RAD51 - RAD51
RAD51 - это эукариотический ген . Фермент , кодируемый этим геном является членом семейства белков RAD51 , который помогает в ремонте ДНК дважды разрывов ДНК . Члены семьи RAD51 являются гомологичными к бактериальному RecA , архая RADA и дрожжи Rad51. Белок высоко консервативен у большинства эукариот, от дрожжей до человека.
Варианты
Сообщалось о двух альтернативно сплайсированных вариантах транскрипта этого гена, которые кодируют разные белки. Существуют варианты транскриптов, использующие альтернативные сигналы полиА.
Семья
У млекопитающих идентифицировано семь recA- подобных генов: Rad51, Rad51L1 / B , Rad51L2 / C , Rad51L3 / D , XRCC2 , XRCC3 и DMC1 / Lim15 . Все эти белки, за исключением специфичного для мейоза DMC1, необходимы для развития у млекопитающих. Rad51 является членом RecA-подобных NTPases .
Функция
У человека RAD51 представляет собой белок из 339 аминокислот, который играет важную роль в гомологичной рекомбинации ДНК во время репарации двухцепочечных разрывов. В этом процессе имеет место АТФ-зависимый обмен цепью ДНК, при котором цепочка-матрица вторгается в спаренные по основанию цепи гомологичных молекул ДНК. RAD51 участвует в поиске гомологии и стадиях спаривания цепей этого процесса.
В отличие от других белков, участвующих в метаболизме ДНК, семейство RecA / Rad51 образует спиральную нуклеопротеиновую нить на ДНК.
Этот белок может взаимодействовать с ssDNA-связывающим белком RPA , BRCA2 , PALB2 и RAD52 .
Структурная основа образования филаментов Rad51 и их функциональный механизм остаются малоизученными. Однако недавние исследования с использованием флуоресцентно меченого Rad51 показали, что фрагменты Rad51 удлиняются посредством множественных событий нуклеации с последующим ростом, при этом полный фрагмент завершается, когда он достигает примерно 2 мкм в длину. Диссоциация Rad51 от дцДНК, однако, происходит медленно и неполно, что позволяет предположить, что существует отдельный механизм, который выполняет это.
Экспрессия RAD51 при раке
У эукариот белок RAD51 играет центральную роль в гомологичной рекомбинационной репарации. RAD51 катализирует перенос цепи между нарушенной последовательностью и ее неповрежденным гомологом, чтобы обеспечить повторный синтез поврежденной области (см. Модели гомологичной рекомбинации ).
Многочисленные исследования сообщают, что RAD51 чрезмерно экспрессируется при различных формах рака (см. Таблицу 1). Во многих из этих исследований повышенная экспрессия RAD51 коррелирует со снижением выживаемости пациентов. Имеются также некоторые сообщения о недостаточной экспрессии RAD51 при раке (см. Таблицу 1).
Когда экспрессия RAD51 измерялась вместе с экспрессией BRCA1 , была обнаружена обратная корреляция. Это было интерпретировано как отбор на повышенную экспрессию RAD51 и, таким образом, усиление гомологичной рекомбинационной репарации (HRR) (посредством резервного пути HRR RAD52-RAD51) для компенсации дополнительных повреждений ДНК, оставшихся при дефиците BRCA1 .
Многие виды рака имеют эпигенетические недостатки в различных генах репарации ДНК (см. Частоты эпимутаций в генах репарации ДНК при раке ), что, вероятно, приводит к увеличению количества неисправленных повреждений ДНК. Над выражением RAD51 виден во многих раковых заболеваниях может отражать компенсаторный Rad51 над выражением (как в BRCA1 дефиците) и увеличение HRR по меньшей мере , частично иметь дело с такими избыточными повреждениями ДНК.
Недостаточная экспрессия RAD51 сама по себе может приводить к увеличению количества неисправленных повреждений ДНК. Ошибки репликации после этих повреждений (см. Синтез трансфузии ) могут привести к увеличению мутаций и раку.
| Рак | Больше или Недостаточно выражения | Частота измененного выражения лица | Метод оценки | Ref. |
|---|---|---|---|---|
| Рак груди (инвазивный протоковый) | Чрезмерное выражение | - | Иммуногистохимия | |
| Рак груди (дефицит BRCA1) | Чрезмерное выражение | - | информационная РНК | |
| Рак груди (отрицательный по рецепторам прогестерона) | Чрезмерное выражение | - | информационная РНК | |
| Рак молочной железы | Недоэкспрессия | 30% | Иммуногистохимия | |
| Панкреатический рак | Чрезмерное выражение | 74% | Иммуногистохимия | |
| Панкреатический рак | Чрезмерное выражение | 66% | Иммуногистохимия | |
| Плоскоклеточный рак головы и шеи | Чрезмерное выражение | 75% | Иммуногистохимия | |
| Рак простаты | Чрезмерное выражение | 33% | Иммуногистохимия | |
| Немелкоклеточный рак легкого | Чрезмерное выражение | 29% | Иммуногистохимия | |
| Саркома мягких тканей | Чрезмерное выражение | 95% | Иммуногистохимия | |
| Плоскоклеточный рак пищевода | Чрезмерное выражение | 47% | Иммуногистохимия | |
| Почечно-клеточный рак | Недоэкспрессия | 100% | Вестерн (белковый) блоттинг и мРНК |
При ремонте двухниточного разрыва
Восстановление двухцепочечного разрыва (DSB) путем гомологичной рекомбинации инициируется резекцией 5 '- 3' цепи ( резекция DSB ). У человека нуклеаза ДНК2 разрезает цепь с 5'-на-3 'на DSB, чтобы создать 3'-выступающую одноцепочечную цепь ДНК.
