MRN-komplex

MRN -komplexet (MRX-komplex i jäst ) är ett proteinkomplex som består av proteinerna MRE11 , Rad50 och Nbs1 (även känt som nibrin [1] hos människor och som Xrs2 i jäst). I eukaryoter spelar MRN/X-komplexet en viktig roll i den initiala bearbetningen av DNA-dubbelsträngsbrott före reparation via homolog rekombination eller icke-homolog ändfogning . MRN-komplexet binder effektivt dubbelsträngsbrott både in vitro och in vivo och kan tjäna till att fixera brytändar före reparation. MRN-komplexet är också involverat i aktiveringen av ATM - kontrollpunktkinaset som svar på DNA-skada 2] . Aktiveringen av ATM av MRN-komplexet involverar bildandet av korta enkelsträngade oligonukleotider av endonukleaset Mre11 [3] .

Funktioner

I eukaryoter är MRN-komplexet en nyckeldeltagare i många steg i reparationen av dubbelsträngsbrott. Det är involverat i skadedetektering, cellcykelstopp före reparation, val av reparationsmekanism (icke-homolog ändsammanfogning eller homolog rekombination) och att hålla ihop de två ändarna av brytningen före reparation [4] . Mre11 [5] och Nbs1 [6] tros vara inblandade i skadedetektering . Cellcykelstopp är associerat med ATM-kinasaktivitet, som regleras av Mre11 [5] och Nbs1 [7] . Endast Mre11 är involverad i valet av reparationsmekanismen [8] , medan Mre11 och Rad50 är involverade i justeringen av brytändarna: Rad50 håller ihop ändarna [9] och Mre11 justerar justeringarna genom att binda till ändarna av skadade kromosomer [10] .

Telomerer och deras associerade proteiner bibehåller integriteten hos kromosomändarna under replikering och förhindrar att reparationskomplex missförstår kromosomänden för ett dubbelsträngsbrott. MRN-komplexet är involverat i att upprätthålla integriteten hos telomerer genom att binda till TERF2 -proteinet , som är en del av shelterinkomplexet som ligger i ändarna av telomerer [11] . Dessutom krävs Nbs1 för telomerförlängning av enzymet telomeras [12] . Vid MRN -nedbrytning i mänskliga celler reduceras längden av utskjutande DNA-ändar i telomerer avsevärt [13] , vilket kan störa den korrekta bildningen av T-loopen, vilket leder till telomerdestabilisering. Telomerförlängning i cancerceller , som sker genom mekanismen för alternativ förlängning av telomerer ( ALAT  ) , beror också på MRN-komplexet, i synnerhet på Nbs1 [14] .

Evolution

MRN-komplexet har studerats främst i eukaryoter. Två av de tre proteinkomponenterna i detta komplex, Mre11 och Rad50, har dock visat sig vara närvarande i archaea [15] . Detta faktum tyder på att nyckelkomponenterna i det eukaryota MRN-komplexet härrörde från en arkeal förfader. I archaea Sulfolobus acidocaldarius interagerar Mre11-proteinet med Rad50-proteinet och spelar uppenbarligen en aktiv roll i reparationen av DNA-skador som experimentellt skapas av gammastrålning [16] . Dessutom, under meios i ciliat Tetrahymena , krävs Mre11 för att reparera DNA-skador , i detta fall dubbelsträngsbrott, med hjälp av homolog rekombination [17] .

Roll i mänskliga sjukdomar

Mutationer i Nbs1 hos människor leder till utvecklingen av en sällsynt genetisk störning som kallas Nijmegens skadesyndrom [18] .

MRN-komplexet är på något sätt associerat med utvecklingen av många onkologiska sjukdomar. Eftersom dubbelsträngsbrott kan orsaka cellmalignitet [19] verkar det som om MRN-komplexet spelar en skyddande roll. Men vissa cancercellinjer MRN-komponenter jämfört med normala somatiska celler , så MRN- överuttryck är avgörande för vissa cancerceller. Det verkar rimligt att detta beror på att den ökade replikationen som sker i cancerceller kräver mycket MRN [20] . Det finns dock allt fler bevis för att MRN är involverad i tumörinitiering och metastasering .

Hos möss leder mutationer som endast påverkar Nbs1 inte till tumörbildning. Men i Nbs1 mutantmöss, som också är p53 knockout , uppträder tumörer mycket tidigare än i vildtypsmöss [ 21] . Uppenbarligen leder mutationer i Nbs1 inte till cancer på grund av aktiviteten av p53, och inte på grund av deras oskuld. Möss med mutant Nbs1 och reducerat uttryck av p53 har en ökad frekvens av B - och T-cellslymfom , så den frekventa förekomsten av lymfom hos patienter med Nijmegens skadesyndrom är associerad med p53-inaktivering [22] [23 ] [24] . När MRE11 slås ner i celler från olika cancerlinjer, ökar uttrycksnivån av tumörsuppressorn p16INK4a tre gånger , vilket aktiverar åldrandet av cancerceller och stoppar deras proliferation . En möjlig orsak ligger i metyleringen av p16INK4- promotorn av Mre11-proteinet [25] .

