Interested Article - Комплекс MRN

Ко́мплекс MRN (комплекс MRX у дрожжей ) — белковый комплекс , состоящий из белков MRE11 , Rad50 и Nbs1 (также известный как нибрин у человека и как Xrs2 у дрожжей). У эукариот комплекс MRN/Х играет важную роль в первоначальном процессинге двуцепочечных разрывов в ДНК перед репарацией по пути гомологичной рекомбинации или негомологичного соединения концов . Комплекс MRN эффективно связывает двунитевые разрывы как in vitro , так и in vivo и может служить для фиксации концов разрыва перед репарацией. Комплекс MRN также участвует в активации киназы контрольной точки ATM в ответ на повреждение ДНК . В активации ATM комплексом MRN задействовано образование коротких одноцепочечных олигонуклеотидов эндонуклеазой Mre11 .

Функции

У эукариот комплекс MRN является ключевым участником многих этапов репарации двуцепочечных разрывов. Он участвует в обнаружении повреждения, остановке клеточного цикла перед репарацией, выборе механизма репарации (негомологичное соединение концов или гомологичная рекомбинация) и удержании вместе двух концов разрыва перед репарацией . Считается, что в обнаружении повреждения задействованы Mre11 и Nbs1 . Остановка клеточного цикла связана с активностью киназы ATM, которая регулируется Mre11 и Nbs1 . В выборе механизма репарации участвует только Mre11 , а в выравнивании концов разрыва задействованы Mre11 и Rad50: Rad50 удерживает концы вместе , а Mre11 настраивает выравнивания, связываясь с концами повреждённых хромосом .

Теломеры и связанные с ними белки поддерживают целостность концов хромосом в ходе репликации и не дают комплексам репарации принять конец хромосомы за двуцепочечный разрыв. Комплекс MRN задействован в поддержании целостности теломер посредством связывания с белком , входящим в шелтериновый комплекс, расположенный на концах теломер . Кроме того, Nbs1 необходим для удлинения теломер ферментом теломеразой . При нокдауне MRN в клетках человека значительно уменьшается длина торчащих концов ДНК в теломерах , что может мешать правильному формированию Т-петли, приводя к дестабилизации теломер. Удлинение теломер в раковых клетках, которое происходит по механизму альтернативного удлинения теломер ( англ. alternative lengthening of telomeres, ALT ), тоже зависит от комплекса MRN, в частности, от Nbs1 .

Эволюция

Комплекс MRN изучался в основном у эукариот. Тем не менее, показано, что два из трёх белковых компонентов этого комплекса, Mre11 и Rad50, имеются у архей . Этот факт позволяет предположить, что ключевые компоненты эукариотического комплекса MRN были получены от архейного предка. У археи белок Mre11 взаимодействует с белком Rad50 и, по-видимому, играет активную роль в репарации повреждений ДНК, экспериментально созданных гамма-излучением . Кроме того, во время мейоза у инфузории Tetrahymena Mre11 требуется для репарации повреждений ДНК , в данном случае двунитевых разрывов, с помощью гомологичной рекомбинации .

Роль в болезнях человека

Мутации в Nbs1 у человека приводят к развитию редкого генетического нарушения, известного как синдром повреждения Неймегена .

Комплекс MRN так или иначе связан с развитием многих онкологических заболеваний. Поскольку двуцепочечные разрывы могут служить причиной злокачественного перерождения клетки , кажется, что комплекс MRN играет защитную роль. Однако в некоторых раковых клеток наблюдается повышенная экспрессия компонентов MRN по сравнению с нормальными соматическими клетками , поэтому для клеток некоторых форм рака сверхэкспрессия MRN жизненно необходима. Кажется правдоподобным, что это связано с тем, что для усиленной репликации, которая происходит в раковых клетках, нужно много MRN . Однако появляется всё больше свидетельств того, что MRN участвует в зарождении опухоли и метастазировании .

У мышей мутации, затрагивающие только Nbs1, не приводят к образованию опухоли. Однако у мышей с мутантным Nbs1, которые, к тому же, нокаутны по p53 , опухоли появляются значительно раньше, чем у мышей дикого типа . По-видимому, мутации в Nbs1 не приводят к раку вследствие активности p53, а не из-за их безобидности. У мышей, имеющих мутантный Nbs1 и сниженную экспрессию p53, повышена частота - и , поэтому частое появление лимфом у пациентов с синдромом повреждения Неймегена связано с инактивацией p53 . При нокдауне MRE11 в клетках разных раковых линий в три раза повышается уровень экспрессии супрессора опухолей , который активирует старение раковых клеток и приводит к остановке их пролиферации . Возможная причина лежит в метилировании промотора p16INK4 белком Mre11 .

Подавление экспрессии Mre11 в линиях клеток рака груди ( MCF-7 ) и костей (U2OS) снижает способность этих клеток к миграции , что свидетельствует о том, что MRN способствует метастазированию. В клетках с нокдауном по Mre11 наблюдается сниженная экспрессия матриксных металлопротеиназ MMP-2 и , которые способствуют распространению раковых клеток и метастазированию . Сверхэкспрессия Nbs1 в клетках (HNSCC) активирует эпителиально-мезенхимальный переход , который играет важнейшую роль в метастазировании. Уровень Nbs1 в клетках вторичной опухоли был существенно выше, чем в клетках первичной, что указывает на положительную связь свехэкспрессии MRN и метастазирования . Таким образом, по крайней мере две из трёх субъединиц MRN участвуют в метастазировании.

Практически всегда в раковых клетках наблюдается повышенная экспрессия белков, которые участвуют в поддержании целостности теломер, что обеспечивает их неограниченный репликативный потенциал . В клеточных линиях HNSCC нокаут по Nbs1, который приводит к сниженной экспрессии всего комплекса MRN, приводит к сокращению длины теломер, которая в конечном счёте приводит к гибели раковых клеток . Если такие клетки обработать ингибитором поли(АДФ-рибоза)-полимеразы (PARP), то теломеры уменьшаются в длине ещё сильнее, из-за чего пролиферация клеток останавливается как in vitro , так и in vivo . Обработка ингибитором PARP приводит к апоптозу у раковых клеток, , и снижение экспрессии комплекса MRN повышает чувствительность к ингибитору PARP клеток, не имеющих мутаций в BRCA, что может служить дополнительным механизмом контроля роста опухоли .

Комплекс MRN также задействован в некоторых механизмах, снижающих чувствительность раковых клеток к химиомотерапии и радиотерапии , которые приводят к повреждениям в ДНК. Ингибитор Mre11, известный как мирин, не даёт киназе ATM управлять контрольной точкой G2-M, что необходимо для запуска репарации двуцепочечных разрывов в ДНК . Это не даёт раковым клеткам восстанавливать свою ДНК после действия химио- или радиотерапии, резко повышая их чувствительность к лечению. Сверхэкспрессия Nbs1 в клетках HNSCC приводит к активации сигнального пути PI3K/AKT , который повышает агрессивность опухоли, подавляя апоптоз .

