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DNA修复基石指南

同源重组修复

当姐妹染色单体可用作模板时,同源重组 (HR) 主要修复 S/G2 中的 DNA 双链断裂。尽管没有修复过程实际上是无错误的,但它通常比末端连接路径具有更高的保真度。 BRCA1、PALB2、BRCA2 和 RAD51 在不同的步骤发挥作用。 HR 功能的丧失可能会留下基因组疤痕,并可能造成 PARP 抑制剂的脆弱性,但“BRCAness”、HRD 检测结果和治疗益处是相关的,而不是可以互换的概念。

快速解答

HR 从 MRN 的 DSB 检测开始,它招募 ATM 并促进 5'→3' DNA 末端切除,以生成 3' 单链 DNA (ssDNA) 突出端。 RPA 覆盖 ssDNA 以防止二级结构形成。 BRCA1(通过泛素/RAP80级联招募)与 PALB2 桥接,PALB2 招募 BRCA2。 BRCA2 取代 RPA 并将 RAD51 单体加载到 ssDNA 上,形成核蛋白丝。 RAD51-ssDNA 丝对同源双链姐妹染色单体进行链侵入,在解析和连接之前将其用作准确 DNA 合成的模板。

机制概述

HR 从 MRN 的 DSB 检测开始,它招募 ATM 并促进 5'→3' DNA 末端切除,以生成 3' 单链 DNA (ssDNA) 突出端。 RPA 覆盖 ssDNA 以防止二级结构形成。 BRCA1(通过泛素/RAP80级联招募)与 PALB2 桥接,PALB2 招募 BRCA2。 BRCA2 取代 RPA 并将 RAD51 单体加载到 ssDNA 上,形成核蛋白丝。 RAD51-ssDNA 丝对同源双链姐妹染色单体进行链侵入,在解析和连接之前将其用作准确 DNA 合成的模板。

同源重组修复

DNA 双链断裂MRN·CtIP末端切除RPA·BRCA1ssDNA 涂层PALB2·BRCA2RAD51 装载机RAD51股入侵模板定向修复PARP 抑制剂奥拉帕尼·尼拉帕尼
激酶/信号传导癌基因肿瘤抑制剂蜂窝输出抑制

逐步途径

1
DSB 检测和末端切除

MRN 复合体检测 DSB 末端并招募 ATM。 ATM 磷酸化 CtIP,与 MRE11 核酸酶和 BLM/Exo1 解旋酶/核酸酶一起催化 5'→3' DNA 末端切除,产生数百至数千个核苷酸的 3' ssDNA 突出端。

2
RPA 涂层和细胞周期限制

复制蛋白 A (RPA) 覆盖 3' ssDNA 突出端,阻止二级结构并激活 ATR 激酶。 HR 通过 CDK1/2 介导的 CtIP 磷酸化被限制在 S/G2 期,确保在 HR 启动之前存在姐妹染色单体模板。

3
BRCA1 和 PALB2 桥组件

BRCA1(通过 RNF168 泛素级联和 RAP80 招募)通过其卷曲螺旋结构域直接结合 PALB2。 PALB2 作为 BRCA2 的分子桥,使 BRCA2 与 ssDNA 底物共定位。这种三组分组装体 (BRCA1–PALB2–BRCA2) 是 HR 修复复合物的中心支架。

4
BRCA2 的 RAD51 细丝加载

BRCA2(与 DSS1)取代 ssDNA 中的 RPA,并在 ATP 依赖性反应中加载 RAD51 单体,形成右手螺旋 RAD51-ssDNA 核蛋白丝。这种细丝能够在兆碱基距离上搜索同源双链 DNA 序列。

5
链侵入和 D 环形成

RAD51-ssDNA 丝在同源序列处对完整姐妹染色单体进行链侵入,形成置换环(D 环)。 D 环内的 3' ssDNA 末端用作 DNA 合成的引物,使用姐妹染色单体作为无错误模板。

6
DNA 合成、解析和连接

DNA Pol δ/ε 使用姐妹染色单体模板延伸入侵链。在第二末端捕获(双链断裂修复途径)或溶解(合成依赖链退火,SDSA)后,Holiday 连接被 GEN1/MUS81-EME1 解析或被 BLM-TOP3α-RMI1/2 溶解,以高保真度恢复原始序列。

疾病相关性

BRCA1、BRCA2 和其他几个修复基因中的致病性种系变异可产生遗传性癌症倾向,但风险估计因基因、变异、年龄、性别和家族史而异。肿瘤还可能发生体细胞变化或表观遗传沉默,从而损害 HR。基因组疤痕结果描述了肿瘤历史中积累的模式;它与 BRCA 变异不同,不建立遗传,并且可能无法证明 HR 目前不活跃。

治疗意义

PARP 抑制可以通过催化抑制、PARP 捕获和复制相关损伤来利用与 BRCA1/2 丢失和其他同源重组缺陷相关的漏洞。监管适应症因肿瘤、生物标志物、种系或体细胞状态、既往治疗、维持设置和组合而异。仅 HRD 分数或 ATM 变更不应被解释为在这些设置中具有同等效益的证据。

常见问题

DSB 修复的 HR 和 NHEJ 有什么区别?

同源重组 (HR) 通常使用姐妹染色单体作为模板,并且在 S/G2 中最可用。非同源末端连接 (NHEJ) 在没有同源模板的情况下连接 DNA 末端,并在整个细胞周期中更广泛地发挥作用。 HR 通常保真度较高,而末端连接可能会改变连接处的序列;这两种途径都没有被准确地描述为在任何情况下都不会出错。

什么是 PARP 捕获?为什么它与催化 PARP 抑制不同?

催化 PARP 抑制只会降低 PARP 酶活性(NAD+ 消耗)。 PARP 捕获是当前 PARP 抑制剂更具细胞毒性的机制,涉及抑制剂在检测到切口后稳定 PARP1-DNA 复合物,防止 PARP 释放并在 DNA 上形成物理“路障”,当复制叉遇到该路障时,该路障会致命。 Talazoparib 是最有效的 PARP 捕获剂; niraparib 和 olaparib 具有中间捕获作用;尽管具有催化抑制作用,veliparib 的捕获效果较差。

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参考文献

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