Setiap sel manusia mengalami sekitar 70.000 peristiwa kerusakan DNA per hari, mulai dari oksidasi basa dan kesalahan replikasi hingga kerusakan untai ganda (DSB) yang disebabkan oleh radiasi pengion atau keruntuhan garpu replikasi. Respons kerusakan DNA (DDR) adalah jaringan sinyal terkoordinasi yang mendeteksi lesi ini, menghentikan siklus sel untuk memungkinkan perbaikan, dan – jika kerusakan tidak dapat diperbaiki – memulai apoptosis atau penuaan permanen. Arsitektur DDR bersifat hierarkis: sensor kinase (ATM, ATR) memfosforilasi ratusan substrat, transduser kinase (CHK1, CHK2) memperkuat dan mendistribusikan sinyal, dan protein efektor menjalankan respons seluler.
Ketika DSB terjadi, kompleks MRN (MRE11–RAD50–NBS1) mendeteksi ujung DNA yang rusak dalam hitungan detik dan merekrut ATM kinase. ATM yang diaktifkan memfosforilasi histone H2AX (γH2AX) di seluruh domain megabase yang mengapit jeda, menciptakan perancah untuk perekrutan protein DDR lebih lanjut. Secara bersamaan, ATM memfosforilasi CHK2 (Thr68), p53 (Ser15), dan BRCA1 (Ser1387/1423), mengoordinasikan penangkapan G1/S (melalui p53→p21), penangkapan fase intra-S (melalui degradasi CDC25A), dan penangkapan G2/M (melalui penghambatan CHK2→CDC25C), sambil mempromosikan perbaikan rekombinasi homolog melalui BRCA1.
Ketika DSB terjadi, kompleks MRN (MRE11–RAD50–NBS1) mendeteksi ujung DNA yang rusak dalam hitungan detik dan merekrut ATM kinase. ATM yang diaktifkan memfosforilasi histone H2AX (γH2AX) di seluruh domain megabase yang mengapit jeda, menciptakan perancah untuk perekrutan protein DDR lebih lanjut. Secara bersamaan, ATM memfosforilasi CHK2 (Thr68), p53 (Ser15), dan BRCA1 (Ser1387/1423), mengoordinasikan penangkapan G1/S (melalui p53→p21), penangkapan fase intra-S (melalui degradasi CDC25A), dan penangkapan G2/M (melalui penghambatan CHK2→CDC25C), sambil mempromosikan perbaikan rekombinasi homolog melalui BRCA1.
Jalur Respons Kerusakan DNA
Kompleks MRN (nuklease MRE11, ATPase struktural RAD50, adaptor NBS1) mengenali ujung putus untai ganda DNA dalam beberapa detik setelah pembentukan. NBS1 secara langsung menghubungi dan merekrut ATM kinase ke lokasi kerusakan melalui motif pengikatan ATM terminal-C.
ATM yang distimulasi MRN mengalami autofosforilasi di Ser1981, melepaskan monomer aktif yang menyebar di sepanjang kromatin. ATM memfosforilasi histone H2AX di Ser139 (menciptakan γH2AX) di seluruh domain megabase, memperkuat sinyal kerusakan dan merekrut MDC1, RNF8, dan RNF168.
BRCA1 terfosforilasi ATM direkrut ke DSB melalui jalur ubiquitin RNF8/RNF168/RAP80. BRCA1 mempromosikan reseksi ujung DNA (menghasilkan 3′ ssDNA overhang) dan menjembatani ke PALB2 – BRCA2 – RAD51, mengkatalisis invasi untai yang diarahkan pada templat untuk perbaikan dengan ketelitian tinggi.
Jika perbaikan berhasil, PP2A fosfatase mendefosforilasi γH2AX dan CHK2, melepaskan pos pemeriksaan siklus sel dan memungkinkan dimulainya kembali pembelahan. Kerusakan yang berkelanjutan atau tidak dapat diperbaiki mempertahankan aktivasi p53 melampaui ambang batas apoptosis, memicu apoptosis mitokondria yang dimediasi BAX/PUMA.
Mutasi garis germinal pada ATM (ataxia-telangiectasia), BRCA1/BRCA2 (kanker payudara/ovarium herediter), CHEK2 (risiko kanker payudara sedang), dan TP53 (sindrom Li-Fraumeni) menyebabkan sindrom kanker herediter tertentu yang ditentukan oleh langkah spesifik dalam jalur DDR yang gagal. Mutasi gen DDR somatik pada kanker sporadis terakumulasi setelah hilangnya penekan tumor awal – khususnya mutasi TP53 (>50% dari semua jenis kanker), yang menghilangkan jaring pengaman apoptosis dan memungkinkan sel dengan kerusakan DNA yang tidak dapat diperbaiki untuk bertahan hidup dan berkembang biak.
Cacat perbaikan DNA dapat menciptakan kerentanan pengobatan, namun biomarker tidak dapat direduksi menjadi sebuah nama gen. Bukti penghambat PARP bergantung pada jenis tumor, status germline atau somatik, konteks rekombinasi homolog, jalur terapi dan rejimen. Kehilangan ATM sedang dipelajari dengan ATR dan penghambat pos pemeriksaan lainnya tetapi tidak dapat dipertukarkan dengan kehilangan BRCA1/2. Status MSI tinggi atau defisiensi perbaikan ketidakcocokan memiliki bukti imunoterapi spesifik indikasi. Sensitivitas dan resistensi platinum juga bervariasi berdasarkan penyakit dan perubahannya.
Apa perbedaan ATM dan ATR dalam respon kerusakan DNA?
ATM terutama merespons terhadap pemutusan untai ganda DNA (DSB) dan diaktifkan oleh kompleks MRN. ATR merespons DNA untai tunggal (ssDNA) yang timbul dari penghentian garpu replikasi, zat antara perbaikan eksisi basa, atau perbaikan eksisi nukleotida. Sinyal ATM melalui CHK2; Sinyal ATR melalui CHK1. Keduanya berkumpul pada efektor umum termasuk fosfatase p53 dan CDC25.
Apa yang dimaksud dengan kematian sintetik dalam konteks perbaikan DNA?
Kematian sintetik terjadi bila hilangnya dua gen secara bersamaan bersifat mematikan, sementara hilangnya salah satu gen saja masih dapat bertahan. Sel kanker yang kekurangan BRCA1/2 tidak dapat melakukan rekombinasi homolog; ketika PARP (diperlukan untuk perbaikan SSB) juga dihambat, replikasi runtuhnya SSB yang tidak diperbaiki bercabang menjadi DSB yang tidak dapat diperbaiki, secara selektif membunuh sel-sel tumor sambil menyisakan sel-sel normal yang memiliki SDM yang mahir.
Apa itu BRCAness?
BRCAness mengacu pada fenotip genom pada tumor tanpa mutasi BRCA1/2 yang tetap menunjukkan defisiensi HR, ditandai dengan hilangnya heterozigositas genom yang tinggi, ketidakseimbangan alel telomer, dan transisi keadaan skala besar. BRCAness dari mutasi gen DDR lainnya (ATM, PALB2, RAD51C) juga memprediksi sensitivitas inhibitor PARP.
Pahami bagaimana gen penekan tumor — termasuk TP53, BRCA1, PTEN, dan RB1 — bertindak sebagai rem genom, dan apa yang terjadi jika gen tersebut hilang akibat kanker.
Pahami BRCA1 dalam rekombinasi homolog, perbedaan temuan germline dan tumor, apa yang dapat dan tidak dapat ditentukan oleh HRD, dan mengapa bukti PARP spesifik pada konteksnya.
Bagaimana ATM mengkoordinasikan respon kerusakan DNA, apa arti dari perubahan germline dan tumor, dan mengapa kehilangan ATM tidak dapat dipertukarkan dengan defisiensi BRCA.
Pelajari bagaimana berbagai jenis mutasi gen — mutasi titik, penghapusan, amplifikasi, dan fusi — mendorong kanker dan penyakit bawaan, dengan contoh nyata dari TP53, KRAS, dan BRCA1.
Jaringan Penekan Tumor
Gen penekan tumor mengkode protein yang secara aktif menghambat proliferasi sel, mendorong perbaikan DNA, atau menghilangkan kerusakan…
Perbaikan Rekombinasi Homolog
Rekombinasi homolog (HR) memperbaiki kerusakan untai ganda DNA terutama pada S/G2, ketika kromatid saudara tersedia…
Gen Pengaturan Siklus Sel
Pembelahan sel diatur oleh osilator biokimia yang dibangun dari kinase yang bergantung pada siklin (CDK) dan regulasi siklinnya…
Regulator Apoptosis
Apoptosis — kematian sel terprogram — adalah mekanisme penekan tumor utama pada sel, menghilangkan sel-sel yang tidak dapat diperbaiki lagi.…
Jalur Pensinyalan EGFR–KRAS–BRAF–MEK–ERK pada Kanker
Jalur pensinyalan EGFR mengubah pengikatan EGF ekstraseluler menjadi sinyal proliferasi dan kelangsungan hidup intraseluler melalui…
Jalur Sinyal PI3K/AKT/mTOR
Jalur PI3K/AKT/mTOR mengintegrasikan sinyal faktor pertumbuhan, nutrisi dan energi untuk mengatur kelangsungan hidup sel, pertumbuhan dan saya…