TEXT

Az XRCC1 gén egy molekuláris állványzatfehérjét kódol, amely a DNS egyszálú törések javításában részt vevő multiprotein komplexeket rak össze (összefoglaló: Hoch et al., 2017).

A különböző géneknél a DNS ultraibolya (UV) besugárzást követő excíziós javításában hibás vagy X-sugárzást követő javításban hibás kínai hörcsög petefészek (CHO) mutáns vonalakkal fuzionált emberi sejtek olyan hibrideket eredményeznek, amelyek megtartják a CHO vonal hibáját kiegészítő emberi gént, ha a javítást igénylő körülmények között szelektálják őket. Az Xrcc1 lókuszban mutációt hordozó transzgénikus egerek előállításához Brookman és munkatársai (1994) klónozták az XRCC1 egér homológját kozmid genomikus és cDNS könyvtárakból. A cDNS analízis egy 1893 bp hosszú nyitott olvasási keretet mutatott ki, amely egy mindössze 631 aminosavból álló fehérjét kódol, szemben a humán XRCC1 633 aminosavból álló polipeptidjével. Lamerdin és munkatársai (1995) megállapították, hogy a humán és egér fehérjék 86%-os szekvenciaazonosságot mutatnak.

Whitehouse és munkatársai (2001) arról számoltak be, hogy az XRCC1 a DNS-polimeráz-béta (POLB; 174760) és a DNS-ligáz III (LIG3; 600940) kölcsönhatások mellett kölcsönhatásba lép a humán polinukleotid-kinázzal (PNK; 605610) is. Ráadásul ez a 4 fehérje humán sejtkivonatban többfehérje-komplexekben társul, és együttesen javítják a reaktív oxigénfajok és ionizáló sugárzás által kiváltott egyszálú töréseket. Feltűnő, hogy az XRCC1 serkenti a PNK DNS-kináz és DNS-foszfatáz aktivitását a sérült DNS-terminálisokon, ezáltal felgyorsítva a teljes javítási reakciót. Ezek az adatok egy új útvonalat azonosítottak az emlősök egyszálú törések javítására, és kimutatták az XRCC1 és a PNK összehangolt szerepét a sérült DNS-végek feldolgozásának kezdeti lépésében. Sano és munkatársai (2004) in vitro kimutatták, hogy az aprataxin hosszú formája (APTX; 606350), de a rövid forma nem, kölcsönhatásba lép az XRCC1 C-terminális doménjével, ami arra utal, hogy az aprataxin részt vehet a javító komplexben.

Bhattacharyya és Banerjee (2001) azt találták, hogy az XRCC1 kölcsönhatásba lép egy csonka POLB-vel, amely primer kolorektális és emlőtumorokban expresszálódik, és gátolja a vad típusú POLB normál javító funkcióját. Megállapították, hogy a POLB-variáns és az XRCC1 kölcsönhatása szükséges a domináns gátló hatáshoz.

Loizou és munkatársai (2004) kimutatták, hogy a kazein kináz II (CK2; lásd 115440) foszforilálja az XRCC1-et, és ezáltal lehetővé teszi a DNS egyszálú törésjavító fehérjekomplexek in vitro és a kromoszómatörés helyein történő összeállását és aktivitását. Az XRCC1 foszforilációjának gátlása a CK2 foszforilációs helyeinek mutációjával vagy a CK2 aktivitásának megakadályozásával egy nagyon specifikus inhibitor segítségével megszüntette a sejtszintű DNS egyszálú törések XRCC1 általi gyors javítását. Ezek az adatok a CK2 közvetlen szerepét azonosították a kromoszóma DNS-szálszakadások javításában és a genetikai integritás fenntartásában.

Luo és munkatársai (2004) biokémiai adatokkal bizonyították, hogy a ciklikus HeLa sejtekben 2 preformált XRCC1 fehérjekomplex létezik. Az egyik komplex ismert enzimeket tartalmaz, amelyek fontosak az egyszálú törések javításában, beleértve a LIG3, PNK és POLB-t; a másik egy új komplex, amely LIG3-at és aprataxint tartalmaz. Luo és munkatársai (2004) az új XRCC1 komplex jellemzéséről számoltak be. Az XRCC1-et in vivo és in vitro a CK2 foszforilálja, és az XRCC1 CK2 foszforilációja a ser518, thr519 és thr523-on nagymértékben meghatározza az aprataxin kötődését az XRCC1-hez annak FHA doménjén keresztül. Az aprataxin kis interferáló RNS általi akut elvesztése az XRCC1 rövidített felezési idejének mechanizmusa révén érzékennyé teszi a HeLa sejteket a metil-metánszulfonát kezelésre. Így Luo és munkatársai (2004) arra a következtetésre jutottak, hogy az aprataxin szerepet játszik az XRCC1 stabil fehérjeszintjének fenntartásában. Luo és munkatársai (2004) arra a következtetésre jutottak, hogy adataik összességében betekintést nyújtanak a sejtben zajló egyszálas törésjavító molekuláris gépezetbe, és rámutatnak az aprataxin részvételére ebben a folyamatban, így összekapcsolva az egyszálas törésjavítást az ataxia-oculomotoros apraxia (208920) neurológiai betegséggel.

Moser és munkatársai (2007) primer humán fibroblasztok felhasználásával kimutatták, hogy az XRCC1 és a LIG3 a nukleotid-kivágási javítás (NER) alapvető magkomponensei. A LIG3 downregulációja rontotta az UV-indukált léziók eltávolítását és az UV-indukált kromoszómális DNS-ben lévő csípések újraegyesítését. Ezenkívül az XRCC1-LIG3 és a polimeráz-delta (lásd POLD1; 174761) UV-specifikus módon kölcsönhatásba lépett és kolokalizálódott a NER-komponensekkel az interfázis során. Ezzel szemben a LIG1 (126391) és a polimeráz-epszilon (POLE; 174762) toborzása az UV-sugárzott helyekre csak a proliferáló sejtekben volt megfigyelhető. Moser és munkatársai (2007) arra a következtetésre jutottak, hogy a DNS-ligázok és polimerázok differenciáltan rekrutálódnak a NER által közvetített DNS-javításhoz a sejtciklus során.

Gao és munkatársai (2011) arról számoltak be, hogy a DNS-ligáz III nélkülözhetetlen a mitokondriális DNS integritásához, de nélkülözhető a nukleáris DNS-javításhoz. A ligáz III inaktiválása az egér idegrendszerében mtDNS-veszteséget eredményezett, ami mély mitokondriális diszfunkcióhoz, a sejtek homeosztázisának felborulásához és cselekvésképtelen ataxiához vezetett. Hasonlóképpen, a ligáz III inaktiválása a szívizomban mitokondriális diszfunkciót és a szívpumpa hibás működését eredményezte, ami szívelégtelenséghez vezetett. A ligáz III inaktiválása azonban nem eredményezett nukleáris DNS-javítási hiányosságot, ami azt jelzi, hogy az Xrcc1 alapvető DNS-javító javító funkciói a ligáz III hiányában is fennállhatnak. Ehelyett Gao és munkatársai (2011) azt találták, hogy a ligáz I kritikus a DNS-javítás szempontjából, de a ligáz III-mal kooperatív módon működik. Ezenkívül a ligáz III hiánya nem idézte elő a neurális Xrcc1 inaktiváció jellegzetes jellemzőit, mint például a DNS-károsodás okozta kisagyi interneuronok elvesztését, ami még inkább alátámasztja e DNS-javító faktorok funkcionális elkülönülését. Ezért Gao és munkatársai (2011) arra a következtetésre jutottak, hogy a ligáz III biológiai szerepe az mtDNS integritásának fenntartása, és nem az XRCC1-függő DNS-javítás.

Simsek és munkatársai (2011) kimutatták a DNS-ligáz III döntő szerepét a mitokondriumokban, de nem az XRCC1-függő javításban. Simsek és munkatársai (2011) preemptív komplementációval határozták meg a Lig3 életképességi követelményét emlőssejtekben és a DNS-javításban való igényét. A Lig3 különböző formáit stabilan bevitték egér embrionális őssejtekbe, amelyek a Lig3 Cre rekombinázzal deletálható feltételes allélját tartalmazták. Ezzel a megközelítéssel Gao és munkatársai (2011) azt találták, hogy a mitokondriális, de nem a nukleáris Lig3 szükséges a sejtek életképességéhez. Bár a Lig3 katalitikus funkciója szükséges, a Lig3 cink-ujj és a BRAC1 C-terminálishoz kapcsolódó doménjei nem. Figyelemre méltó, hogy a Lig3 életképességi követelménye megkerülhető a Lig1 mitokondriumba történő célzásával vagy a Chlorella vírus DNS-ligáz, a minimális eukariális nikkelzáró enzim vagy az Escherichia coli LigA, egy NAD(+)-függő ligáz expressziójával. A Lig3-null sejtek nem voltak érzékenyek számos olyan DNS-károsító anyagra, amelyek az Xrcc1-hiányos sejteket érzékenyítik. Simsek és munkatársai (2011) arra a következtetésre jutottak, hogy eredményeik igazolták a Lig3 szerepét a mitokondriumokban, de megkülönböztették a vele kölcsönhatásban álló XRCC1 fehérjétől.

Lamerdin és munkatársai (1995) jellemezték az XRCC1 genomiális szerkezetét emberben és egerekben. A humán gén 17 exonból áll és körülbelül 31,9 kb-on átível.

Az első x-ray repair complementing gént (XRCC1) 19qcen-19q13.3-ra térképezték le a 19p markerek elvesztése, a proximális 19q markerek megtartása és a disztálisabb 19q markerek elvesztése alapján (Siciliano et al., 1987). Thompson és munkatársai (1989) a 19. kromoszómán található 3 DNS-javító gén szondáit használó hibrid panelből származó DNS-ek Southern-analízisével arra a következtetésre jutottak, hogy az ERCC2 (126340) az XRCC1-től disztálisan és ugyanabban a régióban, azaz 19q13.2-q13.3-ban található, mint az ERCC1 (126380), de különböző MluI makroresztrikciós fragmentumokon. Hasonló kísérletek egy szegregáló kínai hörcsög kromoszómákat tartalmazó hibrid klónpanel segítségével kimutatták, hogy a 3 javító gén hörcsög homológjai egy erősen konzervált kapcsolódási csoport részét képezik a kínai hörcsög 9-es kromoszómáján. A 9-es hörcsögkromoszóma hemizigozitása a CHO-sejtekben magyarázatot adhat arra a nagy gyakoriságra, amellyel e 3 gén genetikai recesszív mutációi a CHO-sejtekben helyreállnak. Fluoreszcens in situ hibridizációval Trask és munkatársai (1993) az XRCC1 gént a 19q13.2-hez rendelték.

Metafázisú in situ hibridizációval Brookman és munkatársai (1994) az egér Xrcc1 gént a 7. kromoszóma A3-B2 régiójába térképezték.

Egy 47 éves kelet-indiai származású, autoszomális recesszív spinocerebelláris ataxia-26 (SCAR26; 617633) betegségben szenvedő nőnél Hoch és munkatársai (2017) összetett heterozigóta mutációkat azonosítottak az XRCC1 génben (194360.0001 és 194360.0002). Az exom-szekvenálással talált és Sanger-szekvenálással megerősített mutációk bizonyítottan szignifikánsan csökkent fehérjeszintet eredményeztek, ami összhangban van a funkcióvesztéssel. A beteg sejtek és az XRCC1-null sejtek a PARP1 (173870) fokozott aktivitásából adódóan emelkedett fehérje ADP-ribozilációs szintet mutattak. Ezek a sejtszintű változások hasonlóak voltak azokhoz, amelyeket az XRCC1 partnerének, a PNKP-nek (605610) mutációjával rendelkező betegeknél figyeltek meg, akiknek ataxia-oculomotoros apraxia-4 (AOA4; 616267) van, amelynek átfedő jellemzői vannak. Az eredmények a PARP1 hiperaktivitásának biomarkereként és az XRCC1 elvesztéséből eredő, javítatlan egyszálú DNS-törések által kiváltott kisagyi ataxia okaként azonosították a megnövekedett ADP-ribóz szintet. Az agyspecifikus Xrcc1 delécióval rendelkező egereken végzett vizsgálatok (lásd ÁLLATMODELL) azt mutatták, hogy a Parp1 deléciója megszüntette a kórosan megnövekedett ADP-ribóz szintet, növelte a neuronális sűrűséget a kisagyban, és javította a motoros teljesítményt még az egyszálú törések javítására gyakorolt hatás nélkül is. Hoch és munkatársai (2017) felvetették, hogy a PARP1 gyógyszercélpont lehet az egyszálú DNS-töréssel nem javított kisagyi ataxia kezelésére.

Hoch és munkatársai (2017) megjegyezték, hogy az Xrcc1 csíravonalbeli deléciója egerekben embrionális letális. Az Xrcc1 gén feltételes deléciójával az agyban rendelkező egerek kisagyi ataxiát mutattak a kisagyi granuláris neuronok fokozott apoptózisával, a kisagyi interneuronok csökkent számával és a Purkinje-sejtek csökkent elektrofiziológiai tüskeaktivitásával. Ezek a változások a kisagyi ADP-ribóz megnövekedett szintjével és a Parp1 hiperaktiválásával jártak együtt. A Parp1 deléciója megszüntette az emelkedett ADP-ribóz szintet, növelte a neuronális sűrűséget a kisagyban, és javította a motoros teljesítményt anélkül is, hogy hatással lett volna az egyszálú törések javítására. Az adatok azt mutatták, hogy az Xrcc1-függő egyszálú törésjavítás hiányában a Parp1 hiperaktiválódik, ami a kisagyi neuronok elvesztéséhez és/vagy diszfunkciójához vezet.