TEXT

Gena XRCC1 codifică o proteină de schelă moleculară care asamblează complexe multiproteice implicate în repararea ruperii monocatenare a ADN-ului (rezumat de Hoch et al., 2017).

Celule umane fuzionate cu linii mutante de ovar de hamster chinezesc (CHO), defecte la diferite gene pentru repararea prin excizie a ADN-ului în urma iradierii cu ultraviolete (UV) sau defecte în repararea în urma iradierii cu X, produc hibrizi care păstrează gena umană care completează defectul din linia CHO atunci când sunt selectate în condiții care necesită repararea. Pentru a produce șoareci transgenici purtători ai unei mutații în locusul Xrcc1, Brookman et al. (1994) au clonat omologul murin al XRCC1 atât din bibliotecile genomice cosmidice, cât și din bibliotecile de ADNc. Analiza ADNc a indicat un cadru de citire deschis de 1 893 bp care codifică o proteină de numai 631 de aminoacizi, în comparație cu polipeptidul de 633 de aminoacizi al XRCC1 uman. Lamerdin et al. (1995) au constatat că proteinele umane și cele de șoarece au o identitate de secvență de 86%.

Whitehouse et al. (2001) au raportat că XRCC1 interacționează cu polinucleotide kinaza umană (PNK; 605610) pe lângă interacțiunile sale cu ADN polimeraza-beta (POLB; 174760) și ADN ligază III (LIG3; 600940). Mai mult, aceste 4 proteine sunt coasociate în complexe multiproteice în extractul de celule umane și, împreună, repară rupturile de catenă unică tipice celor induse de speciile reactive de oxigen și de radiațiile ionizante. În mod remarcabil, XRCC1 stimulează activitățile de ADN kinază și ADN fosfatază ale PNK la terminațiile ADN deteriorate, accelerând astfel reacția globală de reparare. Aceste date au identificat o nouă cale de reparare a rupturii monocatenare la mamifere și au demonstrat un rol concertat pentru XRCC1 și PNK în etapa inițială de procesare a capetelor ADN deteriorate. In vitro, Sano et al. (2004) au demonstrat că forma lungă a aprataxinei (APTX; 606350), dar nu și forma scurtă, interacționează cu domeniul C-terminal al XRCC1, sugerând că aprataxina poate fi implicată în complexul de reparare.

Bhattacharyya și Banerjee (2001) au descoperit că XRCC1 interacționează cu un POLB trunchiat care este exprimat în tumorile primare colorectale și de sân și inhibă funcția normală de reparare a POLB de tip sălbatic. Aceștia au stabilit că interacțiunea dintre varianta POLB și XRCC1 este necesară pentru efectul inhibitor dominant.

Loizou et al. (2004) au arătat că cazeina kinaza II (CK2; vezi 115440) fosforilează XRCC1 și astfel permite asamblarea și activitatea complexelor proteice de reparare a ruperii monocatenare a ADN-ului in vitro și la locurile de rupere a cromozomului. Inhibarea fosforilării XRCC1 prin mutația situsurilor de fosforilare ale CK2 sau prin împiedicarea activității CK2 cu ajutorul unui inhibitor foarte specific a eliminat repararea rapidă a rupturilor monocatenare ale ADN-ului celular de către XRCC1. Aceste date au identificat un rol direct al CK2 în repararea rupturilor de catenă de ADN cromozomial și în menținerea integrității genetice.

Luo et al. (2004) au furnizat date biochimice pentru a demonstra că în celulele HeLa ciclice există 2 complexe proteice XRCC1 preformate. Un complex conține enzime cunoscute care sunt importante pentru repararea rupturilor de catenă unică, inclusiv LIG3, PNK și POLB; celălalt este un complex nou care conține LIG3 și aprataxina. Luo et al. (2004) au raportat caracterizarea noului complex XRCC1. XRCC1 este fosforilat in vivo și in vitro de CK2, iar fosforilarea CK2 a XRCC1 pe ser518, thr519 și thr523 determină în mare măsură legarea aprataxinei la XRCC1 prin intermediul domeniului său FHA. O pierdere acută a aprataxinei prin ARN de interferență mică face ca celulele HeLa să devină sensibile la tratamentul cu metilmetanesulfonat de metil printr-un mecanism de reducere a timpului de înjumătățire a XRCC1. Astfel, Luo et al. (2004) au concluzionat că aprataxina joacă un rol în menținerea nivelului proteic staționar al XRCC1. Luo et al. (2004) au concluzionat că, în mod colectiv, datele lor oferă o perspectivă asupra mașinăriei moleculare de reparare a rupturii de catenă unică în celulă și indică implicarea aprataxinei în acest proces, făcând astfel legătura între repararea rupturii de catenă unică și boala neurologică ataxie-oculomotorie apraxie (208920).

