Хромосомный хрупкий участок
Хромосомный хрупкий участок — это специфическая наследуемая точка на хромосоме , которая имеет тенденцию образовывать разрыв или сужение и может иметь тенденцию к разрыву. [ 1 ] когда клетка подвергается частичному репликационному стрессу. [ 2 ] В зависимости от частоты хрупкие участки классифицируются как «обычные» и «редкие». [ 3 ] человека выявлено более 120 хрупких участков На сегодняшний день в геноме . [ 3 ] [ 4 ]
Общие ломкие участки считаются частью нормальной структуры хромосом и присутствуют у всех (или почти у всех) особей в популяции. В нормальных условиях наиболее распространенные хрупкие участки не склонны к самопроизвольным разрывам. Общие хрупкие участки представляют интерес для исследований рака, поскольку они часто поражаются при раке и могут быть обнаружены у здоровых людей. Сайты FRA3B (содержащие ген FHIT ) и FRA16D (содержащие ген WWOX ) являются двумя хорошо известными примерами и находятся в центре внимания исследований.
Редкие ломкие сайты встречаются менее чем у 5% населения и часто состоят из двух- или трехнуклеотидных повторов. Они часто подвержены спонтанному разрушению во время репликации, часто затрагивая соседние гены. Клинически наиболее важным редким ломким участком является FRAXA в гене FMR1 , который связан с синдромом ломкой Х-хромосомы , наиболее распространенной причиной наследственной умственной отсталости.
Базу данных хрупких участков хромосом человека см. [ 5 ]
Редкие хрупкие места
[ редактировать ]Классификация
[ редактировать ]Редкие хрупкие сайты (RFS) подразделяются на две подгруппы в зависимости от соединений, вызывающих разрыв: чувствительные к фолиевой кислоте группы (примеры см. [ 6 ] ) и нечувствительные к фолату группы, которые индуцируются бромдезоксиуридином (BrdU) или дистамицином А , [ 7 ] антибиотик, который преимущественно связывается с АТ-парами ДНК. [ 8 ] Группа, чувствительная к фолату, характеризуется экспансией повторов CGG, [ 9 ] в то время как группа, нечувствительная к фолатам, содержит множество минисателлитных повторов, богатых АТ. [ 10 ]
Механизмы нестабильности
[ редактировать ]Повторы, богатые CGG и АТ, характерные для RFS, могут образовывать шпильки. [ 11 ] и другие структуры ДНК, отличные от B, которые блокируют репликационные вилки и могут привести к поломке. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] ДНК-полимераза делает паузу в последовательностях триплетных повторов CTG и CGG, что может приводить к постоянному расширению за счет проскальзывания. Было показано, что [ 15 ]
Общие хрупкие сайты
[ редактировать ]Классификация
[ редактировать ]В отличие от RFS, общие ломкие сайты (CFS) не являются результатом мутаций расширения нуклеотидных повторов . Они являются частью нормального человеческого генома и обычно стабильны, когда не подвергаются репликативному стрессу. [ 16 ] Большинство нарушений при СХУ вызвано низкими дозами антибиотика афидиколина (АПН). [ 17 ] Совместное лечение низкими концентрациями ингибитора топоизомеразы I , камптотецина (CPT), уменьшает разрушение, вызванное АПН. [ 18 ] Регионы CFS высоко консервативны у мышей. [ 19 ] [ 20 ] и другие виды, включая приматов, кошек, собак, свиней, лошадей, коров, индийского землекопа и дрожжи (обзор см. [ 4 ] ). Хотя CFS могут быть результатом структуры хромосом более высокого порядка, их консервативность у всех видов также может указывать на то, что они могут иметь некоторую консервативную биологическую цель. [ 21 ]
Механизмы нестабильности
[ редактировать ]Предполагается, что нестабильность CFS связана с поздней репликацией: CFS, вероятно, инициирует правильную репликацию, но медленно ее завершает, внося разрывы в нереплицированные области ДНК. [ 4 ] Поздняя репликация может быть результатом образования структур ДНК, отличных от B, таких как шпильки и тороиды, которые останавливают репликационную вилку в богатых АТ регионах, что аналогично предполагаемому механизму редкой нестабильности хрупкого сайта. [ 22 ] Киназа контрольной точки , связанная с атаксией-теленгиэктазией и Rad3 (ATR), необходима для поддержания стабильности CFS как в стрессовых, так и в нормальных условиях репликации. [ 23 ] Разрушение уменьшается после лечения CPT (камптотецином) (без APH), что означает, что CPT также играет необходимую роль в стабилизации CFS. [ 18 ]
Клиническая значимость
[ редактировать ]Хрупкие участки связаны с многочисленными расстройствами и заболеваниями, как наследственными , так и нет. Сайт FRAXA, пожалуй, наиболее известен своей ролью в синдроме ломкой Х-хромосомы , но ломкие участки клинически вовлечены во многие другие важные заболевания, такие как рак .
FRA3B и FRA16D лежат в составе крупных генов-супрессоров опухолей FHIT. [ 24 ] и WWOX , [ 25 ] соответственно. Высокая частота делеций в точках останова в этих хрупких участках связана со многими видами рака, включая рак молочной железы, легких и желудка (обзор см. [ 4 ] )
Гены микроРНК , которые преимущественно участвуют в хромосомных изменениях, часто располагаются в хрупких участках. [ 26 ] Хромосомные изменения могут привести к нарушению регуляции микроРНК, что может иметь диагностическое и прогностическое значение для рака. [ 27 ]
Кроме того, вирус гепатита B (HBV) [ 28 ] и вирус ВПЧ-16, штамм вируса папилломы человека , наиболее вероятно вызывающий рак, по-видимому, преимущественно интегрируется в хрупкие участки или вокруг них, и было высказано предположение, что это имеет решающее значение для развития опухолей . [ 29 ] [ 30 ] Хрупкие участки также вовлечены в развитие различных синдромов (обзор см. [ 31 ] ). Например, поломка локуса FRA11b или рядом с ним связана с синдромом Якобсена , который характеризуется потерей части длинного плеча хромосомы 11, что сопровождается легкой умственной отсталостью. [ 32 ] Сайт FRAXE связан с развитием формы умственной отсталости без каких-либо отличительных фенотипических особенностей. [ 31 ] Синдром Секкеля , генетическое заболевание, характеризующееся низким уровнем ATR, приводит к повышенной нестабильности хромосом в хрупких участках. [ 33 ]
Хрупкие участки и пораженные гены
[ редактировать ]- ФРА1А
- FRA1B ( ген DAB1 )
- ФРА1С
- ОТ1D
- FRA1E ( ген DPYD )
- ФРА1Ф
- ФРА1Г
- ФРА1Х
- ФРА1И
- ФРА1J
- ФРА1К
- ФРА1Л
- ФР1М
- ФРА2А
- ФРА2Б
- ФРА2С
- ФРА2Д
- ФРА2Е
- FRA2F ( ген LRP1B )
- ФРА2Г
- ФРА2Х
- ФРА2И
- ФРА2J
- ФРА2К
- ФРА2Л
- ФРА3А
- FRA3B ( ген FHIT )
- FRA3C ( NAALADL2 ген [ 34 ] [ 35 ] )
- ФРА3Д
- ОТ4А
- FROM4B
- ФРА4С
- ОТ4D
- ОТ4Е
- FRA4F ( ген GRID2 )
- ФРА5А
- ФРА5Б
- ФРА5С
- ФРА5Д
- ФРА5Е
- ФРА5Ф
- ФРА5Г
- FRA5H ( ген PDE4D )
- ФРА6А
- ОТ 6Б
- ФРА6С
- ФРА6Д
- FRA6E ( PARK2 ) ген
- ФРА6Ф
- ФРА6Г
- ФРА6Х
- ФРА7А
- ФРА7Б
- FRA7C
- ФРА7Д
- ФРА7Е
- ФРА7Ф
- ФРА7Г
- FRA7H
- FRA7I ( ген CNTNAP2 )
- FRA7J
- FRA7K ( IMMP2L ) ген
- ФРА8А
- ФРА8Б
- FRA8C
- ОТ8D
- ФРА8Е
- ФРА8Ф
- ФРА9А
- ФРА9Б
- ФРА9С
- ФРА9Д
- ФРА9Е
- ФРА9Ф
- ФРА9Г
- ФРА10А
- ФРА10Б
- ФРА10С
- FRA10D ( ген CTNNA3 )
- ФРА10Е
- ФРА10Ф
- ФРА10Г
- ФР11А
- ФРА11Б
- ФРА11С
- ФРА11Д
- ФРА11Е
- FRA112F ( DLG2 ) ген
- ФРА11Г
- FRA11H
- ФРА11И
- ФРА12А
- ФРА12Б
- ФРА12С
- ФРА12Д
- ФРА12Е
- FRA13A ( NBEA ) ген
- ФРА13Б
- ФРА13С
- ФРА13Д
- ФРА13Е
- FRA14B ( GPHN ген [ 36 ] )
- ФРА14С
- FRA15A ( RORA ) ген
- ФРА16А
- ФРА16Б
- ФРА16С
- FRA16D ( ген WWOX )
- ФРА16Е
- ФРА17А
- ФРА17Б
- ФРА18А
- ФРА18Б
- ФРА18С
- ФРА19А
- ФРА19Б
- ФРА20А
- ФРА20Б
- ФРА22А
- ФРА22Б
- ФРАКСБ
- FRAXC ( IL1RAPL1 / DMD ) гены
- ФРАКСД
- ФРАКС
- ФРАКСЕ
- ФРАКСФ
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сазерленд, Г.Р. и Хехт, Ф.: Хрупкие участки на хромосомах человека . Нью-Йорк и Оксфорд: Издательство Оксфордского университета, 280 страниц (1985).
- ^ Шварц, М.; Злоторинский Э.; Керем, Б. (2005), «Молекулярная основа распространенных и редких хрупких участков», Cancer Letters , 232 (1): 13–26, doi : 10.1016/j.canlet.2005.07.039 , PMID 16236432
- ^ Jump up to: а б Лукуса, Т.; Фринс, Дж. П. (2008), «Хрупкость хромосом человека», et Biophysical Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов , 1779 (1): 3–16, doi : 10.1016/j.bbagrm.2007.10.005 , PMID18078840 Biochimica
- ^ Jump up to: а б с д Дуркин, С.Г.; Гловер, Т.В. (2007), «Хромосомные хрупкие участки», Annual Review of Genetics , 41 : 169–192, doi : 10.1146/annurev.genet.41.042007.165900 , PMID 17608616
- ^ Кумар, Р.; Нагпал, Г.; Кумар, В.; Усмани, СС; Агравал, П.; Рагхава, Г. (2019), «HumCFS: база данных хрупких участков в хромосомах человека», BMC Genomics , 9 (Приложение 9): 985, doi : 10.1186/s12864-018-5330-5 , PMC 7402404 , PMID 30999860
- ^ Сазерленд, Греция ; Джеки, ПБ; Бейкер, Э; Мануэль, А. (май 1983 г.). «Наследственные хрупкие сайты на хромосомах человека. X. Новые чувствительные к фолиевой кислоте хрупкие сайты: 6p23, 9p21, 9q32 и 11q23» . Американский журнал генетики человека . 35 (3): 432–7. ПМЦ 1685660 . ПМИД 6859039 .
- ^ Сазерленд, Греция ; Бейкер, Э; Сешадри, RS (июль 1980 г.). «Наследственные хрупкие сайты на хромосомах человека. V. Новый класс хрупких сайтов, требующих для экспрессии BrdU» . Американский журнал генетики человека . 32 (4): 542–8. ПМК 1686118 . ПМИД 7395866 .
- ^ Удача, Г; Циммер, К; Райнерт, Кентукки; Аркамоне, Ф (август 1977 г.). «Специфические взаимодействия дистамицина А и его аналогов с (AT)-богатыми и (GC)-богатыми дуплексными областями ДНК и дезоксиполинуклеотидами» . Исследования нуклеиновых кислот . 4 (8): 2655–70. дои : 10.1093/нар/4.8.2655 . ПМЦ 342599 . ПМИД 561949 .
- ^ Балакумаран, бакалавр наук; Фройденрайх, Швейцария; Закян, Вирджиния (1 января 2000 г.). «Повторы CGG/CCG проявляют ориентационно-зависимую нестабильность и независимую от ориентации хрупкость у Saccharomyces cerevisiae» . Молекулярная генетика человека . 9 (1): 93–100. дои : 10.1093/hmg/9.1.93 . ПМИД 10587583 .
- ^ Ю, С; Мангельсдорф, М; Хьюитт, Д; Хобсон, Л; Бейкер, Э; Эйр, HJ; Лапсис, Н; Ле Паслье, Д; Доггетт, Северная Каролина; Сазерленд, Греция ; Ричардс, Род-Айленд (7 февраля 1997 г.). «Хрупкий сайт FRA16B человеческой хромосомы представляет собой амплифицированный минисателлитный повтор, богатый АТ» . Клетка . 88 (3): 367–74. дои : 10.1016/S0092-8674(00)81875-9 . ПМИД 9039263 .
- ^ Гейси, AM; Гёлльнер, Г; Юранич, Н; Макура, С; МакМюррей, Коннектикут (19 мая 1995 г.). «Тринуклеотидные повторы, которые расширяются при заболеваниях человека, образуют шпильковые структуры in vitro» . Клетка . 81 (4): 533–40. дои : 10.1016/0092-8674(95)90074-8 . ПМИД 7758107 .
- ^ Уэллс, Р.Д. (9 февраля 1996 г.). «Молекулярные основы генетической нестабильности триплетных повторов» . Журнал биологической химии . 271 (6): 2875–8. дои : 10.1074/jbc.271.6.2875 . ПМИД 8621672 .
- ^ Чжан, Хайхуа; Фрейденрайх, Кэтрин Х. (2007). «Богатая AT последовательность в общем хрупком сайте человека FRA16D вызывает остановку вилки и поломку хромосомы у S. cerevisiae» . Молекулярная клетка . 27 (3): 367–379. doi : 10.1016/j.molcel.2007.06.012 . ПМК 2144737 . ПМИД 17679088 .
- ^ Агилера, А; Гомес-Гонсалес, Б (март 2008 г.). «Нестабильность генома: механистический взгляд на ее причины и последствия». Обзоры природы Генетика . 9 (3): 204–17. дои : 10.1038/nrg2268 . ПМИД 18227811 . S2CID 14024154 .
- ^ Осима, К. (10 ноября 1995 г.). «Приостановка синтеза ДНК in vitro в определенных локусах в триплетных повторах CTG и CGG из генов наследственных заболеваний человека» . Журнал биологической химии . 270 (45): 27014–27021. дои : 10.1074/jbc.270.45.27014 . ПМИД 7592950 .
- ^ Смит, Д.И.; Хуанг, Х; Ван, Л. (январь 1998 г.). «Общие хрупкие участки и рак (обзор)». Международный журнал онкологии . 12 (1): 187–96. дои : 10.3892/ijo.12.1.187 . ПМИД 9454904 .
- ^ Гловер, ТВ; Бергер, К; Койл, Дж; Эхо, Б (1984). «Ингибирование ДНК-полимеразы альфа афидиколином вызывает разрывы и разрывы в обычных хрупких участках хромосом человека». Генетика человека . 67 (2): 136–42. дои : 10.1007/bf00272988 . ПМИД 6430783 . S2CID 9241289 .
- ^ Jump up to: а б Арльт, МФ; Гловер, Т.В. (4 июня 2010 г.). «Ингибирование топоизомеразы I предотвращает разрыв хромосом в обычных хрупких участках» . Восстановление ДНК . 9 (6): 678–89. дои : 10.1016/j.dnarep.2010.03.005 . ПМК 2896008 . ПМИД 20413351 .
- ^ Сираиси, Т; Драк, Т; Мимори, К; Фломенберг, Дж; Берк, Л; Олдер, Х; Миллер, В; Хюбнер, К; Кроче, КМ (8 мая 2001 г.). «Консервация последовательностей в ортологичных общих хрупких регионах человека и мыши, FRA3B/FHIT и Fra14A2/Fhit» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (10): 5722–7. Бибкод : 2001PNAS...98.5722S . дои : 10.1073/pnas.091095898 . ПМК 33280 . ПМИД 11320209 .
- ^ Круммель, Калифорния; Денисон, СР; Калхун, Э; Филлипс, Луизиана; Смит, Д.И. (июнь 2002 г.). «Общий ломкий сайт FRA16D и связанный с ним ген WWOX высококонсервативны у мышей по адресу Fra8E1» . Гены, хромосомы и рак . 34 (2): 154–67. дои : 10.1002/gcc.10047 . ПМИД 11979549 . S2CID 42821144 .
- ^ Шмид, М; Отт, Г; Хааф, Т; Шерес, Дж. М. (1985). «Эволюционная консервация хрупких участков, индуцированная 5-азацитидином и 5-азадеоксицитидином у человека, гориллы и шимпанзе». Генетика человека . 71 (4): 342–50. дои : 10.1007/bf00388461 . ПМИД 4077049 . S2CID 7765805 .
- ^ Злоторинский, Э; Рахат, А; Скауг, Дж; Бен-Порат, Н.; Озери, Э; Хершберг, Р; Леви, А; Шерер, SW; Маргалит, Х; Керем, Б. (октябрь 2003 г.). «Молекулярная основа экспрессии обычных и редких хрупких участков» . Молекулярная и клеточная биология . 23 (20): 7143–51. дои : 10.1128/mcb.23.20.7143-7151.2003 . ПМК 230307 . ПМИД 14517285 .
- ^ Каспер, Энн М.; Нгием, Пол; Арльт, Мартин Ф.; Гловер, Томас В. (1 декабря 2002 г.). «ATR регулирует стабильность хрупкого сайта» . Клетка . 111 (6): 779–789. дои : 10.1016/S0092-8674(02)01113-3 . ПМИД 12526805 .
- ^ Занеси, Н; Фиданца, В; Фонг, Луизиана; Манчини, Р; Друк, Т; Валтиери, М; Рюдигер, Т; МакКью, Пенсильвания; Кроче, СМ; Хюбнер, К. (28 августа 2001 г.). «Спектр опухолей у мышей с дефицитом FHIT» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (18): 10250–5. Бибкод : 2001PNAS...9810250Z . дои : 10.1073/pnas.191345898 . ПМК 56947 . ПМИД 11517343 .
- ^ Акейлан, Род-Айленд; Трапассо, Ф; Хусейн, С; Костинян, С; Маршалл, Д; Пекарский Ю ; Хаган, JP; Занеси, Н; Кау, М; Штейн, Г.С.; Лиан, Джей Би; Кроче, КМ (6 марта 2007 г.). «Направленное удаление Wwox обнаруживает функцию подавления опухоли» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (10): 3949–54. Бибкод : 2007PNAS..104.3949A . дои : 10.1073/pnas.0609783104 . ПМЦ 1820689 . ПМИД 17360458 .
- ^ Калин, Джорджия; Севиньяни, К; Думитру, CD; Хислоп, Т; Ноч, Э; Йендамури, С; Симидзу, М; Ротанг, С; Буллрич, Ф; Негрини, М; Кроче, CM (2 марта 2004 г.). «Гены микроРНК человека часто располагаются в хрупких участках и участках генома, вовлеченных в развитие рака» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (9): 2999–3004. Бибкод : 2004PNAS..101.2999C . дои : 10.1073/pnas.0307323101 . ПМЦ 365734 . ПМИД 14973191 .
- ^ Калин, Джорджия; Кроче, CM (август 2007 г.). «Хромосомные перестройки и микроРНК: новая связь рака с клиническими последствиями» . Журнал клинических исследований . 117 (8): 2059–66. дои : 10.1172/JCI32577 . ЧВК 1934569 . ПМИД 17671640 .
- ^ Цзян, С; Ян, З; Ли, В; Ли, Х; Ван, Ю; Чжан, Дж; Сюй, С; Чен, Пи Джей ; Хоу, Дж; МакКрэй, Массачусетс; Чен, X; Чжуан, Х; Лу, Ф (2012). «Переоценка канцерогенного значения интеграции вируса гепатита В в гепатоканцерогенез» . ПЛОС ОДИН . 7 (9): е40363. Бибкод : 2012PLoSO...740363J . дои : 10.1371/journal.pone.0040363 . ПМЦ 3433482 . ПМИД 22962577 .
- ^ Торланд, ЕС; Майерс, СЛ; Госту, бакалавр наук; Смит, Д.И. (27 февраля 2003 г.). «Общие хрупкие участки являются предпочтительными мишенями для интеграции HPV16 в опухоли шейки матки» . Онкоген . 22 (8): 1225–37. дои : 10.1038/sj.onc.1206170 . ПМИД 12606949 .
- ^ Вилке, СМ; Холл, Британская Колумбия; Хоге, А; Паради, Вт; Смит, Д.И.; Гловер, Т.В. (февраль 1996 г.). «FRA3B распространяется на обширную область и содержит сайт спонтанной интеграции HPV16: прямое доказательство совпадения сайтов интеграции вируса и хрупких сайтов» . Молекулярная генетика человека . 5 (2): 187–95. дои : 10.1093/hmg/5.2.187 . ПМИД 8824874 .
- ^ Jump up to: а б Дебакер, К; Кой, РФ (15 октября 2007 г.). «Хрупкие места и болезни человека» . Молекулярная генетика человека . 16 Спецификация № 2: R150-8. дои : 10.1093/hmg/ddm136 . ПМИД 17567780 .
- ^ Джонс, К; Пенни, Л; Маттина, Т; Ю, С; Бейкер, Э; Вуллер, Л; Лэнгдон, Вайоминг; Сазерленд, Греция ; Ричардс, Род-Айленд; Таннаклифф, А. (13 июля 1995 г.). «Связь синдрома делеции хромосомы с хрупким участком протоонкогена CBL2». Природа . 376 (6536): 145–9. Бибкод : 1995Natur.376..145J . дои : 10.1038/376145a0 . ПМИД 7603564 . S2CID 4229039 .
- ^ Каспер, AM; Дуркин, С.Г.; Арльт, МФ; Гловер, Т.В. (октябрь 2004 г.). «Хромосомная нестабильность в обычных ломких участках при синдроме Секкеля» . Американский журнал генетики человека . 75 (4): 654–60. дои : 10.1086/422701 . ПМК 1182052 . ПМИД 15309689 .
- ^ Ли, Илун; Робертс, Никола Д.; Вала, Иеремия А.; Шапира, Офер; Шумахер, Стивен Э.; Кумар, Киран; Хурана, Экта; Васак, Себастьян; Корбел, Джон О.; Хабер, Джеймс Э.; Имелински, Марцин (февраль 2020 г.). «Закономерности соматических структурных изменений в геномах рака человека» . Природа . 578 (7793): 112–121. Бибкод : 2020Natur.578..112L . дои : 10.1038/s41586-019-1913-9 . ISSN 1476-4687 . ПМЦ 7025897 . ПМИД 32025012 .
- ^ Симпсон, Бенджамин С.; Пай, Хейли; Уитакер, Хейли К. (12 мая 2021 г.). «Онкологическая значимость хрупких участков при раке» . Коммуникационная биология . 4 (1): 567. doi : 10.1038/s42003-021-02020-5 . ISSN 2399-3642 . ПМЦ 8115686 . ПМИД 33980983 .
- ^ Жегло, Диана; Брюкнер, Лена М.; Сепман, Ольга; Вехт, Элиза М.; Кулигина Екатерина; Суспицын Евгений; Имянитов Евгений; Савельева, Лариса (май 2019 г.). « Общий хрупкий сайт FRA14B соответствует области, склонной к соматическим и зародышевым перестройкам в большом гене GPHN ». Гены, хромосомы и рак . 58 (5): 284–294. дои : 10.1002/gcc.22706 . ПМИД 30411419 .