RAD51 - RAD51
RAD51 je eukaryotický gen . Enzym kódovaný tímto genem je členem rodiny proteinů Rad51, který napomáhá opravy DNA dvouřetězcových zlomů . Členové rodiny Rad51 jsou homologní k bakteriální RecA , archaeal ráda a kvasinek Rad51. Protein je ve většině eukaryot, od kvasinek po člověka, vysoce konzervovaný.
Varianty
Byly popsány dvě alternativně sestříhané transkriptové varianty tohoto genu, které kódují odlišné proteiny. Existují varianty přepisu využívající alternativní signály polyA.
Rodina
U savců bylo identifikováno sedm genů podobných recA : Rad51, Rad51L1/B , Rad51L2/C , Rad51L3/D , XRCC2 , XRCC3 a DMC1/Lim15 . Všechny tyto proteiny, s výjimkou DMI1 specifického pro meiózu, jsou nezbytné pro vývoj u savců. Rad51 je členem NTPase typu RecA .
Funkce
U lidí je RAD51 protein o 339 aminokyselinách, který hraje hlavní roli v homologní rekombinaci DNA během opravy přerušení dvou vláken. V tomto procesu probíhá výměna vlákna DNA závislá na ATP, ve které templátové vlákno napadá řetězce párů bází homologních molekul DNA. RAD51 se podílí na hledání homologie a fázích párování vláken procesu.
Na rozdíl od jiných proteinů zapojených do metabolismu DNA tvoří rodina RecA/Rad51 na DNA šroubovicový nukleoproteinový filament.
Tento protein může interagovat s proteinem vázajícím ssDNA RPA , BRCA2 , PALB2 a RAD52 .
Strukturální základ pro tvorbu vlákna Rad51 a jeho funkční mechanismus stále zůstávají špatně pochopeny. Nedávné studie s použitím fluorescenčně značeného Rad51 však ukázaly, že fragmenty Rad51 se prodlužují prostřednictvím několika nukleačních událostí následovaných růstem, přičemž celkový fragment končí, když dosáhne délky přibližně 2 μm. Oddělení Rad51 od dsDNA je však pomalé a neúplné, což naznačuje, že toho existuje samostatný mechanismus.
Exprese RAD51 v rakovině
V eukaryotech má protein RAD51 ústřední roli v homologní rekombinační opravě. RAD51 katalyzuje přenos vlákna mezi přerušenou sekvencí a jeho nepoškozeným homologem, aby byla umožněna opětovná syntéza poškozené oblasti (viz homologní rekombinační modely ).
Četné studie uvádějí, že RAD51 je nadměrně exprimován při různých rakovinách (viz tabulka 1). V mnoha z těchto studií korelovala zvýšená exprese RAD51 se sníženým přežitím pacienta. Existují také některé zprávy o nedostatečné expresi RAD51 u rakovin (viz tabulka 1).
Kde byla exprese RAD51 měřena ve spojení s expresí BRCA1 , byla nalezena inverzní korelace. To bylo interpretováno jako selekce pro zvýšení exprese RAD51, a tedy zvýšená homologní rekombinační oprava (HRR) (záložní cestou HRR RAD52-RAD51), aby se kompenzovalo přidané poškození DNA zbývající, když byl BRCA1 deficitní.
Mnoho rakovin má epigenetické nedostatky v různých genech pro opravu DNA (viz Frekvence epimutací v genech pro opravu DNA u rakoviny ), což pravděpodobně způsobuje zvýšené neopravené poškození DNA. Nadměrná exprese RAD51 pozorovaná u mnoha rakovin může odrážet kompenzační nadměrnou expresi RAD51 (jako u deficitu BRCA1 ) a zvýšenou HRR, aby se alespoň částečně vypořádala s takovým poškozením nadbytečné DNA.
Nedostatečná exprese RAD51 by sama o sobě vedla ke zvýšenému neopravenému poškození DNA. Chyby replikace za těmito poškozeními (viz syntéza transleze ) by vedly ke zvýšeným mutacím a rakovině.
| Rakovina | Nad nebo pod výrazem | Frekvence změněného výrazu | Metoda hodnocení | Ref. |
|---|---|---|---|---|
| Rakovina prsu (invazivní duktální) | Přehnaný výraz | - | Imunohistochemie | |
| Rakovina prsu (deficit BRCA1) | Přehnaný výraz | - | messenger RNA | |
| Rakovina prsu (negativní na progesteronový receptor) | Přehnaný výraz | - | messenger RNA | |
| Rakovina prsu | Nedostatečný výraz | 30% | Imunohistochemie | |
| Rakovina slinivky | Přehnaný výraz | 74% | Imunohistochemie | |
| Rakovina slinivky | Přehnaný výraz | 66% | Imunohistochemie | |
| Skvamózní rakoviny hlavy a krku | Přehnaný výraz | 75% | Imunohistochemie | |
| Rakovina prostaty | Přehnaný výraz | 33% | Imunohistochemie | |
| Nemalobuněčný karcinom plic | Přehnaný výraz | 29% | Imunohistochemie | |
| Sarkom měkkých tkání | Přehnaný výraz | 95% | Imunohistochemie | |
| Rakovina dlaždicových buněk jícnu | Přehnaný výraz | 47% | Imunohistochemie | |
| Karcinom ledvinových buněk | Nedostatečný výraz | 100% | Western (protein) blotting a mRNA |
Oprava přerušení dvoupramenného vlákna
Oprava dvouvláknového přerušení (DSB) homologní rekombinací je zahájena 5 'až 3' řetězcovou resekcí ( resekce DSB ). U lidí DNA2 nukleáza zkracuje 5'-na-3 'vlákno v DSB, aby se vytvořil 3' jednovláknový řetězec přesahující DNA.
Řada paralogů (viz obrázek) RAD51 je nezbytná pro nábor nebo stabilizaci proteinu RAD51 v místech poškození obratlovců.
U obratlovců a rostlin je v somatických buňkách exprimováno pět paralogů RAD51, včetně RAD51B ( RAD51L1 ), RAD51C (RAD51L2), RAD51D ( RAD51L3 ), XRCC2 a XRCC3 . Každý z nich sdílí přibližně 25% sekvenční identitu aminokyselin s RAD51 a navzájem.
Mimo rostliny a obratlovce existuje mnohem širší rozmanitost paralogových proteinů rekombinázy Rad51. U pučících kvasinek jsou přítomny Saccharomyces cerevisiae , paralogy Rad55 a Rad57, které tvoří komplex, který se spojuje s kvasinkami Rad51 a ssDNA. Rekombinázový paralog rfs-1 se nachází v kulatém červu Caenorhabditis elegans , kde není nezbytný pro homologní rekombinaci. Mezi archaea se RadB a RadC rekombinázové paralogy nacházejí v mnoha organismech patřících do Euryarchaeota, zatímco v Crenarchaea se zdá být nalezena širší rozmanitost příbuzných rekombinázových paralogů, včetně Ral1, Ral2, Ral3, RadC, RadC1 a RadC2.
Paralogy RAD51 přispívají k účinné opravě přerušení dvouřetězcového DNA homologní rekombinací a vyčerpání jakéhokoli paralogu často vede k významnému snížení frekvence homologní rekombinace.
Paralogy tvoří dva identifikované komplexy: BCDX2 (RAD51B-RAD51C-RAD51D-XRCC2) a CX3 (RAD51C-XRCC3). Tyto dva komplexy působí ve dvou různých fázích opravy homologní rekombinační DNA . Komplex BCDX2 je zodpovědný za nábor nebo stabilizaci RAD51 v místech poškození. Zdá se, že komplex BCDX2 působí usnadněním sestavení nebo stability nukleoproteinového vlákna RAD51 . Komplex CX3 působí za náborem RAD51 na místa poškození.
Další komplex, komplex BRCA1 - PALB2 - BRCA2 , a paralogy RAD51 spolupracují při načítání RAD51 na ssDNA potaženou RPA za vzniku esenciálního rekombinačního meziproduktu, vlákna RAD51 -ssDNA.
U myší a lidí komplex BRCA2 primárně zprostředkovává řádné sestavení RAD51 na ssDNA, což je forma, která je aktivní pro homologní párování a invazi vláken. BRCA2 také přesměruje RAD51 z dsDNA a brání disociaci ze ssDNA. V přítomnosti mutace BRCA2 však lidský RAD52 může zprostředkovat sestavu RAD51 na ssDNA a nahradit BRCA2 v homologní rekombinační opravě DNA, i když s nižší účinností než BRCA2.
Další kroky jsou podrobně popsány v článku Homologní rekombinace .
Redukční dělení buněk
Rad51 má klíčovou funkci v meiotické profáze u myší a jeho ztráta vede k vyčerpání pozdní profáze I spermií .
Během meiózy dvě rekombinázy, Rad51 a Dmc1 , interagují s jednovláknovou DNA za vzniku specializovaných vláken, která jsou přizpůsobena pro usnadnění rekombinace mezi homologními chromozomy . Rad51 i Dmc1 mají vnitřní schopnost vlastní agregace. Přítomnost Dmcl stabilizuje sousední vlákna Rad51, což naznačuje, že vzájemné rozhovory mezi těmito dvěma rekombinázami mohou ovlivnit jejich biochemické vlastnosti.
Chemoterapie a stárnutí
U žen ve stáří a chemoterapií jsou oocyty a folikuly vyčerpány apoptózou (programovaná buněčná smrt) vedoucí k selhání vaječníků . Apoptóza oocytů indukovaná poškozením DNA závisí na účinnosti zařízení na opravu DNA, které zase s věkem klesá. Přežití oocytů po chemoterapii nebo stárnutí může být zvýšeno zvýšenou expresí Rad51. Rezistence oocytů indukovaná Rad51 k apoptóze je pravděpodobně dána ústřední rolí Rad51 v homologní rekombinační opravě poškození DNA.
MikroRNA kontrola exprese RAD51
U savců regulují mikroRNA (miRNA) asi 60% transkripční aktivity genů kódujících protein. Některé miRNA také podstupují umlčování spojené s methylací v rakovinných buňkách. Pokud je represivní miRNA umlčena hypermethylací nebo delecí, pak gen, na který cílí, bude nadměrně exprimován.
Bylo identifikováno nejméně osm miRNA, které potlačují expresi RAD51 , a pět z nich se zdá být důležitých při rakovině. Například u trojnásobně negativních karcinomů prsu (TNBC) dochází k nadměrné expresi miR-155 spolu s represí RAD51 . Další testy přímo ukázaly, že transfekce buněk rakoviny prsu vektorem nadměrně exprimujícím miR-155 potlačuje RAD51 , což způsobuje sníženou homologní rekombinaci a zvýšenou citlivost na ionizující záření.
Čtyři další miRNA, které potlačují RAD51 (miR-148b* a miR-193b*, miR-506 a miR-34a), jsou v rakovině nedostatečně exprimovány , což pravděpodobně vede k indukci RAD51 .
Nedostatečná exprese miR-148b* a miR-193b* způsobuje pozorovanou indukci exprese RAD51 . Delece 148b* a miR-193b* v serózních ovariálních nádorech koreluje se zvýšeným výskytem (možná karcinogenních) ztrát heterozygotnosti (LOH). Předpokládalo se, že tento nadbytek LOH je způsoben nadbytečnou rekombinací způsobenou indukovanou expresí RAD51 .
Nedostatečná exprese miR-506 je u pacientů s epiteliálním karcinomem vaječníků spojena s časným časem do recidivy (a sníženým přežitím).
Metylace promotoru miR-34a, vedoucí k nedostatečné expresi miR-34a, je pozorována u 79% rakovin prostaty a 63% primárních melanomů. Nedostatečně exprimované hladiny miR-34a jsou také pozorovány u 63% nemalobuněčných rakovin plic a 36% rakoviny tlustého střeva. miR-34a je také obecně nedostatečně exprimován v primárních nádorech neuroblastomu.
Tabulka 2 shrnuje těchto pět mikroRNA, jejich nadměrnou nebo nedostatečnou expresi a rakoviny, u nichž byla zaznamenána jejich změněná exprese.
| MicroRNA | miRNA Nad/Pod výrazem | Rakovina | Ref. |
|---|---|---|---|
| miR-155 | Přehnaný výraz | Trojnásobně negativní rakovina prsu | |
| miR-148b* | Nedostatečný výraz | Rakovina vaječníků | |
| miR-193b* | Nedostatečný výraz | Rakovina vaječníků | |
| miR-506 | Nedostatečný výraz | Rakovina vaječníků | |
| miR-34a | Nedostatečný výraz | Prostata, melanom | |
| Nemalobuněčný karcinom plic | |||
| Rakovina tlustého střeva | |||
| Neuroblastom |
Informace shrnuté v tabulce 2 naznačují, že u rakovin se často vyskytuje nedostatečná exprese mikroRNA (způsobující indukci RAD51 ). Nadměrná exprese mikroRNA, která způsobuje represi RAD51, se zdá být méně častá. Data v tabulce 1 (výše) naznačují, že obecně je nadměrná exprese RAD51 u rakoviny častější než nedostatečná exprese.
Tři další mikroRNA byly podle různých kritérií identifikovány jako látky, které pravděpodobně potlačují RAD51 (miR-96, miR-203 a miR-103/107). Tyto mikroRNA byly poté testovány jejich nadměrnou expresí v buňkách in vitro a bylo zjištěno, že skutečně potlačují RAD51 . Tato represe byla obecně spojena se snížením HR a zvýšenou citlivostí buněk na činidla poškozující DNA.
Patologie
Bylo také zjištěno, že tento protein interaguje s PALB2 a BRCA2 , což může být důležité pro buněčnou reakci na poškození DNA. Je ukázáno, že BRCA2 reguluje jak intracelulární lokalizaci, tak schopnost DNA vázat tento protein. Ztráta těchto kontrol po inaktivaci BRCA2 může být klíčovou událostí vedoucí ke genomové nestabilitě a tumorigenezi.
Několik změn genu Rad51 bylo spojeno se zvýšeným rizikem vzniku rakoviny prsu . Protein BRCA2 a PALB2 citlivý na rakovinu prsu kontroluje funkci Rad51 v cestě pro opravu DNA homologní rekombinací. Kromě údajů uvedených v tabulce 1 byly u metastatického karcinomu prsu psů identifikovány zvýšené hladiny exprese RAD51, což naznačuje, že genomická nestabilita hraje důležitou roli v karcinogenezi tohoto typu nádoru.
Fanconiho anémie
Fanconiho anémie (FA) je dědičný stav charakterizovaný buněčnou přecitlivělostí na činidla zesíťující DNA. Bylo oznámeno, že dominantní negativní mutace v genu Rad51 vede k fenotypu podobnému FA s rysy mentální retardace. Tato zpráva obsahovala důkazy o tom, že homologní rekombinační oprava zprostředkovaná Rad51 má pravděpodobně důležitou roli v rozvoji neurů .
Interakce
Bylo ukázáno, že RAD51 interaguje s:
Reference
externí odkazy
- RAD51+Protein v USA Národní knihovna lékařských lékařských oborových nadpisů (MeSH)