ERCC4 - ERCC4
ERCC4 , insanlarda ERCC4 geni tarafından kodlanan DNA onarım endonükleaz XPF olarak adlandırılan bir proteindir . ERCC1 ile birlikte ERCC4, DNA onarımı ve DNA rekombinasyonuna katılan ERCC1-XPF enzim kompleksini oluşturur .
Nükleaz enzim ERCC1-xpf spesifik DNA yapıları keser. Bu iki gen ürününün birçok yönü, DNA onarımı sırasında ortak oldukları için burada birlikte açıklanmıştır. ERCC1-XPF nükleaz, DNA nükleotid eksizyon onarımı (NER) yolunda önemli bir aktivitedir . ERCC1-XPF nükleazı ayrıca DNA'daki çift zincir kırıklarını onarma yollarında ve iki DNA zincirini zararlı şekilde birbirine bağlayan "çapraz bağlantı" hasarının onarımında da işlev görür .
ERCC4'te devre dışı bırakan mutasyonlara sahip hücreler , ultraviyole radyasyon dahil olmak üzere belirli DNA'ya zarar veren ajanlara ve DNA zincirleri arasında çapraz bağlanmaya neden olan kimyasallara normalden daha duyarlıdır . Genetik olarak fareler mühendisliği mutasyonlar devre içinde ERCC4 fizyolojisi metabolik stres kaynaklı değişiklikler eşlik DNA onarımında kusurları da sahip olduğu erken yaşlanma ile sonuçlanmaktadır. Tamamının silinmesi ERCC4 farelerin canlılığı ile uyumsuz ve hiçbir insan bireyler tamamen (homozigot) silinmesi ile bulunmuştur ERCC4 . İnsan popülasyonundaki nadir bireyler, ERCC4'ün işlevini bozan kalıtsal mutasyonları barındırır . Normal genler olmadığında, bu mutasyonlar, kseroderma pigmentosum , Cockayne sendromu ve Fanconi anemisi dahil olmak üzere insan sendromlarına yol açabilir .
ERCC1 ve ERCC4 , insan gen adlarıdır ve Ercc1 ve Ercc4 , benzer memeli gen adlarıdır. Benzer işlevlere sahip benzer genler, tüm ökaryotik organizmalarda bulunur.
Gen
İnsan ERCC4 geni, Çin hamsteri yumurtalık hücrelerinden türetilen spesifik ultraviyole ışığa (UV) duyarlı mutant hücre dizilerindeki DNA onarım kusurunu düzeltebilir. Çin hamsteri yumurtalık (CHO) hücrelerinin birden fazla bağımsız tamamlayıcı grubu izole edildi ve bu gen, tamamlama grubu 4'ün hücrelerine UV direncini geri kazandırdı. Bu türler arası genetik tamamlama yöntemini yansıtan gene "Eksizyon onarımı çapraz tamamlayıcı 4" adı verildi.
İnsan ERCC4 geni, moleküler kütlesi yaklaşık 104.000 dalton olan 916 amino asitlik XPF proteinini kodlar.
Eşdeğer fonksiyonlara (ortologlar) sahip ERCC4'e benzer genler , diğer ökaryotik genomlarda bulunur. En çok çalışılan gen Ortologların bazıları şunlardır RAD1 tomurcuklanan maya içinde Saccharomyces cerevisiae ve rad16 + fisyon maya içinde Schizosaccharomyces pombe .
Protein
Bir ERCC1 molekülü ve bir XPF molekülü birbirine bağlanarak enzimin aktif nükleaz formu olan bir ERCC1-XPF heterodimerini oluşturur. ERCC1–XPF heterodimerinde ERCC1, DNA– ve protein–protein etkileşimlerine aracılık eder. XPF, endonükleaz aktif bölgesini sağlar ve DNA bağlanmasında ve ek protein-protein etkileşimlerinde yer alır.
ERCC4/XPF proteini, ortada daha az korunmuş bir bölge ile ayrılmış iki korunmuş alandan oluşur. N-terminal alanı, XPF bir DNA sarmalı olmamasına rağmen, üst familya II'ye ait DNA sarmallarının birkaç korunmuş alanıyla homolojiye sahiptir. XPF'nin C-terminal bölgesi, nükleaz aktivitesi için aktif bölge kalıntılarını içerir. (Şekil 1) .
ERCC1 proteininin çoğu, dizi seviyesinde XPF proteininin C terminaliyle ilişkilidir, ancak nükleaz alanındaki kalıntılar mevcut değildir. Her proteinin C-terminalinde bir DNA bağlayıcı "sarmal-firkete-sarmal" alanı.
Birincil sekans ve protein yapısal benzerliği ile ERCC1-XPF nükleazı, iki alt birimden oluşan daha geniş bir yapıya özgü DNA nükleaz ailesinin üyesidir. Bu tür nükleazlar, örneğin MUS81-EME1 nükleazını içerir.
