Znaczenie mechanizmów naprawy DNA.pdf

PRZEGL¥D MENOPAUZALNY 1/2009

Znaczenie mechanizmów naprawy DNA w procesie transformacji nowotworowej

u kobiet w okresie menopauzy

The significance of DNA repair system in transformation to cancer cells in menopausal women

Hanna Romanowicz-Makowska 1 , Beata Smolarz 1 , Marcin Makowski 2 , Tomasz Pertyński 2

1 Pracownia Biologii Molekularnej, Zakład Patomorfologii Klinicznej, Instytut Centrum Zdrowia Matki Polki w Łodzi;

kierownik Pracowni: prof. dr hab. med. Andrzej Kulig

2 Klinika Ginekologii i Chorób Menopauzy, Instytut Centrum Zdrowia Matki Polki w Łodzi;

kierownik Kliniki: prof. dr hab. med. Tomasz Pertyński

Przegląd Menopauzalny 2009; 1: 26–32

Streszczenie

System naprawy DNA bierze udział w utrzymaniu integralności genomu ulegającego zmianom pod wpływem

czynników egzogennych i endogennych. U człowieka bezpośrednio w proces naprawy są zaangażowane produkty

białkowe ponad 70 genów, które uczestniczą w kilku systemach naprawczych. Proces naprawy zazwyczaj obejmuje

dwa etapy – wycięcie uszkodzenia i syntezę naprawczą. Tak działają systemy naprawy przez wycinanie zasad, przez

wycinanie nukleotydów i naprawy błędnie sparowanych zasad. Odmiennie przedstawia się działanie systemu na-

prawy przez bezpośrednią rewersję uszkodzenia – mamy wówczas do czynienia jedynie z jednoetapowym proce-

sem, podczas którego zostaje zachowana integralność łańcucha fosfodiestrowego DNA oraz systemu naprawy

rekombinacyjnej. Defekty białek uczestniczących bezpośrednio w naprawie DNA i jej regulacji są związane ze zwięk-

szoną podatnością na nowotwory oraz takimi zaburzeniami, jak zahamowanie wzrostu, postępujące zwyrodnienie

układu nerwowego, opóźnienie umysłowe, obniżenie odporności czy przyspieszenie procesu starzenia.

Słowa kluczowe: naprawa DNA, uszkodzenia DNA, enzymy naprawcze

Summary

DNA repair system plays an important role in keeping the integrity of genome which undergoes changes

caused by exo- and endogenous factors. Protein products of over 70 genes, involving directly in repair, take part

in some repair systems in humans. Repair process usually consists of two steps: excision of DNA damage and

repair synthesis. On the contrary, direct repair and recombination repair differ from excision repair systems:

base excision repair, nucleotide excision repair and mismatch repair. Direct repair is one-step process which

maintains the integrity of DNA phoshodiester bonds. Defects of proteins, which directly participate in the DNA

repair and its regulation are linked with cancer predisposition and other diseases like growth retardation,

progressive neurological degeneration, mental retardation, immunodeficiency or prematurely aged facies.

Key words: DNA repair, DNA damage, repair enzymes

Wstêp

cinanie nukleotydów ( nucleotide excision repair – NER),

błędnie sparowanych zasad azotowych ( mismatch repair

– MMR) oraz przez rekombinację. Genami, które sterują

naprawą DNA zmienionego w wyniku mutacji (geny

kodujące enzymy kontrolujące wierność replikacji i na-

prawy DNA), są geny naprawcze (mutatorowe). Zaburze-

nia funkcjonowania naprawy poreplikacyjnej błędnie

sparowanych zasad prowadzą do niestabilności geno-

mowej, sprzyjającej indukcji i rozwojowi procesu kance-

rogenezy.

Prawidłowa naprawa DNA zapewnia utrzymanie in-

tegralności genomu i pełni kluczową funkcję w jego

ochronie przed działaniem czynników kancerogennych.

Wysoka częstość zmian DNA mogłaby mieć śmiertelne

konsekwencje dla organizmu, gdyby nie była kontrolo-

wana przez systemy naprawy DNA, takie jak bezpośred-

nia rewersja uszkodzenia, naprawa przez wycinanie

zasad azotowych ( base excision repair – BER), przez wy-

Adres do korespondencji:

dr med. Hanna Romanowicz, Pracownia Biologii Molekularnej, Zakład Patomorfologii Klinicznej, Instytut Centrum Zdrowia Matki Polki, ul. Rzgowska 281/289,

93-338 Łódz, tel. +48 42 271 20 71, e-mail: hanna-romanowicz@wp.pl

PRZEGL¥D MENOPAUZALNY 1/2009

Naprawa DNA i nowotwory

DNA stanowią pierwotną przyczynę zmienności gene-

tycznej, umożliwiającej powstawanie nowych alleli ge-

nów.

Mutacje w genach kodujących białka mają szcze-

gólne znaczenie, jeśli powodują zmianę kodowanego

aminokwasu na inny (mutacje zmiany sensu) lub ko-

don stopu (mutacje nonsensowne). Często punktowa

modyfikacja genu prowadzi do powstania wariantów

gorzej dostosowanych lub nawet letalnych. Mutacja

zmiany sensu może nie powodować zaburzeń aktyw-

ności białka, jeśli zmieniony aminokwas nie odbiega

właściwościami znacząco od poprzedniego oraz jeśli

nie nastąpiła ona w miejscu o kluczowym znaczeniu

dla funkcjonowania cząsteczki białka (np. centrum ak-

tywnym), może nawet być korzystna. Powstające w ten

sposób nowe warianty mogą się rozprzestrzenić w po-

pulacji, a jeśli co najmniej jeden z nich osiągnie czę-

stość powyżej 1%, wówczas gen ma charakter polimor-

ficzny.

Populacja ludzka cechuje się polimorfizmem wielu

loci genowych, w tym genów kodujących białka związa-

ne z procesami o kluczowym znaczeniu dla przeżycia ko-

mórki. Różne warianty genów przyczyniają się do wystę-

powania obserwowanej zmienności fenotypowej, m.in.

pod względem reakcji na określone leki, wrażliwości

na substancje mutagenne czy zdolności naprawy DNA.

Osoby mające niektóre warianty polimorficzne ponoszą

większe ryzyko rozwoju nowotworów w przypadku eks-

pozycji na substancje toksyczne niż osoby z bardziej do-

stosowanymi allelami.

Obniżona zdolność naprawy DNA może być również

powodowana występowaniem określonych wariantów

polimorficznych białek uczestniczących w szlakach na-

prawy DNA. Zwykle polimorficzne wersje cechują się ak-

tywnością zbliżoną do typu dzikiego , jednak w przypad-

ku występowania takich wariantów w wielu loci

i ekspozycji na czynniki uszkadzające, ryzyko rozwoju

choroby nowotworowej może być większe, co potwier-

dzają dane epidemiologiczne. Spośród genów związa-

nych ze szlakami naprawy DNA liczne występują jako

warianty polimorficzne, niektóre mają nawet po kilka

miejsc podstawień aminokwasowych.

Skuteczność naprawy DNA zależy od indywidualnej

aktywności wielu białek, należących do wyspecjalizowa-

nych systemów. Zmiany w strukturze pierwszorzędowej

mogą z kolei wpływać na ich właściwości i efektywność

usuwania uszkodzeń DNA. Zmniejszona zdolność napra-

wy często stanowi podłoże rozwoju chorób nowotworo-

wych, zestaw alleli genów kodujących białka naprawcze

może więc w dużym stopniu określać indywidualne

zdolności usuwania uszkodzeń DNA i podatność na roz-

wój niektórych schorzeń. Istotne jest więc poznanie wa-

riantów polimorficznych genów związanych z naprawą

DNA, ich rozkładu w populacji oraz przeprowadzenie od-

powiednich badań epidemiologicznych.

Odziedziczone mutacje w genach naprawy DNA są

u człowieka silnie powiązane z wysokim ryzykiem za-

chorowania na nowotwory. Dziedziczny niepolipowaty

rak jelita grubego ( hereditary nonpolyposis colorectal

cancer – HNPCC, zespół Lyncha) jest spowodowany mu-

tacjami w genach kodujących białka zaangażowane

w naprawę niesparowanych zasad ( mismatch repair ).

Mutacje w genach BRCA1 i BRCA2 są związane z wyraź-

nie zwiększonym ryzykiem wystąpienia raka sutka – ko-

dowane przez te geny białka biorą udział w wielu proce-

sach naprawy DNA, m.in. NHEJ ( nonhomologous

end-joining ) i rekombinacji homologicznej.

Z kolei chemioterapia i radioterapia w leczeniu no-

wotworów działają przez zahamowanie mechanizmów

naprawy DNA w komórkach, przez co prowadzą

do śmierci komórek, zwłaszcza tych szybko się dzielą-

cych, czyli także nowotworowych. Dodatkowo obie for-

my terapii powodują także znaczne uszkodzenia w sa-

mym materiale genetycznym. Leczenie takie powoduje

jednak skutki uboczne – uszkodzeniu ulegają też inne,

zdrowe komórki o podwyższonym tempie proliferacji

– jak komórki pnia szpiku kostnego i komórki mieszków

włosowych.

W zapoczątkowaniu rozwoju nowotworu istotną ro-

lę odgrywa wiele czynników, a wśród nich ważne miej-

sce zajmują czynniki genetyczne [1–6]. Jest mało praw-

dopodobne, aby analiza zaburzeń jakiegokolwiek

jednego genu pozwoliła na wyjaśnienie wszystkich waż-

nych cech biologicznych nowotworu człowieka. Złośliwy

fenotyp jest prawdopodobnie odzwierciedleniem współ-

działania produktów wielu genów i z ich obecności lub

braku można domyślać się cech biologicznych guza.

Zmiany DNA powstające w wyniku oddziaływania

czynników uszkadzających oraz błędów replikacji mogą

mieć dla komórki poważne konsekwencje. Aby możliwe

było jej przetrwanie konieczne jest istnienie systemów

naprawy DNA usuwających uszkodzenia i zmniejszają-

cych częstość mutacji. Systemy te wykazują dużą specy-

ficzność substratową i specjalizację. Należą do nich:

szlak naprawy przez bezpośrednią rewersję uszkodze-

nia, wycinanie zasad azotowych, wycinanie nukleoty-

dów, naprawa błędnie sparowanych zasad azotowych

oraz naprawa przez rekombinację. W usuwanie uszko-

dzeń DNA zaangażowanych jest przynajmniej 130 bia-

łek [7]. Zmiany w kodujących je genach mogą prowadzić

do zwiększenia ogólnej częstości mutacji, rozwoju no-

wotworów i innych poważnych chorób, w tym dziedzicz-

nych.

Organizmy żywe charakteryzują się wysokim stop-

niem zmienności genetycznej, odgrywającej kluczową

rolę w procesie ewolucji. Jej głównymi źródłami są muta-

cje (genowe, chromosomowe i genomowe) oraz rekom-

binacja. Punktowe modyfikacje sekwencji nukleotydów

powstałe w wyniku utrwalenia różnorodnych uszkodzeń

PRZEGL¥D MENOPAUZALNY 1/2009

Mechanizmy naprawy DNA

w populacji ludzkiej, stwierdzono jego występowanie

u osób o różnej przynależności etnicznej. Polimorfizm

ten ma znaczenie epidemiologiczne, gdyż obecność

dwóch alleli 326Cys zwiększa ryzyko rozwoju kilku ty-

pów nowotworów [3]. Stwierdzono m.in. związek pomię-

dzy ich występowaniem a nowotworem płuc, przełyku

i prostaty [16–18]. Dane literaturowe wskazują na brak

związku pomiędzy polimorfizmem Ser326Cys a rakiem

piersi [19, 20].

Drugim istotnym genem mechanizmu BER jest

XRCC1 ( X-ray repair crosscomplementing group 1 ). Położo-

ny jest w chromosomie 19 (19q13.2), zajmuje ok. 31,9 kpz

i zawiera 17 eksonów [21]. Białko XRCC1 bierze udział

w wypełnianiu jednonukleotydowej przerwy w nici DNA

utworzonej przez białka mające właściwości dRpazy lub

liazy dRp, współdziałając z polimerazą DNA- β

Naprawa przez bezpoœredni¹ rewersjê uszkodzenia

Naprawa przez rewersję uszkodzenia jest procesem

jednoetapowym i nie wymaga usunięcia zmienionej za-

sady azotowej DNA. U ssaków uczestniczy w niej mety-

lotransferaza O 6 -metyloguaniny DNA (O 6 - methylguani-

ne-DNA methyltransferase – MGMT) oraz obecne

u niektórych grup systematycznych fotoliazy, ich aktyw-

ności nie stwierdzono jednak u człowieka [8]. Komórki

defektywne pod względem MGMT są szczególnie wraż-

liwe na czynniki alkilujące, a organizmy pozbawione je-

go aktywności są bardziej podatne na rozwój nowotwo-

rów [9].

Naprawa przez wycinanie zasad azotowych

Naprawa przez wycinanie zasad azotowych służy

głównie usuwaniu nieskomplikowanych, lecz niebez-

piecznych w skutkach uszkodzeń DNA, jakimi są utlenio-

ne i N -alkilowane zasady azotowe (np. glikol tyminy,

8-oksoguanina, 7-metyloguanina, 3-metyloadenina),

uracyl i miejsca AP. Naprawa przez wycinanie zasad azo-

towych rozpoczyna się rozpoznaniem uszkodzonej lub

niewłaściwej zasady przez specyficzny substratowo en-

zym, glikozylazę DNA. Dokonuje ona hydrolizy wiązania

N -glikozydowego między zmodyfikowaną zasadą a resz-

tą cukrową, prowadząc do utworzenia w łańcuchu DNA

miejsca AP [10]. Kolejny etap BER związany jest z usu-

nięciem grupy 5’deoksyfosforanowej (dRp) przez enzym

o aktywności deoksyrybofosfodiesterazy (polimerazę

DNA- β z aktywnością liazy dRp oraz prawdopodobnie

glikozylazę OGG1) i uzupełnieniem luki odpowiednim

nukleotydem [11]. Po wypełnieniu luki dalsza naprawa

następuje wg dwóch odrębnych szlaków – podstawowe-

go lub alternatywnego, w zależności od struktury 5’dRP

[12].

W przypadku szlaku podstawowego następuje za-

stąpienie zmodyfikowanego nukleotydu prawidłowym,

co stanowi ostatni etap naprawy. Szlak alternatywny

różni się od podstawowego przede wszystkim wymianą

aż 2–10 nukleotydów.

Genem kodującym glikozylazę 8-oksoguaniny,

białko uczestniczące w szlaku naprawy DNA BER, jest

hOGG1 ( 8-oxoguanine glycosylase ). Znajduje się w chro-

mosomie 3 (3p26.2) i zajmuje 16,68 kpz [13]. Gen OGG1

ma kilka miejsc polimorficznych [14]. Dziewięciu z nich

nie przypisano dotychczas zmian sekwencji aminokwa-

sowej kodowanego białka. Tranzycja C1245G (ekson 7

genu) powoduje natomiast podstawienie w pozycji 326

łańcucha polipeptydowego hOGG1 seryny cysteiną. We-

dług niektórych badań nie wpływa ono na aktywność

katalityczną enzymu (nie zaobserwowano różnic pomię-

dzy wariantami), wg innych jednak wariant 326Ser wy-

kazuje znacząco większą zdolność naprawy uszkodzeń

DNA niż 326Cys [15]. Polimorfizm ten jest powszechny

i ligazą

DNA III α .

Dotychczas stwierdzono istnienie 37 miejsc polimor-

ficznych w obrębie genu XRCC1 , 14 z nich powoduje

zmianę kodowanego aminokwasu, a 4 występują w po-

pulacji z częstością 3% lub większą [22]. Trzy z nich

(Arg194Trp, Arg280His i Arg399Gln) przebadano pod

względem epidemiologicznym [3]. Allel 194Trp występu-

je w grupach kontrolnych badań epidemiologicznych

z częstością 0,06–0,35 [3]. Według wyników uzyskanych

w większości z nich już w układzie heterozygotycznym

zmniejsza on ryzyko rozwoju nowotworów wielu typów,

m.in. piersi, płuc i pęcherza [23, 24]. Polimorfizm w po-

zycji 399 (ekson 10) jest związany z podstawieniem Arg

→ Gln w domenie BRCT I i może mieć wpływ na ryzyko

rozwoju choroby nowotworowej, powodując zarówno

jego wzrost, jak i spadek, w zależności od typu i lokali-

zacji raka [3]. Stwierdzono korelację między obecnością

allelu 399Gln a poziomem uszkodzeń DNA i mutacji, jed-

nak wg badań efektywności naprawy pęknięć jednoni-

ciowych oba warianty cechuje zbliżona sprawność, poli-

morfizm Arg399Gln może więc mieć niewielki wpływ

na domenę BRCT I i funkcjonowanie XRCC1 [25].

Naprawa przez wycinanie nukleotydów

System naprawy DNA przez NER umożliwia usuwa-

nie wielu rodzajów uszkodzeń, w tym bardziej złożonych

niż usuwane przez BER, m.in. fotoproduktów, takich jak

dimery pirymidynowe, wewnątrzniciowych wiązań, du-

żych adduktów powstałych w wyniku ekspozycji na afla-

toksynę, benzo[a]piren, psoraleny czy policykliczne wę-

glowodory aromatyczne [26].

Naprawa obejmuje rozpoznanie uszkodzonego nu-

kleotydu (jako zniekształcenie podwójnej helisy), jego

wycięcie oraz syntezę nowej nici DNA na matrycy nici

komplementarnej. W NER zaangażowanych jest 30 róż-

nych białek, niedobór lub brak niektórych z nich powo-

duje nadwrażliwość na UV i rozwój poważnych chorób,

m.in. syndromu Cockayne’a ( Cockaney’s syndrome – CS)

czy xeroderma pigmentosum (XP) [27].

PRZEGL¥D MENOPAUZALNY 1/2009

Szlak podstawowy jest niezależny od transkrypcji,

umożliwia więc usuwanie uszkodzeń z nietranskrybo-

wanych fragmentów genomu oraz nici kodującej (nie-

transkrybowanej) transkrybowanych obszarów DNA.

Szlak sprzężony z transkrypcją uczestniczy w usuwaniu

uszkodzeń blokujących syntezę mRNA prowadzoną

przez polimerazę RNA II [28].

Helikazę DNA uczestniczącą m.in. w szlaku naprawy

DNA NER sprzężonym z transkrypcją koduje gen XPD

( ERCC2 ) ( xeroderma pigmentosum D , excision repair

cross-complementing group 2 ). Znajduje się on na chro-

mosomie 19 (19q13.3) i zajmuje ok. 20,73 kpz [29]. W ob-

rębie genu XPD stwierdzono dotychczas istnienie

17 miejsc polimorficznych, z których 6 występuje w ekso-

nach. Dwa z nich (kodony 156 i 711), ze względu na de-

generację kodu genetycznego, nie powodują zmian

struktury pierwszorzędowej białka, natomiast cztery zwią-

zane są z podstawieniem aminokwasowym (Ile199Met,

His201Tyr, Asp312Asn i Lys751Gln) [30].

Podstawienie Lys751Gln (ekson 23) może mieć zna-

czący wpływ na aktywność helikazową XPD, gdyż miejsce

polimorficzne zlokalizowane jest w części C-końcowej

białka, oddziałującej z p44. Wariant 751Gln występuje

w populacji z częstością ok. 0,29 (0,06–0,42 w grupach

kontrolnych badań epidemiologicznych) [3]. Według nie-

których badań allel 751Gln obniża ryzyko rozwoju niektó-

rych typów nowotworów (m.in. piersi), wg innych właści-

wości ochronne ma wariant 751Lys [31]. Dane uzyskane

dla osób z nowotworami powiązanymi z paleniem tytoniu

wskazują, że wariant 751Gln zwiększa ryzyko rozwoju

choroby u osób niepalących, natomiast ma właściwości

ochronne u palących tytoń [32]. Stwierdzono również, że

allel 751Gln może przyczyniać się do skuteczniejszego

usuwania uszkodzeń DNA, przynajmniej wprowadzanych

przez UV. Nie zaobserwowano wyraźnej korelacji między

wariantem genu a rozwojem choroby nowotworowej,

gdyż dane uzyskane w trakcie badań epidemiologicznych

nie wykazują takiego związku bądź są sprzeczne [3]. Ba-

dania populacji kobiet polskich chorych na raka piersi nie

wykazały związku pomiędzy polimorfizmem Lys751Gln

genu XPD a wystąpieniem procesu nowotworzenia w gru-

czole piersiowym [33, 34]. Nie stwierdzono różnic w roz-

kładach genotypów i częstości alleli pomiędzy grupą

badaną a kontrolną. Wszystkie rozkłady były zgodne

z prawem Hardy’ego-Weinberga.

schorzeń, np. dziedzicznego niepolipowatego raka jelita

grubego i innych nowotworów [36].

Rozpoznania błędnego sparowania zasad dokonują

kompleksy białkowe MutS α i MutS β , zdolne do wiąza-

nia się z uszkodzeniem. Kompleks MutS α składa się

z homologów bakteryjnego białka MutS: MSH2 i MSH6

(znanego także jako GTBP – GT-binding protein ) [37],

MutS β natomiast złożony jest z MSH2 i MSH3.

Gen hMSH2, wraz z hMLH1, ulega zaburzeniom w ro-

dzinnym, niepolipowatym raku jelita grubego (HNPCC)

[38, 39]. Ta rodzinna przypadłość predysponuje nie tylko

do raka jelita grubego, ale też do raka endometrium, żo-

łądka, jajników i dróg żółciowych [40]. Oprócz tego mu-

tacje w hMSH2 są wykrywane w sporadycznych rakach

jelita grubego, endometrium [41, 42], żołądka [43], gło-

wy i szyi [44] i prostaty [45].

Od 30 do 70% pacjentów z klinicznie potwierdzoną

diagnozą HNPCC ma mutacje w jednym z genów szlaku

MMR, najczęściej w hMLH1 i hMSH2 , rzadziej w PMS1 ,

PMS2 i hMSH6 [46, 47].

Nosiciele mutacji w hMLH1 i hMSH2 charakteryzują

się wysokim ryzykiem rozwoju raka jelita grubego

w czasie całego życia, sięgającym 80% [48]. Jak już

wspominano, guzy z zaburzeniami systemu MMR cha-

rakteryzują się niestabilnością mikrosatelitarną ( micro-

satellite instability – MSI).

W genomie komórek raka piersi wykryto zaburzenia

w krótkich, powtarzających się sekwencjach nukleoty-

dów (sekwencje mikrosatelitarne), rozsianych w warun-

kach prawidłowych po całym genomie. Za zmiany te

określone mianem niestabilności sekwencji mikrosateli-

tarnych odpowiedzialny jest uogólniony defekt mecha-

nizmów odpowiadających za wierność replikacji DNA

lub za poreplikacyjną naprawę DNA. Defekty tego typu

pojawiają się w wyniku mutacji genów mutatorowych

MMR ( mismatch repair ), biorących udział w naprawie

nieprawidłowo sparowanych zasad DNA oraz zasad nie-

sparowanych powstających wskutek insercji lub delecji.

Sekwencje mikrosatelitarne są szczególnie podatne

na błędy w replikacji, a zaburzenia wykryte w ich obrę-

bie są markerem zahamowania czynności genów muta-

torowych. Do tej pory wykryto mutacje w genach

hMSH2 , hMLH1 , hPMS1 i hPMS2 . Z danych literaturo-

wych wiadomo, że najczęściej spotykane są mutacje

w genie hMLH1 [49, 50].

Naprawa b³êdnie sparowanych zasad azotowych

System naprawy błędnie sparowanych zasad azoto-

wych usuwa głównie błędy powstałe w trakcie replikacji

DNA i niewłaściwe pary zasad tworzące się w wyniku re-

kombinacji DNA oraz spontanicznej lub indukowanej de-

aminacji, utleniania bądź metylacji zasad azotowych [35].

System naprawy błędnie sparowanych zasad azoto-

wych odgrywa ważną rolę w utrzymywaniu stabilności

genomu, dlatego jego defekty prowadzą do poważnych

Naprawa przez rekombinacjê

Naprawa przez rekombinację umożliwia usuwanie

wielu poważnych uszkodzeń DNA, przede wszystkim

pęknięć dwuniciowych. Pęknięcia te mogą powodować

utratę części chromosomów oraz translokację materiału

genetycznego między nimi. Ponadto są one silnymi in-

duktorami programowanej śmierci komórki [51].

U eukariontów istnieją dwa główne szlaki naprawy

pęknięć dwuniciowych – rekombinacja homologiczna

PRZEGL¥D MENOPAUZALNY 1/2009

( homologous recombination – HR) oraz rekombinacja

niehomologiczna ( nonhomologous end-joining – NHEJ),

ponadto wyróżnić można jeszcze system łączący cechy

HRR i NHEJ – dopasowanie pojedynczych nici DNA

( single-strand annealing – SSA). Zwykle w danej grupie

systematycznej przeważa jeden ze szlaków, np. u droż-

dży głównym systemem naprawy pęknięć dwunicio-

wych jest rekombinacja homologiczna, natomiast u ssa-

ków dominuje rekombinacja niehomologiczna [52, 53].

nowotworu. Stwierdzono, że wariant C może zwiększać

ryzyko rozwoju tego raka u nosicielek mutacji w genach

BRCA1 i BRCA2 [58], nie stwierdzono natomiast jego

wpływu na zachorowalność u kobiet bez tych mutacji

[59]. Polimorfizm G135C może powodować zmianę spo-

sobu składania mRNA, co z kolei wpływa na funkcjono-

wanie białka bądź efektywność translacji [58].

W populacji kobiet polskich stwierdzono związek po-

między polimorfizmem powtórzeń dwunukleotydowych

genu RAD51 a rakiem piersi. Genotyp CA 17 w obszarze

13q12-13 może być czynnikiem ryzyka procesu transfor-

macji nowotworowej w piersi [60].

Paralog białka RAD51 koduje gen XRCC2 ( X-ray repa-

ir crosscomplementing group 2 ) [61]. Gen XRCC2 zlokali-

zowany jest na chromosomie 7 (7q36.1), i zajmuje 29,68

kpz. W obrębie genu XRCC2 stwierdzono obecność

dwóch miejsc polimorficznych związanych z podsta-

wieniem aminokwasowym: w eksonie 2 – Ala16Ser

i w 3 – Arg188His oraz dwóch w regionach niepodlegają-

cych translacji: 5’ G4234C oraz 3’ G41796A [4, 62].

Dotychczas przeprowadzono badania epidemiologiczne

polimorfizmu Arg188His. Zgodnie z ich rezultatami, rzad-

szy wariant 188His (o częstości 0,05 w populacji amery-

kańskiej) może zwiększać ryzyko zachorowania na raka

piersi, zależność ta jest szczególnie wyraźna w przypad-

kach choroby u osób młodych, w przypadku których no-

wotwór ten występował także u innych członków rodzi-

ny [62]. Ponadto stwierdzono, że podstawienie Arg →

His może mieć wpływ na aktywność tego białka [63].

Innym genem, który podobnie jak XRCC2 koduje

białko będące paralogiem RAD51, uczestniczące w re-

kombinacji homologicznej prawdopodobnie poprzez

ułatwianie powstawania kompleksów nukleoproteino-

wych RAD51 i ich stabilizację, jest gen XRCC3 ( X-ray re-

pair cross-complementing group 3 ). Jest on zlokalizowa-

ny na chromosomie 14 (14q32.3) i zajmuje 17,85 kpz

[64].

Gen XRCC3 ma trzy znane miejsca polimorficzne:

w regionie 5’ 4541A → G, w pozycji 17893A → G oraz

w eksonie 7, związane z podstawieniem aminokwaso-

wym Thr241Met [62]. Wariant 241Met występuje w gru-

pach kontrolnych badań epidemiologicznych z często-

ścią 0,230,38 [3]. Stwierdzono, że zwiększa on ryzyko

zachorowania na nowotwór pęcherza moczowego oraz

czerniaka, nie zaobserwowano natomiast takiej zależno-

ści dla raka płuc [65].

Dane literaturowe wskazują na brak związku pomię-

dzy polimorfizmami genów XRCC2 i XRCC3 a rakiem

piersi [66, 67]. W populacji kobiet polskich chorych

na raka piersi nie stwierdzono zmian w rozkładach ge-

notypów i częstości alleli badanych polimorfizmów.

Wszystkie rozkłady były zgodne z prawem Hardy’ego-

-Weinberga.

Wiadomo, że na inaktywację RAD51 , RAD52 , RAD54 ,

BRCA1 , BRCA2 może wpływać utrata heterozygotyczno-

ści (LOH) w loci 15q15.1, 12p13, 1p32, 17q21 i 13q12-13 [68],

Rekombinacja homologiczna

Szlak naprawy przez rekombinację homologiczną

umożliwia usunięcie uszkodzenia, jednocześnie zapew-

niając dużą wierność odtwarzania pierwotnej sekwencji

zmodyfikowanego DNA. Jako matryca w naprawie

uszkodzonego chromosomu wykorzystywana jest czą-

steczka DNA cechująca się homologią sekwencyjną,

zwykle stanowi ją nieuszkodzony homolog tego chro-

mosomu [54].

Najważniejszym białkiem biorącym udział w napra-

wie przez rekombinację homologiczną jest RAD51, sta-

nowiący główny składnik kompleksu rekombinacyjnego

z białkami pomocniczymi z jednoniciowym fragmentem

powstałym na końcu uszkodzonej cząsteczki DNA, two-

rząc kompleks presynaptyczny, po czym rozpoznaje ho-

mologiczną sekwencję w obrębie nieuszkodzonej czą-

steczki. Powstanie kompleksu rekombinacyjnego

ułatwiają białka pomocnicze będące paralogami RAD51,

w tym RAD51B, C, D, XRCC2 i XRCC3 [55, 56].

Gen RAD51 zlokalizowany jest na chromosomie 15

(15q15.1), zajmuje 36,99 kpz RAD51, białko o masie czą-

steczkowej 37 kDa składające się z 339 reszt aminokwa-

sowych [57] odgrywa kluczową rolę w naprawie dwuni-

ciowych pęknięć DNA przez HRR oraz w rekombinacji

DNA w trakcie mitozy i mejozy. Białko to stanowi głów-

ny komponent kompleksu rekombinacyjnego RAD51/

/RAD52/RPA. Uczestniczy ono w poszukiwaniu regionów

homologii między nićmi, tworzeniu kompleksu presy-

naptycznego (w którego skład wchodzą nici mające ulec

wymianie oraz białka związane z rekombinacją) oraz

trójniciowego kompleksu synaptycznego. RAD51 promu-

je wymianę nici (w kierunku 3’ → 5’ w stosunku do nici

tworzącej kompleks presynaptyczny), w trakcie której

powstaje heterodupleks i pętla D. Dotychczas nie stwier-

dzono istnienia wielu wariantów polimorficznych genu

RAD51 , a ze znanych większość znajduje się w intronach,

natomiast obecne w eksonach nie są związane z pod-

stawieniami aminokwasowymi. W obrębie tego genu

stwierdzono istnienie dwóch miejsc polimorficznych

w regionie 5’ niepodlegającym translacji: G135C oraz

G172T [58].

RAD51 uczestniczy w naprawie DNA, a ponadto od-

działuje z białkami BRCA, których mutacje są często

spotykane w raku piersi, dlatego też polimorfizm G135C

może być powiązany z większym ryzykiem rozwoju tego

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: