДНК, а затем высвободить его, чтобы инициировать образование комплекса. Комплекс сделает возможным убиквитинирование FANCD2, более позднего функционирующего белка в пути FA, способствуя ICL и репарации ДНК.
Возникающая предполагаемая и явно интегральная функция FANCA в активации основного комплекса FA также объясняет его особенно высокую корреляцию с мутациями, вызывающими анемию Фанкони. Хотя многие мутации белка FANC составляют лишь 1% от общего числа наблюдаемых случаев, они также стабилизируются FANCA внутри комплекса. Напр., FANCA стабилизирует FANCG внутри основного комплекса, и, следовательно, мутации в FANCG компенсируются, поскольку комплекс все еще может катализировать FANCD2- убиквитинирование ниже по течению. Повышающая регуляция FANCA также увеличивает экспрессию FANCG в клетках, и тот факт, что эта трансдукция не является взаимной - повышенная регуляция FANCG не вызывает повышенной экспрессии FANCA - предполагает, что FANCA является не только первичным стабилизирующим белком в основном комплексе, но и может действовать как естественный регулятор у пациентов, которые в противном случае страдали бы от мутаций в генах FANC, отличных от FANCA или FANCD2.
Участие в кроветворении
Предполагается, что FANCA играет решающую роль в (дефинитивном) гематопоэзе взрослых во время эмбрионального развития и, как полагают, экспрессируется во всех гемопоэтических участках, которые способствуют образованию гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников (HSPC). У большинства пациентов с мутацией гематологические аномалии развиваются в течение первого десятилетия жизни, и их количество продолжает снижаться до тех пор, пока не разовьется наиболее распространенный побочный эффект - панцитопения , потенциально ведущая к смерти. В частности, у многих пациентов мегалобластная анемия развивается примерно в возрасте 7 лет, причем этот макроцитоз является первым гематологическим маркером. Дефектный гемопоэз in vitro регистрируется более двух десятилетий в результате мутации белков FANCA, в частности дефектов развития, таких как нарушение гранулемоноцитопоэза из-за мутации FANCA.
Исследования с использованием клоногенных миелоидных предшественников (КОЕ-ГМ) также показали, что частота КОЕ-ГМ в нормальном костном мозге увеличивалась, а их пролиферативная способность экспоненциально снижалась с возрастом, с особенно выраженным нарушением пролиферации у детей, страдающих анемией Фанкони, по сравнению с детьми того же возраста. здоровый контроль. Поскольку функция гематопоэтических клеток-предшественников начинается при рождении и продолжается на протяжении всей жизни, легко сделать вывод, что длительное прекращение выработки белка FANCA приводит к полной гематопоэтической недостаточности у пациентов.
Возможное влияние на развитие эритроидов
Три различных стадии развития эритроидов у млекопитающих - это примитивная, эмбриональная и окончательная взрослые стадии . Взрослые или дефинитивные эритроциты являются наиболее распространенным типом клеток крови и характерно наиболее сходны между видами млекопитающих. Однако примитивные и эмбриональные эритроциты имеют заметно разные характеристики. Они включают в себя: они больше по размеру (примитивно даже в большей степени , чем плода), циркулируют на ранних стадиях развития с более коротким сроком службы, и, в частности, примитивные клетки зародышеобразовател .
Поскольку причины этих различий не совсем понятны, FANCA может быть геном, ответственным за возникновение этих морфологических различий при рассмотрении его вариаций в экспрессии эритроцитов. В примитивных и фетальных предшественниках эритроцитов экспрессия FANCA низкая и почти равна нулю во время образования ретикулоцитов . Маргинальное общее увеличение на стадии плода затмевается его внезапным увеличением экспрессии только во время образования дефинитивных проэритробластов у взрослых. Здесь средняя экспрессия увеличивается на 400% по сравнению с эмбриональными и примитивными эритроцитами и покрывает огромную границу отклонения. Поскольку FANCA в значительной степени участвует в контроле клеточной пролиферации и часто приводит к развитию у пациентов мегалобластной анемии в возрасте около 7 лет, гематологического расстройства, физически отмеченного нарушенной пролиферацией эритроцитов слишком большого размера, возможно, что размер и пролиферативные различия между примитивными, эмбриональными и взрослыми эритроидные клоны могут быть объяснены выражением FANCA. Поскольку FANCA также связан с клеточным циклом и его прогрессированием из фазы G2, стадии, нарушенной при мегалобластной анемии, его экспрессия в развитии дефинитивных проэритробластов может быть вышестоящим детерминантом размера эритроида.
Последствия рака
Мутации FANCA также связаны с повышенным риском рака и злокачественных новообразований. Например, пациенты с гомозиготными нулевыми мутациями в FANCA имеют заметно повышенную предрасположенность к острому миелоидному лейкозу . Более того, поскольку мутации FANC в целом влияют на репарацию ДНК во всем организме и предрасположены к влиянию на динамическое деление клеток, особенно в костном мозге , неудивительно, что у пациентов с большей вероятностью разовьются миелодиспластические синдромы (МДС) и острый миелоидный лейкоз .
Нокаут мыши
Нокаут-мыши были созданы для FANCA. Однако мышиные модели как с одиночным, так и с двойным нокаутом являются здоровыми, жизнеспособными и с трудом демонстрируют фенотипические аномалии, типичные для людей, страдающих анемией Фанкони, такие как гематологическая недостаточность и повышенная предрасположенность к раку. Однако другие маркеры, такие как бесплодие, все еще возникают. Это можно рассматривать как доказательство отсутствия функциональной избыточности в белках, кодируемых геном FANCA. Вместо этого на мышиных моделях требуется индукция типичных фенотипов анемии путем увеличения дозировки ММС , которая не влияет на животных дикого типа, прежде чем они могут быть использованы экспериментально в качестве доклинических моделей недостаточности костного мозга и потенциальной трансплантации стволовых клеток или генной терапии.
И самки, и самцы мышей, гомозиготные по мутации FANCA, демонстрируют гипогонадизм и нарушение фертильности . Гомозиготные мутантные самки демонстрируют преждевременное репродуктивное старение и повышенную частоту кист яичников .
В сперматоцитах белок FANCA обычно присутствует в больших количествах на стадии пахитены мейоза . Это стадия, когда хромосомы полностью синапсируются , и соединения Холлидея образуются, а затем превращаются в рекомбинанты. Мутантные самцы FANCA обнаруживают повышенную частоту неправильного спаривания мейотических хромосом, что указывает на роль FANCA в мейотической рекомбинации. Также апоптоз увеличивается в мутантных половых клетках . Путь репарации ДНК анемии Фанкони, по- видимому, играет ключевую роль в мейотической рекомбинации и поддержании репродуктивных половых клеток.
Потеря FANCA провоцирует апоптоз нейральных предшественников во время развития переднего мозга, вероятно, связанный с дефектной репарацией ДНК. Этот эффект сохраняется в зрелом возрасте, что приводит к истощению пула нервных стволовых клеток с возрастом. Анемия Фанкони фенотип может быть интерпретирован как преждевременное старение стволовых клеток, повреждений ДНК , являющихся движущей силой старения. (Также см. Теорию старения о повреждении ДНК .)
Взаимодействия
Было показано, что FANCA взаимодействует с: