Белки, комплементирующие чувствительность клеток грызунов к ионизирующей радиации

Как и в случае чувствительности к УФ-облучению, так и при изучении ответа клетки на γ-облучение, были получены многочисленные мутанты клеток грызунов, чувствительные к действию данного повреждающего агента. Белки человека, способные комплементировать эту чувствительность, получили название XRCC (X-ray sensitivity cross complementing). Впоследствие многие из них (как и белки NER – ERCC) изменили свое название в связи с подробным описанием молекулярного дефекта в этих клеточных линиях. Сводные данные об их названиях и функциях приведены в табл. 6.

В настоящее время функциональный анализ генов XRCC продолжает вносить свой вклад в понимание процессов репарации двунитевых разрывов ДНК у человека и механизмов генетической нестабильности, приводящей к раку. Новые данные позволяют ответить на давно существующие вопросы о том, как разрешаются промежуточные структуры при гомологической рекомбинации и как замедляется репликация ДНК при наличии повреждений, то есть как осуществляется чекпойнт S-фазы. Проверка функций XRCC генов в процессе негомологического воссоединения концов показала их парадоксальную роль в точности репарации и поддержании теломер. Так, XRCC-5-7 (теперь эти белки обычно называют Ku70, Ku80, DNA-PKcs) зависимое негомологическое воссоединение концов обычно происходит с высокой точностью, так как концы аккуратно выравниваются при отсутствии микрогомологии в последовательностях. В тоже время активность, связанная с негомологическим воссоединением концов вовлечена и в уменьшение и в опосредование слияния теломер. Таким образом нарушение негомолгического воссоединения концов может приводить к удлинению теломер, а нарушение гомологической рекомбинации к их укорочению.

 

Ген	Путь репарации	Активность
XRCC1	BER	Образует гетеродимер с лигазой III
XRCC2	HRR	Образует гетеродимер с RAD51D, который способен связаться с RAD51B и RAD51C
XRCC3	HRR	Резольвазная активность, связывается с RAD51D
RAD51L1/RAD51B	HRR
RAD51L2/RAD51C	HRR
RAD51L3/RAD51D	HRR	Напрямую связывается с геликазой BLM
XRCC11/BRCA2/FAD1	HRR	Напрямую взаимодействует с RAD51
XRCC9/FAG	HRR?	Входит в комплекс генов FA, напрямую взаимодействует с BRCA2
XRCC4	NHEJ	Взаимодействует с лигазой IV
XRCC5/Ku80	NHEJ	Гетеродимер с Ku70, связывание концов ДНК
XRCC6/Ku70	NHEJ	Гетеродимер с Ku80, связывание концов ДНК
XRCC7/DNA-PKcs	NHEJ	Каталитическая субъединица, образующая активную протеинкиназу с гетеродимером Ku
XRCC8, XRCC10	??

 

Таблица 6. Гены XRCC.

Правильное функционирование XRCC генов, вовлеченных в оба процесса необходимо для генетической стабильности, но потеря этих путей приводит к разным последствиям, причем дополнительные дефекты гомологической рекомбинации более серьезны – они вызывают нарушение митоза и анеуплоидию. Это приводит к возникновению рака и\или усилению опухолевой прогрессии, но с некоторыми различиями – при нарушениях негомологического воссоединения концов преимущественно возникают опухоли лимфоидной ткани, а при нарушениях в процессах гомологической рекомбинации – опухоли груди и яичников.

В организме человека существует множество процессов, в которых участвуют белки репарации двунитевызх разрывов. Приведем два примера:

11. V(D)J рекомбинация

V(D)J рекомбинация опосредуется специальным белковым комплексом, который называется V(D)J-рекомбиназой. В него входят ряд белков, одновременно вовлеченных в репарацию двунитевых разрывов ДНК и два специфических белка Rag1 и Rag2, которые вносят двунитевые разрывы в ДНК и остаются связанными с этими концами вплоть до их воссоединения, которое опосредуется как самими белками Rag, так и другими белками репарационного комплекса. В этом процессе теряется часть последовательностей, а несколько нуклеотидов, напротив, может быть случайно вставлено. Это приводит к тому, что обычно два из трех вновь образованных гена непродуктивны, но это вполне разумная плата за повышенную вариабельность. В-клетки, которые производят антитела прочно связавшиеся с антигеном способны в костном мозге пройти еще один раунд активации Rag-генов и V(D)J рекомбинации, что меняет рецептор на поверхности клетки и приводит к процессу, называемому «редактированием рецепторов».

В и Т лимфоциты распознают антигены благодаря специальной системе рецепторов (иммуноглобулины и рецепторы Т-клеток соответственно), которые имеют распознающие антиген районы, состоящие из variable (V), diversity (D) b joining (J) сегментов генов, образующихся в процессе V(D)J-рекомбинации. Собственно само объединение V,D,J сегментов требует участия белков Rag и факторов, участвующих негомологическом воссоединении концов (NHEJ): DNA-PK, XRCC4, ligIV, Artemis.

 

12. Перемещение мобильного элемента Sleeping Beauty

Хорошим примером негомологической рекомбинации может служить мобильный элемент Sleeping Beauty (SB), который перемещается по геному с помощью различных факторов, вовлеченных в процессы репарации ДНК, как это показано на рис. 35. Для эффективной транспозиции необходимы факторы NHEJ (системы негомологического воссоединения концов ДНК): Ku, DNA-PK, Xrcc4 и HR (гомологической рекомбинации): Xrcc3/Rad52C. Artemis также необходим для этого процесса, он расщепляет ДНК-шпильки в сайтах эксцизии. Ku физически взаимодействует с транспозазой, а DNA-PK является фактором, критичным для транспозиции. И, в отличие от процессов репарации, не использует свои киназные активности. АТМ вовлечена в репарацию сайта эксцизии и увеличивает уровень транспозиции. Таким образом, одни и те же белки участвуют в различных, но механистически сходных процессах, таких как транспозиция, рекомбинация, репарация и V(D)J рекомбинация.

 

 

Рисунок 35. Транспозиция мобильного элемента путем негомологической рекомбинации.