Примечания

. Дата обращения: 12 февраля 2008. 5 февраля 2008 года.
Lee J. H. , Paull T. T. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 2005. — 22 April ( vol. 308 , no. 5721 ). — P. 551—554 . — doi : . — . [ ]
Jazayeri A. , Balestrini A. , Garner E. , Haber J. E. , Costanzo V. (англ.) // The EMBO Journal. — 2008. — 23 July ( vol. 27 , no. 14 ). — P. 1953—1962 . — doi : . — . [ ]
Lamarche B. J. , Orazio N. I. , Weitzman M. D. (англ.) // FEBS Letters. — 2010. — 10 September ( vol. 584 , no. 17 ). — P. 3682—3695 . — doi : . — . [ ]
↑ Lavin M. F. (англ.) // Oncogene. — 2007. — 10 December ( vol. 26 , no. 56 ). — P. 7749—7758 . — doi : . — . [ ]
Lukas C. , Falck J. , Bartkova J. , Bartek J. , Lukas J. (англ.) // Nature Cell Biology. — 2003. — March ( vol. 5 , no. 3 ). — P. 255—260 . — doi : . — . [ ]
You Z. , Chahwan C. , Bailis J. , Hunter T. , Russell P. (англ.) // Molecular And Cellular Biology. — 2005. — July ( vol. 25 , no. 13 ). — P. 5363—5379 . — doi : . — . [ ]
Shibata A. , Moiani D. , Arvai A. S. , Perry J. , Harding S. M. , Genois M. M. , Maity R. , van Rossum-Fikkert S. , Kertokalio A. , Romoli F. , Ismail A. , Ismalaj E. , Petricci E. , Neale M. J. , Bristow R. G. , Masson J. Y. , Wyman C. , Jeggo P. A. , Tainer J. A. (англ.) // Molecular Cell. — 2014. — 9 January ( vol. 53 , no. 1 ). — P. 7—18 . — doi : . — . [ ]
de Jager M. , van Noort J. , van Gent D. C. , Dekker C. , Kanaar R. , Wyman C. (англ.) // Molecular Cell. — 2001. — November ( vol. 8 , no. 5 ). — P. 1129—1135 . — . [ ]
Williams R. S. , Moncalian G. , Williams J. S. , Yamada Y. , Limbo O. , Shin D. S. , Groocock L. M. , Cahill D. , Hitomi C. , Guenther G. , Moiani D. , Carney J. P. , Russell P. , Tainer J. A. (англ.) // Cell. — 2008. — 3 October ( vol. 135 , no. 1 ). — P. 97—109 . — doi : . — . [ ]
Zhu X. D. , Küster B. , Mann M. , Petrini J. H. , de Lange T. (англ.) // Nature Genetics. — 2000. — July ( vol. 25 , no. 3 ). — P. 347—352 . — doi : . — . [ ]
Ranganathan V. , Heine W. F. , Ciccone D. N. , Rudolph K. L. , Wu X. , Chang S. , Hai H. , Ahearn I. M. , Livingston D. M. , Resnick I. , Rosen F. , Seemanova E. , Jarolim P. , DePinho R. A. , Weaver D. T. (англ.) // Current Biology : CB. — 2001. — 26 June ( vol. 11 , no. 12 ). — P. 962—966 . — . [ ]
Chai W. , Sfeir A. J. , Hoshiyama H. , Shay J. W. , Wright W. E. (англ.) // EMBO Reports. — 2006. — February ( vol. 7 , no. 2 ). — P. 225—230 . — doi : . — . [ ]
Zhong Z. H. , Jiang W. Q. , Cesare A. J. , Neumann A. A. , Wadhwa R. , Reddel R. R. (англ.) // The Journal Of Biological Chemistry. — 2007. — 5 October ( vol. 282 , no. 40 ). — P. 29314—29322 . — doi : . — . [ ]
White M. F. (англ.) // Biochemical Society Transactions. — 2011. — January ( vol. 39 , no. 1 ). — P. 15—19 . — doi : . — . [ ]
Quaiser A. , Constantinesco F. , White M. F. , Forterre P. , Elie C. (англ.) // BMC Molecular Biology. — 2008. — 22 February ( vol. 9 ). — P. 25—25 . — doi : . — . [ ]
Lukaszewicz A. , Howard-Till R. A. , Novatchkova M. , Mochizuki K. , Loidl J. (англ.) // Chromosoma. — 2010. — October ( vol. 119 , no. 5 ). — P. 505—518 . — doi : . — . [ ]
