Telomeerien rakenne — Toiminta suhteet
Kuten edellä, ilman telomeraasin, telomeerit tullut ei-toiminnallinen, lyhentää peräkkäisten solunjakautuminen, ja kromosomi termini voi sulake seurauksena de-suoja. Telomeeri fuusiot ovat seurausta ei-homologisia-end-liittymällä (NHEJ), joka on yksi vallitseva mekanismit double strand break (DSB) paranemista., Lopputulos tällaisia tapahtumia voisi olla luominen kromosomeja, joissa enemmän kuin yksi sentromeerien, joka todennäköisesti yhdistetään vastakkaista napaa mitoosin aikana, jolloin kromosomi rikkoutumista ja edelleen genomien epävakautta toistuvan fusion – rikkoutuminen tapahtumia. Selkärankaisten, rooli-kromosomi end protection jotta voidaan erottaa kromosomi taukoja johtuu erityinen monimutkainen proteiineja, joita kutsutaan shelterin. Shelteriinikompleksi koostuu pohjimmiltaan kuudesta proteiinista., Kaksi jäsentä shelterin monimutkainen, TRF1 ja TRF2 (alkaen Telomeeri Toista sitova Tekijä 1 ja 2) sitoa suoraan kaksinkertaisen pulaan telomeric järjestyksessä, kun taas POT1 sitoo ssDNA. TRF2 vuorovaikutuksessa ja rekrytoi RAP1, kun TIN2 välittää TPP1 – POT1 sitova TIRF1 / TIRF2 core monimutkainen. POT1 sitoo ja suojaa 3 yksijuosteisen DNA: n ylitys telomeres (G-tail), kun taas TIN2 todennäköisesti yhdistää yksi-ja kaksijuosteista DNA: ta sitova komplekseja, erityisesti alueella telomeric D-silmukan muodostuminen (kuva 3) ., Näyttää siltä, että tämä ydin shelterin monimutkainen on pääasiassa sijaitsee telomeeri loppuun (myös nimitystä telosome) ja palvelee sekä vakauttaa t-silmukan rakenne, suojaten sitä samalla on tunnistettu DNA-vaurioita ja korjata NHEJ. Lisäksi shelterin säätelee pääsyä telomeerisen DNA: n palautusprosesseihin jokaisen perimän replikaation jälkeen., Yleensä shelterin monimutkainen näyttää toimivan alustana säännellään rekrytointi kasvava luettelo tekijöistä chromatin remontin, DNA: n replikaatio, DNA-vaurioita korjaus, rekombinaatio ja telomeraasi-toiminto, jolloin sääntely telomeeri käyttää / muutos eri solujen prosesseja (kuva 4), äskettäin uudelleen .
Kuva 3.
shelterin-kompleksin kaavamainen malli mahdollisesta telomeren korkkausjärjestelystä., Proteiinit shelterin monimutkainen osallistua telomeeri suoja -, replikointi-ja ilman lämpötila-asetuksen. TRF1-ja TRF2-proteiinit sitoutuvat nimenomaan telomeeriseen ds-DNA: han, kun taas POT1 (TPP1) tunnistaa ssDNA: n (stabiloiva d-silmukka). TIN2 välikaapelit ssDNA että dsDNA sitova komplekseja, vakauttaa telosome rakenne. Telomeric DNA koostuu toistuvia DNA-sekvenssi, duplex alueella ja ssDNA G-lohkon ylitys (G-lohkon, oranssi; C-nauha, sininen). Shelterin-kompleksi sitoutuu sekä duplex-että ssDNA-alueisiin spesifisten proteiini-DNA-vuorovaikutusten kautta., Muodostaminen t-silmukka liittyy strand hyökkäys G-overhang luoda Siirtymä-silmukka (d-silmukka). T-silmukan ehdotetaan peittävän kromosomin pään DNA-vaurioantureilta. Yksinkertaisuuden vuoksi shelterin monimutkainen on kuvattu kuusi-proteiini monimutkainen tasaisesti hajallaan päälle telomeeri. Katso lisätietoja tekstistä.