Undertryckande av Mre11-uttryck i bröst ( MCF-7 ) och ben (U2OS) cancercellinjer minskar förmågan hos dessa celler att migrera [25] , vilket indikerar att MRN främjar metastasering. I Mre11 knockdown-celler finns det ett minskat uttryck av matrismetalloproteinaser MMP-2 och MMP-3 , som bidrar till spridningen av cancerceller och metastaser [26] . Överuttryck av Nbs1 i skivepitelcancer i halsen och huvudet (HNSCC) celler aktiverar epitel-mesenkymala övergången , som spelar en avgörande roll vid metastaser. Nivån av Nbs1 i cellerna i den sekundära tumören var signifikant högre än i cellerna i den primära, vilket indikerar ett positivt samband mellan MRN-överuttryck och metastaser [27] . Således är minst två av de tre MRN -subenheterna involverade i metastaser.

Nästan alltid i cancerceller finns det ett ökat uttryck av proteiner som är involverade i att upprätthålla integriteten hos telomerer, vilket säkerställer deras obegränsade replikativa potential [28] . I HNSCC-cellinjer resulterar Nbs1-knockout, vilket resulterar i minskat uttryck av hela MRN-komplexet, i telomerförkortning, vilket i slutändan leder till cancercelldöd [29] . Om sådana celler behandlas med en poly(ADP-ribos) -polymeras (PARP) -hämmare , minskar telomererna i längd ännu mer, på grund av vilket cellproliferation stoppar både in vitro och in vivo . Behandling med en PARP-hämmare leder till apoptos i BRCA-muterade cancerceller , och en minskning av uttrycket av MRN-komplexet ökar känsligheten för PARP-hämmaren hos celler som inte har mutationer i BRCA, vilket kan fungera som en ytterligare mekanism för att kontrollera tumörtillväxt [30] .

MRN-komplexet är också involverat i några av de mekanismer som desensibiliserar cancerceller för kemoterapi och strålbehandling [31] , vilket leder till DNA-skada. Mre11-hämmaren, känd som mirin, förhindrar ATM-kinaset från att driva G2-M-kontrollpunkten, vilket är nödvändigt för att utlösa reparation av DNA-dubbelsträngsbrott [32] . Detta förhindrar cancerceller från att reparera sitt DNA efter kemoterapi eller strålbehandling, vilket dramatiskt ökar deras känslighet för behandling. Överuttryck av Nbs1 i HNSCC-celler leder till aktivering av PI3K/AKT -signalvägen , vilket ökar tumörens aggressivitet genom att undertrycka apoptos [33] .

