RAD51 - RAD51
RAD51 è un gene eucariotico . L' enzima codificato da questo gene è un membro della famiglia di proteine RAD51 che assiste nella riparazione delle rotture del doppio filamento del DNA . I membri della famiglia RAD51 sono omologhi ai batteri RecA , Archaeal RadA e lievito Rad51. La proteina è altamente conservata nella maggior parte degli eucarioti, dal lievito all'uomo.
varianti
Sono state riportate due varianti di trascrizione di questo gene con splicing alternativo, che codificano per proteine distinte. Esistono varianti di trascrizione che utilizzano segnali poliA alternativi.
Famiglia
Nei mammiferi sono stati identificati sette geni simili a recA : Rad51, Rad51L1/B , Rad51L2/C , Rad51L3/D , XRCC2 , XRCC3 e DMC1/Lim15 . Tutte queste proteine, ad eccezione della DMC1 specifica per la meiosi, sono essenziali per lo sviluppo nei mammiferi. Rad51 è un membro delle NTPases simili a RecA .
Funzione
Nell'uomo, RAD51 è una proteina di 339 aminoacidi che svolge un ruolo importante nella ricombinazione omologa del DNA durante la riparazione della rottura del doppio filamento. In questo processo, avviene uno scambio di filamenti di DNA dipendenti dall'ATP in cui un filamento stampo invade filamenti appaiati di basi di molecole di DNA omologhe. RAD51 è coinvolto nella ricerca dell'omologia e nelle fasi di accoppiamento dei filamenti del processo.
A differenza di altre proteine coinvolte nel metabolismo del DNA, la famiglia RecA/Rad51 forma un filamento nucleoproteico elicoidale sul DNA.
Questa proteina può interagire con la proteina legante ssDNA RPA , BRCA2 , PALB2 e RAD52 .
La base strutturale per la formazione del filamento Rad51 e il suo meccanismo funzionale rimangono ancora poco compresi. Tuttavia, studi recenti che utilizzano Rad51 marcato con fluorescenza hanno indicato che i frammenti di Rad51 si allungano attraverso più eventi di nucleazione seguiti da crescita, con il frammento totale che termina quando raggiunge circa 2 μm di lunghezza. La dissociazione di Rad51 da dsDNA, tuttavia, è lenta e incompleta, suggerendo che esiste un meccanismo separato che realizza questo.
Espressione di RAD51 nel cancro
Negli eucarioti, la proteina RAD51 ha un ruolo centrale nella riparazione ricombinante omologa. RAD51 catalizza il trasferimento del filamento tra una sequenza rotta e il suo omologo non danneggiato per consentire la risintesi della regione danneggiata (vedi modelli di ricombinazione omologa ).
Numerosi studi riportano che RAD51 è sovraespresso in diversi tipi di cancro (vedi Tabella 1). In molti di questi studi, un'elevata espressione di RAD51 è correlata a una ridotta sopravvivenza del paziente. Ci sono anche alcune segnalazioni di sottoespressione di RAD51 nei tumori (vedi Tabella 1).
Laddove l' espressione di RAD51 è stata misurata insieme all'espressione di BRCA1 , è stata trovata una correlazione inversa. Questo è stato interpretato come selezione per una maggiore espressione di RAD51 e quindi un aumento della riparazione ricombinante omologa (HRR) (attraverso la via di backup HRR RAD52-RAD51) per compensare i danni aggiunti al DNA rimanenti quando BRCA1 era carente.
Molti tumori hanno carenze epigenetiche in vari geni di riparazione del DNA (vedi Frequenze di epimutazioni nei geni di riparazione del DNA nei tumori ), che probabilmente causano un aumento dei danni al DNA non riparati. La sovraespressione di RAD51 osservata in molti tumori può riflettere la sovraespressione compensatoria di RAD51 (come nel deficit di BRCA1 ) e un aumento dell'HRR per affrontare almeno parzialmente tali danni al DNA in eccesso.
La sottoespressione di RAD51 porterebbe di per sé a un aumento dei danni al DNA non riparati. Errori di replica oltre questi danni (vedi sintesi di traslezione ), porterebbero ad un aumento delle mutazioni e del cancro.
| Cancro | Sopra o sotto espressione | Frequenza di espressione alterata | Metodo di valutazione | Rif. |
|---|---|---|---|---|
| Cancro al seno (duttale invasivo) | Sovraespressione | - | Immunoistochimica | |
| Cancro al seno (carenza di BRCA1) | Sovraespressione | - | RNA messaggero | |
| Cancro al seno (recettore del progesterone negativo) | Sovraespressione | - | RNA messaggero | |
| Tumore al seno | Sotto-espressione | 30% | Immunoistochimica | |
| Il cancro del pancreas | Sovraespressione | 74% | Immunoistochimica | |
| Il cancro del pancreas | Sovraespressione | 66% | Immunoistochimica | |
| Tumori squamosi della testa e del collo | Sovraespressione | 75% | Immunoistochimica | |
| Cancro alla prostata | Sovraespressione | 33% | Immunoistochimica | |
| Carcinoma polmonare non a piccole cellule | Sovraespressione | 29% | Immunoistochimica | |
| Sarcoma dei tessuti molli | Sovraespressione | 95% | Immunoistochimica | |
| Carcinoma squamocellulare esofageo | Sovraespressione | 47% | Immunoistochimica | |
| Carcinoma a cellule renali | Sotto-espressione | 100% | Western (proteine) blotting e mRNA |
Nella riparazione delle rotture a doppio filamento
La riparazione della rottura del doppio filamento (DSB) mediante ricombinazione omologa viene iniziata dalla resezione del filamento da 5' a 3' ( resezione DSB ). Negli esseri umani, la nucleasi DNA2 riduce il filamento 5'-a-3' al DSB per generare un filamento sporgente di DNA a singolo filamento 3'.
Un certo numero di paraloghi (vedi figura) di RAD51 sono essenziali per il reclutamento o la stabilizzazione della proteina RAD51 nei siti di danno nei vertebrati.
Nei vertebrati e nelle piante, cinque paraloghi di RAD51 sono espressi nelle cellule somatiche, tra cui RAD51B ( RAD51L1 ), RAD51C (RAD51L2), RAD51D ( RAD51L3 ), XRCC2 e XRCC3 . Condividono ciascuno circa il 25% di identità di sequenza di amminoacidi con RAD51 e tra loro.
Al di fuori delle piante e dei vertebrati, esiste una diversità molto più ampia di proteine paralog ricombinasi Rad51. Nel lievito in erba, Saccharomyces cerevisiae , sono presenti i paraloghi Rad55 e Rad57, che formano un complesso che si associa al lievito Rad51 a ssDNA. La ricombinasi paralog rfs-1 si trova nel verme rotondo Caenorhabditis elegans , dove non è essenziale per la ricombinazione omologa. Tra gli archaea i paraloghi ricombinasi RadB e RadC si trovano in molti organismi appartenenti a Euryarchaeota mentre una più ampia diversità di paraloghi ricombinasi correlati sembra trovarsi nei Crenarchaea tra cui Ral1, Ral2, Ral3, RadC, RadC1 e RadC2.
I paraloghi RAD51 contribuiscono a un'efficiente riparazione della rottura del doppio filamento del DNA mediante ricombinazione omologa e l'esaurimento di qualsiasi paralogo spesso si traduce in diminuzioni significative della frequenza di ricombinazione omologa.
I paraloghi formano due complessi identificati: BCDX2 (RAD51B-RAD51C-RAD51D-XRCC2) e CX3 (RAD51C-XRCC3). Questi due complessi agiscono in due diverse fasi della riparazione del DNA ricombinante omologo . Il complesso BCDX2 è responsabile del reclutamento o della stabilizzazione di RAD51 nei siti di danno. Il complesso BCDX2 sembra agire facilitando l'assemblaggio o la stabilità del filamento nucleoproteico RAD51 . Il complesso CX3 agisce a valle del reclutamento di RAD51 per danneggiare i siti.