Mielenkiintoista kyllä, vaikuttaa siltä, että enemmän kuin yksi tyyppi core shelterin monimutkainen on olemassa, ja ei ne kaikki ovat välttämättä osa telosome. Kompleksit, jotka sisältävät vain TRF1-TIN2-TPP1-POT1 tai TRF2-RAP1 on havaittu., Viimeaikaiset tiedot mittaus absoluuttinen ja suhteellinen määrä TRF1 ja TRF2 solussa kävi ilmi, että TRF2 on noin kaksi kertaa niin runsaasti kuin TRF1 ja tämä on sopusoinnussa TRF2 on havaittu alueellisesti suunnattu DNA-vaurioita aiheuttama pesäkkeitä ei-telomeric kromosomi-alueilla. TRF2: n rekrytointi DNA-vauriopaikoille on yhdenmukaista sen kanssa, että sillä on ratkaiseva rooli DNA-vauriovasteessa . Telosome created-verkon monimutkaisuus perustuu käytännössä shelterinin jäsenten ainutlaatuisiin rakenteellisiin ominaisuuksiin., TRF1 ja 2 kantaa SAB/MYB-domain, jonka he molemmat tunnustavat TTAGGGTTA aihe telomeeri ds-DNA: ta, happamassa rikas (D/E) terminaalin alueella ja tietyn telakka motiivi nimitystä TRF homology (TRFH) motiivi . Trfh-verkkotunnus välittää trf1: n tai TRF2: n homodimerisaatiota, mutta kieltää heterodimerisaation rakenteellisten rajoitteiden vuoksi . Trf1-ja TRF2-sidontaan tarvitaan fxlxp-motiivi ja Y / FxLxP-motiivi. Näitä aloja kutsutaan Trfh sitoviksi motiiveiksi (TBM). Phe 142 aminohappo jäämien TRF1-TRFH motiivi on vastuussa TIN2 sitova kautta TBM alueella., TIN2-TBM on huomattavasti pienempi affiniteetti vastaava alue TRF2 (Phe 120), koska rakenteelliset erot läheisyydessä Phe 120 ja lopuksi on kiinnitetty TRF2 kautta ainutlaatuinen TRF2 alueella lähellä N-päähän proteiinia. Kuitenkin, Phe 120 jäännös on ratkaiseva erityisiä vuorovaikutus muiden telomeeri liittyvät tekijät, kuten Apollo nuclease, on TRF2 sitova kumppani. Monimutkainen muodostuminen shelterin ydinjäsenten ja niihin liittyvien tekijöiden välillä TBM kuten motiivit todennäköisesti ohjataan myös muutoksia sitova affinities johtuu post-translational muutoksia., Hauska esimerkki on TRF1 parsylation, jonka tankyrase, mikä vähentää merkittävästi DNA-TRF1 affiniteetti, jolloin telomeerien pidentäminen ja sisko telomeerit erottaminen nimenomaan lievittää yhteenkuuluvuuden monimutkainen TRF1 ja TIN2 . Misbalance tällainen vuorovaikutus voi olla haitallista genomin eheyttä kuten kohonneet TIFS muodostettu solut ilmentävät eristetty TBM kuten tandem YRL toista. Vastaavia harhauttavia tuloksia saatiin, kun trf2-F120-substituutioalleelia ilmaistiin .,
Viime rakenteelliset tutkimukset yksi kaksi OB (Oligonukleotidi/oligosaccharide-sitova) taittuu S. pombe Pot1, jotka muodostavat sitova sivusto ssDNA, kävi ilmi, että ei-erityisiä nukleotidin tunnustaminen ssDNA on saavutettu tähän asti tunnistamaton sitova tilat, jotka termodynaamisesti kompensoida base-vaihdot läpi vuorotellen pinoaminen vuorovaikutusta ja uuden H-liimaus-verkoissa . Näin ollen rajattu yksityiskohtaisesti rakennetta shelterin jäsenet ja siihen liittyvät tekijät, odotetaan geometrisesti parantaa ymmärrystä verkostojen koostui ja miten määrä vs., laatumuutokset häiritsevät rakenteellisia muutoksia, jotka johtavat funktionaalisiin muutoksiin, hienosäätöön genomin stabiilisuudesta. Epäilemättä, runsaasti tietoa on kerätty jo tietä käyttämällä anti-telomeraasin aineet kliinisissä tutkimuksissa, vankka odotettu tulos.
Lukuun ottamatta shelterin ja vuorovaikutuksessa kumppaneita, toinen merkittävä kompleksi on viime aikoina tullut olla mukana myös telomeeri biologia, CST monimutkainen. CST monimutkainen koostuu CTC1, STN1 (OBFC1) ja TEN1, ja on katsottu pelastus pysähtynyt replikointi haarukat aikana replikointi stressiä., CST-kompleksi yhdistää telomeerit genomin replikaatioon ja suojeluun Pot1-reitistä riippumatta .
Kertyvät todisteet lukuisia julkaisuja aivan yllättäen osoittaneet, että DNA-vaurioita vastaus (DDR) ja korjaus reittejä, huolimatta näennäisestä paradoksista, jakaa yhteisiä piirteitä telomeeri ylläpito strategioita. DDR varhaisen reagoinnin proteiinit ovat palvelukseen telomeerit ja proteiinien uskotaan toiminto telomeeri ylläpito on ollut myös osoituksena olla mukana DDR., Paradoksaalisesti telomeerien DDR-tekijät näyttävät normaaliolosuhteissa häiritsevän telomeren restaurointia ja pituussäilytystä. Tästä erillinen ilmiö johtuu shelterin koordinointi DDR tekijät-yhteys ja funktio telomeres. TRF2 voi sitoutua ja tukahduttaa ATM, kun POT1, kun sidottu G-hännän kautta TPP1, estää ATR. Tukahduttaminen TRF2 toiminta saa aikaan p53 ja ATM aktivointi, joka johtaa telomeerivasta toimintahäiriö aiheuttama pesäkkeitä (TIFs). TIFs seurauksena end-to-end telomeeri fuusioiden kautta NHEJ koulutusjakson, ja niiden ulkonäkö ei korreloi induktio vanheneminen ., Vuorovaikutus näyttää perustuvan shelterin määrä ja telomeerivasta pituus, kaksi parametrit, jotka liittyvät suoraan toisiinsa, koska kun telomeerit ovat kriittisesti lyhyen ne ovat vähemmän todennäköisesti muodostaa t-silmukka, reaktion katalysoi jonka TRF2 in vitro, ja puolestaan vähemmän shelterin on sidottu . Näin ollen kaksi suurta telomeeri ylläpito rakenteet ovat huomattavasti pienemmät (t-silmukka ja shelterin pinnoite), jolloin DDR aktivointi., Silti, varsin kiehtovan, NHEJ koneita voi myös käyttää suojaava rooli telomeerit kautta entsymaattinen aktiivisuus Tankyrase edistämiseen liittyviä DNA-PKcs vakautta ja muodostumisen estäminen telomeeri sisko kromatidin vaihto (T-Sce) tuote inter-telomeeri rekombinaatio
Toinen mielenkiintoinen paradigma on MRN-kompleksi (proteiini monimutkainen meioottisen rekombinaatio 11 (MRE11) – RAD50 ja NBS1 proteiineja), jossa yhden NBS1-molekyylin liittyy kaksi dimeerit ja MRE11 ja RAD50 ., Se MRE11 ja RAD50 proteiinit muodostavat heterotetramer, joka sisältää kaksi DNA-sitova ja jalostuksen aloilla, jotka voivat silta ilmaiseksi DNA: n päät . MRN: n monimutkainen paikantuu että telomeerit aikana S ja G2 vaiheessa solusyklin kautta suora vuorovaikutus NBS1 kanssa TRF2, oletettavasti edistää G-hännän muodostumiseen johtava telomeric lohkon ja siten telomeeri vakautta ., Ihmisillä, mutaatio NBS1-geeni johtaa kromosomien epävakaus häiriö, Nijmegen rikkoutuminen oireyhtymä 1, liittyy tehostettu herkkyys ionisoivan säteilyn ja kromosomien epävakautta ja aikaisin sairastua syöpään jopa NBS1+/- heterozygotes. NBS1 sisältää forkhead-liittyvät (FHA), on BRCT (BRCA1 C-Terminus) verkkotunnuksen, MRE11-sitova domeeni, ja ATM-vuorovaikutuksessa domain. Kertyvät todisteet osoittavat, että NBS1 vuorovaikutuksessa telomeerit ja edistää niiden vakautta, ainakin ihmisen ja hiiren soluissa., Epäsuorat immunobluoresenssikokeet paljastivat , että NBS1 paikallistaa TRF2: n kanssa S-vaiheen aikana viljellyissä HeLa – soluissa, mahdollisesti moduloimalla t-Loopin muodostumista. Koska TRF2: ta on löydetty myös muista kuin telomeerisista sekvensseistä, nbs1: n samanaikainen lokalisointi TRF2: n kanssa vaatii lisäselvityksiä. Vastaavasti hiiren alkion fibroblastit, aktiivinen rekrytointi NBS1 että huonosti telomeerit on havaittu . MRN-kompleksilla näyttää olevan kaksoisrooli telomeren biologiassa. Yksi on välittää ainakin osittain ATM-vastaus, joka johtaa TIF-muodostumiseen TRF2-poiston jälkeen ., Toiseksi, sen nuclease toimintaa, se on tarpeen normaalia telomeeri muodostumista, kuten MRN on osallisena käsittely vaurioitunut telomeerit vaikuttamalla tuotannon ylitys alkaen tylppä pää telomeeri luotu jälkeen telomeeri replikointi . Kuten kiihtyvyys G-hännän muodostumiseen, seuraavat telomeerien toimintahäiriöitä / de-suojaus estää fuusio johtaa tylppä-päättyi osa-de-suojattu telomeerit aikana S-vaiheeseen. Apollon-nukleaasi voidaan myös värvätä ja osallistua tähän prosessiin., Suora vuorovaikutus NBS1 kanssa telomeeri toista sitova tekijä 1 (TRF1) on osoitettu ikuistettu telomeraasi-negatiivisia soluja, mikä tarkoittaa, että tämä vuorovaikutus voi olla mukana vaihtoehtoisten pidentäminen telomeerit. Lisäksi telomeraasin ilmentävät solut, MRN-kompleksi, kautta downregulation ja poistaminen TRF1 (NBS1-riippuvaisen fosforylaation ja TRF1 ATM) voi myös edistää saavutettavuutta telomeraasin 3 end telomeres ., DNA korjaus kerrostenvälinen kanssa telomeeri vakaus on suhde vakiintunut melko aikaisin kehitys osoituksena siitä, että MRE11 ja RAD50 yhdessä proteiini kinaasit ATM ja ATR ovat myös välttämättömiä asianmukaisen telomeeri ylläpito kasveissa .
Kuva 4.
Shelteriiniin liittyvät tekijät liittyivät myös DNA-Vauriovasteeseen., Yksityiskohdat tekstissä
viime Aikoina, toinen proteiini fosfataasi, PNUTS (fosfataasi 1 ydinvoima-kohdistaminen-alayksikkö), joka on vuorovaikutuksessa TRF2, lisää toinen pala palapelin DDR-ja telomeeri osalta . Lisäksi, havaita genome-wide etsimässä TBM, jotka sisältävät proteiineja, kolme BRCT domain laakeri MCPH1 proksimaalinen DDR tekijä myös vuorovaikutuksessa TRF2. MCPH1-mutaatiot liittyvät kehityshäiriöihin ja kasvaimien lisääntymiseen ., MCPH1 köyhdytettyä solujen läsnä laskenut tasolle BRCA1-ja Chk1 ja ovat viallisia G2/M tarkastuspisteen .
keskeinen rooli telomeerien eheys on myös johtuvan BRCA2, keskeinen osa HR-DNA: n korjaus koulutusjakson. BRCA2 osakkuusyritysten kanssa telomeerit aikana S/G2 solusyklin vaiheita ja näyttää helpottamiseksi RAD51 recombinase lastaus . Siksi BRCA2-välitteisen HR-toimintaa tarvitaan telomeeripituuden huolto. Nämä havainnot saattavat selittää, ainakin osittain, lyhyempi telomeres löytyy BRCA2-mutaatio ihmisen rintojen kasvaimia., Siksi, telomeerien toimintahäiriöitä voi olla myös osallisena genomien epävakautta havaittiin BRCA2-puutteellinen rinta-ja munasarjasyöpä .
yhteensä määrä DNA-korjaus-molekyylejä, jotka yhdessä ovat osa HR, NHEJ, NER ja Fanconin Anemia väyliä on todettu olevan palvelukseen telomeerit, ja TRF2 pääasiassa toimintaa, kuten proteiini-toiminnossa., Normaaleissa olosuhteissa, ATM/ATR-merkinanto, kun de-suojan, koska lyhyt telomeeripituuden ja myöhemmin ’eläkkeelle’ solun (vanheneminen / apoptoosin) on osa normaalia, kasvain-aloittamista suojamekanismi vastaan genome-horjuttanut soluja. Vuonna solut, joissa normaali telomeeri pituus on estävä suhteet näiden eri DNA korjaus järjestelmiä, estää toistensa aktivointi.
Telomeerit ovat osa heterochromatin rakenne, mikä tarkoittaa, että erityisiä signaaleja määrittää niiden sijainti tumassa., Vaikka se, että telomeerit ovat odotettavissa olevan määritelmän vakaa ja inertti kromosomi päättyy, kuitenkin näytä olevan dynaaminen nukleoproteiini komplekseja myös mukana chromatin remontin. Rekrytointi heterochromatin sitova proteiini HP1 , rikastettu tri-metylaatio ja histoni H3 lysiinin 9 (H3K9) ja H4K20 , sekä metylaatio CpG dinucleotides vuonna subtelomeric DNA toistaa tuki tätä käsitystä. Nämä heterokromaattiset merkit korvataan avoimen kromatiinin ominaisuuksilla (lisääntynyt asetylaatio histonin hännillä jne.) kun telomeerit lyhenevät., Tällaiset muutokset edellyttävät, että vähintään telomeeri pituus on velvollinen pitämään heterochromatin–kuten lihakkuus klo kromosomin päät, rakenne, joka voi muuttaa seuraavasti telomeeri jauhautuminen. Lisäksi telomeerit ja shelterin monimutkainen olisi löysää niiden tiukka rakenne aikana kromosomi replikointi ja palauttaa niiden kompakti muoto päätyttyä DNA päällekkäisyyttä. Vastaavanlainen irtoaminen telomeerien rakenne pitäisi olla tarpeen tapauksissa, telomeeri palauttaminen joko telomeraasin tai DNA: n korjausmekanismit, vaikka mahdollisesti eri menettelyjä., Tämän plastisuuden saavuttamiseksi kromatiini tulisi uudistaa useiden entsyymien kautta paikallisen histonikoodin mukaisesti . Useita histoni muutokset ovat osallisina, jossa eri histoni tail-proteiini vuorovaikutus edistää telomeeri monimutkainen rakenne rentoutumista tai puristus . Esimerkkinä, SIRT6 (a histoni H3K9 deacetylase, joka moduloi telomeric chromatin) ehtyminen kokeiluja RNA häiriöitä edellyttäen, todisteita lisääntyneestä ydinalan DNA-vaurioita ja muodostumista telomeerien toimintahäiriöitä aiheuttama pesäkkeitä., Nämä kokeet ehdotti, että SIRT6 suojaa endoteelin solujen telomeeri ja genomien DNA-vaurioita, mikä estää lasku replicative kapasiteetti ja puhkeamista ennenaikaista vanhenemista, tässä tapauksessa osallisena ylläpitää endoteelin homeostaattisina toiminnot ja viive verisuonten ikääntymistä.
Toinen tärkeä joukko tekijöitä, syyllistämättä vuonna telomeeri biologia on tuotteiden ATRX ja DAXX geenejä, jotka ovat osallisena chromatin remontin yhdessä histoni H3.3 ., Mutaatiot tai poistot näissä geneettisissä lokuksissa ovat korreloineet suoraan ALT+ – tilan kanssa solulinjoissa tai kasvaimissa sinänsä . Mukaan nämä havainnot, seulonta ATRX/DAXX mutaatiot/ilmaus voi edustaa kaikkein ajan tasalla – luotettava merkki kasvaimia, jotka ovat valinneet ALT TMM polku.,
Kollektiivisesti, se on oikea kokoonpano shelterins vuonna telomeres, että on välttämätöntä kromosomi vakaus (erottaa kromosomin päät DNA ds taukoja ja estää menetys geneettisen tiedon kautta joko nucleolytic hyökkäys (exonuclease-välitteinen hajoaminen) tai poikkeava kromosomi fuusiot ja ei-toivottuja rekombinaatio, aikana solu on elämän span., Yhdessä oikea rakenne, toimiva koordinointi valvoa TMM ja telomeraasin aktiivisuutta säädellään tiukasti koko solusyklin useita sekaantunut lisävaruste tekijät, lyhytaikaisesti palvelukseen shelterin komplekseja / subcomplexes .
Lukuun ottamatta niiden suojaava tehtävä, oikea vuorovaikutus shelterins komponenttien kanssa DNA korjaus koneiden sekä telomeraasi osia ja telomeraasin rekrytointi, avulla telomeeri palauttaminen tarvittaessa., Merkitys oikea rakenne – toiminto shelterin komponentit telomeeri biologian ja syövän muodostumista, yhdessä telomeeri-liittyvät sairaudet, ovat kuvattu yhdistys mutaation tunnistus eli TIN2 monissa näistä tapauksista .