Anteckningar

  1. ↑ Atlas av genetik och cytogenetik i onkologi och hematologi - NBS1 . Hämtad 12 februari 2008. Arkiverad från originalet 5 februari 2008.
  2. ↑ Lee JH , Paull TT ATM-aktivering genom dubbelsträngad DNA bryter igenom Mre11-Rad50-Nbs1-komplexet.  (engelska)  // Science (New York, NY). - 2005. - 22 april ( vol. 308 , nr 5721 ). - S. 551-554 . - doi : 10.1126/science.1108297 . — PMID 15790808 .
  3. ↑ Jazayeri A. , Balestrini A. , Garner E. , Haber JE , Costanzo V. Mre11-Rad50-Nbs1-beroende bearbetning av DNA-brott genererar oligonukleotider som stimulerar ATM-aktivitet.  (engelska)  // The EMBO Journal. - 2008. - 23 juli ( vol. 27 , nr 14 ). - P. 1953-1962 . - doi : 10.1038/emboj.2008.128 . — PMID 18596698 .
  4. ↑ Lamarche BJ , Orazio NI , Weitzman MD MRN-komplexet i dubbelsträngbrottsreparation och telomerunderhåll.  (engelska)  // FEBS Letters. - 2010. - 10 september ( vol. 584 , nr 17 ). - P. 3682-3695 . - doi : 10.1016/j.febslet.2010.07.029 . — PMID 20655309 .
  5. ↑ 1 2 Lavin MF ATM och Mre11-komplexet kombineras för att känna igen och signalera DNA-dubbelsträngsbrott.  (engelska)  // Oncogene. - 2007. - 10 december ( 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. Distinkt spatiotemporal dynamik hos däggdjurskontrollpunktsregulatorer inducerad av DNA-skada.  (engelska)  // Nature Cell Biology. - 2003. - Mars ( vol. 5 , nr 3 ). - S. 255-260 . - doi : 10.1038/ncb945 . — PMID 12598907 .
  7. ↑ You Z. , Chahwan C. , Bailis J. , Hunter T. , Russell P. ATM-aktivering och dess rekrytering till skadat DNA kräver bindning till C-terminalen av Nbs1.  (engelska)  // Molecular And Cellular Biology. - 2005. - Juli ( 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 Valet av DNA-dubbelsträngbrottsreparationsväg styrs av distinkta MRE11-nukleasaktiviteter.  (engelska)  // Molecular Cell. - 2014. - 9 januari ( vol. 53 , nr 1 ). - S. 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 är ett flexibelt komplex som kan binda DNA-ändar.  (engelska)  // Molecular Cell. - 2001. - November ( 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 Mre11-dimerer koordinerar DNA-ändbrygning och nukleasbehandling i dubbelsträngsbrottsreparation.  (engelska)  // Cell. - 2008. - 3 oktober ( vol. 135 , nr 1 ). - S. 97-109 . - doi : 10.1016/j.cell.2008.08.017 . — PMID 18854158 .
  11. ↑ Zhu XD , Küster B. , Mann M. , Petrini JH , de Lange T. Cellcykelreglerad association av RAD50/MRE11/NBS1 med TRF2 och humana telomerer.  (engelska)  // Nature Genetics. - 2000. - Juli ( vol. 25 , nr 3 ). - s. 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 Rescue av en telomerlängddefekt av Nijmegens brottsyndromceller kräver NBS och telomeraskatalytisk subenhet.  (engelska)  // Aktuell biologi: CB. - 2001. - 26 juni ( vol. 11 , nr 12 ). - P. 962-966 . — PMID 11448772 .
  13. ↑ Chai W. , Sfeir AJ , Hoshiyama H. , Shay JW , Wright W.E. Inblandningen av Mre11/Rad50/Nbs1-komplexet i genereringen av G-överhäng vid mänskliga telomerer.  (engelska)  // EMBO Reports. - 2006. - Februari ( vol. 7 , nr 2 ). - S. 225-230 . - doi : 10.1038/sj.embor.7400600 . — PMID 16374507 .
  14. ↑ Zhong ZH , Jiang WQ , Cesare AJ , Neumann AA , Wadhwa R. , Reddel RR Avbrott i telomerunderhållet genom utarmning av MRE11/RAD50/NBS1-komplexet i celler som använder alternativ förlängning av telomerer.  (engelska)  // The Journal Of Biological Chemistry. - 2007. - 5 oktober ( vol. 282 , nr 40 ). - P. 29314-29322 . - doi : 10.1074/jbc.M701413200 . — PMID 17693401 .
  15. ↑ Vit MF Homolog rekombination i archaea: medlen rättfärdigar målen.  (engelska)  // Biochemical Society Transactions. - 2011. - Januari ( vol. 39 , nr 1 ). - S. 15-19 . - doi : 10.1042/BST0390015 . — PMID 21265740 .
  16. ↑ Quaiser A. , Constantinesco F. , White MF , Forterre P. , Elie C. Mre11-proteinet interagerar med både Rad50 och HerA bipolär helikas och rekryteras till DNA efter gammabestrålning i arkeonen Sulfolobus acidocaldarius.  (engelska)  // BMC Molecular Biology. - 2008. - 22 februari ( vol. 9 ). - S. 25-25 . - doi : 10.1186/1471-2199-9-25 . — PMID 18294364 .
  17. ↑ Lukaszewicz A. , Howard-Till RA , Novatchkova M. , Mochizuki K. , Loidl J. MRE11 och COM1/SAE2 krävs för dubbelsträngsbrottsreparation och effektiv kromosomparning under meios av protist Tetrahymena.  (engelska)  // Kromosom. - 2010. - Oktober ( vol. 119 , nr 5 ). - P. 505-518 . - doi : 10.1007/s00412-010-0274-9 . — PMID 20422424 .
