RAD51 - RAD51

RAD51
1SZP.jpg
Estruturas disponíveis
PDB Pesquisa Ortholog: PDBe RCSB
Identificadores
Apelido RAD51 , BRCC5, FANCR, HHsRad51, HsT16930, MRMV2, RAD51A, RECA, RAD51 recombinase
IDs externos OMIM : 179617 MGI : 97890 HomoloGene : 2155 GeneCards : RAD51
Ortólogos
Espécies Humano Mouse
Entrez
Conjunto
UniProt
RefSeq (mRNA)

NM_001164269
NM_001164270
NM_002875
NM_133487

NM_011234

RefSeq (proteína)

NP_001157741
NP_001157742
NP_002866
NP_597994

NP_035364

Localização (UCSC) Chr 15: 40,69 - 40,73 Mb Chr 2: 119,11 - 119,15 Mb
Pesquisa PubMed
Wikidata
Ver / Editar Humano Ver / Editar Mouse

RAD51 é um gene eucariótico . A enzima codificada por este gene é um membro da família de proteínas RAD51 que auxilia no reparo de quebras de fita dupla de DNA . Membros da família RAD51 são homólogas ao bacteriana RecA , Archaea RadA e levedura Rad51. A proteína é altamente conservada na maioria dos eucariotos, desde leveduras até humanos.

Variantes

Duas variantes transcritas com splicing alternativo desse gene, que codificam proteínas distintas, foram relatadas. Existem variantes de transcrição que utilizam sinais poliA alternativos.

Família

Em mamíferos , sete genes semelhantes a recA foram identificados: Rad51, Rad51L1 / B , Rad51L2 / C , Rad51L3 / D , XRCC2 , XRCC3 e DMC1 / Lim15 . Todas essas proteínas, com exceção da DMC1 específica da meiose, são essenciais para o desenvolvimento em mamíferos. Rad51 é um membro das NTPases semelhantes a RecA .

Função

Em humanos, RAD51 é uma proteína de 339 aminoácidos que desempenha um papel importante na recombinação homóloga de DNA durante o reparo de quebra de fita dupla. Neste processo, ocorre uma troca de fita de DNA dependente de ATP, na qual uma fita modelo invade fitas emparelhadas de bases de moléculas de DNA homólogas. RAD51 está envolvido na busca por homologia e etapas de pareamento de fios do processo.

Ao contrário de outras proteínas envolvidas no metabolismo do DNA, a família RecA / Rad51 forma um filamento de nucleoproteína helicoidal no DNA.

Esta proteína pode interagir com a proteína de ligação de ssDNA RPA , BRCA2 , PALB2 e RAD52 .

A base estrutural para a formação do filamento Rad51 e seu mecanismo funcional ainda permanecem pouco conhecidos. No entanto, estudos recentes usando Rad51 marcado com fluorescência indicaram que os fragmentos de Rad51 se alongam por meio de vários eventos de nucleação seguidos de crescimento, com o fragmento total terminando quando atinge cerca de 2 μm de comprimento. A dissociação de Rad51 de dsDNA, no entanto, é lenta e incompleta, sugerindo que existe um mecanismo separado que faz isso.

Expressão de RAD51 em câncer

Em eucariotos, a proteína RAD51 tem um papel central no reparo de recombinação homóloga. RAD51 catalisa a transferência de fita entre uma sequência quebrada e seu homólogo não danificado para permitir a re-síntese da região danificada (ver modelos de recombinação homóloga ).

Numerosos estudos relatam que RAD51 é superexpresso em diferentes tipos de câncer (ver Tabela 1). Em muitos desses estudos, a expressão elevada de RAD51 está correlacionada com a redução da sobrevida do paciente. Existem também alguns relatos de subexpressão de RAD51 em cânceres (ver Tabela 1).

Onde a expressão de RAD51 foi medida em conjunto com a expressão de BRCA1 , uma correlação inversa foi encontrada. Isso foi interpretado como seleção para aumento da expressão de RAD51 e, portanto, aumento do reparo recombinacional homólogo (HRR) (pela via de back-up HRR RAD52-RAD51) para compensar os danos de DNA adicionados restantes quando BRCA1 era deficiente.

Muitos cânceres têm deficiências epigenéticas em vários genes de reparo de DNA (consulte Frequências de epimutações em genes de reparo de DNA em cânceres ), provavelmente causando aumento de danos não reparados ao DNA. A superexpressão de RAD51 observada em muitos cânceres pode refletir a superexpressão compensatória de RAD51 (como na deficiência de BRCA1 ) e aumento da HRR para, pelo menos parcialmente, lidar com tais danos ao DNA em excesso.

A subexpressão de RAD51 por si própria levaria a um aumento dos danos ao DNA não reparados. Erros de replicação além desses danos (ver síntese de translesão ), levariam ao aumento de mutações e câncer.

Tabela 1. Expressão de RAD51 em cânceres esporádicos
Câncer Sobre ou Subexpressão Frequência de expressão alterada Método de avaliação Ref.
Câncer de mama (ductal invasivo) Superexpressão - Imunohistoquímica
Câncer de mama (deficiente em BRCA1) Superexpressão - RNA mensageiro
Câncer de mama (receptor de progesterona negativo) Superexpressão - RNA mensageiro
Câncer de mama Subexpressão 30% Imunohistoquímica
Câncer de pâncreas Superexpressão 74% Imunohistoquímica
Câncer de pâncreas Superexpressão 66% Imunohistoquímica
Cânceres escamosos de cabeça e pescoço Superexpressão 75% Imunohistoquímica
Câncer de próstata Superexpressão 33% Imunohistoquímica
Câncer de pulmão de células não pequenas Superexpressão 29% Imunohistoquímica
Sarcoma de tecidos moles Superexpressão 95% Imunohistoquímica
Câncer de células escamosas de esôfago Superexpressão 47% Imunohistoquímica
Carcinoma de células renais Subexpressão 100% Western (proteína) blotting e mRNA

Em reparo de quebra de fita dupla

O reparo de quebra de fita dupla (DSB) por recombinação homóloga é iniciado por ressecção de fita 5 'para 3' ( ressecção DSB ). Em humanos, a nuclease DNA2 corta de volta a fita 5'-para-3 'no DSB para gerar uma fita saliente de DNA de fita simples 3'.

Uma série de parálogos (ver Figura) de RAD51 são essenciais para o recrutamento ou estabilização da proteína RAD51 em locais de dano em vertebrados.

Gráfico mostrando proteínas de cada domínio da vida.  Cada proteína é mostrada horizontalmente, com domínios homólogos em cada proteína indicada por cor.
Os domínios de proteína em proteínas relacionadas à recombinação homóloga são conservados nos três grupos principais de vida: arquéias, bactérias e eucariotos.

Em vertebrados e plantas, cinco parálogos de RAD51 são expressos em células somáticas, incluindo RAD51B ( RAD51L1 ), RAD51C (RAD51L2), RAD51D ( RAD51L3 ), XRCC2 e XRCC3 . Cada um deles compartilha cerca de 25% de identidade de sequência de aminoácidos com RAD51 e entre si.

Fora das plantas e vertebrados, existe uma diversidade muito mais ampla de proteínas paralog recombinase Rad51. Na levedura de brotamento, Saccharomyces cerevisiae , os parálogos Rad55 e Rad57 estão presentes, os quais formam um complexo que se associa com a levedura Rad51 a ssDNA. O paralog rfs-1 da recombinase é encontrado no verme redondo Caenorhabditis elegans , onde não é essencial para a recombinação homóloga. Entre as archaea, os parálogos de recombinase RadB e RadC são encontrados em muitos organismos pertencentes a Euryarchaeota, enquanto uma diversidade mais ampla de parálogos de recombinase relacionados parecem ser encontrados na Crenarchaea, incluindo Ral1, Ral2, Ral3, RadC, RadC1 e RadC2.

Os parálogos RAD51 contribuem para o reparo eficiente de quebra de fita dupla de DNA por recombinação homóloga e a depleção de qualquer parálogo freqüentemente resulta em diminuições significativas na frequência de recombinação homóloga.

Os parálogos formam dois complexos identificados: BCDX2 (RAD51B-RAD51C-RAD51D-XRCC2) e CX3 (RAD51C-XRCC3). Esses dois complexos atuam em dois estágios diferentes de reparo de DNA recombinante homólogo . O complexo BCDX2 é responsável pelo recrutamento ou estabilização de RAD51 nos locais de dano. O complexo BCDX2 parece agir facilitando a montagem ou estabilidade do filamento da nucleoproteína RAD51 . O complexo CX3 atua a jusante do recrutamento RAD51 para danificar locais.

Outro complexo, o complexo BRCA1 - PALB2 - BRCA2 e os parálogos RAD51 cooperam para carregar RAD51 em ssDNA revestido com RPA para formar o intermediário de recombinação essencial, o filamento RAD51-ssDNA.

Em camundongos e humanos, o complexo BRCA2 medeia principalmente a montagem ordenada de RAD51 em ssDNA, a forma que é ativa para emparelhamento homólogo e invasão de fita. BRCA2 também redireciona RAD51 de dsDNA e impede a dissociação de ssDNA. No entanto, na presença de uma mutação BRCA2, o RAD52 humano pode mediar a montagem do RAD51 no ssDNA e substituir o BRCA2 no reparo do DNA de recombinação homóloga , embora com menor eficiência do que o BRCA2.

As etapas adicionais são detalhadas no artigo Recombinação homóloga .

Meiose

O Rad51 tem uma função crucial na prófase meiótica em camundongos e sua perda leva à depleção dos espermatócitos da prófase I tardia .

Durante a meiose , as duas recombinases, Rad51 e Dmc1 , interagem com o DNA de fita simples para formar filamentos especializados que são adaptados para facilitar a recombinação entre cromossomos homólogos . Ambos Rad51 e Dmc1 têm uma capacidade intrínseca de se autoagregar. A presença de Dmc1 estabiliza os filamentos Rad51 adjacentes, sugerindo que a interferência entre essas duas recombinases pode afetar suas propriedades bioquímicas.

Quimioterapia e envelhecimento

Em mulheres idosas tratadas com quimioterapia , os oócitos e folículos são esgotados por apoptose (morte celular programada) levando à falência ovariana . A apoptose do oócito induzida por danos ao DNA depende da eficiência da maquinaria de reparo do DNA que, por sua vez, diminui com a idade. A sobrevivência dos oócitos após a quimioterapia ou envelhecimento pode ser aumentada pelo aumento da expressão de Rad51. A resistência do oócito induzida por Rad51 à apoptose é provavelmente devido ao papel central de Rad51 no reparo de recombinação homóloga de danos no DNA.

Controle de MicroRNA da expressão de RAD51

Em mamíferos, os microRNAs (miRNAs) regulam cerca de 60% da atividade transcricional de genes que codificam proteínas. Alguns miRNAs também sofrem silenciamento associado à metilação em células cancerosas. Se um miRNA repressivo é silenciado por hipermetilação ou deleção, um gene que ele tem como alvo torna-se superexpresso.

Foram identificados pelo menos oito miRNAs que reprimem a expressão de RAD51 , e cinco deles parecem ser importantes no câncer. Por exemplo, em cânceres de mama triplo-negativos (TNBC), a superexpressão de miR-155 ocorre junto com a repressão de RAD51 . Outros testes mostraram diretamente que a transfecção de células de câncer de mama com um vetor que superexpressa miR-155 reprime RAD51 , causando diminuição da recombinação homóloga e aumento da sensibilidade à radiação ionizante.

