Теломерсвязывающий белок
Белки, связывающие теломеры (также известные как TERF , TRBF , TRF ), функционируют для связывания теломерной ДНК у различных видов. В частности, белок, связывающий теломеры, относится к фактору-1 связывания повторов TTAGGG ( TERF1 ) и фактору-2 связывания повторов TTAGGG ( TERF2 ). [1] Последовательности теломер у человека состоят из последовательностей TTAGGG, которые обеспечивают защиту и репликацию концов хромосом для предотвращения деградации. Белки, связывающие теломеры, могут генерировать Т-петлю для защиты концов хромосом. [2] TRF представляют собой двухцепочечные белки, которые, как известно, вызывают изгиб, образование петель и спаривание ДНК, что способствует образованию Т-петлей. Они напрямую связываются с последовательностью повтора TTAGGG в ДНК. [3] Существуют также субтеломерные регионы, отвечающие за регуляцию. Однако у человека существует шесть субъединиц, образующих комплекс, известный как шелтерин . [4]
Структура
[ редактировать ]Существует шесть субъединиц, образующих комплекс связывающих теломеры белков, известный как шелтерин : TERF1 , TERF2 , POT1 , TIN2 , RAP1 и TPP1 . И TERF1, и TERF2 связывают последовательности теломерных повторов в дуплексной области генома in vivo . ДНК-связывающие белки включают TERF1, TERF2 и POT1, которые имеют специфические последовательности, изменяющие аффинность связывания или регуляторные механизмы. [5] TIN2, RAP1, TPP1 — адаптерные белки, влияющие на сигнальные комплексы. [6]
Оба TRF представляют собой отдельные гомодимерные белки, подобные Myb мотиву спираль-поворот-спираль со складками связывания ДНК на С-конце. [7] В центре расположены высококонсервативные участки по отношению к образованию гомодимеров. [8] Однако они различаются по N-концу , поскольку TERF2 содержит основной мотив, а TERF1 является кислым, поэтому они не димеризуются. При связывании с теломерным сайтом TERF1 имеет угловой изгиб на 120°. [7]
Функция
[ редактировать ]Комплекс распознает теломерные последовательности TTAGGG, указывающие на конец хромосомы. [5] Белки, связывающие теломеры, образуют Т-петлю, которая представляет собой специализированную петлеобразную структуру, закрывающую концы теломер. Активность теломеразы регулируется защитой теломер 1 (POT1). [9] Они служат защитой от преждевременной деградации, поскольку концы теломер больше не скрыты от обнаружения повреждений. Отсутствие белков, связывающих теломеры, может привести к тому, что обнаженные теломеры подвергнутся реакции восстановления ДНК, ошибочно идентифицировав концы как двухцепочечный разрыв. [5] [6] Это происходит из-за 3'-выступа, который со временем постепенно укорачивается. Происходит процесс, известный как распечатывание , при котором комплекс шелтерина отделяется от теломеры, когда сокращается до критической длины. [6]
ТЕРФ1
[ редактировать ]TERF1 присутствует на всех стадиях клеточного цикла, действуя как негативный регулятор вместе с TERF2, в отличие от теломеразы. [8] Его основная функция, по-видимому, заключается в контроле длины теломер посредством ингибирования теломеразы. Таким образом, удаление TERF1 приведет к увеличению длины теломер. [8] TERF1 может снижать доступность теломеразы к концу длины ДНК, что приводит к ее ингибированию. Могут существовать потенциальные посттрансляционные модификации TERF1 за счет добавления рибозы для индукции регуляции теломеразы. После удлинения теломер TERF1 снова собирается, образуя недоступную структуру Т-петли. [10]
Он гомологичен факторам транскрипции Myb, поскольку комплекс белок-ДНК требует обоих повторов Myb. TERF1 связывается вблизи N-конца высококонсервативного домена, образуя гомодимерное взаимодействие. Поскольку TERF1 изгибает теломерный сайт, это может быть решающим шагом в правильном функционировании теломер для поддержания их длины. [7] TERF1 также служит для предотвращения препятствия прогрессированию проблемными вторичными структурами за счет взаимодействия с хеликазой для беспрепятственного раскручивания. [4]
ТЕРФ2
[ редактировать ]TERF2 является гомологом TERF1, демонстрируя множество функциональных и биохимических сходств. TERF2, как и TERF1, имеет некоторое отношение к мотиву связывания ДНК Myb. Он служит вторичным негативным регулятором, поскольку сверхэкспрессия TERF2 приводит к укорочению теломер. [8] TERF2 также может скрывать концы теломер, чтобы предотвратить деградацию при обнаружении. [5] У разных видов TERF2 более консервативен, возможно, из-за более высокого риска старения при мутации. [11]