. Дата обращения: 12 февраля 2008. 8 января 2008 года.
Czornak Kamila , Chughtai Sanaullah , Chrzanowska Krystyna H. (англ.) // Journal of Applied Genetics. — 2008. — December ( vol. 49 , no. 4 ). — P. 383—396 . — ISSN . — doi : . [ ]
Kavitha C. V. , Choudhary B. , Raghavan S. C. , Muniyappa K. (англ.) // Biochemical And Biophysical Research Communications. — 2010. — 3 September ( vol. 399 , no. 4 ). — P. 575—580 . — doi : . — . [ ]
Williams B. R. , Mirzoeva O. K. , Morgan W. F. , Lin J. , Dunnick W. , Petrini J. H. (англ.) // Current Biology : CB. — 2002. — 16 April ( vol. 12 , no. 8 ). — P. 648—653 . — . [ ]
Difilippantonio S. , Celeste A. , Fernandez-Capetillo O. , Chen H. T. , Reina San Martin B. , Van Laethem F. , Yang Y. P. , Petukhova G. V. , Eckhaus M. , Feigenbaum L. , Manova K. , Kruhlak M. , Camerini-Otero R. D. , Sharan S. , Nussenzweig M. , Nussenzweig A. (англ.) // Nature Cell Biology. — 2005. — July ( vol. 7 , no. 7 ). — P. 675—685 . — doi : . — . [ ]
Gładkowska-Dura M. , Dzierzanowska-Fangrat K. , Dura W. T. , van Krieken J. H. , Chrzanowska K. H. , van Dongen J. J. , Langerak A. W. (англ.) // The Journal Of Pathology. — 2008. — November ( vol. 216 , no. 3 ). — P. 337—344 . — doi : . — . [ ]
Steffen J. , Maneva G. , Popławska L. , Varon R. , Mioduszewska O. , Sperling K. (англ.) // International Journal Of Cancer. — 2006. — 15 December ( vol. 119 , no. 12 ). — P. 2970—2973 . — doi : . — . [ ]
↑ Gao R. , Singh R. , Kaul Z. , Kaul S. C. , Wadhwa R. (англ.) // The Journals Of Gerontology. Series A, Biological Sciences And Medical Sciences. — 2015. — June ( vol. 70 , no. 6 ). — P. 701—713 . — doi : . — . [ ]
Kessenbrock K. , Plaks V. , Werb Z. (англ.) // Cell. — 2010. — 2 April ( vol. 141 , no. 1 ). — P. 52—67 . — doi : . — . [ ]
Voulgari A. , Pintzas A. (англ.) // Biochimica Et Biophysica Acta. — 2009. — December ( vol. 1796 , no. 2 ). — P. 75—90 . — doi : . — . [ ]
Reddel R. R. (англ.) // Current Pharmaceutical Design. — 2014. — Vol. 20 , no. 41 . — P. 6361—6374 . — . [ ]
Lajud S. A. , Nagda D. A. , Yamashita T. , Zheng J. , Tanaka N. , Abuzeid W. M. , Civantos A. , Bezpalko O. , O'Malley Jr. B. W. , Li D. (англ.) // Clinical Cancer Research : An Official Journal Of The American Association For Cancer Research. — 2014. — 15 December ( vol. 20 , no. 24 ). — P. 6465—6478 . — doi : . — . [ ]
Farmer H. , McCabe N. , Lord C. J. , Tutt A. N. , Johnson D. A. , Richardson T. B. , Santarosa M. , Dillon K. J. , Hickson I. , Knights C. , Martin N. M. , Jackson S. P. , Smith G. C. , Ashworth A. (англ.) // Nature. — 2005. — 14 April ( vol. 434 , no. 7035 ). — P. 917—921 . — doi : . — . [ ]
Skvortsov S. , Debbage P. , Lukas P. , Skvortsova I. (англ.) // Seminars In Cancer Biology. — 2015. — April ( vol. 31 ). — P. 36—42 . — doi : . — . [ ]
Kuroda S. , Urata Y. , Fujiwara T. (англ.) // Acta Medica Okayama. — 2012. — Vol. 66 , no. 2 . — P. 83—92 . — . [ ]
Chang F. , Lee J. T. , Navolanic P. M. , Steelman L. S. , Shelton J. G. , Blalock W. L. , Franklin R. A. , McCubrey J. A. (англ.) // Leukemia. — 2003. — March ( vol. 17 , no. 3 ). — P. 590—603 . — doi : . — . [ ]