TEXT

Gen XRCC1 kóduje protein molekulárního lešení, který sestavuje multiproteinové komplexy zapojené do oprav jednořetězcových zlomů DNA (shrnutí podle Hoch et al., 2017).

Lidské buňky fúzované s mutantními liniemi vaječníků čínského křečka (CHO), defektními v různých genech pro excizní opravu DNA po ozáření ultrafialovým zářením (UV) nebo defektními v opravě po ozáření X, vytvářejí hybridy, které si zachovávají lidský gen, který doplňuje defekt v linii CHO, pokud jsou selektovány za podmínek vyžadujících opravu. K produkci transgenních myší, které nesou mutaci v lokusu Xrcc1, Brookman et al. (1994) klonovali myší homolog XRCC1 jak z genomických knihoven kosmidů, tak z knihoven cDNA. analýza cDNA ukázala otevřený čtecí rámec o délce 1 893 bp, který kóduje protein o pouhých 631 aminokyselinách ve srovnání s polypeptidem lidského XRCC1 o 633 aminokyselinách. Lamerdin et al. (1995) zjistili, že lidské a myší proteiny mají 86% sekvenční identitu.

Whitehouse et al. (2001) uvedli, že XRCC1 kromě interakcí s DNA polymerázou-beta (POLB; 174760) a DNA ligázou III (LIG3; 600940) interaguje s lidskou polynukleotidovou kinázou (PNK; 605610). Tyto 4 proteiny jsou navíc koasociovány v multiproteinových komplexech v extraktu lidských buněk a společně opravují jednořetězcové zlomy typické pro zlomy vyvolané reaktivními formami kyslíku a ionizujícím zářením. Pozoruhodné je, že XRCC1 stimuluje DNA kinázovou a DNA fosfatázovou aktivitu PNK na poškozených koncích DNA, čímž urychluje celkovou opravnou reakci. Tyto údaje identifikovaly novou cestu pro opravu jednořetězcových zlomů u savců a prokázaly společnou úlohu XRCC1 a PNK v počátečním kroku zpracování poškozených konců DNA. Sano et al. (2004) prokázali in vitro, že dlouhá forma aprataxinu (APTX; 606350), ale nikoli krátká forma, interaguje s C-koncovou doménou XRCC1, což naznačuje, že aprataxin může být zapojen do opravného komplexu.

Bhattacharyya a Banerjee (2001) zjistili, že XRCC1 interaguje se zkráceným POLB, který je exprimován v primárních nádorech tlustého střeva a prsu, a inhibuje normální opravnou funkci divokého typu POLB. Zjistili, že pro dominantní inhibiční účinek je nutná interakce varianty POLB a XRCC1.

Loizou et al. (2004) ukázali, že kaseinkináza II (CK2; viz 115440) fosforyluje XRCC1, a tím umožňuje sestavení a aktivitu proteinových komplexů opravujících jednořetězcové zlomy DNA in vitro a v místech chromozomových zlomů. Inhibice fosforylace XRCC1 mutací fosforylačních míst CK2 nebo zabráněním aktivity CK2 pomocí vysoce specifického inhibitoru zrušila rychlou opravu buněčných jednořetězcových zlomů DNA pomocí XRCC1. Tyto údaje identifikovaly přímou úlohu CK2 při opravách zlomů chromozomových vláken DNA a při udržování genetické integrity.

Luo et al. (2004) poskytli biochemické údaje, které dokazují, že v cyklických buňkách HeLa existují 2 předtvořené proteinové komplexy XRCC1. Jeden komplex obsahuje známé enzymy důležité pro opravu jednořetězcových zlomů, včetně LIG3, PNK a POLB; druhý je nový komplex, který obsahuje LIG3 a aprataxin. Luo et al. (2004) uvedli charakterizaci nového komplexu XRCC1. XRCC1 je in vivo i in vitro fosforylován CK2 a fosforylace CK2 XRCC1 na ser518, thr519 a thr523 do značné míry určuje vazbu aprataxinu na XRCC1 prostřednictvím jeho FHA domény. Akutní ztráta aprataxinu pomocí malé interferující RNA činí buňky HeLa citlivé na léčbu methylmethanesulfonátem mechanismem zkráceného poločasu rozpadu XRCC1. Luo et al. (2004) proto dospěli k závěru, že aprataxin hraje roli při udržování ustálené hladiny proteinu XRCC1. Luo et al. (2004) dospěli k závěru, že jejich souhrnná data poskytují vhled do molekulárního mechanismu opravy jednořetězcových zlomů v buňce a poukazují na zapojení aprataxinu do tohoto procesu, čímž spojují opravu jednořetězcových zlomů s neurologickým onemocněním ataxie-okulomotorická apraxie (208920).

Moser et al. (2007) na primárních lidských fibroblastech prokázali, že XRCC1 a LIG3 jsou základními komponentami nukleotidové excizní opravy (NER). Downregulace LIG3 zhoršila odstraňování lézí vyvolaných UV zářením a opětovné spojování zářezů v chromozomální DNA vyvolaných UV zářením. Kromě toho XRCC1-LIG3 a polymeráza delta (viz POLD1; 174761) interagovaly a kolokalizovaly se složkami NER specifickými pro UV záření v průběhu interfáze. Naproti tomu nábor LIG1 (126391) a polymerázy-epsilon (POLE; 174762) na místa ozářená UV zářením byl pozorován pouze v proliferujících buňkách. Moser et al. (2007) dospěli k závěru, že DNA ligázy a polymerázy jsou pro opravu DNA zprostředkovanou NER během buněčného cyklu rekrutovány rozdílně.

Gao et al. (2011) uvedli, že DNA ligáza III je nezbytná pro integritu mitochondriální DNA, ale nepotřebná pro opravu jaderné DNA. Inaktivace ligázy III v nervovém systému myší vedla ke ztrátě mtDNA, což vedlo k hluboké mitochondriální dysfunkci, narušení buněčné homeostázy a invalidizující ataxii. Podobně vedla inaktivace ligázy III v srdečním svalu k mitochondriální dysfunkci a poruše funkce srdeční pumpy vedoucí k srdečnímu selhání. Inaktivace ligázy III však neměla za následek nedostatek jaderné opravy DNA, což naznačuje, že základní opravné funkce DNA Xrcc1 mohou probíhat i v nepřítomnosti ligázy III. Gao et al. (2011) naopak zjistili, že ligáza I je pro opravu DNA kritická, ale působí kooperativně s ligázou III. Deficit ligázy III navíc nekapituloval charakteristické rysy neurální inaktivace Xrcc1, jako je ztráta mozečkových interneuronů způsobená poškozením DNA, což dále podtrhuje funkční oddělení těchto faktorů opravy DNA. Gao et al. (2011) proto dospěli k závěru, že biologická úloha ligázy III spočívá v udržování integrity mtDNA, a nikoli v opravě DNA závislé na XRCC1.

Simsek et al. (2011) prokázali klíčovou roli ligázy III DNA v mitochondriích, ale nikoli v opravě závislé na XRCC1. Simsek et al. (2011) použili preemptivní komplementaci ke stanovení požadavku na životaschopnost Lig3v savčích buňkách a jejího požadavku při opravě DNA. Různé formy Lig3 byly stabilně zavedeny do myších embryonálních kmenových buněk obsahujících podmíněnou alelu Lig3, kterou lze odstranit pomocí rekombinázy Cre. Gao et al. (2011) tímto přístupem zjistili, že pro životaschopnost buněk je nutný mitochondriální, ale nikoli jaderný Lig3. Ačkoli katalytická funkce Lig3 je nutná, domény Lig3 související se zinkovým prstem a C-koncem BRAC1 nutné nejsou. Pozoruhodné je, že požadavek na životaschopnost Lig3 lze obejít cílením Lig1 do mitochondrií nebo expresí DNA ligázy viru Chlorella, minimálního eukaryálního enzymu pro uzavírání nik, nebo LigA Escherichia coli, NAD(+)-závislé ligázy. Lig3-nulové buňky nebyly citlivé na několik látek poškozujících DNA, které senzibilizují buňky s deficitem Xrcc1. Simsek et al. (2011) dospěli k závěru, že jejich výsledky stanovily roli Lig3 v mitochondriích, ale odlišily ho od jeho interagujícího proteinu XRCC1.

Lamerdin et al. (1995) charakterizovali genomickou strukturu XRCC1 u lidí a myší. Lidský gen má 17 exonů a rozkládá se přibližně na 31,9 kb.

První gen XRCC1 (x-ray repair complementing gene) byl mapován na 19qcen-19q13.3 na základě ztráty markerů 19p, zachování proximálních markerů 19q a ztráty distálnějších markerů 19q (Siciliano et al., 1987). Southernovou analýzou DNA z hybridního panelu s použitím sond pro 3 DNA reparační geny nacházející se na chromozomu 19 dospěli Thompson et al. (1989) k závěru, že ERCC2 (126340) se nachází distálně od XRCC1 a ve stejné oblasti, a to 19q13.2-q13.3, jako ERCC1 (126380), ale na různých MluI makrorestrikčních fragmentech. Podobné experimenty s použitím panelu hybridních klonů obsahujícího segregační chromozomy čínských křečků ukázaly, že křeččí homology těchto 3 opravných genů jsou součástí vysoce konzervované vazebné skupiny na chromozomu 9 čínských křečků. Hemizigotnost křeččího chromozomu 9 v buňkách CHO může vysvětlovat vysokou frekvenci, s jakou se v buňkách CHO obnovují geneticky recesivní mutace těchto 3 genů. Pomocí fluorescenční in situ hybridizace Trask et al. (1993) přiřadili gen XRCC1 k 19q13.2.

By metaphase in situ hybridization Brookman et al. (1994) mapovali myší gen Xrcc1 do oblasti A3-B2 chromozomu 7. V roce 1994 byl gen Xrcc1 zařazen do oblasti A3-B2.

U 47leté ženy východoindického původu s autozomálně recesivní spinocerebelární ataxií-26 (SCAR26; 617633) identifikovali Hoch et al. (2017) složené heterozygotní mutace v genu XRCC1 (194360.0001 a 194360.0002). Ukázalo se, že mutace, které byly nalezeny exomovým sekvenováním a potvrzeny Sangerovým sekvenováním, vedou k významnému snížení hladiny proteinu, což odpovídá ztrátě funkce. Pacientské buňky a buňky XRCC1-null vykazovaly zvýšené hladiny ADP-ribosylace proteinů v důsledku zvýšené aktivity PARP1 (173870). Tyto buněčné změny byly podobné těm, které byly pozorovány u pacientů s mutacemi v partnerském genu XRCC1 PNKP (605610), kteří trpí ataxií-okulomotorickou apraxií-4 (AOA4; 616267), jež má překrývající se rysy. Zjištění identifikovala zvýšenou hladinu ADP-ribózy jako biomarker hyperaktivity PARP1 a jako příčinu mozečkové ataxie vyvolané neopravenými jednořetězcovými zlomy DNA v důsledku ztráty XRCC1. Studie na myších s mozkově specifickou delecí Xrcc1 (viz MODEL ZVÍŘAT) ukázaly, že delece PARP1 odstranila abnormálně zvýšenou hladinu ADP-ribózy, zvýšila hustotu neuronů v mozečku a zlepšila motorickou výkonnost i bez vlivu na opravu jednořetězcových zlomů. Hoch et al. (2017) naznačili, že PARP1 může být cílem pro léčbu mozečkových ataxií spojených s neopravenými jednořetězcovými zlomy DNA.

Hoch et al. (2017) poznamenali, že zárodečná delece Xrcc1 u myší je embryonálně letální. Myši s podmíněnou delecí genu Xrcc1 v mozku vykazovaly mozečkovou ataxii se zvýšenou apoptózou mozečkových granulárních neuronů, sníženým počtem mozečkových interneuronů a sníženou elektrofyziologickou aktivitou hrotů v Purkyňových buňkách. Tyto změny byly spojeny se zvýšenou hladinou mozečkové ADP-ribózy a hyperaktivací Parp1. Delece Parp1 odstranila zvýšenou hladinu ADP-ribózy, zvýšila hustotu neuronů v mozečku a zlepšila motorickou výkonnost i bez vlivu na opravu jednovláknových zlomů. Tato data prokázala, že při absenci opravy jednořetězcových zlomů závislé na Xrcc1 je Parp1 hyperaktivován, což vede ke ztrátě a/nebo dysfunkci mozečkových neuronů.