Quatro outros miARNs que reprimem RAD51 (miR-148b * e miR-193b *, miR-506 e miR-34a) são sub-expresso em cancros, presumivelmente levando à indução de RAD51 .

A subexpressão de miR-148b * e miR-193b * causa uma indução observada da expressão de RAD51 . Deleções de 148b * e miR-193b * em tumores ovarianos serosos se correlacionam com o aumento da incidência de perdas (possivelmente carcinogênicas) de heterozigosidade (LOH). Este excesso de LOH foi pensado para ser devido ao excesso de recombinação causada pela expressão induzida de RAD51 .

A subexpressão de miR-506 está associada ao tempo precoce de recorrência (e redução da sobrevida) para pacientes com câncer epitelial de ovário.

A metilação do promotor de miR-34a, resultando em subexpressão de miR-34a, é observada em 79% dos cânceres de próstata e 63% dos melanomas primários. Níveis subexpressos de miR-34a também são observados em 63% dos cânceres de pulmão de células não pequenas e 36% dos cânceres de cólon. O miR-34a também é geralmente subexpresso em tumores de neuroblastoma primário.

A Tabela 2 resume esses cinco microRNAs, sua super ou subexpressão e os cânceres nos quais sua expressão alterada foi observada.

Tabela 2. Expressão alterada de microRNAs que afetam a expressão de RAD51 em cânceres esporádicos
MicroRNA miRNA sobre / sob expressão Câncer Ref.
miR-155 Superexpressão Câncer de mama triplo negativo
miR-148b * Subexpressão cancro do ovário
miR-193b * Subexpressão cancro do ovário
miR-506 Subexpressão cancro do ovário
miR-34a Subexpressão Próstata, melanoma
Câncer de pulmão de células não pequenas
Cancer de colo
Neuroblastoma

As informações resumidas na Tabela 2 sugerem que a subexpressão de microRNAs (causando indução de RAD51 ) ocorre com frequência em cânceres. A superexpressão de um microRNA que causa repressão de RAD51 parece ser menos frequente. Os dados na Tabela 1 (acima) indicam que, em geral, a superexpressão de RAD51 é mais frequente em cânceres do que a subexpressão.

Três outros microRNAs foram identificados, por vários critérios, como susceptíveis de reprimir RAD51 (miR-96, miR-203 e miR-103/107). Esses microRNAs foram então testados por superexpressão em células in vitro , e eles realmente reprimiram RAD51 . Esta repressão foi geralmente associada com diminuição da HR e aumento da sensibilidade das células aos agentes que danificam o DNA.

Patologia

Esta proteína também interage com PALB2 e BRCA2 , o que pode ser importante para a resposta celular a danos no DNA. BRCA2 é mostrado para regular a localização intracelular e capacidade de ligação ao DNA desta proteína. A perda desses controles após a inativação de BRCA2 pode ser um evento chave que leva à instabilidade genômica e tumorigênese.

Várias alterações do gene Rad51 foram associadas a um risco aumentado de desenvolver câncer de mama . A proteína de suscetibilidade ao câncer de mama BRCA2 e PALB2 controla a função de Rad51 na via de reparo de DNA por recombinação homóloga. Além dos dados listados na Tabela 1, níveis aumentados de expressão de RAD51 foram identificados no carcinoma mamário canino metastático, indicando que a instabilidade genômica desempenha um papel importante na carcinogênese desse tipo de tumor.

Anemia de Fanconi

A anemia de Fanconi (AF) é uma condição hereditária caracterizada por hipersensibilidade celular a agentes de reticulação de DNA. Foi relatado que uma mutação negativa dominante no gene Rad51 dá origem a um fenótipo semelhante ao FA com características de retardo mental. Este relatório incluiu evidências de que o reparo recombinacional homólogo mediado por Rad51 provavelmente tem um papel importante no neurodesenvolvimento.

Interações

RAD51 demonstrou interagir com:

Referências

links externos