Ряд паралогов (см. Рисунок) RAD51 важен для рекрутирования или стабилизации белка RAD51 в местах повреждения у позвоночных.
У позвоночных и растений пять паралогов RAD51 экспрессируются в соматических клетках, включая RAD51B ( RAD51L1 ), RAD51C (RAD51L2), RAD51D ( RAD51L3 ), XRCC2 и XRCC3 . Каждый из них имеет примерно 25% идентичности аминокислотной последовательности с RAD51 и друг с другом.
Помимо растений и позвоночных существует гораздо более широкое разнообразие паралогов рекомбиназы Rad51. В почкующихся дрожжах Saccharomyces cerevisiae присутствуют паралоги Rad55 и Rad57, которые образуют комплекс, который связывается с дрожжевым Rad51 с оцДНК. Рекомбиназа paralog rfs-1 обнаружена у круглого червя Caenorhabditis elegans , где она не важна для гомологичной рекомбинации. Среди архей паралоги рекомбиназы RadB и RadC обнаруживаются у многих организмов, принадлежащих к Euryarchaeota, в то время как более широкое разнообразие связанных паралогов рекомбиназы, по-видимому, обнаруживается у кренархей, включая Ral1, Ral2, Ral3, RadC, RadC1 и RadC2.
Паралоги RAD51 вносят вклад в эффективную репарацию двухцепочечных разрывов ДНК посредством гомологичной рекомбинации, и истощение любого паралога часто приводит к значительному снижению частоты гомологичной рекомбинации.
Паралоги образуют два идентифицированных комплекса: BCDX2 (RAD51B-RAD51C-RAD51D-XRCC2) и CX3 (RAD51C-XRCC3). Эти два комплекса действуют на двух разных стадиях гомологичной рекомбинационной репарации ДНК . Комплекс BCDX2 отвечает за рекрутирование или стабилизацию RAD51 в местах повреждения. Комплекс BCDX2, по-видимому, действует, облегчая сборку или стабильность филамента нуклеопротеина RAD51 . Комплекс CX3 действует после рекрутирования RAD51 на участки повреждения.
Другой комплекс, BRCA1 - PALB2 - BRCA2 , и паралоги RAD51 взаимодействуют, чтобы загрузить RAD51 на оцДНК, покрытую RPA, с образованием необходимого промежуточного продукта рекомбинации, филамента RAD51-оцДНК.
У мышей и людей комплекс BRCA2 в первую очередь опосредует упорядоченную сборку RAD51 на оцДНК, форме, которая активна для гомологичного спаривания и инвазии цепи. BRCA2 также перенаправляет RAD51 от дцДНК и предотвращает диссоциацию от оцДНК. Однако при наличии мутации BRCA2 человеческий RAD52 может опосредовать сборку RAD51 на оцДНК и заменять BRCA2 в гомологичной рекомбинационной репарации ДНК, хотя и с меньшей эффективностью, чем BRCA2.
Дальнейшие шаги подробно описаны в статье « Гомологичная рекомбинация» .
Мейоз
Rad51 имеет решающую функцию в мейозе профазы у мышей и ее потеря приводит к истощению поздно профазным I сперматоцитов .
Во время мейоза две рекомбиназы, Rad51 и Dmc1 , взаимодействуют с одноцепочечной ДНК с образованием специализированных филаментов, которые адаптированы для облегчения рекомбинации между гомологичными хромосомами . И Rad51, и Dmc1 обладают внутренней способностью к самоагрегированию. Присутствие Dmc1 стабилизирует соседние филаменты Rad51, предполагая, что перекрестные помехи между этими двумя рекомбиназами могут влиять на их биохимические свойства.
Химиотерапия и старение
У пожилых женщин, получавших химиотерапию , ооциты и фолликулы истощаются из-за апоптоза (запрограммированной гибели клеток), что приводит к нарушению функции яичников . Апоптоз ооцитов, вызванный повреждением ДНК, зависит от эффективности механизма репарации ДНК, которая, в свою очередь, снижается с возрастом. Выживаемость ооцитов после химиотерапии или старения может быть увеличена за счет увеличения экспрессии Rad51. Rad51-индуцированная устойчивость ооцитов к апоптозу, вероятно, связана с центральной ролью Rad51 в гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК.
МикроРНК контроль экспрессии RAD51
У млекопитающих микроРНК (миРНК) регулируют около 60% транскрипционной активности генов, кодирующих белок. Некоторые miRNAs также подвергаются сайленсингу, связанному с метилированием, в раковых клетках. Если репрессивная miRNA подавляется гиперметилированием или делецией, то ген, на который она нацелен, становится сверхэкспрессированным.
Было идентифицировано по крайней мере восемь miRNA, которые подавляют экспрессию RAD51 , и пять из них, по-видимому, важны при раке. Напр., При тройном отрицательном раке молочной железы (TNBC) избыточная экспрессия miR-155 происходит вместе с репрессией RAD51 . Дальнейшие тесты напрямую показали, что трансфекция клеток рака груди вектором, сверхэкспрессирующим miR-155, репрессирует RAD51 , вызывая снижение гомологичной рекомбинации и повышение чувствительности к ионизирующему излучению.
Еще четыре miRNA, которые репрессируют RAD51 (miR-148b * и miR-193b *, miR-506 и miR-34a), недостаточно экспрессируются при раке, что предположительно приводит к индукции RAD51 .
Недостаточная экспрессия miR-148b * и miR-193b * вызывает наблюдаемую индукцию экспрессии RAD51 . Делеции 148b * и miR-193b * в серозных опухолях яичников коррелируют с увеличением частоты (возможно канцерогенной) потери гетерозиготности (LOH). Считалось, что этот избыток LOH вызван избыточной рекомбинацией, вызванной индуцированной экспрессией RAD51 .
Недостаточная экспрессия miR-506 связана с ранним временем до рецидива (и снижением выживаемости) у пациентов с эпителиальным раком яичников.
Метилирование промотора miR-34a, приводящее к недостаточной экспрессии miR-34a, наблюдается в 79% случаев рака простаты и 63% первичных меланом. Недоэкспрессированные уровни miR-34a также наблюдаются в 63% немелкоклеточных раковых заболеваний легких и 36% рака толстой кишки. miR-34a также обычно недостаточно экспрессируется в опухолях первичной нейробластомы.
Таблица 2 суммирует эти пять микроРНК, их избыточную или недостаточную экспрессию, а также раковые образования, при которых было отмечено их изменение экспрессии.
| МикроРНК | miRNA чрезмерная / недостаточная экспрессия | Рак | Ref. |
|---|---|---|---|
| miR-155 | Чрезмерное выражение | Тройной негативный рак груди | |
| miR-148b * | Недоэкспрессия | Рак яичников | |
| miR-193b * | Недоэкспрессия | Рак яичников | |
| miR-506 | Недоэкспрессия | Рак яичников | |
| miR-34a | Недоэкспрессия | Простата, Меланома | |
| Немелкоклеточный рак легкого | |||
| Рак толстой кишки | |||
| Нейробластома |
Информация, обобщенная в таблице 2, предполагает, что недостаточная экспрессия микроРНК (вызывающая индукцию RAD51 ) часто встречается при раке. Сверхэкспрессия микроРНК, которая вызывает репрессию RAD51, по- видимому, встречается реже. Данные в таблице 1 (выше) показывают, что в целом избыточная экспрессия RAD51 чаще встречается при раке, чем недостаточная экспрессия.
Три другие микроРНК были идентифицированы по различным критериям как вероятно репрессирующие RAD51 (miR-96, miR-203 и miR-103/107). Затем эти микроРНК были протестированы путем сверхэкспрессии их в клетках in vitro , и было обнаружено, что они действительно репрессируют RAD51 . Это подавление обычно было связано со снижением ЧСС и повышенной чувствительностью клеток к агентам, повреждающим ДНК.
Патология
Также обнаружено, что этот белок взаимодействует с PALB2 и BRCA2 , что может иметь важное значение для клеточного ответа на повреждение ДНК. Показано, что BRCA2 регулирует как внутриклеточную локализацию, так и ДНК-связывающую способность этого белка. Утрата этих контролей после инактивации BRCA2 может быть ключевым событием, ведущим к геномной нестабильности и онкогенезу.
Несколько изменений гена Rad51 были связаны с повышенным риском развития рака груди . Белки восприимчивости к раку груди BRCA2 и PALB2 контролируют функцию Rad51 в пути репарации ДНК путем гомологичной рекомбинации. В дополнение к данным, перечисленным в таблице 1, повышенные уровни экспрессии RAD51 были идентифицированы в метастатической карциноме молочной железы собак, что указывает на то, что геномная нестабильность играет важную роль в канцерогенезе этого типа опухоли.
Анемия Фанкони
Анемия Фанкони (FA) - это наследственное заболевание, характеризующееся гиперчувствительностью клеток к агентам, сшивающим ДНК. Сообщалось, что доминантная отрицательная мутация в гене Rad51 приводит к FA-подобному фенотипу с признаками умственной отсталости. Этот отчет включает доказательства того, что Rad51-опосредованная гомологичная рекомбинационная репарация, вероятно, играет важную роль в развитии нервной системы.
Взаимодействия
Было показано, что RAD51 взаимодействует с:
использованная литература
внешние ссылки
- RAD51 + Protein в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)