Un altro complesso, il complesso BRCA1 - PALB2 - BRCA2 , e i paraloghi RAD51 cooperano per caricare RAD51 su ssDNA rivestito con RPA per formare l'essenziale intermedio di ricombinazione, il filamento RAD51-ssDNA.
Nei topi e nell'uomo, il complesso BRCA2 media principalmente l'assemblaggio ordinato di RAD51 su ssDNA, la forma attiva per l'accoppiamento omologo e l'invasione del filamento. BRCA2 reindirizza anche RAD51 da dsDNA e impedisce la dissociazione da ssDNA. Tuttavia, in presenza di una mutazione BRCA2, RAD52 umano può mediare l'assemblaggio di RAD51 su ssDNA e sostituire BRCA2 nella riparazione del DNA ricombinante omologa , sebbene con un'efficienza inferiore rispetto a BRCA2.
Ulteriori passaggi sono dettagliati nell'articolo Ricombinazione omologa .
Meiosi
Rad51 ha una funzione cruciale nella profase meiotica nei topi e la sua perdita porta all'esaurimento degli spermatociti della profase I tardiva .
Durante la meiosi , le due ricombinasi, Rad51 e Dmc1 , interagiscono con il DNA a singolo filamento per formare filamenti specializzati che sono adattati per facilitare la ricombinazione tra cromosomi omologhi . Sia Rad51 che Dmc1 hanno una capacità intrinseca di autoaggregarsi. La presenza di Dmc1 stabilizza i filamenti Rad51 adiacenti suggerendo che la diafonia tra queste due ricombinasi può influenzare le loro proprietà biochimiche.
Chemioterapia e invecchiamento
Nelle femmine anziane e trattate con chemioterapia , ovociti e follicoli sono impoveriti dall'apoptosi (morte cellulare programmata) che porta all'insufficienza ovarica . L' apoptosi degli ovociti indotta dal danno al DNA dipende dall'efficienza del meccanismo di riparazione del DNA che a sua volta diminuisce con l'età. La sopravvivenza degli ovociti dopo la chemioterapia o l'invecchiamento può essere migliorata da una maggiore espressione di Rad51. La resistenza degli ovociti all'apoptosi indotta da Rad51 è probabilmente dovuta al ruolo centrale di Rad51 nella riparazione omologa ricombinante del danno al DNA.
Controllo dei microRNA dell'espressione di RAD51
Nei mammiferi, i microRNA (miRNA) regolano circa il 60% dell'attività trascrizionale dei geni che codificano le proteine. Alcuni miRNA subiscono anche silenziamento associato alla metilazione nelle cellule tumorali. Se un miRNA repressivo viene messo a tacere per ipermetilazione o delezione, allora un gene che sta prendendo di mira diventa sovraespresso.
Sono stati identificati almeno otto miRNA che reprimono l' espressione di RAD51 e cinque di essi sembrano essere importanti nel cancro. Ad esempio, nei carcinomi mammari tripli negativi (TNBC), la sovraespressione di miR-155 si verifica insieme alla repressione di RAD51 . Ulteriori test hanno dimostrato direttamente che la trasfettazione delle cellule del cancro al seno con un vettore che sovraesprime miR-155 reprime RAD51 , causando una diminuzione della ricombinazione omologa e una maggiore sensibilità alle radiazioni ionizzanti.
Quattro ulteriori miRNA che reprimere RAD51 (miR-148b * e miR-193b *, miR-506 e miR-34a) sono espressi sotto- in tumori, presumibilmente portando ad induzione di RAD51 .
La sottoespressione di miR-148b* e miR-193b* causa un'induzione osservata dell'espressione di RAD51 . Le delezioni di 148b* e miR-193b* nei tumori ovarici sierosi sono correlate con un'aumentata incidenza di perdite (possibilmente cancerogene) di eterozigosi (LOH). Si pensava che questo eccesso di LOH fosse dovuto alla ricombinazione eccessiva causata dall'espressione indotta di RAD51 .
La sottoespressione di miR-506 è associata a tempi precoci di recidiva (e ridotta sopravvivenza) per i pazienti con cancro ovarico epiteliale.
La metilazione del promotore di miR-34a, con conseguente sottoespressione di miR-34a, è osservata nel 79% dei tumori della prostata e nel 63% dei melanomi primari. Livelli sottoespressi di miR-34a si riscontrano anche nel 63% dei tumori polmonari non a piccole cellule e nel 36% dei tumori del colon. miR-34a è anche generalmente sottoespresso nei tumori primitivi del neuroblastoma.
La tabella 2 riassume questi cinque microRNA, la loro sovra o sotto espressione e i tumori in cui è stata notata la loro espressione alterata.
| microRNA | miRNA sovra/sotto espressione | Cancro | Rif. |
|---|---|---|---|
| miR-155 | Sovraespressione | Cancro al seno triplo negativo | |
| miR-148b* | Sotto-espressione | Cancro ovarico | |
| miR-193b* | Sotto-espressione | Cancro ovarico | |
| miR-506 | Sotto-espressione | Cancro ovarico | |
| miR-34a | Sotto-espressione | Prostata, Melanoma | |
| Carcinoma polmonare non a piccole cellule | |||
| Cancro al colon | |||
| Neuroblastoma |
Le informazioni riassunte nella tabella 2 suggeriscono che la sottoespressione dei microRNA (che causa l'induzione di RAD51 ) si verifica frequentemente nei tumori. La sovraespressione di un microRNA che causa la repressione di RAD51 sembra essere meno frequente. I dati nella Tabella 1 (sopra) indicano che, in generale, la sovraespressione di RAD51 è più frequente nei tumori rispetto alla sottoespressione.
Altri tre microRNA sono stati identificati, con vari criteri, come suscettibili di reprimere RAD51 (miR-96, miR-203 e miR-103/107). Questi microRNA sono stati quindi testati sovraesprimendoli nelle cellule in vitro e si è scoperto che reprimono effettivamente RAD51 . Questa repressione era generalmente associata a una diminuzione delle risorse umane e a una maggiore sensibilità delle cellule agli agenti dannosi per il DNA.
Patologia
Questa proteina si trova anche ad interagire con PALB2 e BRCA2 , che possono essere importanti per la risposta cellulare al danno del DNA. BRCA2 ha dimostrato di regolare sia la localizzazione intracellulare che la capacità di legare il DNA di questa proteina. La perdita di questi controlli a seguito dell'inattivazione di BRCA2 può essere un evento chiave che porta all'instabilità genomica e alla tumorigenesi.
Diverse alterazioni del gene Rad51 sono state associate ad un aumentato rischio di sviluppare il cancro al seno . La proteina di suscettibilità al cancro al seno BRCA2 e PALB2 controlla la funzione di Rad51 nel percorso per la riparazione del DNA mediante ricombinazione omologa. Oltre ai dati elencati nella Tabella 1, sono stati identificati livelli di espressione di RAD51 aumentati nel carcinoma mammario canino metastatico, indicando che l'instabilità genomica gioca un ruolo importante nella carcinogenesi di questo tipo di tumore.
Anemia di Fanconi
L'anemia di Fanconi (FA) è una condizione ereditaria caratterizzata da ipersensibilità cellulare agli agenti di reticolazione del DNA. È stato riportato che una mutazione dominante negativa nel gene Rad51 dà origine a un fenotipo simile a FA con caratteristiche di ritardo mentale. Questo rapporto includeva prove che la riparazione ricombinante omologa mediata da Rad51 probabilmente ha un ruolo importante nello sviluppo neurologico.
Interazioni
È stato dimostrato che RAD51 interagisce con:
Riferimenti
link esterno
- RAD51+Protein presso la National Library of Medicine degli Stati Uniti Medical Subject Headings (MeSH)