TERF2 напрямую связывается с последовательностью ДНК, образуя структуру Т-петли. [12] Следовательно, TERF2 играет роль в индукции образования петли путем сворачивания 3'-последовательности TTAGGG обратно в дуплексную последовательность. [8] При удалении можно наблюдать деградацию теломерных 3'-выступов. Однако для этого требуется работа экзонуклеазы эксцизионной репарации ERCC1/XPF, поэтому ингибирование только TERF2 не обязательно может привести к немедленному укорочению. После делеции TERF2 происходит совместная локализация с TERF1 с ассоциацией факторов ответа на повреждение ДНК. [12] Известно, что в обычных клеточных условиях TERF2 подавляет путь ATM, однако механизмы этого в настоящее время неясны. [4]
Взаимодействия
[ редактировать ]Подразделения приютового комплекса
[ редактировать ]TERF1 и TERF2 играют особые роли, которые, как известно, связаны с другими субъединицами внутри комплекса убежища. Они взаимодействуют с TIN2, чтобы задействовать связывание TPP1, позволяя TIN2 сформировать мост. В результате следует каскад взаимодействий с привлечением POT1 и RAP1, и комплекс шелтерина завершает защиту и регуляцию теломерных концов. [4]
Для правильного функционирования TERF2 требуется стабилизация посредством взаимодействия TERF1 и TIN2. Это предполагает, что дефицит любого из трех первых белков приведет к дисфункции клетки. [12] Несмотря на то, что TRF являются отрицательным регулятором теломеразы, в настоящее время не известно влияние TRF на экспрессию теломеразы. [8]
Факторы реакции на повреждение
[ редактировать ]Когда TERF2 отсутствует или не функционирует, киназа ATM активируется на концах хромосом, вызывая реакцию повреждения ДНК , аналогичную реакции на двухцепочечный разрыв. Затем это задействует факторы реакции на повреждение, такие как H2AFX и 53BP1 , когда теломеры укорачиваются и снимают защиту. [4] [12] При активации киназы ATM р53 вызывает остановку клеточного цикла и инициирует апоптоз . Кроме того, обнаружение повреждений будет опосредовать негомологическое соединение концов (NHEJ) , вызывая сквозное слияние двухцепочечных разрывов. Однако пока неизвестно, как теломеры могут обнаружить наличие повреждений. [12]
путь НЭР
[ редактировать ]TERF2 также имеет значение в пути эксцизионной репарации нуклеотидов (NER), основываясь на экспериментах на мышах K5-Terf2. [13] Предполагается, что люди с критически короткими теломерами более склонны к раку кожи из-за воздействия ультрафиолета. [5] В результате TERF2, играющий роль в контроле длины теломер, может влиять на восстановление повреждений, вызванных УФ-излучением. Например, нуклеаза XPF , компонент NER, локализуется на теломерах, когда запускается реакция восстановления повреждений. Присутствие TERF2 затем инициирует активность XPF, приводящую к вырезанию концов теломер, вызывая уменьшение длины. [13]
Клинические последствия
[ редактировать ]Опухоли кожи
[ редактировать ]TERF2 может играть роль в развитии рака, поскольку было показано, что его экспрессия увеличивается в опухолях человека. Исследование опухолей, проведенное на мышах, вызвало сверхэкспрессию TERF2 в коже. При воздействии света заметные наблюдения показали гиперпигментацию и опухоли кожи, подобные человеческому синдрому пигментной ксеродермы . При анализе клеток они обнаружили значительно укороченные теломеры с повышенной нестабильностью всей хромосомы. Укорочение теломер было связано с XPF, нуклеазой эксцизионной репарации, связанной с TERF2, вызывающей геномную нестабильность. [13]
Рак полости рта
[ редактировать ]Рак полости рта также связан с белками, связывающими теломеры, в частности с TERF2. Сверхэкспрессия TERF2 оказалась заметным сходством у пациентов со злокачественными новообразованиями полости рта у людей. Подобно клеткам, поврежденным УФ-излучением, наблюдалась общая нестабильность генома, приводящая к раскрытию концов теломер. Дисбаланс TERF2 и теломеразы имеет серьезные последствия для механизмов возникновения рака. Воздействуя на белки, связывающие теломеры, которые служат для защиты концов, это может оказаться плодотворным в будущей лекарственной терапии. [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ База данных GeneCards Human Gene. «Ген TERF2 - GeneCards | Белок TERF2 | Антитело TERF2» . www.genecards.org . Проверено 30 ноября 2017 г.