  18. ↑ eMedicine - Nijmegens brottsyndrom . Hämtad 12 februari 2008. Arkiverad från originalet 8 januari 2008.
  19. ↑ Czornak Kamila , Chughtai Sanaullah , Chrzanowska Krystyna H. Mysteriet med DNA-reparation: MRN-komplexets och ATM-kinasets roll vid reparation av DNA-skador  //  Journal of Applied Genetics. - 2008. - December ( vol. 49 , nr 4 ). - s. 383-396 . — ISSN 1234-1983 . - doi : 10.1007/BF03195638 .
  20. ↑ Kavitha CV , Choudhary B. , Raghavan SC , Muniyappa K. Differentiell reglering av MRN (Mre11-Rad50-Nbs1) komplexa subenheter och telomerasaktivitet i cancerceller.  (engelska)  // Biokemisk och biofysisk forskningskommunikation. - 2010. - 3 september ( vol. 399 , nr 4 ). - s. 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 En murin modell av Nijmegens brottsyndrom.  (engelska)  // Aktuell biologi: CB. - 2002. - 16 april ( vol. 12 , nr 8 ). - s. 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. Nbs1:s roll i aktiveringen av Atm-kinaset avslöjat i humaniserade musmodeller.  (engelska)  // Nature Cell Biology. - 2005. - Juli ( vol. 7 , nr 7 ). - s. 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 Unikt morfologiskt spektrum av lymfom i Nijmegen breakage syndrome (NBS) patienter med konsutivt lymfomsyndrom (NBS).  (engelska)  // The Journal Of Pathology. - 2008. - November ( vol. 216 , nr 3 ). - s. 337-344 . - doi : 10.1002/path.2418 . — PMID 18788073 .
  24. ↑ Steffen J. , Maneva G. , Popławska L. , Varon R. , Mioduszewska O. , Sperling K. Ökad risk för gastrointestinala lymfom hos bärare av 657del5 NBS1-genmutationen.  (engelska)  // International Journal Of Cancer. - 2006. - 15 december ( 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. Inriktning på DNA-skada-signaleringsvägen inducerad åldrande och minskad migration av cancerceller.  (engelska)  // The Journals Of Gerontology. Serie A, Biologiska vetenskaper och medicinska vetenskaper. - 2015. - Juni ( vol. 70 , nr 6 ). - s. 701-713 . doi : 10.1093 / gerona/glu019 . — PMID 24747666 .
  26. ↑ Kessenbrock K. , Plaks V. , Werb Z. Matrix metalloproteinases: regulators of the tumor microenvironment.  (engelska)  // Cell. - 2010. - 2 april ( vol. 141 , nr 1 ). - S. 52-67 . - doi : 10.1016/j.cell.2010.03.015 . — PMID 20371345 .
  27. ↑ Voulgari A. , Pintzas A. Epitelial-mesenkymal övergång i cancermetastaser: mekanismer, markörer och strategier för att övervinna läkemedelsresistens i kliniken.  (engelska)  // Biochimica Et Biophysica Acta. - 2009. - December ( vol. 1796 , nr 2 ). - S. 75-90 . - doi : 10.1016/j.bbcan.2009.03.002 . — PMID 19306912 .
  28. ↑ Reddel RR Telomerunderhållsmekanismer i cancer: kliniska implikationer.  (engelska)  // Current Pharmaceutical Design. - 2014. - Vol. 20 , nej. 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. Dubbel störning av DNA-reparation och telomerunderhåll för behandling av huvud- och halscancer.  (engelska)  // Clinical Cancer Research: An Official Journal Of The American Association For Cancer Research. - 2014. - 15 december ( 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. Targeting the DNA-reparationsdefekt i BRCA-mutantceller som en terapeutisk strategi.  (engelska)  // Nature. - 2005. - 14 april ( vol. 434 , nr 7035 ). - P. 917-921 . - doi : 10.1038/nature03445 . — PMID 15829967 .
  31. ↑ Skvortsov S. , Debbage P. , Lukas P. , Skvortsova I. Överhörning mellan DNA-reparation och cancerstamcells (CSC) associerade intracellulära vägar.  (engelska)  // Seminars In Cancer Biology. - 2015. - April ( vol. 31 ). - S. 36-42 . - doi : 10.1016/j.semcancer.2014.06.002 . — PMID 24954010 .
  32. ↑ Kuroda S. , Urata Y. , Fujiwara T. Ataxia-telangiectasia muterade och Mre11-Rad50-NBS1-komplexet: lovande mål för radiosensibilisering.  (engelska)  // Acta Medica Okayama. - 2012. - Vol. 66 , nr. 2 . - S. 83-92 . — PMID 22525466 .
  33. ↑ Chang F. , Lee JT , Navolanic PM , Steelman LS , Shelton JG , Blalock WL , Franklin RA , McCubrey JA. Involvering av PI3K/Akt-vägen i cellcykelprogression, apoptos och neoplastisk transformation: ett mål för cancerkemoterapi.  (engelska)  // Leukemi. - 2003. - Mars ( vol. 17 , nr 3 ). - P. 590-603 . - doi : 10.1038/sj.leu.2402824 . — PMID 12646949 .