a Telomer szerkezet — Funkció kapcsolat
Mint a fent említett hiányában telomeráz, telomerek válik a nem-funkcionális, lerövidíti az egymást követő sejt megosztottság, illetve kromoszóma termini lehet biztosíték következtében, de a védelem. A Telomere fúziók a nem homológ végcsatlakozás (NHEJ) eredménye, amely a kettős száltörés (DSB) gyógyításának egyik uralkodó mechanizmusa., Ezeknek az eseményeknek az eredménye lehet több centromeres kromoszómát hordozó kromoszómák létrehozása, amelyek valószínűleg a mitózis során ellentétes pólusokra oszlanak, ami kromoszóma törést és további genomikai instabilitást eredményez ismételt fúziós törési események révén. A gerincesekben a kromoszóma végvédelmének szerepe a kromoszómaszünetektől való megkülönböztetéshez a shelterin néven együttesen említett fehérjék specifikus komplexének tulajdonítható. A Shelterin komplexet alapvetően hat fehérje alkotja., A shelterin komplex két tagja, a TRF1 és a TRF2 (a Telomere Repeat-binding Factor 1 és 2-ből) közvetlenül a kettős szálú telomer szekvenciához kötődik, míg a POT1 az ssDNA-hoz kötődik. A TRF2 együttműködik a RAP1-gyel, míg a TIN2 közvetíti a TPP1-POT1 kötődést a TIRF1 / TIRF2 core komplexumhoz. A POT1 kötődik és védi a telomerek (g-farok) 3 egyszálú DNS-túlnyúlását, míg a TIN2 valószínűleg összekapcsolja az egyszálú és kettős szálú DNS-kötő komplexeket, különösen a telomer d-hurok képződés területén (3 .ábra)., Úgy tűnik, hogy ez a mag shelterin komplex elsősorban a telomere végén található (más néven telosome), és mind a t-hurok szerkezetének stabilizálására szolgál, ugyanakkor védi azt a DNS-károsodástól, amelyet az NHEJ javít. Ezenkívül a shelterin szabályozza a telomer DNS helyreállítási folyamataihoz való hozzáférést minden Genom replikáció után., Az általános, shelterin komplex úgy tűnik, hogy működik, mint egy platform szabályozza a munkaerő egyre több tényező vesz részt a kromatin átalakítás, DNS-replikáció, a DNS-károsodás, javítás, rekombináció, valamint telomeráz funkció, így szabályozza a telomer hozzáférés / módosítás által eltérő sejtszintű folyamatok (4. ábra), a közelmúltban felül .
3.ábra.
a shelterin komplex potenciális telomere-lezárási elrendezésének vázlatos modellje., A shelterin komplex fehérjéi részt vesznek a telomer-védelemben, a replikációban és a hosszszabályozásban. A TRF1 és a TRF2 fehérjék kifejezetten a telomer DS DNS-hez kötődnek, míg a POT1 (TPP1) felismeri az ssdns-t (stabilizálja a D-hurkot). A TIN2 összekapcsolja az ssDNA-t a dsDNA kötési komplexekkel, stabilizálva a teloszóma szerkezetét. A telomer DNS ismétlődő DNS-szekvenciából, egy duplex régióból és egy ssDNA g-Szál túlnyúlásból (g-Szál, narancs; C-szál, kék) áll. A shelterin komplex mind a duplex, mind az ssdns régiókhoz kötődik specifikus fehérje–DNS kölcsönhatások révén., A T-hurok kialakulása magában foglalja a G-túlnyúlás szálának invázióját, hogy elmozdulási hurkot (D-hurkot) hozzon létre. A T-hurok azt javasolja, hogy elfedje a kromoszóma végét a DNS-károsodás érzékelőitől. Az egyszerűség kedvéért a shelterin komplexet hat protein komplexként ábrázolják, amely homogenikusan diszpergálódik a telomere-re. További részletekért lásd a szöveget.
érdekes módon úgy tűnik, hogy egynél több típusú mag shelterin komplex létezik, és nem mindegyik feltétlenül része a teloszómának. Csak TRF1-TIN2-TPP1-POT1 vagy TRF2-RAP1 tartalmú komplexeket észleltek., A trf1 és TRF2 abszolút és relatív mennyiségét a sejtben mérő legfrissebb adatok azt mutatták, hogy a TRF2 körülbelül kétszer olyan bőséges, mint a TRF1, és ez összhangban van azzal, hogy a trf2-t nem telomer kromoszóma régiókban a térben irányított DNS-károsodás okozta gócokban észlelték. A DNS-károsodás helyszíneire történő TRF2 felvétel összhangban van azzal, hogy kritikus szerepet játszik a DNS-károsodás válaszában . A telosome által létrehozott hálózat összetettsége gyakorlatilag a shelterin tagok egyedi szerkezeti jellemzőin alapul., TRF1 2 medve egy SAB/MYB domain, amellyel mindketten elismerik TTAGGGTTA motívum a telomer ds DNS, savas gazdag (D/E) a terminális régió, illetve egyedi dokkoló motívum a továbbiakban TRF homológia (TRFH) motívum . A TRFH domain közvetíti a trf1 vagy a TRF2 homo-dimerizációját, de tiltja a heterodimerizációt szerkezeti korlátok miatt . A TRF1 és a TRF2 kötéshez FxLxP motívum, illetve Y/FxLxP motívum szükséges. Ezeket a doméneket Trfh kötési motívumoknak (TBM) nevezik. A Trf1-TRFH motif Phe 142 aminosav maradványa felelős a TBM-régión keresztül történő TIN2 kötődésért., A TIN2-TBM szignifikánsan alacsonyabb affinitással rendelkezik a trf2 megfelelő régiójához (Phe 120) a Phe 120 közelében lévő szerkezeti különbségek miatt, végül a trf2-hez kapcsolódik egy egyedülálló TRF2 régión keresztül, a fehérje N-terminusa közelében. Mindazonáltal a Phe 120 maradékanyag döntő fontosságú a más telomere-hez kapcsolódó tényezőkkel, például az Apollo nuclease-rel, a TRF2 kötő partnerrel való specifikus interakció szempontjából. A shelterin magtagok és a TBM-hez hasonló motívumokkal társuló tényezők közötti komplex képződést valószínűleg a kötési affinitások változása is irányítja a poszt-transzlációs módosítások miatt., Jó példa erre a trf1 parsylation a tankyrase által, ami a DNS-TRF1 affinitás jelentős csökkenését eredményezi, lehetővé téve a telomere meghosszabbítását és a nővér telomeres elválasztását azáltal, hogy kifejezetten enyhíti a kohéziós komplexet a TRF1-től és a TIN2-től . Az ilyen kölcsönhatások kiegyensúlyozatlansága káros lehet a genom integritására, amint azt a sejtekben kialakult magas TIF-szintek mutatják, amelyek egy izolált TBM-et tandem YRL-ismétlésként túlexpresszálnak. Hasonló káros eredményeket kaptunk a TRF2-F120 szubsztitúciós allél kifejezésekor .,
Az S. pombe Pot1 két OB (oligonukleotid/oligoszacharid-kötő) hajtásának egyike, amely az ssDNA kötőhelyét tartalmazza, legutóbbi szerkezeti vizsgálataiból kiderült, hogy az ssDNA nem specifikus nukleotidfelismerését eddig nem azonosított kötési módokkal érik el, amelyek termodinamikailag kompenzálják a bázis-szubsztitúciókat alternatív egymásra rakható kölcsönhatások és új kötési hálózatok révén . Így a shelterin tagok struktúrájának és a kapcsolódó tényezőknek a részletes meghatározása várhatóan geometriailag javítja a hálózatok felépítését, valamint a mennyiség vs., a minőségi változások zavarják a funkcionális változásokhoz vezető szerkezeti módosításokat, a genom stabilitásának finomhangolását. Kétségtelen, hogy az összegyűjtött információk gazdagsága már előkészítette az anti-telomeráz szerek használatának módját a klinikai vizsgálatokban, robusztus várható eredménnyel.
a shelterin és a kölcsönhatásban lévő partnerek mellett a közelmúltban egy másik jelentős komplexum is felmerült, amely szintén részt vesz a telomere biológiában, a CST komplexben. A CST komplexum ctc1-ből, STN1-ből (OBFC1) és TEN1-ből áll, és a replikációs stressz során elakadt replikációs villák megmentését tulajdonították., A CST komplex összekapcsolja a telomereket a genom replikációjával és védelmével a Pot1 útvonaltól függetlenül .
egyre több adat, amelyet számos publikáció váratlanul igazolta, hogy a DNS-károsodás válasz (DDR), valamint a javítás utak, annak ellenére, hogy a látszólagos paradoxon, közös jellemzők a telomer karbantartási stratégiák. DDR korai válasz fehérjék toborzott, hogy a telomerek, valamint a fehérjék úgy vélik, hogy a funkció a telomer karbantartási már azt is bizonyítja, hogy részt DDR., Paradox módon úgy tűnik, hogy a telomerek DDR-tényezői normál körülmények között zavarják a telomere helyreállítását és a hossz megőrzését. Ez a különálló jelenség a DDR-faktorok telomerekben való hozzáférésének és működésének koordinációjához kapcsolódik. A TRF2 képes megkötni és elnyomni az ATM-et, míg a POT1, amikor a Tpp1-en keresztül kötődik a G-farokhoz, gátolja az ATR-t. A TRF2-aktivitás elnyomása p53-at és ATM-aktivációt vált ki, ami telomere-diszfunkció okozta gócokhoz (tif-ekhez) vezet. A TIF-ek end-to-end telomere fúziókat eredményeznek az NHEJ úton, és megjelenésük korrelál a szeneszcencia indukciójával ., Az interplay úgy tűnik, hogy a shelterin mennyiségén és a telomere hosszán alapul, két paraméter közvetlenül kapcsolódik egymáshoz, mivel amikor a telomerek kritikusan rövidek, kevésbé valószínű, hogy t-hurkot képeznek, a trf2 in vitro által katalizált reakció, és viszont kevesebb shelterin van kötve . Ennek következtében a DDR aktiválását lehetővé tevő két fő telomér karbantartó szerkezet jelentősen lecsökken (t-loop és shelterin bevonat)., Mégis, egészen meglepő, NHEJ gép is lehet kifejteni védő szerepe a telomerek keresztül az enzimaktivitás Tankyrase kapcsolatos promóciós DNS-PKcs stabilitási, illetve kialakulásának megelőzése telomer húgom = sister chromatid csere (T-Sce), mint egy terméket, az inter-telomer rekombináció
egy Másik érdekes paradigma a MRN komplex (egy fehérje komplex meiotikus rekombináció 11 (MRE11) – RAD50, valamint NBS1 fehérjék), ahol egyetlen NBS1 molekula kapcsolódik két dimers a MRE11, valamint RAD50 ., Az MRE11 és RAD50 fehérjék heterotetramert alkotnak, amely két DNS-kötő és-feldolgozó domént tartalmaz, amelyek áthidalhatják a szabad DNS-végeket . Az MRN-komplex a sejtciklus S és G2 fázisaiban a telomerekre lokalizálódik az NBS1 trf2-vel való közvetlen kölcsönhatása révén, feltehetően hozzájárulva a vezető telomer szál g-farokképződéséhez, így a telomere stabilitásához ., Az emberek, a mutáció a NBS1 gén vezet, hogy a kromoszóma-instabilitás zavar, Nijmegen törés szindróma 1, kapcsolódó fokozott érzékenység ionizáló sugárzás, illetve kromoszóma-instabilitás, illetve a korai rák még NBS1+/- heterozigóta. Az NBS1 tartalmaz egy forkhead-társított (FHA), egy BRCT (BRCA1 C Terminus) domént, egy MRE11-kötő domaint, valamint egy ATM-kölcsönható domaint. A felhalmozódó bizonyítékok azt mutatják, hogy az NBS1 kölcsönhatásba lép a telomerekkel, és hozzájárul stabilitásukhoz, legalábbis emberi és egérsejtekben., Az indirekt immuno-fluoreszcencia kísérletek azt mutatták, hogy az NBS1 az S fázisban a trf2-vel együtt lokalizálódik a tenyésztett HeLa sejtekben , esetleg a T – hurok képződés modulálásával. Mivel a TRF2 nem telomer szekvenciákon is megtalálható, az NBS1 együttes lokalizációjának hatása a TRF2-vel további tisztázást igényel. Hasonlóképpen, az egér embrionális fibroblasztokban az nbs1 aktív felvételét a diszfunkcionális telomerekre figyelték meg . Úgy tűnik, hogy az MRN komplexum kettős szerepet játszik a telomere biológiában. Az egyik az, hogy közvetítse, legalább részben, az ATM válasz vezető TIF kialakulását után TRF2 törlés ., Másodszor, a nuclease tevékenység szükséges a normál telomer formáció, mint MRN szerepet játszik a feldolgozása sérült telomerek által befolyásolják a termelés a túlnyúlás a tompa végén a telomer létre, miután a telomer replikáció . A G-farok képződésének ilyen gyorsulása a telomere diszfunkció / védelem után megakadályozza a védett telomerek vezető tompa végű szálainak fúzióját az S fázisban. Az Apollo-nukleáz is felvételre kerülhet, és részt vehet ebben a folyamatban., Közvetlen interakció NBS1 a telomer ismételje meg a kötelező faktor 1 (TRF1) kimutatták, a halhatatlan telomeráz negatív sejtek utalva arra, hogy ez a kölcsönhatás köze lehet az alternatív hosszabbítás telomerek. Ezen túlmenően a telomeráz-expresszáló sejtekben az MRN-komplex a TRF1 (NBS1-függő trf1 foszforiláció ATM által történő lebontása és eltávolítása révén) révén elősegítheti a telomeráz hozzáférhetőségét a telomerek 3 végéhez is ., DNS repair összekötő a telomer a stabilitás kapcsolat létesítése nagyon korai az evolúció, mint az a tény jelzi, hogy MRE11, valamint RAD50 együtt fehérje kinázok ATM, valamint ATR is elengedhetetlen a megfelelő telomer karbantartás a növények .
4.ábra.
Shelterin kapcsolódó tényezők is részt vesznek a DNS-károsodás válasz., Részletek a szövegben
a közelmúltban egy másik fehérje foszfatáz, gesztenye (foszfatáz 1 nukleáris célzású alegység), amely kölcsönhatásba lép a TRF2-vel, beilleszti egy másik darabot a DDR és a telomere kapcsolat rejtvényébe . Ezenkívül a TBM-t tartalmazó fehérjék genomra kiterjedő keresésével kimutatható, hogy a három BRCT domén MCPH1 proximális DDR faktorral is kölcsönhatásba lép a TRF2-vel. Az MCPH1 mutációk fejlődési rendellenességekkel és a tumor incidenciájának növekedésével járnak ., Az MCPH1 kimerült sejtjei csökkent BRCA1 és Chk1 szintet mutatnak, és hibásak a G2 / M ellenőrzőpontban .
a telomere integritásának alapvető szerepe a BRCA2-nek is tulajdonítható, amely a HR DNS-javítási út kulcsfontosságú eleme. A BRCA2 az S/G2 sejtciklus fázisai alatt telomerekkel társul, és úgy tűnik, hogy megkönnyíti a RAD51 rekombináz betöltését . Ezért a telomere hosszának fenntartásához BRCA2 által közvetített HR tevékenység szükséges. Ezek az eredmények legalább részben megmagyarázhatják a BRCA2 mutált emberi emlődaganatokban található rövidebb telomereket., Ezért a telomere-diszfunkció szerepet játszhat a BRCA2-hiányos emlő – és petefészekrákokban megfigyelt genomikai instabilitásban is .
összesen számos DNS-javító molekulát találtak, amelyek együttesen a HR, NHEJ, NER és Fanconi anémia útvonalainak részét képezik, telomerekben toboroztak, a TRF2 elsősorban fehérje hubként működik., Normál körülmények között, ATM/ATR jelző esetén-de-védelem miatt rövid telomer hossza, valamint az azt követő “nyugdíjas” a sejt (senescence / apoptózis) része a normális, tumor-beavatás védő mechanizmus ellen genom-bomlasztotta a sejtek. A normál telomérhosszúságú sejtekben gátló kapcsolatok vannak a különböző DNS-javító rendszerek között, megakadályozva egymás aktiválását.
a telomerek a heterokromatin szerkezet részét képezik, ami azt jelenti, hogy a specifikus jelek meghatározzák helyüket a magban., Bár az a tény, hogy a telomerek definíció szerint stabilak és inert kromoszómavégek, mégis úgy tűnik, hogy dinamikus nukleoprotein komplexek is részt vesznek a kromatin átalakításában. A HP1 heterokromatin kötő fehérje felvétele , a hiszton H3 lizin 9 (H3K9) és H4K20 dúsított Tri-metilezése, valamint a CPG dinukleotidok metilezése a szubtelomerikus DNS-ismétlésekben támogatja ezt a fogalmat. Ezeket a heterokromatikus jeleket a nyitott kromatin jellemzői váltják fel (fokozott acetiláció a hiszton farokon stb.), amikor a telomerek rövidebbek lesznek., Az ilyen változások azt jelentik, hogy a heterokromatinszerű konformáció fenntartásához minimális telomér hosszúságra van szükség a kromoszóma végein, olyan szerkezet, amely a telomér lemorzsolódás után megváltozhat. Ezenkívül a telomerek és a shelterin komplexnek lazítaniuk kell szoros szerkezetüket a kromoszóma-replikáció során, és a DNS-duplikáció befejezése után újra létre kell hozniuk kompakt formájukat. A telomere-szerkezet analóg lazítására van szükség telomere-helyreállítás esetén telomeráz vagy DNS-javító mechanizmusokkal, bár esetleg különálló eljárásokkal., Ennek a plaszticitásnak a elérése érdekében a kromatint számos enzimen keresztül kell átalakítani egy helyi hiszton kód szerint . Számos hiszton-módosítás van benne, ahol a különálló hiszton farokfehérje-kölcsönhatások elősegítik a telomere komplex szerkezet relaxációját vagy tömörítését . Példaként a sirt6 (a hiszton H3K9 deacetiláz, amely a telomer-kromatint modulálja) RNS interferenciával végzett kimerülési kísérletek bizonyítékot szolgáltattak a megnövekedett nukleáris DNS-károsodásra és a telomere-diszfunkció által kiváltott gócok kialakulására., Ezek a kísérletek azt sugallták, hogy a SIRT6 megvédi az endothel sejteket a telomere és a genomiális DNS károsodástól, így megakadályozza a replikatív kapacitás csökkenését és a korai öregedés kialakulását, ebben az esetben az endothel homeosztatikus funkciók fenntartásában és az érrendszeri öregedés késleltetésében.
a telomere biológiában szerepet játszó másik fontos tényező az ATRX és a DAXX gének termékei, amelyek a hiszton H3.3-mal együtt a kromatin átalakulásában játszanak szerepet ., Ezekben a genetikai lókuszokban a mutációk vagy törlések közvetlenül korreláltak az ALT+ státusszal a sejtvonalakon vagy a tumorokon önmagában . E megállapítások szerint az ATRX/DAXX mutációk/expresszió szűrése az ALT TMM útvonalat választó tumorok legfrissebb megbízható markerét jelentheti.,
együttesen a telomerekben található shelterinek megfelelő összeszerelése elengedhetetlen a kromoszóma stabilitásához (megkülönbözteti a kromoszóma végeit a DNS DS töréseitől, és megakadályozza a genetikai információ elvesztését nukleolitikus támadás (exonukleáz-mediált lebomlás) vagy aberráns kromoszóma fúziók és nemkívánatos rekombináció révén, egy sejt élettartama alatt., A megfelelő szerkezettel együtt a TMM-t és a telomeráz aktivitást szabályozó funkcionális koordinációt a sejtciklus során szigorúan szabályozzák számos, a shelterin komplexek / alkomplexek által átmenetileg felvett implikált kiegészítő tényező .
védő szerepük mellett a polcerinek megfelelő kölcsönhatása a DNS-javító gépek alkatrészeivel, valamint a telomeráz komponensekkel és a telomeráz felvételével, adott esetben lehetővé teszi a telomere helyreállítását., Annak fontosságát, hogy a megfelelő szerkezet – funkció shelterin alkatrészek a telomer biológia, meg a rák kialakulását, együtt a telomer-kapcsolódó betegségek, ábrázolja által szövetsége mutáció felismerése, azaz TIN2 ezekben az esetekben .