ERCC1 - ERCC1

ERCC1
Białko ERCC1 PDB 1z00.png
Dostępne konstrukcje
WPB Wyszukiwanie ortologów : PDBe RCSB
Identyfikatory
Skróty ERCC1 , COFS4, RAD10, UV20, naprawa przez wycięcie grupa komplementacji krzyżowej 1, naprawa przez wycięcie 1 ERCC, podjednostka niekatalityczna endonukleazy
Identyfikatory zewnętrzne OMIM : 126380 MGI : 95412 HomoloGene : 1501 Karty genetyczne : ERCC1
Ortologi
Gatunek Człowiek Mysz
Entrez
Zespół
UniProt
RefSeq (mRNA)

NM_001166049
NM_001983
NM_202001

NM_001127324
NM_007948

RefSeq (białko)

NP_001120796
NP_031974

Lokalizacja (UCSC) Chr 19: 45,41 – 45,48 Mb Chr 7: 19.34 – 19.36 Mb
Wyszukiwanie w PubMed
Wikidane
Wyświetl/edytuj człowieka Wyświetl/edytuj mysz

Białko naprawcze przez wycinanie DNA ERCC-1 jest białkiem, które u ludzi jest kodowane przez gen ERCC1 . Wraz z ERCC4 ERCC1 tworzy kompleks enzymatyczny ERCC1-XPF, który uczestniczy w naprawie i rekombinacji DNA .

Wiele aspektów tych dwóch produktów genowych opisano tutaj razem, ponieważ są one partnerami podczas naprawy DNA. Nukleaza ERCC1-XPF jest zasadniczą aktywnością na szlaku naprawy przez wycinanie nukleotydów DNA (NER). Nukleaza ERCC1-XPF działa również w szlakach naprawy pęknięć dwuniciowych w DNA oraz w naprawie uszkodzeń „sieciowania”, które szkodliwie łączą dwie nici DNA.

Komórki z mutacjami dezaktywującymi w ERCC1 są bardziej wrażliwe niż normalnie na określone czynniki uszkadzające DNA, w tym promieniowanie ultrafioletowe (UV) i substancje chemiczne, które powodują sieciowanie między nićmi DNA. Genetycznie zmodyfikowane myszy z powodującymi dezaktywację mutacjami w ERCC1 mają defekty w naprawie DNA, którym towarzyszą zmiany w fizjologii wywołane stresem metabolicznym, które powodują przedwczesne starzenie się. Całkowita delecja ERCC1 jest niekompatybilna z żywotnością myszy i nie znaleziono żadnego człowieka z całkowitą (homozygotyczną) delecją ERCC1. Rzadkie osobniki w populacji ludzkiej są nosicielami dziedzicznych mutacji, które upośledzają funkcję ERCC1. Gdy normalne geny są nieobecne, mutacje te mogą prowadzić do ludzkich zespołów, w tym zespołu Cockayne'a (CS) i COFS .

ERCC1 i ERCC4 to nazwy genów przypisane genomom ssaków, w tym genomowi człowieka ( Homo sapiens ). Podobne geny o podobnych funkcjach znajdują się we wszystkich organizmach eukariotycznych.

Gen

Genomowy DNA ERCC1 był pierwszym ludzkim genem naprawy DNA wyizolowanym przez klonowanie molekularne. Oryginalna metoda polegała na przeniesieniu fragmentów ludzkiego genomu do wrażliwych na światło ultrafioletowe (UV) zmutowanych linii komórkowych pochodzących z komórek jajnika chomika chińskiego . Odzwierciedlając tę międzygatunkową metodę komplementacji genetycznej , gen nazwano „komplementarnością krzyżową naprawy wycinania 1”. Wyizolowano wiele niezależnych grup komplementacji komórek jajnika chomika chińskiego (CHO) i ten gen przywrócił odporność na promieniowanie UV komórkom z grupy komplementacji 1.

Ludzki gen ERCC1 koduje białko ERCC1 składające się z 297 aminokwasów o masie cząsteczkowej około 32 500 daltonów.

Geny podobne do ERCC1 o równoważnych funkcjach (ortologi) znajdują się w innych genomach eukariotycznych. Niektóre z najbardziej badanych ortologów genów obejmują RAD10 w pączkujących drożdżach Saccharomyces cerevisiae i swi10+ w drożdżach rozszczepialnych Schizosaccharomyces pombe .

Białko

Schemat ERCC1 przedstawiający domenę centralną i domenę helisa-szpilka-helisa

Jedna cząsteczka ERCC1 i jedna cząsteczka XPF wiążą się ze sobą, tworząc heterodimer ERCC1-XPF, który jest aktywną formą nukleazy enzymu. W heterodimerze ERCC1–XPF ERCC1 pośredniczy w interakcjach DNA i białko–białko. XPF zapewnia miejsce aktywne endonukleazy i bierze udział w wiązaniu DNA i dodatkowych interakcjach białko-białko.

Białko ERCC4/XPF składa się z dwóch konserwatywnych domen oddzielonych mniej konserwowanym regionem pośrodku. Region N-końcowy wykazuje homologię do kilku konserwatywnych domen helikaz DNA należących do nadrodziny II, chociaż XPF nie jest helikazą DNA. Region C-końcowy XPF obejmuje reszty miejsca aktywnego dla aktywności nukleazy. Większość białka ERCC1 jest powiązana na poziomie sekwencji z C-końcem białka XPF, ale nie występują reszty w domenie nukleazy. Domena wiążąca DNA „helisa-szpilka-helisa” na C-końcu każdego białka.

Dzięki podobieństwu sekwencji pierwszorzędowej i struktury białka, nukleaza ERCC1-XPF należy do szerszej rodziny nukleaz DNA specyficznych dla struktury, obejmującej dwie podjednostki. Takie nukleazy obejmują na przykład nukleazę MUS81 - EME1 .

Nukleaza specyficzna dla struktury

Substraty DNA nukleazy ERCC1-XPF

Kompleks ERCC1–XPF to endonukleaza specyficzna dla struktury. ERCC1-XPF nie tnie DNA, które jest wyłącznie jednoniciowe lub dwuniciowe, ale przecina szkielet fosfodiestrowy DNA specyficznie na połączeniach między dwuniciowym i jednoniciowym DNA. Wprowadza cięcie w dwuniciowym DNA po stronie 5' takiego połączenia, około dwóch nukleotydów dalej. Ta specyficzność strukturalna została początkowo zademonstrowana dla RAD10-RAD1, ortologów drożdży ERCC1 i XPF.

Hydrofobowe motywy helisa-szpilka-helisa w regionach C-końcowych ERCC1 i XPF oddziałują, promując dimeryzację tych dwóch białek. Nie ma aktywności katalitycznej przy braku dimeryzacji. Rzeczywiście, chociaż domena katalityczna znajduje się w XPF, a ERCC1 jest katalitycznie nieaktywne, ERCC1 jest niezbędne dla aktywności kompleksu.

Zaproponowano kilka modeli wiązania ERCC1–XPF do DNA, opartych na cząstkowych strukturach odpowiednich fragmentów białek w rozdzielczości atomowej. Wiązanie DNA za pośrednictwem domen helisa-szpilka do włosów-helisa domen ERCC1 i XPF pozycjonuje heterodimer na połączeniu między dwuniciowym i jednoniciowym DNA.

Naprawa przez wycinanie nukleotydów

Podczas naprawy przez wycinanie nukleotydów kilka kompleksów białkowych współpracuje, aby rozpoznać uszkodzony DNA i lokalnie oddzielić helisę DNA na niewielką odległość po obu stronach miejsca uszkodzenia DNA. Nukleaza ERCC1–XPF nacina uszkodzoną nić DNA po stronie 5' zmiany. Podczas NER białko ERCC1 oddziałuje z białkiem XPA, koordynując wiązanie DNA i białka.

Naprawa pęknięć dwuniciowych DNA

Komórki ssaków ze zmutowanym ERCC1–XPF są umiarkowanie bardziej wrażliwe niż normalne komórki na czynniki (takie jak promieniowanie jonizujące), które powodują dwuniciowe pęknięcia w DNA. Poszczególne szlaki zarówno naprawy rekombinacji homologicznej, jak i łączenia niehomologicznych końców opierają się na funkcji ERCC1-XPF. Istotną aktywnością ERCC1–XPF dla obu typów naprawy pęknięć dwuniciowych jest zdolność do usuwania niehomologicznych jednoniciowych ogonów 3′ z końców DNA przed ponownym połączeniem. Aktywność ta jest potrzebna podczas podścieżki jednoniciowego renaturacji rekombinacji homologicznej. Przycinanie jednoniciowego ogona 3' jest również potrzebne w mechanistycznie odmiennej podścieżce niehomologicznego łączenia końców, zależnej od białek Ku. Homologiczna integracja DNA, ważna technika manipulacji genetycznych, zależy od funkcji ERCC1-XPF w komórce gospodarza.

Naprawa sieciowania między nićmi DNA

Komórki ssaków niosące mutacje w ERCC1 lub XPF są szczególnie wrażliwe na czynniki powodujące sieciowanie między nićmi DNA. Sieciowanie między niciami blokuje postęp replikacji DNA, a struktury w zablokowanych widełkach replikacyjnych DNA dostarczają substratów do cięcia przez ERCC1-XPF. Nacięcia można wykonać po obu stronach usieciowania na jednej nici DNA, aby odczepić usieciowanie i zainicjować naprawę. Alternatywnie, dwuniciowe pęknięcie może nastąpić w DNA w pobliżu ICL, a późniejsza naprawa przez rekombinację homologiczną może obejmować działanie ERCC1-XPF. Chociaż nie jest to jedyna zaangażowana nukleaza, ERCC1–XPF jest wymagana do naprawy ICL podczas kilku faz cyklu komórkowego.

Znaczenie kliniczne

Zespół mózgowo-oczo-twarzowo-szkieletowy

Zgłoszono kilku pacjentów z poważnie upośledzającymi mutacjami ERCC1, które powodują zespół mózgowo-oczo-twarzowo-szkieletowy (COFS). Zespół COFS jest rzadkim zaburzeniem recesywnym, w którym osoby dotknięte chorobą przechodzą gwałtowny spadek neurologiczny i wykazują oznaki przyspieszonego starzenia. Bardzo ciężkim przypadkiem takich uniemożliwiających mutacji jest mutacja F231L w tandemowej domenie helisa-spinka do włosów-helisa ERCC1 na styku z XPF. Wykazano, że ta pojedyncza mutacja jest bardzo ważna dla stabilności kompleksu ERCC1-XPF. Ta reszta fenyloalaniny pomaga ERCC1 w przystosowaniu kluczowej reszty fenyloalaniny z XPF (F894), a mutacja (F231L) zakłóca tę funkcję akomodacji. W konsekwencji F894 wystaje poza granicę faz, a zmutowany kompleks dysocjuje szybciej niż natywny. Żywotność pacjentów z takimi mutacjami często wynosi około 1-2 lat.

Zespół Cockayne'a

Jeden pacjent z zespołem Cockayne'a (CS) typu II oznaczony CS20LO wykazywał homozygotyczną mutację w eksonie 7 ERCC1, wytwarzając mutację F231L.

Znaczenie w chemioterapii

Pomiar aktywności ERCC1 może mieć zastosowanie w klinicznej medycynie onkologicznej, ponieważ jeden mechanizm oporności na chemioterapeutyki platynowe koreluje z wysoką aktywnością ERCC1. Naprawa przez wycinanie nukleotydów (NER) jest głównym mechanizmem naprawy DNA, który usuwa terapeutyczne addukty platyny-DNA z DNA guza. Poziomy aktywności ERCC1, będące ważną częścią wspólnego szlaku końcowego NER, mogą służyć jako marker ogólnej przepustowości NER. Sugerowano to u pacjentów z rakiem żołądka, jajnika i pęcherza moczowego. W niedrobnokomórkowym raku płuc (NSCLC), chirurgicznie usunięte guzy, które nie są poddawane dalszej terapii, mają lepszą przeżywalność, jeśli są ERCC1-dodatnie niż jeśli ERCC1-ujemne. Zatem dodatni wynik ERCC1 jest korzystnym markerem prognostycznym, odnoszącym się do tego, jak choroba będzie postępować, jeśli nie będzie dalej leczona. Nowotwory NSCLC z ERCC1-dodatnim nie odnoszą korzyści z uzupełniającej chemioterapii platyną. Jednak nowotwory NSCLC z ujemnym wynikiem ERCC1, pogarszające rokowanie bez leczenia, czerpią istotne korzyści z uzupełniającej chemioterapii opartej na cisplatynie. Wysoki poziom ERCC1 jest zatem negatywnym markerem predykcyjnym, odnoszącym się do reakcji na określony rodzaj leczenia. W raku jelita grubego badania kliniczne nie wykazały zdolności predykcyjnej ERCC1 w leczeniu opartym na oksaliplatynie. W związku z tym Europejskie Towarzystwo Onkologii Medycznej (ESMO) nie zaleciło wykonywania badań ERCC1 przed zastosowaniem oksaliplatyny w rutynowej praktyce. Genotypowanie ERCC1 u ludzi wykazało znaczący polimorfizm w kodonie 118. Te polimorfizmy mogą mieć różny wpływ na uszkodzenia spowodowane platyną i mitomycyną.

