BRCA1 Функция гена
Связанная с репарацией ДНК BRCA1
Обзор
Мутации зародышевой линии BRCA1 создают ~70% риска развития рака молочной железы в течение жизни и ~44% риска рака яичников, что лежит в основе наиболее хорошо изученного наследственного ракового синдрома. BRCA1 организует гомологичную рекомбинационную репарацию, соединяя сенсорный комплекс повреждения MRN с загрузкой RAD51 через PALB2-BRCA2. Потеря приводит к образованию характерного геномного рубца (признак 3: крупные делеции, тандемные дупликации), который можно обнаружить с помощью геномных анализов HRD, что позволяет проводить терапию, направленную на биомаркеры, даже без прямого секвенирования BRCA1. Ингибиторы PARP (олапариб, нирапариб) используют синтетическую летальность в опухолях с дефицитом BRCA1; Устойчивость возникает в результате реверсивных мутаций BRCA1, потери комплекса 53BP1/Shieldin и мутаций PARP1 — все это выявляется с помощью жидкой биопсии до клинического прогрессирования.
Молекулярный механизм
Краткое описание механизма
Патогенный вариант BRCA1 зародышевой линии придает наследственную предрасположенность к раку, но сам по себе не устраняет гомологичную рекомбинацию в каждой клетке. Опухоли, которые теряют оставшийся функциональный аллель, могут стать дефицитными по BRCA1, накапливать характерные геномные рубцы и становиться уязвимыми к ингибированию PARP в условиях поддерживаемого заболевания. Устойчивость может возникать несколькими контекстно-зависимыми путями, включая вторичные реверсивные мутации BRCA1 или потерю компонентов пути 53BP1-Shieldin, которые восстанавливают достаточную активность гомологичной рекомбинации для выживания опухоли.
Пошаговый механизм
ATM-опосредованное фосфорилирование гистона H2AX (γH2AX) в DSB рекрутирует MDC1, который усиливает активацию ATM и рекрутирует убиквитинлигазы RNF8/RNF168 E3.
RNF8/RNF168 убиквитинируют гистон H2A в Lys13/Lys15, создавая убиквитиновую метку, распознаваемую RAP80, которая рекрутирует комплекс BRCA1-A (BRCA1-BARD1-ABRAXAS-RAP80) к месту повреждения.
Гетеродимер BRCA1-BARD1, стабилизированный взаимодействием BARD1, обладает активностью убиквитинлигазы E3 и способствует резекции концов ДНК, противодействуя 53BP1-опосредованному NHEJ, благоприятствуя HR.
BRCA1 напрямую связывает PALB2 через свой спиральный домен. Затем PALB2 соединяет BRCA1 с BRCA2, позиционируя комплекс BRCA2-RAD51 на удаленном 3'-выступе одноцепочечной ДНК.
BRCA2 (с помощью DSS1) вытесняет RPA из оцДНК и загружает RAD51 в качестве нуклеопротеиновой нити. Эта нить RAD51 катализирует инвазию цепи гомологичной матрицы сестринских хроматид.
Синтез ДНК из интактной матрицы с последующей миграцией ветвей и разрешением соединения Холидея восстанавливает исходную последовательность с высокой точностью, завершая репарацию гомологичной рекомбинации.
Регуляторы восходящего потока
Нисходящие цели
Загрузка филамента RAD51 для инвазии прядей и восстановления HR
Резекция конца ДНК для создания 3'-оцДНК для HR
Блокирует NHEJ; обеспечивает соблюдение HR на этапе S/G2
Ключевые посттрансляционные модификации
Активация контрольной точки; взаимодействие с хеликазой BACH1
Требуется для полного владения HR
Субстратное убиквитинирование способствует выбору пути HR
Механизм заболевания
Биаллельная потеря BRCA1 может ухудшить высокоточную HR и сместить репарацию двухцепочечных разрывов в сторону более подверженных ошибкам процессов, вызывая геномную нестабильность, которая способствует развитию опухоли. Ингибиторы PARP используют многочисленные уязвимости в клетках с дефицитом HR, включая захват PARP и повреждение ДНК, связанное с репликацией; эта биология более сложна, чем абсолютная зависимость от восстановления однонитевых разрывов. Пути устойчивости включают реверсивные мутации BRCA1, которые восстанавливают рамку считывания, потерю компонентов 53BP1 или шилдина, изменение защиты репликационной вилки, изменения оттока лекарственного средства и изменения PARP1. Их частота зависит от типа опухоли, истории лечения и анализа. Поскольку реверсии, восстанавливающие HR, могут приводить к перекрестной резистентности как к ингибиторам PARP, так и к платине, выявление реверсии само по себе не оправдывает переход на платину; Интерпретация лечения требует точного описания заболевания и клинического контекста.
Ссылки на базу данных
Ключевые пути
- ·Гомологичная рекомбинация
- ·Контрольная точка повреждения ДНК
- ·Путь анемии Фанкони
- ·Убиквитин-опосредованный протеолиз
- ·Синтетическая летальность ингибитора PARP
Ассоциации заболеваний
- ·Наследственный рак молочной железы
- ·Наследственный рак яичников
- ·Трижды негативный рак молочной железы (спорадический BRCA1)
Исследовательская деятельность
BRCA1 является активно изучаемым объектом: около 100+ Клинические исследования, в которых упоминается об этом, в настоящее время набирают набор на ClinicalTrials.gov. Испытательная деятельность отражает исследовательский интерес, а не доказанную пользу — дизайн, конечные точки и группы населения сильно различаются.
Отслеживание испытаний BRCA1
Новые и измененные онкологические исследования, кратко изложенные простым языком каждый день.
Функциональные партнеры
Общие вопросы о BRCA1
Какую роль играет BRCA1 в репарации ДНК?
BRCA1 необходим для гомологичной рекомбинации (HR), высокоточного пути восстановления двухцепочечных разрывов ДНК. Он образует комплекс репарации, включающий PALB2, BRCA2 и RAD51, в местах повреждения, используя интактную сестринскую хроматиду в качестве матрицы для точной реконструкции нарушенной последовательности.
Означает ли мутация BRCA1, что вы заболеете раком?
Мутация BRCA1 значительно повышает риск рака, но не гарантирует его. Носители сталкиваются с примерно 50–70% риском рака молочной железы в течение жизни и 40–45% риском рака яичников по сравнению с 12% и 1,2% соответственно в общей популяции — значимая разница, но не бесспорная уверенность.
Как ингибиторы PARP используют мутации BRCA1?
Ингибиторы PARP (олапариб, нирапариб) используют синтетическую летальность: клетки с дефицитом BRCA1 уже не способны выполнять гомологичную рекомбинацию, а ингибирование PARP блокирует резервный путь восстановления одноцепочечного разрыва. Опухолевые клетки накапливают летальные повреждения ДНК, которые они не могут восстановить, в то время как нормальные клетки с неповрежденной HR выживают.
В чем разница между BRCA1 и BRCA2?
Оба белка функционируют в гомологичной рекомбинации, но BRCA1 в первую очередь координирует передачу сигналов о повреждении и этапы раннего восстановления, тогда как BRCA2 непосредственно загружает рекомбиназу RAD51 на одноцепочечную ДНК в месте разрыва. Клинически мутации BRCA1 несут более высокий риск рака яичников, чем BRCA2.
Что такое дефицит гомологичной рекомбинации (HRD) и как он используется в клинической практике?
HRD описывает неспособность опухолевых клеток восстанавливать двухцепочечные разрывы ДНК путем гомологичной рекомбинации. Хотя мутации BRCA1/2 являются наиболее известной причиной, HRD также возникает в результате мутаций в генах PALB2, RAD51C, RAD51D, BRIP1 и других HR. Геномные анализы HRD (Myriad myChoice CDx, FoundationOne CDx) измеряют три признака геномных рубцов: потерю гетерозиготности (LOH), теломерный аллельный дисбаланс (TAI) и крупномасштабные переходы состояний (LST). Эти рубцы накапливаются, потому что клетки с дефицитом HRD не могут правильно восстанавливать DSB. HRD-положительный статус, определяемый как совокупный показатель геномной нестабильности выше порогового значения, предсказывает пользу ингибитора PARP даже у пациентов без обнаруживаемых мутаций BRCA1/2, что расширяет возможности применения олапариба и нирапариба при раке яичников.
Что такое сигнатура 3 BRCA1 и почему это важно?
Мутационная сигнатура 3 (классификация COSMIC) характеризуется специфическим паттерном замен и инделей — преимущественно переходов C>T и высокой долей крупных делеций — которые накапливаются в клетках, лишенных гомологичной рекомбинации. Он генерируется, когда клетки с дефицитом HR прибегают к подверженным ошибкам путям восстановления (NHEJ, MMEJ) для DSB. Сигнатура 3 выявляется в опухолях с мутациями BRCA1 или BRCA2, а также в опухолях HRD, вызванных другими изменениями гена HR, и может присутствовать даже тогда, когда причинная мутация BRCA не обнаруживается при секвенировании (например, из-за эпигенетического молчания BRCA1). Клинически статус Signature 3 все чаще используется в качестве суррогатного биомаркера чувствительности к платине и ингибиторам PARP.
Как развивается резистентность к ингибитору PARP при BRCA1-мутантном раке и каковы последующие варианты?
Устойчивость к ингибитору PARP в опухолях с мутацией BRCA1 в первую очередь возникает за счет восстановления HR: реверсивные мутации BRCA1 (~ 25–30% случаев) создают внутригенные делеции или замены, которые восстанавливают рамку считывания BRCA1 и частичную функцию HR; потеря компонентов комплекса 53BP1 или шилдина сдвигает репарацию DSB обратно в сторону HR-подобных путей без восстановления BRCA1; Мутации PARP1 уменьшают захват PARP. После неэффективности ингибитора PARP варианты включают: химиотерапию на основе платины (использует тот же HRD, но через другой механизм, проявляя активность примерно в 40% случаев резистентности к ингибитору PARP с мутацией BRCA1), ингибиторы CDK12 (исследуются) и клинические испытания, направленные на конкретные механизмы резистентности, обнаруженные в жидкой биопсии.