BRCA1: гомологичная рекомбинация, наследственный риск и HRD

Сигнальный каскад ATM-BRCA1 при двухцепочечных разрывах ДНК

Когда двухцепочечный разрыв ДНК (DSB) обнаруживается комплексом MRN (MRE11-RAD50-NBS1), киназа ATM быстро активируется и фосфорилирует гистон H2AX (γH2AX) через домены мегабазного хроматина, фланкирующие разрыв. ATM напрямую фосфорилирует BRCA1 по Ser1387 и Ser1423 (внутри домена BRCT), позволяя BRCA1 рекрутировать сайты разрыва по пути γH2AX→MDC1→RNF8/RNF168→убиквитин-H2A→RAP80/ABRAXAS. Эта сигнальная ось ATM → BRCA1 является первым шагом в каскаде гомологичной рекомбинации и молекулярной основой подавления опухоли BRCA1.

ATM также фосфорилирует CHK2 (Thr68), который затем фосфорилирует BRCA1 по Ser988, обеспечивая второй вход киназы, усиливающий активацию BRCA1. Эта избыточная передача сигналов ATM→BRCA1 и ATM→CHK2→BRCA1 обеспечивает надежное рекрутирование BRCA1 даже в контексте частичной потери ATM. Мутации BRCA1 зародышевой линии, которые нарушают домен BRCT (который содержит фосфосерин-связывающие мотивы BRCA1 и является наиболее часто мутируемой областью при BRCA1-ассоциированном раке), специфически отменяют этот ATM-опосредованный рекрутинг, что напрямую связывает потерю функции BRCA1 HR с неспособностью восходящей передачи сигналов ATM задействовать каскад репарации.

Гомологичная рекомбинация: основной путь супрессора опухоли BRCA1

На сайте DSB BRCA1 выполняет две критические функции в каскаде HR. Во-первых, BRCA1 способствует резекции концов ДНК — нуклеолитической деградации от 5’ до 3’, которая генерирует выступы 3’-одноцепочечной ДНК (оцДНК), необходимые для HR, — путем противодействия конкурирующему пути 53BP1-RIF1, который в противном случае направляет разрывы в сторону негомологичного соединения концов (NHEJ). Во-вторых, BRCA1 рекрутирует BRCA2 в сайт разрыва посредством его взаимодействия с PALB2 через спиральный домен BRCA1; Затем BRCA2 загружает рекомбиназу RAD51 на покрытую RPA 3'-оцДНК, обеспечивая инвазию цепи в интактную матрицу сестринской хроматиды для высокоточной репарации.

Потеря функции BRCA1 может сместить репарацию двухцепочечных разрывов в сторону путей, которые с большей вероятностью оставят делеции, перестройки или другие геномные рубцы. Анализы HRD пытаются уловить аспекты этого фенотипа, но платформы используют разные методы и пороговые значения. Оценка HRD сама по себе не идентифицирует причинный ген, не доказывает текущий функциональный дефицит и не устанавливает пользу лечения за пределами популяции и анализа, в котором она была подтверждена.

Синтетическая летальность ингибитора PARP: использование дефекта гомологичной рекомбинации

Терапевтическое использование потери BRCA1 основано на синтетической летальности: одновременном разрушении двух путей клеточного восстановления, которые индивидуально выживают, но летальны в сочетании. Раковые клетки с дефицитом BRCA1 не могут выполнять HR, полагаясь на PARP1-опосредованное восстановление одноцепочечного разрыва (SSB) в качестве основного резерва для повреждений ДНК, связанных с репликацией. Ингибиторы PARP (олапариб, нирапариб, рукапариб, талазопариб) улавливают PARP1 на ДНК в виде стабильных ковалентных комплексов PARP-ДНК в сайтах SSB, а не обеспечивают каталитическое высвобождение после репарации.

Когда репликация сталкивается с повреждением, захватывающим PARP, разрушение вилки может создавать структуры ДНК, которые требуют гомологичной рекомбинации и функций защиты вилки. Таким образом, опухолевые клетки с дефицитом BRCA1 могут быть более уязвимыми, чем клетки, способные к репарации. Тем не менее, нормативные показания различаются в зависимости от рака, зародышевого и соматического статуса, линии терапии, комбинации и сопутствующего теста; механистическая диаграмма не заменяет текущую метку.

Результаты наследственного риска и клиническое наблюдение

Результат по патогенному или вероятно патогенному BRCA1 зародышевой линии может изменить дискуссии о скрининге, вариантах снижения риска и тестировании родственников. Соответствующий план зависит от возраста, пола, личного и семейного анамнеза, предшествующего лечения, репродуктивных целей и местных рекомендаций. NCI рекомендует, чтобы результаты интерпретировались врачом, имеющим образование в области генетики; вариант неопределенной значимости не следует рассматривать как патогенный вариант.

Изменение BRCA1, впервые обнаруженное при тестировании на опухоль, не наследуется автоматически. NCI советует обсудить, целесообразно ли тестирование зародышевой линии, поскольку результат опухоли может быть соматическим или зародышевым. И наоборот, отрицательный результат может быть неинформативным, если неизвестен семейный патогенный вариант. На этой странице не описываются интервалы обследования или хирургическое вмешательство.

BRCA1 против BRCA2: разные роли, разные спектры рака

Хотя и BRCA1, и BRCA2 необходимы для гомологичной рекомбинации, они действуют на разных стадиях. BRCA1 действует выше по течению: он способствует резекции конца DSB с образованием 3'-выступов оцДНК (путем противодействия 53BP1-опосредованному NHEJ) и рекрутирует BRCA2 в сайт разрыва посредством его взаимодействия с PALB2 через спирально-спиральный домен. BRCA2 действует ниже по течению: он напрямую загружает RAD51 на покрытые RPA 3'-выступы оцДНК через восемь повторов BRC и C-концевой RAD51-связывающий домен, обеспечивая инвазию цепи и направленную на матрицу репарацию. Потеря любого белка ухудшает ЧСС, но на механически различных этапах.

Их раковые спектры отражают эти молекулярные роли. Мутации BRCA1 преимущественно предрасполагают к тройному негативному раку молочной железы (TNBC) — примерно 70–80% BRCA1-ассоциированных видов рака молочной железы являются ER/PR/HER2-отрицательными по сравнению с ~15% в общей популяции — и к серозному раку яичников высокой степени злокачественности. Мутации BRCA2 предрасполагают к ER-положительному раку молочной железы, более похожему на спорадическое заболевание, с существенно более высоким риском рака молочной железы у мужчин (~ 7% в течение жизни против 0,1% в общей популяции мужчин) и риском рака поджелудочной железы (~ 5–7% в течение жизни). Мутации зародышевой линии BRCA2 также встречаются примерно в 5% случаев рака простаты и обусловливают более агрессивную биологию заболевания, что объясняет, почему тестирование BRCA2 в настоящее время является стандартом при распространенном раке простаты.

BRCA1 при трижды негативном раке молочной железы и чувствительности к платине

TNBC является наиболее клинически сложным подтипом рака молочной железы, характеризующимся высокой скоростью пролиферативной деятельности, ранним висцеральным метастазированием и отсутствием целевых гормональных рецепторов или амплификацией HER2, что делает химиотерапию основным системным вариантом для большинства пациентов. Мутации зародышевой линии BRCA1 составляют ~ 15–20% TNBC, а метилирование или мутация соматического промотора BRCA1 составляют дополнительные ~ 10–15%, создавая значительную подгруппу «BRCAness» с дефицитом HR за пределами зародышевых носителей. ТНРМЖ с мутацией BRCA1 имеет высокие показатели дефицита гомологичной рекомбинации (HRD) и характерные паттерны геномного рубцевания (крупные делеции, тандемные дупликации), которые служат биомаркерами дефицита HR.

В исследовании OlympiA оценивалось применение олапариба в течение одного года в определенной популяции с зародышевыми вариантами BRCA1/2 и HER2-негативным ранним раком молочной железы высокого риска; первичную публикацию следует использовать для определения критериев приемлемости и результатов. В отдельных метастатических исследованиях изучали олапариб или талазопариб при HER2-негативном раке молочной железы с мутацией BRCA1/2 зародышевой линии. Эти результаты не следует объединять в одно универсальное утверждение о каждом изменении BRCA1 или заболевании.

Ключевые выводы

• ·ATM-киназа активируется в течение нескольких секунд после обнаружения DSB и непосредственно фосфорилирует BRCA1 (Ser1387/1423), инициируя сигнальный каскад ATM→BRCA1. Затем BRCA1 организует гомологичную рекомбинацию вверху, способствуя резекции конца DSB и рекрутированию BRCA2 через PALB2, тогда как BRCA2 действует ниже, непосредственно загружая RAD51 в оцДНК для инвазии цепи.
• ·По оценкам NCI, более чем у 60% женщин с наследственными вредными изменениями BRCA1 или BRCA2 развивается рак молочной железы; Оценки рака яичников различаются для BRCA1 и BRCA2, и их следует читать из датированного источника.
• ·Синтетическая летальность ингибитора PARP использует зависимость клеток с дефицитом BRCA1 от репарации SSB, опосредованной PARP1 - захват PARP превращает SSB в DSB на репликационных вилках, которые не могут быть восстановлены клетками с дефицитом HR.
• ·Доказательства использования ингибитора PARP специфичны для рака, определения биомаркеров, стадии заболевания, предшествующей терапии, режима и нормативных показаний.
• ·Управление наследственными рисками требует ухода, основанного на генетике; результаты только для опухолей, результаты зародышевой линии и варианты неопределенной значимости не должны рассматриваться как эквивалентные.