Yapıya özgü nükleaz
ERCC1-XPF kompleksi, yapıya özgü bir endonükleazdır. ERCC1-XPF, yalnızca tek sarmallı veya çift sarmallı DNA'yı kesmez, ancak DNA fosfodiester omurgasını özellikle çift sarmallı ve tek sarmallı DNA arasındaki bağlantılarda ayırır. Yaklaşık iki nükleotit uzaklıkta, böyle bir bağlantının 5' tarafında çift sarmallı DNA'da bir kesim sağlar (Şekil 2) . Bu yapıya özgüllük başlangıçta ERCC1 ve XPF'nin maya ortologları olan RAD10-RAD1 için gösterildi.
ERCC1 ve XPF'nin C-terminal bölgelerindeki hidrofobik sarmal-firkete-sarmal motifleri, iki proteinin dimerizasyonunu desteklemek için etkileşime girer. Dimerizasyon yokluğunda katalitik aktivite yoktur. Gerçekten de, katalitik alan XPF içinde olmasına ve ERCC1'in katalitik olarak aktif olmamasına rağmen, kompleksin aktivitesi için ERCC1 vazgeçilmezdir.
ERCC1-XPF'nin DNA'ya bağlanması için atomik çözünürlükte ilgili protein parçalarının kısmi yapılarına dayalı olarak birkaç model önerilmiştir. ERCC1 ve XPF alanlarının sarmal-saç tokası-sarmal alanlarının aracılık ettiği DNA bağlanması, heterodimeri çift sarmallı ve tek sarmallı DNA arasındaki bağlantıda konumlandırır.
Nükleotid eksizyon onarımı (NER)
Nükleotid eksizyon onarımı sırasında, birkaç protein kompleksi, hasarlı DNA'yı tanımak ve DNA hasarı bölgesinin her iki tarafında kısa bir mesafe için DNA sarmalını lokal olarak ayırmak için işbirliği yapar. ERCC1-XPF nükleazı, lezyonun 5' tarafındaki hasarlı DNA zincirini keser. NER sırasında, ERCC1 proteini, DNA ve protein bağlanmasını koordine etmek için XPA proteini ile etkileşime girer.
DNA çift sarmal kopması (DSB) onarımı
Mutant ERCC1-XPF'li memeli hücreleri, DNA'da çift sarmallı kırılmalara neden olan ajanlara (iyonize radyasyon gibi) normal hücrelerden orta derecede daha hassastır. Hem homolog rekombinasyon onarımının hem de homolog olmayan uç birleştirmenin belirli yolları ERCC1-XPF işlevine dayanır. ERCC1-XPF'nin her iki çift sarmallı kopma onarımı türü için ilgili etkinliği, yeniden birleşmeden önce DNA uçlarından homolog olmayan 3' tek sarmallı kuyrukları çıkarma yeteneğidir. Bu aktivite, homolog rekombinasyonun tek iplikli tavlama alt yolu sırasında gereklidir. 3' tek iplikli kuyrukların kırpılması, Ku proteinlerinden bağımsız, homolog olmayan uç birleştirmenin mekanik olarak farklı bir alt yolunda da gereklidir Genetik manipülasyon için önemli bir teknik olan DNA'nın homolog entegrasyonu, ERCC1-XPF'nin işlevine bağlıdır konak hücrede.
Interstrand çapraz bağların onarımı
ERCC1 veya XPF'de mutasyon taşıyan memeli hücreleri, DNA zincirler arası çapraz bağlantılara (ICL) neden olan ajanlara karşı özellikle hassastır. Çapraz bağı koparmak ve onarımı başlatmak için bir DNA zincirindeki çapraz bağın her iki tarafında kesiler yapılabilir. Alternatif olarak, DNA'da ICL'ye yakın bir çift zincir kırılması yapılabilir ve müteakip homolog rekombinasyon onarımı ERCC1-XPF eylemini içerir. İlgili tek nükleaz olmasa da, hücre döngüsünün birkaç fazı sırasında ICL onarımı için ERCC1-XPF gereklidir.
Klinik önemi
Kseroderma pigmentosum (XP)
Nadir kalıtsal sendrom xeroderma pigmentosum olan bazı kişilerde ERCC4 mutasyonları vardır. Bu hastalar XP tamamlama grubu F (XP-F) olarak sınıflandırılır. XP'nin tanısal özellikleri kuru pullu cilt, güneşe maruz kalan alanlarda anormal cilt pigmentasyonu ve şiddetli ışığa duyarlılık ile birlikte UV radyasyonunun neden olduğu cilt kanserleri geliştirme riskinin 1000 kattan fazla artmasıdır.
Cockayne sendromu (CS)
Çoğu XP-F hastası orta derecede XP semptomları gösterir, ancak birkaçı Cockayne sendromunun ek semptomlarını gösterir. Cockayne sendromu (CS) hastaları ışığa duyarlılık sergiler ve ayrıca gelişimsel kusurlar ve nörolojik semptomlar sergiler.
ERCC4 genindeki mutasyonlar çok nadir görülen XF-E sendromuna neden olabilir. Bu hastalar, ek nörolojik, hepatobiliyer, kas-iskelet sistemi ve hematopoietik semptomların yanı sıra XP ve CS özelliklerine sahiptir.
Fanconi anemisi
Fanconi anemisi (FA) semptomları olan birkaç insan hasta, ERCC4 geninde nedensel mutasyonlara sahiptir. Fanconi anemisi, majör hematopoietik semptomları içeren karmaşık bir hastalıktır. FA'nın karakteristik bir özelliği, zincirler arası DNA çapraz bağlarına neden olan ajanlara karşı aşırı duyarlılıktır. ERCC4 mutasyonlu FA hastaları, Fanconi anemi tamamlama grubu Q'ya (FANCQ) ait olarak sınıflandırılmıştır.
Normal kolonda ERCC4 (XPF)
ERCC4 (XPF) normal olarak kolonun iç yüzeyindeki hücre çekirdeklerinde yüksek seviyede eksprese edilir (bkz. resim, panel C). Kolonun iç yüzeyi invaginasyonlu basit kolumnar epitel ile döşelidir . İnvaginasyonlara bağırsak bezleri veya kolon kriptleri denir . Kolon kriptleri, tüpün uzunluğu boyunca (kript lümeni ) merkezi bir delik bulunan mikroskobik kalın duvarlı test tüpleri şeklindedir . Kriptler yaklaşık 75 ila 110 hücre uzunluğundadır. ERCC4 (XPF), PMS2 ve ERCC1 proteinlerinin yüksek ekspresyonunu içeren DNA onarımı, normal, neoplastik olmayan kolon epitelindeki kolon kriptlerinde çok aktif görünmektedir .
Hücreler kript tabanında üretilir ve günler sonra kolon lümenine dökülmeden önce kript ekseni boyunca yukarı doğru göç eder . Kriptlerin tabanında 5 ila 6 kök hücre bulunur . Ortalama insan kolonunun iç yüzeyi boyunca yaklaşık 10 milyon kripta vardır . Eğer kök hücreler crypt dibinde ERCC4 (XPF) ifade genellikle crypt tüm birkaç bin hücreleri de ERCC4 (XPF) dile getirecek. Bu, bu bölümdeki görüntünün C panelindeki kriptteki hemen hemen tüm hücrelerde ERCC4'ün (XPF) immüno-lekelenmesiyle görülen kahverengi renkle gösterilir. PMS2 ve ERCC1'in benzer bir ifadesi, her normal kolon kriptindeki binlerce hücrede meydana gelir.
Burada gösterilen görüntüde doku kesiti, aynı zamanda olan zıt ile hematoksilin çekirdekleri bir mavi-gri renkli olarak leke DNA'ya bağlanır. Lamina propriadaki hücre çekirdekleri , epitel kriptlerinin altında ve etrafını saran hücreler, büyük ölçüde hematoksilen mavi-gri renk gösterir ve çok az PMS2, ERCC1 veya ERCC4 (XPF) ekspresyonuna sahiptir. Ek olarak, PMS2 (panel A) veya ERCC4 (XPF) (panel C) için boyanmış kriptlerin en üstündeki hücreler, bu DNA onarım proteinlerinin düşük seviyelerine sahiptir, böylece bu tür hücreler de mavi-gri DNA lekesini gösterir.
Kansere komşu ve kanser içindeki kolon epitelinde ERCC4 (XPF) eksikliği
ERCC4 (XPF), kolon kanserlerinin yaklaşık %55'inde ve kanserlerin bitişiğindeki 10 cm içindeki epiteldeki kolon kriptlerinin yaklaşık %40'ında ( kanserlerin muhtemelen ortaya çıktığı alan kusurlarında ) eksiktir . ERCC4 (XPF), bir alan kusurunda kolonik kriptlerde azaldığında, bu bölümdeki resimde gösterildiği gibi, çoğunlukla DNA onarım enzimleri ERCC1 ve PMS2'nin ekspresyonunun azalmasıyla ilişkilidir. Kolon epitelindeki ERCC1'deki (XPF) eksikliklerin epigenetik baskıya bağlı olduğu görülmektedir . ERCC4 (XPF) eksikliği, DNA hasarlarının onarımının azalmasına yol açacaktır. Harper ve Elledge tarafından belirtildiği gibi, birçok kanser türünün temelinde DNA hasarına düzgün yanıt verme ve onarma yeteneğindeki kusurlar yatmaktadır. ERCC4'te (XPF) kolon kanserlerini çevreleyen alan kusurlarında ve kanserlerde (ERCC1 ve PMS2'deki epigenetik azalmalarla birlikte) sık görülen epigenetik azalma, bu tür azalmaların kolon kanserine ilerlemede sıklıkla merkezi bir rol oynayabileceğini gösterir.
ERCC4 (XPF) ekspresyonundaki epigenetik azalmalar insan kolon kanserlerinde sık olmasına rağmen, insanlarda ERCC4 (XPF) mutasyonları nadirdir. Bununla birlikte, ERCC4'teki (XPF) bir mutasyon, hastaların cilt kanserine yatkın olmasına neden olur. ERCC4'te (XPF) kalıtsal bir polimorfizm meme kanserinde de önemli görünmektedir. Bu seyrek mutasyonel değişiklikler, ERCC4 (XPF) eksikliğinin kansere ilerlemedeki olası rolünün altını çizmektedir.
Notlar