Niedobór w raku

Ekspresja białka ERCC1 jest zmniejszona lub nieobecna w 84% do 100% raków jelita grubego , a niższą ekspresję ERCC1 opisano jako związaną z niekorzystnym rokowaniem u pacjentów poddawanych leczeniu oksaliplatyną. Promotor z ERCC1 metyluje 38% glejaków, powodując zmniejszenie mRNA i ekspresji białka . Promotor ERCC1 znajdował się w DNA 5 kilozasad powyżej regionu kodującego białko. Częstość epigenetycznych redukcji dziewięciu innych genów naprawy DNA została oceniona w różnych nowotworach i waha się od 2% ( OGG1 w raku brodawkowatym tarczycy) do 88% i 90% ( MGMT odpowiednio w raku żołądka i okrężnicy). Zatem zmniejszenie ekspresji białka ERCC1 w 84% do 100% raków okrężnicy wskazuje, że zmniejszona ERCC1 jest jedną z najczęstszych redukcji genu naprawy DNA obserwowanych w raku. Niedobór ekspresji białka ERCC1 wydaje się być wczesnym zdarzeniem w karcynogenezie okrężnicy , ponieważ stwierdzono, że ERCC1 ma niedobór w 40% krypt w promieniu 10 cm po każdej stronie gruczolakoraka okrężnicy (w obrębie wczesnych ubytków pola, z których prawdopodobnie powstały nowotwory) .

Kadm (Cd) i jego związki są dobrze znanymi czynnikami rakotwórczymi dla ludzi . Podczas Cd wywołane transformacji złośliwej, regiony promotorowe ERCC1 , a także h MSH2 , XRCC1 i h OGG1 były silnie metylowym i zarówno RNA i białka z tych genów naprawy DNA Messenger były stopniowo zmniejsza się. Uszkodzenie DNA również wzrosło wraz z transformacją indukowaną przez Cd. Jest mało prawdopodobne, aby zmniejszenie ekspresji białka ERCC1 w progresji do sporadycznego raka było spowodowane mutacją. Podczas gdy mutacje linii zarodkowej (rodzinne) w genach naprawy DNA powodują wysokie ryzyko zachorowania na raka (patrz odziedziczone zaburzenia naprawy DNA zwiększają ryzyko raka ), mutacje somatyczne w genach naprawy DNA, w tym ERCC1 , występują tylko ) nowotwory.

Kontrola poziomu białka ERCC1 zachodziła na poziomie translacyjnym. Oprócz sekwencji typu dzikiego istnieją trzy warianty składania mRNA ERCC1. Stwierdzono również, że mRNA ERCC1 ma albo typu dzikiego, albo trzy alternatywne punkty startu transkrypcji . Ani poziom ogólnej transkrypcji mRNA, zmienność splicingu, ani punkt początkowy transkrypcji mRNA nie korelują z poziomem białka w ERCC1. Szybkość obrotu białka ERCC1 również nie koreluje z poziomem białka ERCC1. Podczas infekcji wirusowej HIV wykazano translacyjną kontrolę poziomu ERCC1 dzięki mikroRNA (miRNA) . Element odpowiedzi trans aktywacji (TAR) miRNA, kodowane przez wirusa HIV dół reguluje ekspresję białka ERCC1. miRNA TAR umożliwia transkrypcję mRNA ERCC1, ale działa na poziomie ciała p, aby zapobiec translacji białka ERCC1. (Ciało p jest „ciałem przetwarzającym” ziarnistości cytoplazmatycznej, które oddziałuje z miRNA w celu zahamowania translacji lub wywołania degradacji docelowych RNA.) W liniach komórkowych raka piersi prawie jedna trzecia (55/167) promotorów miRNA była celem nieprawidłowej metylacji ( represje epigenetyczne ). W samych rakach piersi stwierdzono w szczególności metylację miRNA let-7a-3/let-7b . Wskazuje to, że let-7a-3/let-7b może być represjonowany epigenetycznie.

