telomeer structuur-functie relatie
zoals hierboven vermeld, worden telomeren niet-functioneel, verkorten ze met opeenvolgende celdelingen en kunnen chromosoomtermini fuseren als gevolg van de-bescherming. Telomeer fusies zijn het resultaat van niet-homologe-end-joining (NHEJ) die een van de heersende mechanismen van een dubbele bundel breuk (DSB) genezing is., Het resultaat van dergelijke gebeurtenissen zou kunnen zijn de creatie van chromosomen die meer dan één centromeren dragen, die waarschijnlijk tot tegenovergestelde polen tijdens mitose zullen worden gepoold, resulterend in chromosoombreuk en verdere genomische instabiliteit door herhaalde fusie – breuk gebeurtenissen. In gewervelde dieren, wordt de rol van de bescherming van het chromosoomeinde om van chromosoombreuken te worden onderscheiden toegeschreven aan een specifiek complex van proteã NEN collectief als shelterin wordt bedoeld. Shelterin complex is in principe samengesteld door zes eiwitten., Twee leden van shelterin complex, TRF1 en TRF2 (van telomere Repeat-binding Factor 1 en 2) binden direct aan dubbele vastgelopen telomeric opeenvolging, terwijl POT1 ssdna bindt. TRF2 communiceert met RAP1 en rekruteert RAP1, terwijl TIN2 tpp1-POT1 bindt aan het TIRF1 / TIRF2 kerncomplex. POT1 bindt aan en beschermt 3 single-stranded overhang van DNA van telomeres (g-staart), terwijl TIN2 waarschijnlijk de enige en double-stranded bindende complexen van DNA, vooral op het gebied van de telomeric d-lijnvorming verbindt (figuur 3) ., Het schijnt dat deze kern shelterin complex hoofdzakelijk bij het telomere eind (ook als telosoom wordt bedoeld) wordt gevestigd en zowel in het stabiliseren van t-lijnstructuur dient, die het tegelijkertijd van wordt erkend als schade van DNA beschermt en door NHEJ wordt hersteld. Bovendien, regelt shelterin toegang tot restauratieprocessen van TELOMERIC DNA na elke genoomreplicatie., In het algemeen, shelterin complex schijnt om als platform te functioneren die rekrutering van een groeiende lijst van factoren regelen betrokken bij chromatin het remodelleren, de replicatie van DNA, de schadeherstel van DNA, nieuwe combinatie en telomerasefunctie, waarbij telomere toegang / wijziging door diverse cellulaire processen (figuur 4) wordt geregeld, onlangs herzien binnen .
Figuur 3.
schematisch model van de mogelijke telomeerafdekking door het shelterinecomplex., De proteã nen van complex shelterin nemen in telomere bescherming, replicatie en lengteregeling deel. TRF1 en TRF2 de proteã nen binden specifiek aan TELOMERIC DS DNA, terwijl POT1 (TPP1) ssdna (stabiliserend D-lijn) erkent. TIN2 verbindt ssDNA met dsDNA bindende complexen, stabiliserend telosoomstructuur. Telomeric DNA bestaat uit herhaalde opeenvolging van DNA, een duplexgebied en een overhang van de ssdna g-bundel (g-bundel, Oranje; c-bundel, blauw). Complex shelterin bindt aan zowel de duplex als ssdna gebieden door specifieke eiwit – DNA interactie., De vorming van de T-lijn impliceert strandinvasie van de G-overhang om een verplaatsing-lijn (D-lijn) te creëren. De T-lijn wordt voorgesteld om het chromosoomeinde van de schadesensoren van DNA te maskeren. Om redenen van eenvoud wordt het shelterincomplex afgebeeld als een zes-eiwitcomplex homogeen verspreid op telomeer. Zie tekst voor meer details.
interessant is dat er meer dan één type kern shelterin complex bestaat en niet alle van hen noodzakelijkerwijs deel uitmaken van het telosoom. Complexen die alleen TRF1-TIN2-TPP1-POT1 of TRF2-RAP1 bevatten zijn gedetecteerd., Recente gegevens die de absolute en relatieve hoeveelheden TRF1 en TRF2 in de cel meten onthulden dat TRF2 ongeveer tweemaal zo overvloedig is zoals TRF1 en dit met TRF2 verenigbaar is die in ruimtelijk geleide schade van DNA worden ontdekt veroorzaakte foci in niet-telomere chromosoomgebieden. Trf2 rekrutering op plaatsen van DNA-schade is consistent met het spelen van een cruciale rol in de DNA schade reactie . De complexiteit van het telosome gecreëerde netwerk is praktisch gebaseerd op de unieke structurele eigenschappen van de shelterin leden., TRF1 en 2 dragen een SAB / MYB domein waardoor ze beide een ttagggtta motief op telomere DS DNA, een zuurrijk (D/E) eindgebied en een specifiek docking motief aangeduid als TRF homologie (TRFH) motief herkennen . Het domein TRFH bemiddelt homo-dimerisatie van TRF1 of TRF2 maar verbiedt heterodimerisatie toe te schrijven aan structurele beperkingen . Een FxLxP-motief en een Y/FxLxP-motief zijn vereist voor respectievelijk trf1 en TRF2-binding. Deze domeinen worden aangeduid als Trfh bindende motieven (TBM). Het Phe 142 aminozuurresidu in TRF1-TRFH-motief is de oorzaak van TIN2 die door zijn TBM-gebied binden., TIN2-TBM heeft beduidend lagere affiniteit voor het overeenkomstige gebied van TRF2 (Phe 120) toe te schrijven aan structurele verschillen in de nabijheid van Phe 120 en tenslotte aan TRF2 via een uniek TRF2 gebied dichtbij het n-eindpunt van de proteã ne in bijlage. Niettemin, is het residu van Phe 120 essentieel voor specifieke interactie met andere telomere geassocieerde factoren zoals Apollo nuclease, een TRF2 bindende partner. Complexe vorming tussen shelterin kernleden en bijbehorende factoren met TBM-achtige motieven zullen waarschijnlijk ook worden geleid door veranderingen in bindende affiniteiten als gevolg van post-translationele wijzigingen., Een mooi voorbeeld is TRF1 parsylation door tankyrase, resulterend in significante vermindering van de affiniteit DNA-TRF1, toestaand telomeer het verlengen en zustertelomeren scheiding door specifiek cohesiecomplex van TRF1 en TIN2 te verlichten . Wanbalans van dergelijke interactie zou schadelijk voor genoomintegriteit kunnen zijn zoals getoond door verhoogde niveaus van TIFs die in cellen worden gevormd die geà soleerde TBM als tandem YRL herhalen overexpressie. Analoge schadelijke resultaten werden verkregen bij het uitdrukken van een TRF2-F120 substitutie allel .,
recente structurele studies van een van de twee OB-plooien (Oligonucleotide/oligosaccharide-binding) van S. pombe Pot1, die de bindingsplaats van ssDNA vormen, toonden aan dat niet-specifieke nucleotideherkenning van ssDNA wordt bereikt door tot nu toe niet-geïdentificeerde bindingsmodi die thermodynamisch compenseren voor base-substituties door alternatieve stapelinginteracties en nieuwe H-bindingsnetwerken . Dus, het in detail afbakenen van de structuur van shelterin leden en bijbehorende factoren wordt verwacht dat het geometrisch verbeteren van ons begrip van de netwerken bestond en de manier waarop kwantiteit vs., de kwaliteitsveranderingen interfereren met structurele wijzigingen die tot functionele wijzigingen leiden, fijn stemmende genoomstabiliteit. Ongetwijfeld, heeft de rijkdom van verzamelde informatie reeds de manier geplaveid om anti-telomeraseagenten in klinische proeven te gebruiken, met robuuste verwachte uitkomst.
naast shelterine en interacterende partners is onlangs een ander belangrijk complex naar voren gekomen dat ook betrokken is bij de biologie van telomeren, het CST-complex. Het CST complex bestaat uit CTC1, STN1 (OBFC1) en TEN1, en is toegeschreven aan de redding van vastgelopen replicatievorken tijdens replicatiespanning., De complexe CST verbindt telomeren met genoomreplicatie en bescherming onafhankelijk van de POT1-weg .
Het verzamelen van bewijs door tal van publicaties toonde geheel onverwacht aan dat DNA damage response (DDR) en repair pathways, ondanks schijnbaar een paradox, gemeenschappelijke kenmerken delen met telomere onderhoudsstrategieën. De vroege reactieproteã nen van DDR worden gerekruteerd aan telomeren en de proteã nen verondersteld om in telomeeronderhoud te functioneren zijn ook bewezen om in DDR te worden betrokken., Paradoxaal genoeg lijken de DDR-factoren in telomeren, in normale omstandigheden, zich te mengen in telomeerherstel en lengtebehoud. Dit verschillende fenomeen wordt toegeschreven aan shelterin coördinatie van DDR factoren toegang en functie bij telomeren. TRF2 kan aan ATM binden en onderdrukken, terwijl POT1, wanneer gebonden aan de G-staart door TPP1, ATR remt. De afschaffing van TRF2-activiteit ontlokt p53 en ATM-activering, leidend tot telomeerdysfunctie veroorzaakte foci (TIFs). TIFs resulteren in end-to-end telomere fusies via de nhej-weg en hun verschijning is gecorreleerd met de inductie van senescentie ., Het samenspel schijnt op shelterinhoeveelheid en telomeerlengte te worden gebaseerd, twee parameters direct verwant aan elkaar, aangezien wanneer telomeren kritisch kort zijn zij minder waarschijnlijk om een T-lijn te vormen, een reactie door TRF2 in vitro wordt gekatalyseerd, en beurtelings minder shelterin wordt gebonden . Bijgevolg zijn twee belangrijke telomeeronderhoudsstructuren beduidend verminderd (t-loop en shelterin coating), die DDR activering toestaan., Toch, heel intrigerend, nhej machines kunnen ook een beschermende rol uitoefenen op telomeren door de enzymatische activiteit van Tankyrase gerelateerd aan de bevordering van DNA-PKcs stabiliteit en preventie van de vorming van telomere zusterchromatide uitwisselingen (T-SCEs) als een product van Inter-telomere recombinatie
een ander intrigerend paradigma is het MRN complex (een eiwitcomplex van meiotische recombinatie 11 (MRE11) – RAD50 en nbs1 eiwitten), waar een enkel nbs1 molecuul wordt geassocieerd met twee dimeren van MRE11 en RAD50 ., De proteã nen MRE11 en RAD50 vormen een heterotetramer die twee DNA-bindende en verwerkingsdomeinen bevat die vrije einden van DNA kunnen overbruggen . Het complex MRN lokaliseert aan telomeres tijdens de s en G2 fasen van de celcyclus door directe interactie van NBS1 met TRF2, vermoedelijk bijdragend aan de G-staartvorming op de belangrijke telomeric bundel en zo aan telomere stabiliteit ., Bij mensen leidt mutatie in het nbs1 gen tot de chromosomale instabiliteit stoornis, Nijmegen breuk syndroom 1, geassocieerd met verhoogde gevoeligheid voor ioniserende straling en chromosomale instabiliteit en vroege ontwikkeling van kanker, zelfs in nbs1+/- heterozygoten. NBS1 bevat een forkhead-geassocieerd (FHA), een brct (BRCA1 C Terminus) domein, een mre11-bindend domein, en een ATM-interacting domein. Het accumuleren van bewijsmateriaal toont aan dat NBS1 met telomeren in wisselwerking staat en aan hun stabiliteit bijdraagt, althans in menselijke en muiscellen., De indirecte immuno-fluorescentieexperimenten toonden aan dat nbs1 mede-lokaliseert met TRF2 tijdens de S-fase in gekweekte HeLa cellen, misschien door T – lijnvorming te moduleren. Aangezien TRF2 ook op niet-telomeric opeenvolgingen is gevonden vereist het effect van nbs1 co-localisatie met TRF2 verdere verduidelijking. Evenzo, in muis embryonale fibroblasten, is actieve rekrutering van NBS1 aan dysfunctionele telomeren waargenomen . Het MRN-complex lijkt een dubbele rol te spelen in de biologie van telomeren. Men moet bemiddelen, ten minste gedeeltelijk, de ATM-reactie die tot vorming van TIF na trf2 schrapping leidt ., Ten tweede, door zijn nucleaseactiviteit, wordt het vereist voor normale telomeervorming, aangezien MRN bij de verwerking van beschadigde telomeren wordt betrokken door de productie van overhang van een stompe eindtelomeer te beïnvloeden die na telomeerreplicatie wordt gecreeerd . Dergelijke versnelling van de G-staartvorming, na telomeerdysfunctie / de-bescherming verhindert de fusie van belangrijke botte bundels van de-beschermde telomeren tijdens S-fase. Apollo nuclease kan ook worden aangeworven en bij dit proces worden betrokken., Directe interactie van nbs1 met telomeer repeat-binding factor 1 (TRF1) is aangetoond voor vereeuwigde telomerase negatieve cellen impliceren dat deze interactie zou kunnen worden betrokken bij de alternatieve verlenging van telomeren. Voorts kan in telomerase die cellen uitdrukken, complex MRN, door downregulation en verwijdering van TRF1 (nbs1-afhankelijke phosphorylation van TRF1 door ATM) toegankelijkheid van telomerase aan het eind 3 van telomeres ook bevorderen ., De reparatieintercommunicatie van DNA met telomeerstabiliteit is een verhouding die vrij vroeg in evolutie wordt gevestigd zoals aangegeven door het feit dat MRE11 en RAD50 samen met eiwitkinases ATM en ATR, ook essentieel voor juist telomeeronderhoud in installaties zijn .
Figuur 4.
Shelterine-geassocieerde factoren die ook betrokken zijn bij de respons op DNA-schade., Details in de tekst
onlangs voegt een andere eiwitfosfatase, puts (phosphatase 1 nuclear-targeting subunit), die interageert met TRF2, een ander stuk in de puzzel van de DDR en telomeer relatie . Bovendien, ontdekt door genoombrede het zoeken naar TBM die proteã NEN bevatten, interageert het drie brct domein dat MCPH1 proximale DDR factor draagt ook met TRF2. MCPH1-mutaties worden geassocieerd met ontwikkelingsstoornissen en verhoogde tumorincidentie ., Mcph1-uitgeputte cellen vertonen verlaagde niveaus van BRCA1 en Chk1 en zijn defect in het G2 / M-controlepunt .
een essentiële rol in telomeerintegriteit wordt ook toegeschreven aan BRCA2, een belangrijk onderdeel van de HR DNA-herstelroute. BRCA2 associeert met telomeren tijdens de fasen van de S / G2-celcyclus en schijnt de lading van RAD51 recombinase te vergemakkelijken . Daarom is BRCA2-gemedieerde HR-activiteit vereist voor telomeer lengte onderhoud. Deze bevindingen kunnen verklaren, ten minste voor een deel, de kortere telomeren gevonden in BRCA2 gemuteerde menselijke borsttumoren., Daarom kan telomeerdysfunctie ook betrokken zijn bij de genomische instabiliteit waargenomen bij BRCA2-deficiënte borst-en ovariumcarcinomen .
in totaal is gebleken dat een aantal DNA-reparatiemoleculen, die gezamenlijk deel uitmaken van de Bloedarmoedeweg HR, NHEJ, NER en Fanconi, bij telomeren zijn gerekruteerd, waarbij TRF2 voornamelijk als eiwithub functioneert., In normale omstandigheden, ATM/ATR signalering, op de-bescherming toe te schrijven aan korte telomeer lengte en daaropvolgende ‘pensionering’ van de cel (senescentie / apoptose) is een deel van de normale, tumor-initiatie beschermende mechanisme tegen genoom gedestabiliseerde cellen. In cellen die normale telomeerlengte dragen zijn er remmende relaties tussen deze verschillende de reparatiesystemen van DNA, die elkaars activering verhinderen.
telomeren maken deel uit van de heterochromatinestructuur, wat betekent dat specifieke signalen hun locatie in de kern bepalen., Hoewel het feit dat telomeren naar verwachting per definitie stabiel en inert chromosoomeinden, niettemin lijken dynamische nucleoproteïne complexen ook betrokken bij chromatine remodellering. Rekrutering van heterochromatinebindend eiwit HP1, verrijkte tri-methylering van Histon H3 lysine 9 (H3K9) en H4K20 , evenals methylering van CpG dinucleotiden in subtelomere DNA-herhalingen ondersteunen dit begrip. Deze heterochromatische tekens worden vervangen door kenmerken van open chromatine (verhoogde acetylering op Histon staarten, enz.) wanneer telomeren korter worden., Dergelijke veranderingen impliceren dat een minimum telomeerlengte wordt vereist om heterochromatin–als bouw bij chromosoomeinden te handhaven, een structuur die na telomeerafbraak kan veranderen. Bovendien zouden telomeren en complex shelterin hun strakke structuur tijdens chromosoomreplicatie los moeten maken en hun compacte vorm na voltooiing van duplicatie van DNA opnieuw moeten vestigen. Het analoge losmaken van telomeerstructuur zou in gevallen van telomeerherstel door of telomerase of de reparatiemechanismen van DNA moeten worden vereist, hoewel mogelijk door verschillende procedures., Om deze plasticiteit te bereiken, moet chromatine worden geremodelleerd door middel van een aantal enzymen, volgens een lokale histoncode . Een aantal histone wijzigingen zijn betrokken waar de verschillende histone staart-eiwitinteractie telomere complexe structuurontspanning of compressie bevordert . Als voorbeeld, verstrekt SIRT6 (een histone h3k9 deacetylase die telomeric chromatin) uitputtingsexperimenten door interferentie van RNA bewijsmateriaal van verhoogde nucleaire schade van DNA en de vorming van telomere dysfunctie-veroorzaakte foci., Deze experimenten suggereerden dat SIRT6 endotheelcellen beschermt tegen telomeer-en genomische DNA-schade, waardoor een afname van de replicatieve capaciteit en het begin van vroegtijdige senescentie wordt voorkomen, in dit specifieke geval betrokken bij het handhaven van endotheelhomeostatische functies en het vertragen van vasculaire veroudering.
een andere belangrijke reeks factoren die een rol spelen bij de biologie van telomeren zijn de producten van atrx-en DAXX-genen, die betrokken zijn bij de remodellering van chromatine samen met Histon H3.3 ., Mutaties of verwijderingen in deze genetische loci zijn direct gecorreleerd met ALT + status op cellijnen of tumoren per se . Volgens deze bevindingen kan screening op atrx/DAXX mutaties/expressie de meest – up – to-date-betrouwbare marker zijn voor tumoren die voor de Alt TMM-route hebben gekozen.,
gezamenlijk is het de juiste assemblage van shelterinen in telomeren die essentieel is voor de chromosoomstabiliteit (onderscheidt chromosoomeinden van DNA-DS-breuken en voorkomt het verlies van genetische informatie door nucleolytische aanval (exonuclease-gemedieerde degradatie) of afwijkende chromosoomfusies en ongewenste recombinatie, gedurende de levensduur van een cel., Samen met de juiste structuur, worden de functionele coördinatie die TMM en telomeraseactiviteit controleren strikt geregeld door de celcyclus door een aantal impliceerde bijkomende factoren, die tijdelijk door de shelterincomplexen / subcomplexen worden gerekruteerd .
naast hun beschermende rol maakt een goede interactie van shelterinen met componenten van DNA-reparatiemachines, alsmede telomerase-componenten en telomerase-werving, telomeerherstel mogelijk indien van toepassing., Het belang van de correcte structuur – functie van shelterinecomponenten in telomeerbiologie en kankervorming, samen met telomeer-geassocieerde ziekten, wordt afgebeeld door associatie van mutatiedetectie in dwz TIN2 in veel van deze gevallen .