Werner-Syndrom-Helikase - Werner syndrome helicase
Werner-Syndrom ATP-abhängige Helikase , auch bekannt als DNA-Helikase, RecQ-like Typ 3 , ist ein Enzym , das beim Menschen vom WRN- Gen kodiert wird . WRN ist ein Mitglied der RecQ Helicase- Familie. Helikaseenzyme wickeln im Allgemeinen doppelsträngige DNA ab und trennen sie . Diese Aktivitäten sind notwendig, bevor DNA zur Vorbereitung der Zellteilung kopiert werden kann ( DNA-Replikation ). Helicase-Enzyme sind auch entscheidend für die Erstellung eines Bauplans eines Gens für die Proteinproduktion, ein Vorgang, der als Transkription bezeichnet wird . Weitere Hinweise deuten darauf hin, dass Werner-Protein eine entscheidende Rolle bei der DNA-Reparatur spielt . Insgesamt trägt dieses Protein dazu bei, die Struktur und Integrität der DNA einer Person zu erhalten.
Das WRN-Gen befindet sich auf dem kurzen (p) Arm von Chromosom 8 zwischen den Positionen 12 und 11.2, vom Basenpaar 31.010.319 bis zum Basenpaar 31.150.818.
Struktur und Funktion
WRN ist ein Mitglied der RecQ Helicase- Familie. Es ist die einzige RecQ-Helicase, die 3'- bis 5'- Exonuklease- Aktivität enthält. Diese Exonuklease-Aktivitäten umfassen den Abbau von vertieften 3'-Enden und die Initiierung des DNA-Abbaus aus einer Lücke in der dsDNA. WRN ist wichtig bei der Reparatur von Doppelstrangbrüchen durch homologe Rekombination oder nicht-homologe Endverbindung , Reparatur von Einzelnukleotidschäden durch Basenexzisionsreparatur und ist bei der Wiederherstellung von Replikationsarrest wirksam. WRN kann auch bei der Erhaltung und Replikation von Telomeren wichtig sein, insbesondere bei der Replikation der G-reichen Sequenzen.
WRN ist ein Oligomer , das beim Abwickeln von DNA als Monomer wirken kann, in Lösung jedoch als Dimer oder Tetramer, wenn es mit DNA komplexiert wird, und wurde auch in tetrameren und hexameren Formen beobachtet. Die Diffusion von WRN wurde mit 1,62 im Nukleoplasma und 0,12 in den Nukleolen gemessen . Orthologa von WRN wurden in einer Reihe anderer Organismen gefunden, einschließlich Drosophila , Xenopus und C. elegans . WRN ist wichtig für die Genomstabilität, und Zellen mit Mutationen zu WRN sind anfälliger für DNA-Schäden und DNA-Brüche.
Der Aminoterminus von WRN ist sowohl an Helikase- als auch an Nukleaseaktivitäten beteiligt, während der Carboxylterminus mit p53 , einem wichtigen Tumorsuppressor, interagiert . WRN kann als Exonuklease bei der DNA-Reparatur, -Rekombination oder -Replikation sowie bei der Auflösung von DNA-Sekundärstrukturen fungieren. Es ist an der Verzweigungsmigration an Holliday-Kreuzungen beteiligt und interagiert mit anderen DNA-Replikationszwischenprodukten. mRNA, die für WRN kodiert, wurde in den meisten menschlichen Geweben identifiziert.
Posttranslationale Modifikation
Die Phosphorylierung von WRN an Serin/Threonin hemmt Helikase- und Exonuklease-Aktivitäten, die für die DNA-Reparatur nach der Replikation wichtig sind. Die Dephosphorylierung an diesen Stellen verstärkt die katalytischen Aktivitäten von WRN. Die Phosphorylierung kann andere posttranslationale Modifikationen beeinflussen, einschließlich Sumoylierung und Acetylierung.
Die Methylierung von WRN führt dazu, dass das Gen ausgeschaltet wird. Dies unterdrückt die Produktion des WRN-Proteins und seine Funktionen bei der DNA-Reparatur.
Klinische Bedeutung
Das Werner-Syndrom wird durch Mutationen im WRN-Gen verursacht. Es ist bekannt, dass mehr als 20 Mutationen im WRN-Gen das Werner-Syndrom verursachen. Viele dieser Mutationen führen zu einem abnormal verkürzten Werner-Protein. Es gibt Hinweise darauf, dass das veränderte Protein nicht in den Zellkern transportiert wird , wo es normalerweise mit DNA interagiert. Dieses verkürzte Protein kann auch zu schnell abgebaut werden, was zu einem Verlust des Werner-Proteins in der Zelle führt. Ohne normales Werner-Protein im Zellkern können Zellen die Aufgaben der DNA-Replikation, -Reparatur und -Transkription nicht erfüllen. Forscher untersuchen immer noch, wie diese Mutationen das Auftreten vorzeitiger Alterung beim Werner-Syndrom verursachen.
WRN-Rollen in DNA-Reparaturwegen
Homologe rekombinatorische Reparatur
WRN ist bei der homologen Rekombination aktiv . Zellen, bei denen das WRN- Gen defekt ist, weisen eine 23-fache Verringerung der spontanen mitotischen Rekombination auf, mit einem besonderen Mangel an Ereignissen vom Konversionstyp. WRN- defekte Zellen haben, wenn sie Röntgenstrahlen ausgesetzt werden, mehr Chromosomenbrüche und Mikronuklei als Zellen mit Wildtyp-WRN. Zellen mit defektem WRN- Gen sind gegenüber Gamma-Bestrahlung, UV-Licht, 4 – 6 Cyclobutan-Pyrimidinen oder Mitomycin C nicht empfindlicher als Wildtyp-Zellen, aber empfindlich gegenüber Typ-I- und Typ-II-Topoisomerase-Inhibitoren. Diese Ergebnisse legten nahe, dass das WRN-Protein an der homologen rekombinatorischen Reparatur und an der Verarbeitung blockierter Replikationsgabeln beteiligt ist.
Nichthomologe Endverbindung
WRN spielt eine wichtige Rolle bei der DNA-Reparatur des nicht-homologen End-Joining (NHEJ). Wie von Shamanna et al. gezeigt, wird WRN zu Doppelstrangbrüchen (DSBs) rekrutiert und nimmt mit seinen enzymatischen und nicht-enzymatischen Funktionen am NHEJ teil. An DSBs fördert es in Verbindung mit Ku (Protein) Standard- oder kanonisches NHEJ (c-NHEJ) und repariert Doppelstrangbrüche in der DNA mit seinen enzymatischen Funktionen und mit einem angemessenen Maß an Genauigkeit. WRN hemmt eine alternative Form von NHEJ, die Alt-NHEJ oder Mikrohomologie-vermittelte Endverbindung (MMEJ) genannt wird. MMEJ ist ein ungenauer Reparaturmodus für Doppelstrangbrüche.
Basenexzisionsreparatur
WRN spielt eine Rolle bei der Basenexzisionsreparatur (BER) von DNA. Wie von Das et al. gezeigt wurde, assoziiert WRN mit NEIL1 im frühen Schadenserkennungsschritt der BER. WRN stimuliert NEIL1 bei der Entfernung von oxidativen Läsionen. NEIL1 ist eine DNA-Glykosylase , die den ersten Schritt der BER einleitet, indem sie durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) geschädigte Basen spaltet und über die mit NEIL1 verbundene Lyase-Aktivität einen DNA-Strangbruch einführt. NEIL1 erkennt (zielt) und entfernt bestimmte ROS- geschädigte Basen und schneidet dann die abasische Stelle über β,δ-Eliminierung ein, wobei 3′- und 5′-Phosphatenden zurückbleiben . NEIL1 erkennt oxidierte Pyrimidine , formamidopyrimidines, Thymin - Resten an der Methylgruppe oxidiert, und beide Stereoisomere von Thymin Glykol .
WRN beteiligt sich auch am BER durch seine Interaktion mit Polλ . WRN bindet an die katalytische Domäne von Polλ und stimuliert spezifisch die DNA-Lückenfüllung durch Polλ über 8-Oxo-G, gefolgt von der Strangverdrängungssynthese. Dies ermöglicht es WRN, während der MUTYH- initiierten Reparatur von 8-Oxo-G:A-Fehlpaarungen die Synthese von DNA-Reparaturen mit langen Patches durch Polλ zu fördern .
Wiederherstellung des Replikationsarrests
WRN ist auch an der Wiederherstellung von Replikationsarresten beteiligt. Wenn die WRN defekt ist, führt der Replikationsstopp zu einer Akkumulation von DSBs und einer verstärkten Chromosomenfragmentierung. Wie von Pichierri et al. gezeigt, interagiert WRN mit dem RAD9 – RAD1 – HUS1 (9.1.1)-Komplex, einem der zentralen Faktoren des Replikations-Checkpoints. Diese Wechselwirkung wird durch die Bindung der RAD1-Untereinheit an die N-terminale Region von WRN vermittelt und ist für die WRN-Relokalisierung in Kernherde und ihre Phosphorylierung als Reaktion auf den Replikationsstopp entscheidend. (In Abwesenheit von DNA-Schädigung oder Replication Fork-Stalling bleibt das WRN-Protein an den Nukleolen lokalisiert.) Die Wechselwirkung von WRN mit dem 9.1.1-Komplex führt zur Verhinderung der DSB-Bildung an blockierten Replikationsgabeln.
WRN- Mangel bei Krebs
Zellen, die limitierende Mengen an WRN exprimieren, weisen im Vergleich zu Wildtypzellen erhöhte Mutationsfrequenzen auf. Erhöhte Mutationen können zu Krebs führen. Patienten mit Werner-Syndrom mit homozygoten Mutationen im WRN- Gen haben eine erhöhte Inzidenz von Krebserkrankungen, einschließlich Weichteilsarkomen, Osteosarkomen, Schilddrüsenkrebs und Melanomen.
Mutationen in WRN sind in der Allgemeinbevölkerung selten. Die Rate heterozygoter Funktionsverlustmutationen bei WRN beträgt ungefähr 1 pro Million. In einer japanischen Bevölkerung liegt die Rate bei 6 pro 1.000, was höher, aber immer noch selten ist.
Mutationsdefekte im WRN- Gen sind in Krebszellen relativ selten, verglichen mit der Häufigkeit epigenetischer Veränderungen in WRN , die die WRN- Expression reduzieren und zur Karzinogenese beitragen könnten. Die Situation ist ähnlich wie bei anderen DNA-Reparaturgenen, deren Expression bei Krebserkrankungen hauptsächlich aufgrund epigenetischer Veränderungen und nicht aufgrund von Mutationen reduziert ist (siehe Häufigkeiten von Epimutationen in DNA-Reparaturgenen ).
Die Tabelle zeigt Ergebnisse der Analyse von 630 menschlichen Primärtumoren für WRN- CpG-Insel-Hypermethylierung. Diese Hypermethylierung verursachte eine reduzierte Proteinexpression von WRN, ein häufiges Ereignis bei der Tumorentstehung.
| Krebs | Häufigkeit der Krebsreduktion |
|---|---|
| Darmkrebs | 37,9 % |
| Nicht-kleinzelligem Lungenkrebs | 37,5% |
| Magenkrebs | 25% |
| Prostatakrebs | 20% |
| Brustkrebs | 17,2% |
| Schilddrüsenkrebs | 12,5 % |
| Non-Hodgkin-Lymphom | 23,7% |
| Akute myeloblastische Leukämie | 4,8% |
| Chondrosarkome | 33,3% |
| Osteosarkome | 11,1% |
Interaktionen
Werner-Syndrom ATP-abhängige Helikase interagiert nachweislich mit:
Verweise
Weiterlesen
- Comai L, Li B (2004). „Das Werner-Syndrom-Protein an der Schnittstelle von DNA-Reparatur und Apoptose“ . Mech-Aging-Entwickler . 125 (8): 521-8. doi : 10.1016/j.mad.2004.06.004 . PMID 15336909 . S2CID 30529954 .
- Lee JW, Harrigan J, Opresko PL, Bohr VA (2005). „Wege und Funktionen des Werner-Syndrom-Proteins“. Mech-Aging-Entwickler . 126 (1): 79–86. doi : 10.1016/j.mad.2004.09.011 . PMID 15610765 . S2CID 39834357 .
- Monnat RJ Jr.; Saintigny Y (2004). "Werner-Syndrom-Protein - Entwindungsfunktion zur Erklärung von Krankheiten" (PDF) . Sci-Aging-Wissensumgebung . 2004 (13): re3. doi : 10.1126/sageke.2004.13.re3 . PMID 15056797 .
- Özgenc A, Loeb LA (2005). „Aktuelle Fortschritte bei der Entschlüsselung der Funktion des Werner-Syndrom-Proteins“. Mutat-Res . 577 (1–2): 237–51. doi : 10.1016/j.mrfmmm.2005.03.020 . PMID 15946710 .
- Swanson C, Saintigny Y, Emond MJ, Monnat RJ Jr (2004). "Das Werner-Syndrom-Protein hat trennbare Rekombinations- und Überlebensfunktionen" (PDF) . DNA-Reparatur (Amst) . 3 (5): 475–82. doi : 10.1016/j.dnarep.2004.01.002 . PMID 15084309 .
- Moser MJ, Oshima J, Monnat RJ (1999). „WRN-Mutationen beim Werner-Syndrom“. Summen. Mutat . 13 (4): 271–9. doi : 10.1002/(SICI)1098-1004(1999)13:4<271::AID-HUMU2>3.0.CO;2-Q . PMID 10220139 .
- Kastan MB, Lim DS (2001). „Die vielen Substrate und Funktionen von ATM“. Nat. Pfr. Mol. Zellbiol . 1 (3): 179–86. doi : 10.1038/35043058 . PMID 11252893 . S2CID 10691352 .
Externe Links
- Oshima J, Martin GM, Hisama FM (Februar 2012). Werner-Syndrom . Universität Washington, Seattle. PMID 20301687 . NBK1514.In Pagon RA, Bird TD, Dolan CR et al., Hrsg. (1993). GeneReviews [Internet] . Seattle WA: Universität von Washington, Seattle.
- GeneCard
- Werner-Syndrom-Mutationsdatenbank