Represja let-7a może powodować represję ekspresji ERCC1 poprzez etap pośredni obejmujący gen HMGA2 . Let-7a miRNA normalnie hamuje gen HMGA2 , aw normalnych tkankach dorosłych prawie nie ma białka HMGA2. (Patrz także prekursor Let-7 mikroRNA .) Redukcja lub brak miRNA let-7a umożliwia wysoką ekspresję białka HMGA2 . Białka HMGA charakteryzują się trzema domenami wiążącymi DNA, zwanymi hakami AT , oraz kwasowym ogonem karboksylowym. Białka HMGA są architektonicznymi czynnikami transkrypcyjnymi chromatyny, które zarówno pozytywnie, jak i negatywnie regulują transkrypcję różnych genów. Nie wykazują zdolności do bezpośredniej aktywacji transkrypcji, ale regulują ekspresję genów poprzez zmianę lokalnej konformacji DNA. Regulacja jest osiągana przez wiązanie się z regionami DNA bogatymi w AT i/lub bezpośrednią interakcję z kilkoma czynnikami transkrypcyjnymi. HMGA2 celuje i modyfikuje architekturę chromatyny w genie ERCC1 , zmniejszając jego ekspresję. Hipermetylacja promotora miRNA let-7a zmniejsza jego ekspresję, a to umożliwia nadekspresję HMGA2. Hiperekspresja HMGA2 może następnie zmniejszyć ekspresję ERCC1.

Tak więc istnieją trzy mechanizmy, które mogą być odpowiedzialne za niski poziom ekspresji białka ERCC1 w 84% do 100% sporadycznych raków okrężnicy. Na podstawie wyników w glejakach i karcynogenezie kadmu, czynnikiem może być metylacja promotora ERCC1. Czynnikiem może być jeden lub więcej miRNA, które tłumią ERCC1 . A epigenetycznie zredukowany miRNA let-7a umożliwiający nadekspresję HMGA2 może również zmniejszyć ekspresję białka ERCC1 w nowotworach okrężnicy. Nie ustalono, który mechanizm epigenetyczny występuje najczęściej lub czy wiele mechanizmów epigenetycznych zmniejsza ekspresję białka ERCC1 w nowotworach okrężnicy.

Przyspieszone starzenie

Zmutowane myszy Ercc1 z niedoborem naprawy DNA wykazują liczne cechy przyspieszonego starzenia i mają ograniczoną długość życia. Przyspieszone starzenie się mutanta obejmuje różne narządy. Zmutowane myszy Ercc1 wykazują niedobór kilku procesów naprawy DNA, w tym naprawy DNA sprzężonej z transkrypcją . Niedobór ten zapobiega wznowieniu syntezy RNA na matrycowej nici DNA po otrzymaniu przez nią uszkodzenia DNA blokującego transkrypcję . Takie blokady transkrypcji wydają się sprzyjać przedwczesnemu starzeniu się, szczególnie w nieproliferujących lub wolno proliferujących narządach, takich jak układ nerwowy, wątroba i nerki (patrz teoria starzenia się uszkodzeń DNA ).

Gdy myszy z mutantem Ercc1 poddano restrykcjom dietetycznym, ich reakcja bardzo przypominała korzystną odpowiedź na restrykcje dietetyczne myszy typu dzikiego. Ograniczenia dietetyczne wydłużyły żywotność myszy z mutacją Ercc1 z 10 do 35 tygodni w przypadku samców i od 13 do 39 tygodni w przypadku samic. Wydaje się, że u zmutowanych myszy Ercc1 ograniczenie dietetyczne, opóźniając starzenie się, łagodzi również akumulację uszkodzeń DNA w całym genomie i zachowuje transkrypcję, prawdopodobnie przyczyniając się do poprawy żywotności komórek.

Spermatogeneza i oogeneza

Zarówno samce, jak i samice myszy z niedoborem Ercc1bezpłodne . Wydaje się, że funkcja naprawy DNA Ercc1 jest wymagana zarówno w męskich, jak i żeńskich komórkach rozrodczych na wszystkich etapach ich dojrzewania. Jądra myszy z niedoborem Ercc1 mają podwyższony poziom 8-oksoguaniny w swoim DNA , co sugeruje, że Ercc1 może odgrywać rolę w usuwaniu oksydacyjnych uszkodzeń DNA .

Uwagi

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki