Эта статья входит в число добротных статей

Комплекс MRN

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Ко́мплекс MRN (комплекс MRX у дрожжей) — белковый комплекс, состоящий из белков MRE11, Rad50 и Nbs1 (также известный как нибрин[1] 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[2]. В активации ATM комплексом MRN задействовано образование коротких одноцепочечных олигонуклеотидов эндонуклеазой Mre11[3].

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[4]. Считается, что в обнаружении повреждения задействованы Mre11[5] и Nbs1[6]. Остановка клеточного цикла связана с активностью киназы ATM, которая регулируется Mre11[5] и Nbs1[7]. В выборе механизма репарации участвует только Mre11[8], а в выравнивании концов разрыва задействованы Mre11 и Rad50: Rad50 удерживает концы вместе[9], а Mre11 настраивает выравнивания, связываясь с концами повреждённых хромосом[10].

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 TERF2[англ.], входящим в шелтериновый комплекс, расположенный на концах теломер[11]. Кроме того, Nbs1 необходим для удлинения теломер ферментом теломеразой[12]. При нокдауне MRN в клетках человека значительно уменьшается длина торчащих концов ДНК в теломерах[13], 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[14] .

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[15]. Этот факт позволяет предположить, что ключевые компоненты эукариотического комплекса MRN были получены от архейного предка. У археи Sulfolobus acidocaldarius[англ.] белок Mre11 взаимодействует с белком Rad50 и, по-видимому, играет активную роль в репарации повреждений ДНК, экспериментально созданных гамма-излучением[16]. Кроме того, во время мейоза у инфузории Tetrahymena Mre11 требуется для репарации повреждений ДНК, в данном случае двунитевых разрывов, с помощью гомологичной рекомбинации[17].

Роль в болезнях человека

Мутации в Nbs1 у человека приводят к развитию редкого генетического нарушения, известного как синдром повреждения Неймегена[18].

Комплекс MRN так или иначе связан с развитием многих онкологических заболеваний. Поскольку двуцепочечные разрывы могут служить причиной злокачественного перерождения клетки[19], кажется, что комплекс MRN играет защитную роль. Однако в некоторых линиях[англ.] 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[20]. 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[21]. 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 B[англ.]- и T-клеточных лимфом[англ.], поэтому частое появление лимфом у пациентов с синдромом повреждения Неймегена связано с инактивацией p53[22][23][24]. При нокдауне MRE11 в клетках разных раковых линий в три раза повышается уровень экспрессии супрессора опухолей p16INK4a[англ.], который активирует старение раковых клеток и приводит к остановке их пролиферации. Возможная причина лежит в метилировании промотора p16INK4 белком Mre11[25].

Подавление экспрессии Mre11 в линиях клеток рака груди (MCF-7) и костей (U2OS) снижает способность этих клеток к миграции[25], что свидетельствует о том, что MRN способствует метастазированию. В клетках с нокдауном по Mre11 наблюдается сниженная экспрессия матриксных металлопротеиназ MMP-2 и MMP-3[англ.], которые способствуют распространению раковых клеток и метастазированию[26]. Сверхэкспрессия Nbs1 в клетках чешуйчатоклеточной карциномы шеи и головы[англ.] (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[27]. 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[28]. 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[29]. 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, мутантных по BRCA[англ.], и снижение экспрессии комплекса MRN повышает чувствительность к ингибитору PARP клеток, не имеющих мутаций в BRCA, что может служить дополнительным механизмом контроля роста опухоли[30].

Комплекс MRN также задействован в некоторых механизмах, снижающих чувствительность раковых клеток к химиомотерапии и радиотерапии[31], 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[32]. 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[33].

Примечания

  1. ↑ Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology - NBS1. Дата обращения: 12 февраля 2008. Архивировано 5 февраля 2008 года.
  2. ↑ Lee J. H., Paull T. T. ATM activation by DNA double-strand breaks through the Mre11-Rad50-Nbs1 complex. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 2005. — 22 April (vol. 308, no. 5721). — P. 551—554. — doi:10.1126/science.1108297. — PMID 15790808. [исправить]
  3. ↑ Jazayeri A., Balestrini A., Garner E., Haber J. E., Costanzo V. Mre11-Rad50-Nbs1-dependent processing of DNA breaks generates oligonucleotides that stimulate ATM activity. (англ.) // The EMBO Journal. — 2008. — 23 July (vol. 27, no. 14). — P. 1953—1962. — doi:10.1038/emboj.2008.128. — PMID 18596698. [исправить]
  4. ↑ Lamarche B. J., Orazio N. I., Weitzman M. D. The MRN complex in double-strand break repair and telomere maintenance. (англ.) // FEBS Letters. — 2010. — 10 September (vol. 584, no. 17). — P. 3682—3695. — doi:10.1016/j.febslet.2010.07.029. — PMID 20655309. [исправить]
  5. ↑ 1 2 Lavin M. F. ATM and the Mre11 complex combine to recognize and signal DNA double-strand breaks. (англ.) // Oncogene. — 2007. — 10 December (vol. 26, no. 56). — P. 7749—7758. — doi:10.1038/sj.onc.1210880. — PMID 18066087. [исправить]
  6. ↑ Lukas C., Falck J., Bartkova J., Bartek J., Lukas J. Distinct spatiotemporal dynamics of mammalian checkpoint regulators induced by DNA damage. (англ.) // Nature Cell Biology. — 2003. — March (vol. 5, no. 3). — P. 255—260. — doi:10.1038/ncb945. — PMID 12598907. [исправить]
  7. ↑ You Z., Chahwan C., Bailis J., Hunter T., Russell P. ATM activation and its recruitment to damaged DNA require binding to the C terminus of Nbs1. (англ.) // Molecular And Cellular Biology. — 2005. — July (vol. 25, no. 13). — P. 5363—5379. — doi:10.1128/MCB.25.13.5363-5379.2005. — PMID 15964794. [исправить]
  8. ↑ 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. DNA double-strand break repair pathway choice is directed by distinct MRE11 nuclease activities. (англ.) // Molecular Cell. — 2014. — 9 January (vol. 53, no. 1). — P. 7—18. — doi:10.1016/j.molcel.2013.11.003. — PMID 24316220. [исправить]
  9. ↑ de Jager M., van Noort J., van Gent D. C., Dekker C., Kanaar R., Wyman C. Human Rad50/Mre11 is a flexible complex that can tether DNA ends. (англ.) // Molecular Cell. — 2001. — November (vol. 8, no. 5). — P. 1129—1135. — PMID 11741547. [исправить]
  10. ↑ 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. Mre11 dimers coordinate DNA end bridging and nuclease processing in double-strand-break repair. (англ.) // Cell. — 2008. — 3 October (vol. 135, no. 1). — P. 97—109. — doi:10.1016/j.cell.2008.08.017. — PMID 18854158. [исправить]
  11. ↑ Zhu X. D., Küster B., Mann M., Petrini J. H., de Lange T. Cell-cycle-regulated association of RAD50/MRE11/NBS1 with TRF2 and human telomeres. (англ.) // Nature Genetics. — 2000. — July (vol. 25, no. 3). — P. 347—352. — doi:10.1038/77139. — PMID 10888888. [исправить]
  12. ↑ 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. Rescue of a telomere length defect of Nijmegen breakage syndrome cells requires NBS and telomerase catalytic subunit. (англ.) // Current Biology : CB. — 2001. — 26 June (vol. 11, no. 12). — P. 962—966. — PMID 11448772. [исправить]
  13. ↑ Chai W., Sfeir A. J., Hoshiyama H., Shay J. W., Wright W. E. The involvement of the Mre11/Rad50/Nbs1 complex in the generation of G-overhangs at human telomeres. (англ.) // EMBO Reports. — 2006. — February (vol. 7, no. 2). — P. 225—230. — doi:10.1038/sj.embor.7400600. — PMID 16374507. [исправить]
  14. ↑ Zhong Z. H., Jiang W. Q., Cesare A. J., Neumann A. A., Wadhwa R., Reddel R. R. Disruption of telomere maintenance by depletion of the MRE11/RAD50/NBS1 complex in cells that use alternative lengthening of telomeres. (англ.) // The Journal Of Biological Chemistry. — 2007. — 5 October (vol. 282, no. 40). — P. 29314—29322. — doi:10.1074/jbc.M701413200. — PMID 17693401. [исправить]
  15. ↑ White M. F. Homologous recombination in the archaea: the means justify the ends. (англ.) // Biochemical Society Transactions. — 2011. — January (vol. 39, no. 1). — P. 15—19. — doi:10.1042/BST0390015. — PMID 21265740. [исправить]
  16. ↑ Quaiser A., Constantinesco F., White M. F., Forterre P., Elie C. The Mre11 protein interacts with both Rad50 and the HerA bipolar helicase and is recruited to DNA following gamma irradiation in the archaeon Sulfolobus acidocaldarius. (англ.) // BMC Molecular Biology. — 2008. — 22 February (vol. 9). — P. 25—25. — doi:10.1186/1471-2199-9-25. — PMID 18294364. [исправить]
  17. ↑ Lukaszewicz A., Howard-Till R. A., Novatchkova M., Mochizuki K., Loidl J. MRE11 and COM1/SAE2 are required for double-strand break repair and efficient chromosome pairing during meiosis of the protist Tetrahymena. (англ.) // Chromosoma. — 2010. — October (vol. 119, no. 5). — P. 505—518. — doi:10.1007/s00412-010-0274-9. — PMID 20422424. [исправить]
  18. ↑ eMedicine - Nijmegen Breakage Syndrome. Дата обращения: 12 февраля 2008. Архивировано 8 января 2008 года.
  19. ↑ Czornak Kamila, Chughtai Sanaullah, Chrzanowska Krystyna H. Mystery of DNA repair: the role of the MRN complex and ATM kinase in DNA damage repair (англ.) // Journal of Applied Genetics. — 2008. — December (vol. 49, no. 4). — P. 383—396. — ISSN 1234-1983. — doi:10.1007/BF03195638. [исправить]
  20. ↑ Kavitha C. V., Choudhary B., Raghavan S. C., Muniyappa K. Differential regulation of MRN (Mre11-Rad50-Nbs1) complex subunits and telomerase activity in cancer cells. (англ.) // Biochemical And Biophysical Research Communications. — 2010. — 3 September (vol. 399, no. 4). — P. 575—580. — doi:10.1016/j.bbrc.2010.07.117. — PMID 20682289. [исправить]
  21. ↑ Williams B. R., Mirzoeva O. K., Morgan W. F., Lin J., Dunnick W., Petrini J. H. A murine model of Nijmegen breakage syndrome. (англ.) // Current Biology : CB. — 2002. — 16 April (vol. 12, no. 8). — P. 648—653. — PMID 11967151. [исправить]
  22. ↑ 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. Role of Nbs1 in the activation of the Atm kinase revealed in humanized mouse models. (англ.) // Nature Cell Biology. — 2005. — July (vol. 7, no. 7). — P. 675—685. — doi:10.1038/ncb1270. — PMID 15965469. [исправить]
  23. ↑ Gładkowska-Dura M., Dzierzanowska-Fangrat K., Dura W. T., van Krieken J. H., Chrzanowska K. H., van Dongen J. J., Langerak A. W. Unique morphological spectrum of lymphomas in Nijmegen breakage syndrome (NBS) patients with high frequency of consecutive lymphoma formation. (англ.) // The Journal Of Pathology. — 2008. — November (vol. 216, no. 3). — P. 337—344. — doi:10.1002/path.2418. — PMID 18788073. [исправить]
  24. ↑ Steffen J., Maneva G., Popławska L., Varon R., Mioduszewska O., Sperling K. Increased risk of gastrointestinal lymphoma in carriers of the 657del5 NBS1 gene mutation. (англ.) // International Journal Of Cancer. — 2006. — 15 December (vol. 119, no. 12). — P. 2970—2973. — doi:10.1002/ijc.22280. — PMID 16998789. [исправить]
  25. ↑ 1 2 Gao R., Singh R., Kaul Z., Kaul S. C., Wadhwa R. Targeting of DNA Damage Signaling Pathway Induced Senescence and Reduced Migration of Cancer cells. (англ.) // The Journals Of Gerontology. Series A, Biological Sciences And Medical Sciences. — 2015. — June (vol. 70, no. 6). — P. 701—713. — doi:10.1093/gerona/glu019. — PMID 24747666. [исправить]
  26. ↑ Kessenbrock K., Plaks V., Werb Z. Matrix metalloproteinases: regulators of the tumor microenvironment. (англ.) // Cell. — 2010. — 2 April (vol. 141, no. 1). — P. 52—67. — doi:10.1016/j.cell.2010.03.015. — PMID 20371345. [исправить]
  27. ↑ Voulgari A., Pintzas A. Epithelial-mesenchymal transition in cancer metastasis: mechanisms, markers and strategies to overcome drug resistance in the clinic. (англ.) // Biochimica Et Biophysica Acta. — 2009. — December (vol. 1796, no. 2). — P. 75—90. — doi:10.1016/j.bbcan.2009.03.002. — PMID 19306912. [исправить]
  28. ↑ Reddel R. R. Telomere maintenance mechanisms in cancer: clinical implications. (англ.) // Current Pharmaceutical Design. — 2014. — Vol. 20, no. 41. — P. 6361—6374. — PMID 24975603. [исправить]
  29. ↑ 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. Dual disruption of DNA repair and telomere maintenance for the treatment of head and neck cancer. (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:10.1158/1078-0432.CCR-14-0176. — PMID 25324139. [исправить]
  30. ↑ 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. Targeting the DNA repair defect in BRCA mutant cells as a therapeutic strategy. (англ.) // Nature. — 2005. — 14 April (vol. 434, no. 7035). — P. 917—921. — doi:10.1038/nature03445. — PMID 15829967. [исправить]
  31. ↑ Skvortsov S., Debbage P., Lukas P., Skvortsova I. Crosstalk between DNA repair and cancer stem cell (CSC) associated intracellular pathways. (англ.) // Seminars In Cancer Biology. — 2015. — April (vol. 31). — P. 36—42. — doi:10.1016/j.semcancer.2014.06.002. — PMID 24954010. [исправить]
  32. ↑ Kuroda S., Urata Y., Fujiwara T. Ataxia-telangiectasia mutated and the Mre11-Rad50-NBS1 complex: promising targets for radiosensitization. (англ.) // Acta Medica Okayama. — 2012. — Vol. 66, no. 2. — P. 83—92. — PMID 22525466. [исправить]
  33. ↑ Chang F., Lee J. T., Navolanic P. M., Steelman L. S., Shelton J. G., Blalock W. L., Franklin R. A., McCubrey J. A. Involvement of PI3K/Akt pathway in cell cycle progression, apoptosis, and neoplastic transformation: a target for cancer chemotherapy. (англ.) // Leukemia. — 2003. — March (vol. 17, no. 3). — P. 590—603. — doi:10.1038/sj.leu.2402824. — PMID 12646949. [исправить]