Utilizând fibroblaste umane primare, Moser et al. (2007) au arătat că XRCC1 și LIG3 sunt componente de bază esențiale ale reparării prin excizie nucleotidă (NER). Reglarea în jos a LIG3 a afectat eliminarea leziunilor induse de UV și recontopirea muchiilor induse de UV în ADN-ul cromozomial. Mai mult, XRCC1-LIG3 și polimeraza-delta (a se vedea POLD1; 174761) au interacționat și s-au colocalizat cu componentele NER într-o manieră specifică UV în timpul interfazei. În schimb, recrutarea LIG1 (126391) și a polimerazei-epsilon (POLE; 174762) la situsurile iradiate cu UV a fost observată numai în celulele în proliferare. Moser et al. (2007) au concluzionat că ligazele și polimerazele ADN sunt recrutate diferențiat pentru repararea ADN-ului mediată de NER în timpul ciclului celular.

Gao et al. (2011) au raportat că ADN ligază III este esențială pentru integritatea ADN-ului mitocondrial, dar dispensabilă pentru repararea ADN-ului nuclear. Inactivarea ligazei III în sistemul nervos al șoarecilor a dus la pierderea ADNmt, ceea ce a condus la o disfuncție mitocondrială profundă, la perturbarea homeostaziei celulare și la ataxie invalidantă. În mod similar, inactivarea ligazei III în mușchiul cardiac a dus la o disfuncție mitocondrială și la o funcție defectuoasă a pompei cardiace, ceea ce a dus la insuficiență cardiacă. Cu toate acestea, inactivarea ligazei III nu a dus la o deficiență de reparare a ADN-ului nuclear, ceea ce indică faptul că funcțiile esențiale de reparare a ADN-ului de către Xrcc1 pot apărea în absența ligazei III. În schimb, Gao et al. (2011) au constatat că ligaza I era esențială pentru repararea ADN-ului, dar acționa într-o manieră cooperantă cu ligaza III. În plus, deficiența ligazei III nu a recapitulat trăsăturile caracteristice ale inactivării Xrcc1 neuronale, cum ar fi pierderea interneuronilor cerebeloși indusă de leziuni ale ADN-ului, subliniind și mai mult separarea funcțională a acestor factori de reparare a ADN-ului. Prin urmare, Gao et al. (2011) au concluzionat că rolul biologic al ligazei III este de a menține integritatea ADN-ului mtDNA și nu repararea ADN-ului dependentă de XRCC1.

Simsek et al. (2011) au demonstrat un rol crucial pentru ADN ligază III în mitocondrie, dar nu și în repararea dependentă de XRCC1. Simsek et al. (2011) au utilizat complementarea preventivă pentru a determina cerința de viabilitate pentru Lig3în celule de mamifere și cerința sa în repararea ADN-ului. Diferite forme de Lig3 au fost introduse în mod stabil în celule stem embrionare de șoarece care conțineau o alelă condiționată de Lig3 care putea fi eliminată cu recombinaza Cre. Cu această abordare, Gao et al. (2011) au descoperit că Lig3 mitocondrial, dar nu și nuclear, este necesar pentru viabilitatea celulară. Deși funcția catalitică a Lig3 este necesară, domeniile legate de degetul de zinc și BRAC1 C-terminal al Lig3 nu sunt necesare. În mod remarcabil, cerința de viabilitate pentru Lig3 poate fi eludată prin direcționarea Lig1 către mitocondrii sau prin exprimarea ligazei ADN a virusului Chlorella, enzima minimă de sigilare a podoabelor eucariote, sau a LigA din Escherichia coli, o ligază dependentă de NAD(+). Celulele Lig3-null nu au fost sensibile la mai mulți agenți de deteriorare a ADN-ului care sensibilizează celulele cu deficit de Xrcc1. Simsek et al. (2011) au concluzionat că rezultatele lor au stabilit un rol pentru Lig3 în mitocondrii, dar l-au distins de proteina XRCC1 care interacționează cu acesta.

Lamerdin și colab. (1995) au caracterizat structura genomică a XRCC1 la om și la șoarece. Gena umană are 17 exoni și se întinde pe aproximativ 31,9 kb.

Prima genă de completare a reparației cu raze X (XRCC1) a fost cartografiată la 19qcen-19q13.3 pe baza pierderii markerilor 19p, a menținerii markerilor 19q proximali și a pierderii markerilor 19q mai distali (Siciliano et al., 1987). Prin analiza Southern a ADN-urilor dintr-un panel hibrid care utilizează sonde pentru cele 3 gene de reparare a ADN-ului situate pe cromozomul 19, Thompson și colab. (1989) au concluzionat că ERCC2 (126340) este distal față de XRCC1 și în aceeași regiune, și anume 19q13.2-q13.3, ca și ERCC1 (126380), dar pe fragmente de macrorestricție MluI diferite. Experimente similare, folosind un panel de clone hibride care conține cromozomi de hamster chinezesc segreganți, au arătat că omologii de hamster ai celor 3 gene de reparare fac parte dintr-un grup de legătură foarte conservat pe cromozomul 9 al hamsterului chinezesc. Hemizigozitatea cromozomului 9 de hamster în celulele CHO poate explica frecvența ridicată cu care sunt recuperate mutațiile genetice recesive în aceste 3 gene în celulele CHO. Prin hibridizare fluorescentă in situ, Trask și colab. (1993) au atribuit gena XRCC1 la 19q13.2.

Prin hibridizare in situ în metafază Brookman et al. (1994) au cartografiat gena Xrcc1 de șoarece la regiunea A3-B2 a cromozomului 7.