- ^ Ли В.К., Чо М.Х. (июнь 2016 г.). «Теломер-связывающий белок регулирует концы хромосом посредством взаимодействия с деацетилазами гистонов у Arabidopsis thaliana» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (10): 4610–24. дои : 10.1093/nar/gkw067 . ПМЦ 4889915 . ПМИД 26857545 .
- ^ Ильичева Н.В., Подгорная О.И., Воронин А.П. (01.01.2015). Донев Р. (ред.). Достижения в области химии белков и структурной биологии . Том. 101. Академическая пресса. стр. 67–96. дои : 10.1016/bs.apcsb.2015.06.009 . ISBN 9780128033678 . ПМИД 26572976 .
- ^ Jump up to: а б с д и Сфейр А (сентябрь 2012 г.). «Теломеры с первого взгляда» . Журнал клеточной науки . 125 (Часть 18): 4173–8. дои : 10.1242/jcs.106831 . ПМК 6518153 . ПМИД 23135002 .
- ^ Jump up to: а б с д и де Ланге Т. (сентябрь 2005 г.). «Шелтерин: белковый комплекс, который формирует и защищает теломеры человека» . Гены и развитие . 19 (18): 2100–10. дои : 10.1101/gad.1346005 . ПМИД 16166375 .
- ^ Jump up to: а б с Куксон Дж. К., Лотон, Калифорния (март 2009 г.). «Уровни белков, связывающих теломеры, в опухолях человека и терапевтические последствия». Европейский журнал рака . 45 (4): 536–50. дои : 10.1016/j.ejca.2008.11.014 . ПМИД 19114299 .
- ^ Jump up to: а б с Бьянки А., Смит С., Чонг Л., Элиас П., де Ланге Т. (апрель 1997 г.). «TERF1 представляет собой димер и изгибает теломерную ДНК» . Журнал ЭМБО . 16 (7): 1785–94. дои : 10.1093/emboj/16.7.1785 . ПМЦ 1169781 . ПМИД 9130722 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Смогожевска А., ван Стинсель Б., Бьянки А., Ольманн С., Шефер М.Р., Шнапп Г., де Ланге Т. (март 2000 г.). «Контроль длины теломер человека с помощью TERF1 и TERF2» . Молекулярная и клеточная биология . 20 (5): 1659–68. дои : 10.1128/mcb.20.5.1659-1668.2000 . ПМЦ 85349 . ПМИД 10669743 .
- ^ Хэ Q, Цзэн П., Тан Дж. Х., Оу ТМ, Гу LQ, Хуан З.С., Ли Д. (июль 2014 г.). «G-квадруплекс-опосредованная регуляция экспрессии гена теломерсвязывающего белка POT1». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 1840 (7): 2222–33. дои : 10.1016/j.bbagen.2014.03.001 . ПМИД 24631651 .
- ^ Jump up to: а б Сайнгер Р.Н., Теланг С.Д., Шукла С.Н., Патель П.С. (февраль 2007 г.). «Клиническое значение длины теломер и связанных с ними белков при раке полости рта» . Биомаркерная информация . 2 : 9–19. дои : 10.1177/117727190700200030 . ПМК 2717828 . ПМИД 19662189 .
- ^ ван Стинсель Б., Смогожевска А., де Ланге Т. (февраль 1998 г.). «TERF2 защищает теломеры человека от сквозных слияний» . Клетка . 92 (3): 401–13. дои : 10.1016/s0092-8674(00)80932-0 . ПМИД 9476899 .
- ^ Jump up to: а б с д и Челли ГБ, де Ланге Т (июль 2005 г.). «Обработка ДНК не требуется для реакции на повреждение теломер, опосредованной АТМ, после делеции TERF2». Природная клеточная биология . 7 (7): 712–8. дои : 10.1038/ncb1275 . ПМИД 15968270 . S2CID 38625185 .
- ^ Jump up to: а б с Муньос П., Бланко Р., Флорес Х.М., Бласко М.А. (октябрь 2005 г.). «Зависимая от нуклеазы XPF потеря теломер и повышенное повреждение ДНК у мышей со сверхэкспрессией TERF2 приводят к преждевременному старению и раку». Природная генетика . 37 (10): 1063–71. дои : 10.1038/ng1633 . ПМИД 16142233 . S2CID 32780949 .