Complex MRN

Complexul MRN (complex MRX în drojdie ) este un complex proteic format din proteinele MRE11 , Rad50 și Nbs1 (cunoscut și ca nibrină [1] la om și ca Xrs2 în drojdie). La eucariote, complexul MRN/X joacă un rol important în procesarea inițială a rupurilor duble catene ale ADN-ului înainte de reparare prin recombinare omoloagă sau îmbinare la capăt neomolog . Complexul MRN leagă în mod eficient rupturile duble catene atât in vitro , cât și in vivo și poate servi la fixarea capetelor de rupere înainte de reparare. Complexul MRN este, de asemenea, implicat în activarea kinazei punctului de control ATM ca răspuns la deteriorarea ADN-ului 2] . Activarea ATM de către complexul MRN implică formarea de oligonucleotide scurte monocatenar de către endonucleaza Mre11 [3] .

Funcții

La eucariote, complexul MRN este un participant cheie în multe etape în repararea rupurilor duble-catenari. Este implicat în detectarea daunelor, oprirea ciclului celular înainte de reparare, alegerea mecanismului de reparare (unirea capetelor neomoloage sau recombinarea omoloagă) și menținerea celor două capete ale rupturii împreună înainte de reparare [4] . Se crede că Mre11 [5] și Nbs1 [6] sunt implicate în detectarea daunelor . Oprirea ciclului celular este asociată cu activitatea kinazei ATM, care este reglementată de Mre11 [5] și Nbs1 [7] . Doar Mre11 este implicat în alegerea mecanismului de reparare [8] , în timp ce Mre11 și Rad50 sunt implicați în alinierea capetelor de rupere: Rad50 ține capetele împreună [9] , iar Mre11 ajustează aliniamentele prin legarea de capetele cromozomi deteriorați [10] .

Telomerele și proteinele asociate acestora mențin integritatea capetelor cromozomilor în timpul replicării și împiedică complecșii de reparare să confunde capătul cromozomului cu o rupere dublu-catenar. Complexul MRN este implicat în menținerea integrității telomerilor prin legarea la proteina TERF2 , care face parte din complexul shelterin situat la capetele telomerilor [11] . În plus, Nbs1 este necesar pentru alungirea telomerilor de către enzima telomeraza [12] . La distrugerea MRN în celulele umane , lungimea capetelor proeminente ale ADN-ului în telomeri este redusă semnificativ [13] , ceea ce poate interfera cu formarea corectă a buclei T, ducând la destabilizarea telomerilor. Alungirea telomerilor în celulele canceroase , care are loc prin mecanismul de alungire alternativă a telomerilor ( ALT  ) , depinde și de complexul MRN, în special de Nbs1 [14] .

Evoluție

Complexul MRN a fost studiat în principal la eucariote. Cu toate acestea, două dintre cele trei componente proteice ale acestui complex, Mre11 și Rad50, s-au dovedit a fi prezente în arhee [15] . Acest fapt sugerează că componentele cheie ale complexului eucariotic MRN au fost derivate dintr-un strămoș arheal. În arhea Sulfolobus acidocaldarius , proteina Mre11 interacționează cu proteina Rad50 și, aparent, joacă un rol activ în repararea daunelor ADN create experimental de radiațiile gamma [16] . În plus, în timpul meiozei în Tetrahymena ciliate , Mre11 este necesar pentru a repara deteriorarea ADN-ului , în acest caz rupturi dublu-catenar, folosind recombinarea omoloagă [17] .

Rolul în boala umană

Mutațiile în Nbs1 la oameni conduc la dezvoltarea unei tulburări genetice rare cunoscute sub numele de sindromul de deteriorare Nijmegen [18] .

Complexul MRN este cumva asociat cu dezvoltarea multor boli oncologice. Deoarece rupturile dublu-catenari pot provoca malignitate celulară [19] , se pare că complexul MRN joacă un rol protector. Cu toate acestea, unele linii de celule canceroase componentele MRN în comparație cu celulele somatice normale , astfel încât supraexprimarea MRN este vitală pentru unele celule canceroase. Pare plauzibil că acest lucru se datorează faptului că replicarea crescută care are loc în celulele canceroase necesită o mulțime de MRN [20] . Cu toate acestea, există tot mai multe dovezi că MRN este implicat în inițierea tumorii și metastaze .

La șoareci , mutațiile care afectează numai Nbs1 nu duc la formarea tumorii. Cu toate acestea, la șoarecii mutanți Nbs1, care sunt, de asemenea , knockout p53 , tumorile apar mult mai devreme decât la șoarecii de tip sălbatic [21] . Aparent, mutațiile în Nbs1 nu duc la cancer din cauza activității p53 și nu din cauza inocenței lor. Șoarecii cu Nbs1 mutant și expresie redusă a p53 au o frecvență crescută a limfoamelor cu celule B și T , astfel încât apariția frecventă a limfoamelor la pacienții cu sindromul de deteriorare Nijmegen este asociată cu inactivarea p53 [22] [23 ]. ] [24] . Când MRE11 este doborât în ​​celulele diferitelor linii de cancer, nivelul de expresie al supresorului tumoral p16INK4a crește de trei ori , ceea ce activează îmbătrânirea celulelor canceroase și oprește proliferarea acestora . Un posibil motiv constă în metilarea promotorului p16INK4 de către proteina Mre11 [25] .

Suprimarea exprimării Mre11 în liniile de celule canceroase de sân ( MCF-7 ) și osoase (U2OS) reduce capacitatea acestor celule de a migra [25] , indicând faptul că MRN promovează metastaza. În celulele knockdown Mre11, există o expresie redusă a metaloproteinazelor matriceale MMP-2 și MMP-3 , care contribuie la răspândirea celulelor canceroase și a metastazelor [26] . Supraexprimarea Nbs1 în celulele carcinomului cu celule scuamoase ale gâtului și capului (HNSCC) activează tranziția epitelial-mezenchimală , care joacă un rol critic în metastazare. Nivelul de Nbs1 în celulele tumorii secundare a fost semnificativ mai mare decât în ​​celulele celei primare, ceea ce indică o relație pozitivă între supraexprimarea MRN și metastază [27] . Astfel, cel puțin două din cele trei subunități MRN sunt implicate în metastaze.

Aproape întotdeauna în celulele canceroase, există o expresie crescută a proteinelor care sunt implicate în menținerea integrității telomerilor, ceea ce le asigură potențialul de replicare nelimitat [28] . În liniile celulare HNSCC, knockout-ul Nbs1, care are ca rezultat o expresie redusă a întregului complex MRN, are ca rezultat scurtarea telomerilor, care duce în cele din urmă la moartea celulelor canceroase [29] . Dacă astfel de celule sunt tratate cu un inhibitor de poli(ADP-riboză) polimerază (PARP) , atunci telomerii scad în lungime și mai mult, datorită căruia proliferarea celulară se oprește atât in vitro , cât și in vivo . Tratamentul cu un inhibitor PARP duce la apoptoză în celulele canceroase mutante BRCA , iar o scădere a expresiei complexului MRN crește sensibilitatea la inhibitorul PARP a celulelor care nu au mutații în BRCA, care poate servi ca un mecanism suplimentar de control al creșterii tumorii [30] .

Complexul MRN este, de asemenea, implicat în unele dintre mecanismele care desensibilizează celulele canceroase la chimioterapie și radioterapie [31] , care duc la deteriorarea ADN-ului. Inhibitorul Mre11, cunoscut sub numele de mirin, împiedică kinaza ATM să conducă punctul de control G2-M, care este necesar pentru a declanșa repararea ruperii duble-catenari a ADN [32] . Acest lucru împiedică celulele canceroase să-și repare ADN-ul după chimioterapie sau radioterapie, crescând dramatic sensibilitatea lor la tratament. Supraexprimarea Nbs1 în celulele HNSCC duce la activarea căii de semnalizare PI3K/AKT , care crește agresivitatea tumorii prin suprimarea apoptozei [33] .

Note

  1. ↑ Atlas de Genetică și Citogenetică în Oncologie și Hematologie - NBS1 . Consultat la 12 februarie 2008. Arhivat din original pe 5 februarie 2008.
  2. ↑ Lee JH , Paull TT Activarea ATM de către ADN-ul dublu catenar sparge complexul Mre11-Rad50-Nbs1.  (engleză)  // Știință (New York, NY). - 2005. - 22 aprilie ( vol. 308 , nr. 5721 ). - P. 551-554 . - doi : 10.1126/science.1108297 . — PMID 15790808 .
  3. ↑ Jazayeri A. , Balestrini A. , Garner E. , Haber JE , Costanzo V. Mre11-Rad50-Nbs1-dependent processing of DNA breaks generează oligonucleotide care stimulează activitatea ATM.  (engleză)  // Jurnalul EMBO. - 2008. - 23 iulie ( vol. 27 , nr. 14 ). - P. 1953-1962 . - doi : 10.1038/emboj.2008.128 . — PMID 18596698 .
  4. ↑ Lamarche BJ , Orazio NI , Weitzman MD Complexul MRN în repararea rupturii duble și întreținerea telomerilor.  (Engleză)  // Scrisori FEBS. - 2010. - 10 septembrie ( vol. 584 , nr. 17 ). - P. 3682-3695 . - doi : 10.1016/j.febslet.2010.07.029 . — PMID 20655309 .
  5. ↑ 1 2 Lavin MF ATM și complexul Mre11 se combină pentru a recunoaște și a semnala rupturile duble-catenari ale ADN-ului.  (engleză)  // Oncogene. - 2007. - 10 decembrie ( vol. 26 , nr. 56 ). - P. 7749-7758 . - doi : 10.1038/sj.onc.1210880 . — PMID 18066087 .
  6. ↑ Lukas C. , Falck J. , Bartkova J. , Bartek J. , Lukas J. Distinct spatiotemporal dynamics of mammalian checkpoint regulators induced by DNA damage.  (Engleză)  // Nature Cell Biology. - 2003. - Martie ( vol. 5 , nr. 3 ). - P. 255-260 . - doi : 10.1038/ncb945 . — PMID 12598907 .
  7. ↑ You Z. , Chahwan C. , Bailis J. , Hunter T. , Russell P. Activarea ATM și recrutarea acestuia la ADN-ul deteriorat necesită legarea la capătul C al Nbs1.  (Engleză)  // Biologie moleculară și celulară. - 2005. - iulie ( vol. 25 , nr. 13 ). - P. 5363-5379 . - doi : 10.1128/MCB.25.13.5363-5379.2005 . — PMID 15964794 .
  8. ↑ Shibata A. , Moiani D. , Arvai AS , Perry J. , Harding SM , Genois MM , Maity R. , van Rossum-Fikkert S. , Kertokalio A. , Romoli F. , Ismail A. , Ismalaj E. , Petricci E. , Neale MJ , Bristow RG , Masson JY , Wyman C. , Jeggo PA , Tainer JA Alegerea căii de reparare a ruperii ADN-ului dublu catenar este direcționată de activități distincte ale nucleazei MRE11.  (Engleză)  // Molecular Cell. - 2014. - 9 ianuarie ( vol. 53 , nr. 1 ). - P. 7-18 . - doi : 10.1016/j.molcel.2013.11.003 . — PMID 24316220 .
  9. ↑ de Jager M. , van Noort J. , van Gent DC , Dekker C. , Kanaar R. , Wyman C. Human Rad50/Mre11 este un complex flexibil care poate lega capetele ADN-ului.  (Engleză)  // Molecular Cell. - 2001. - Noiembrie ( vol. 8 , nr. 5 ). - P. 1129-1135 . — PMID 11741547 .
  10. ↑ Williams RS , Moncalian G. , Williams JS , Yamada Y. , Limbo O. , Shin DS , Groocock LM , Cahill D. , Hitomi C. , Guenther G. , Moiani D. , Carney JP , Russell P. , Tainer JA Dimerii Mre11 coordonează puntea la capătul ADN-ului și procesarea nucleazei în repararea ruperii duble-catenari.  (engleză)  // Cell. - 2008. - 3 octombrie ( vol. 135 , nr. 1 ). - P. 97-109 . - doi : 10.1016/j.cell.2008.08.017 . — PMID 18854158 .
  11. ^ Zhu XD , Küster B. , Mann M. , Petrini JH , de Lange T. Cell-cycle-regulated association of RAD50/MRE11/NBS1 with TRF2 and human telomeres. (engleză)  // Genetica naturii. - 2000. - iulie ( vol. 25 , nr. 3 ). - P. 347-352 . - doi : 10.1038/77139 . — PMID 10888888 .  
  12. ↑ Ranganathan V. , Heine WF , Ciccone DN , Rudolph KL , Wu X. , Chang S. , Hai H. , Ahearn IM , Livingston DM , Resnick I. , Rosen F. , Seemanova E. , Jarolim P. , DePinho RA , Weaver DT Salvarea unui defect de lungime a telomerului celulelor sindromului de rupere Nijmegen necesită NBS și subunitatea catalitică a telomerazei.  (Engleză)  // Biologie actuală : CB. - 2001. - 26 iunie ( vol. 11 , nr. 12 ). - P. 962-966 . — PMID 11448772 .
  13. ↑ Chai W. , Sfeir AJ , Hoshiyama H. ​​, Shay JW , Wright W.E. Implicarea complexului Mre11/Rad50/Nbs1 în generarea de protuberanțe G la telomerii umani.  (engleză)  // Rapoarte EMBO. - 2006. - Februarie ( vol. 7 , nr. 2 ). - P. 225-230 . - doi : 10.1038/sj.embor.7400600 . — PMID 16374507 .
  14. ^ Zhong ZH , Jiang WQ , Cesare AJ , Neumann AA , Wadhwa R. , Reddel RR Perturbarea menținerii telomerilor prin epuizarea complexului MRE11/RAD50/NBS1 în celulele care utilizează alungirea alternativă a telomerilor.  (Engleză)  // Jurnalul de chimie biologică. - 2007. - 5 octombrie ( vol. 282 , nr. 40 ). - P. 29314-29322 . - doi : 10.1074/jbc.M701413200 . — PMID 17693401 .
  15. ↑ Alb MF Recombinare omologă în arhee: mijloacele justifică scopurile.  (Engleză)  // Tranzacții ale Societății Biochimice. - 2011. - ianuarie ( vol. 39 , nr. 1 ). - P. 15-19 . - doi : 10.1042/BST0390015 . — PMID 21265740 .
  16. ↑ Quaiser A. , ​​Constantinesco F. , White MF , Forterre P. , Elie C. Proteina Mre11 interacționează atât cu Rad50, cât și cu helicaza bipolară HerA și este recrutată în ADN după iradierea gamma în arheonul Sulfolobus acidocaldarius.  (Engleză)  // BMC Molecular Biology. - 2008. - 22 februarie ( vol. 9 ). - P. 25-25 . - doi : 10.1186/1471-2199-9-25 . — PMID 18294364 .
  17. ↑ Lukaszewicz A. , Howard-Till RA , Novatchkova M. , Mochizuki K. , Loidl J. MRE11 și COM1/SAE2 sunt necesare pentru repararea ruperii duble-catenari și împerecherea eficientă a cromozomilor în timpul meiozei protistului Tetrahymena.  (engleză)  // Cromozom. - 2010. - octombrie ( vol. 119 , nr. 5 ). - P. 505-518 . - doi : 10.1007/s00412-010-0274-9 . — PMID 20422424 .
  18. ↑ eMedicine - Sindromul de rupere Nijmegen . Consultat la 12 februarie 2008. Arhivat din original pe 8 ianuarie 2008.
  19. ^ Czornak Kamila , Chughtai Sanaullah , Chrzanowska Krystyna H. Mystery of DNA repair: the role of the MRN complex and ATM kinase in DNA damage repair  //  Journal of Applied Genetics. - 2008. - Decembrie ( vol. 49 , nr. 4 ). - P. 383-396 . — ISSN 1234-1983 . - doi : 10.1007/BF03195638 .
  20. ↑ Kavitha CV , Choudhary B. , Raghavan SC , Muniyappa K. Reglarea diferențială a subunităților complexe MRN (Mre11-Rad50-Nbs1) și a activității telomerazei în celulele canceroase.  (Engleză)  // Comunicații de cercetare biochimică și biofizică. - 2010. - 3 septembrie ( vol. 399 , nr. 4 ). - P. 575-580 . - doi : 10.1016/j.bbrc.2010.07.117 . — PMID 20682289 .
  21. ^ Williams BR , Mirzoeva OK , Morgan WF , Lin J. , Dunnick W. , Petrini JH A murin model of Nijmegen breakage syndrome. (Engleză)  // Biologie actuală : CB. - 2002. - 16 aprilie ( vol. 12 , nr. 8 ). - P. 648-653 . — PMID 11967151 .  
  22. ↑ Difilippantonio S. , Celeste A. , Fernandez-Capetillo O. , Chen HT , Reina San Martin B. , Van Laethem F. , Yang YP , Petukhova GV , Eckhaus M. , Feigenbaum L. , Manova K. , Kruhlak M. , Camerini-Otero RD , Sharan S. , Nussenzweig M. , Nussenzweig A. Rolul Nbs1 în activarea kinazei Atm revelat în modelele de șoarece umanizate.  (Engleză)  // Nature Cell Biology. - 2005. - iulie ( vol. 7 , nr. 7 ). - P. 675-685 . - doi : 10.1038/ncb1270 . — PMID 15965469 .
  23. ^ Gładkowska -Dura M. , Dzierzanowska-Fangrat K. , Dura WT , van Krieken JH , Chrzanowska KH , van Dongen JJ , Langerak AW .  (engleză)  // Jurnalul de patologie. - 2008. - noiembrie ( vol. 216 , nr. 3 ). - P. 337-344 . - doi : 10.1002/path.2418 . — PMID 18788073 .
  24. ↑ Steffen J. , Maneva G. , Popławska L. , Varon R. , Mioduszewska O. , Sperling K. Risc crescut de limfom gastrointestinal la purtătorii mutației genei 657del5 NBS1.  (Engleză)  // Jurnalul Internațional al Cancerului. - 2006. - 15 decembrie ( vol. 119 , nr. 12 ). - P. 2970-2973 . - doi : 10.1002/ijc.22280 . — PMID 16998789 .
  25. ↑ 1 2 Gao R. , Singh R. , Kaul Z. , Kaul SC , Wadhwa R. Targeting of DNA Damage Signaling Pathway Induced Senescence and Reduced Migration of Cancer cells.  (engleză)  // Reviste de gerontologie. Seria A, Științe Biologice și Științe Medicale. - 2015. - iunie ( vol. 70 , nr. 6 ). - P. 701-713 . doi : 10.1093 / gerona/glu019 . — PMID 24747666 .
  26. ↑ Kessenbrock K. , Plaks V. , Werb Z. Matrix metaloproteinases: regulators of the tumor microenvironment.  (engleză)  // Cell. - 2010. - 2 aprilie ( vol. 141 , nr. 1 ). - P. 52-67 . - doi : 10.1016/j.cell.2010.03.015 . — PMID 20371345 .
  27. ↑ Voulgari A. , Pintzas A. Tranziția epitelial-mezenchimală în metastaza cancerului: mecanisme, markeri și strategii pentru depășirea rezistenței la medicamente în clinică.  (Engleză)  // Biochimica Et Biophysica Acta. - 2009. - Decembrie ( vol. 1796 , nr. 2 ). - P. 75-90 . - doi : 10.1016/j.bbcan.2009.03.002 . — PMID 19306912 .
  28. ↑ Reddel RR Mecanisme de întreținere a telomerilor în cancer: implicații clinice.  (Engleză)  // Design farmaceutic actual. - 2014. - Vol. 20 , nr. 41 . - P. 6361-6374 . — PMID 24975603 .
  29. ↑ Lajud SA , Nagda DA , Yamashita T. , Zheng J. , Tanaka N. , Abuzeid WM , Civantos A. , Bezpalko O. , O'Malley Jr. BW , Li D. Perturbarea duală a reparației ADN-ului și întreținerea telomerilor pentru tratamentul cancerului de cap și gât.  (Engleză)  // Clinical Cancer Research: Un Jurnal Oficial al Asociației Americane pentru Cancer Research. - 2014. - 15 decembrie ( vol. 20 , nr. 24 ). - P. 6465-6478 . - doi : 10.1158/1078-0432.CCR-14-0176 . — PMID 25324139 .
  30. ^ Farmer H. , McCabe N. , Lord CJ , Tutt AN , Johnson DA , Richardson TB , Santarosa M. , Dillon KJ , Hickson I. , Knights C. , Martin NM , Jackson SP , Smith GC , Ashworth  A. Defect de reparare a ADN-ului în celulele mutante BRCA ca strategie terapeutică. (engleză)  // Natură. - 2005. - 14 aprilie ( vol. 434 , nr. 7035 ). - P. 917-921 . - doi : 10.1038/nature03445 . — PMID 15829967 .
  31. ↑ Skvortsov S. , Debbage P. , Lukas P. , Skvortsova I. Crosstalk între repararea ADN-ului și căile intracelulare asociate celulelor stem canceroase (CSC).  (engleză)  // Seminarii în biologia cancerului. - 2015. - Aprilie ( vol. 31 ). - P. 36-42 . - doi : 10.1016/j.semcancer.2014.06.002 . — PMID 24954010 .
  32. ↑ Kuroda S. , Urata Y. , Fujiwara T. Ataxia-telangiectasia mutantă și complexul Mre11-Rad50-NBS1: ținte promițătoare pentru radiosensibilizare.  (Engleză)  // Acta Medica Okayama. - 2012. - Vol. 66 , nr. 2 . - P. 83-92 . — PMID 22525466 .
  33. ^ Chang F. , Lee JT , Navolanic PM , Steelman LS , Shelton JG , Blalock WL , Franklin RA , McCubrey JA Implicarea căii PI3K/Akt în progresia ciclului celular, apoptoza și transformarea neoplazică: o țintă pentru chimioterapia cancerului. (engleză)  // Leucemie. - 2003. - Martie ( vol. 17 , nr. 3 ). - P. 590-603 . - doi : 10.1038/sj.leu.2402824 . — PMID 12646949 .