DNA-repair , Double-strand-break, DSB

Kun DNA vaurioituu säteilystä, generoituu kahden säikeen vaurio ja tämä aktivoi DNA-PK entsyymin, DNA-proteiinikinaasin, josta seuraa PKB entsyymin seriinin numero 473 fosforyloituminen. Oletettavasti PDK1 entsyymi fosforyloi toisen aminohappotähteen TT308 PKB-entsyymissä tuman alueella.

DNA-PK entsyymissä Ku70/Ku80 kompleksi toimii DNA kaksoisvaurioon kohdistavana alayksikkönä DNA-PK:n katalyyttiselle alayksikölle DNA-PKcs.

Kaksoissäikeen vauriossa DN-PK sallii tuman alueella PKB entsyymin aktivoitumisen., mikä taas indusoi solun elossapysymisen todennäköisesti ainakin osittain vaikuttamalla p53( "Genomin suojelijan") säädeltävien geenien transkriptioon, kuten p21 transkriptioon.

Tämä tapahtuu siten, että PKB inaktivoi GSK2:n tumassa ja siitä seuraten Mdm2 määrä laskee, jolloin kertyy p53 ja p21 säätyy ylös. Tästä indusoituu solusyklin pysähtymä ja epäsuorasti solun elinkyvyn edistäminen.

DNA-PK entsyymistä riippuvalla tavalla proapoptoottisen transkriptiotekijän FoxO4 fosforyloidut määrät nousevat johtaen FoxO4 aktiviteetin vähenemiseen. Tässä asiassa on vielä kyseenalaista, onko nukleaarinen PKB S473 fosforylaatio mTORC2:lla ja DNA-PK:lla riippuvainen PI(3,4,5)P3:sta (epäilen että ei ole, koska on tuma-alue kyseessä), niin kuitenkin PKB:n täsmällinen säätyminen spesifisellä upstream S473 kinaasilla eri stimuluksista, ja eri sijaintikohdissa tekee oman osansa PKB signaloinnin spesifisyyteen. Eri tavoilla aktivoituneet PKB muodot saattavat täten säädellä lukuisia kohteitaan spesifisin tavoin, mikä valaisee tämän PKB entsyymin teitten monimutkaisuutta.

Ajatukset ovat C Rommel et al. kirjasta(2010) Phosphoinositide 3-kinase in Health and Disease. S.35.

Myös internet antaa tästä artikkelin:

Mol Cell. 2008 Apr 25;30(2):203-13. PKBalpha/Akt1 acts downstream of DNA-PK in the DNA double-strand break response and promotes survival.

Bozulic L, Surucu B, Hynx D, Hemmings BA.

Source

Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research, Maulbeerstrasse 66, 4058 Basel, Switzerland.

Abstract

Protein kinase B (PKB/Akt) is a well-established regulator of several essential cellular processes. Here, we report a route by which activated PKB promotes survival in response to DNA insults in vivo. PKB activation following DNA damage requires 3-phosphoinositide-dependent kinase 1 (PDK1) and DNA-dependent protein kinase (DNA-PK). Active PKB localizes in the nucleus of gamma-irradiated cells adjacent to DNA double-strand breaks, where it colocalizes and interacts with DNA-PK. Levels of active PKB inversely correlate with DNA damage-induced apoptosis. A significant portion of p53- and DNA damage-regulated genes are misregulated in cells lacking PKBalpha. PKBalpha knockout mice show impaired DNA damage-dependent induction of p21 and increased tissue apoptosis after single-dose whole-body irradiation. Our findings place PKB downstream of DNA-PK in the DNA damage response signaling cascade, where it provides a prosurvival signal, in particular by affecting transcriptional p21 regulation. Furthermore, this function is apparently restricted to the PKBalpha isoform.

PMID:

18439899

[PubMed - indexed for MEDLINE]

DNA:n korjaantuminen suoraa entsyymillä

Taustaa tekijöistä jotka vahingoittavat DNA:ta

Röntgensäteet, vapaat radikaalit, alkyloivat aineet ja spontaanireaktiot

aiheuttavat urasiilin muodostusta, abaasisen kohdan, 8-oxoguaniinia, ja yhden säikeen katkeamaa ( single strand break).

Näitä korjaa BER –järjestelmä , joka tarvitsee DNA-glykosylaaseja, APE1 endonukleaasia, DNApolymeraasi betaa ja XRCC1-DNA-ligaas1:tä. BER järjestelmässä on varsinaista DNA:n synteesiä jo mukana, mutta on olemassa myös suoran reversion järjestelmä, missä ei ole varsinaista DNA-synteesiä (replikaatiota) vielä mukana, vaan asia on entsymaattisella tasolla nikkaroimista.

”Direct Reversal” on tämän suoran korjauksen nimi

Tunnetaan neljä eri DNA-vaurion suorakorjausjärjestelmää.

• Photolyase, fotolyaasientsyymi korjaa UV-säteilyn aiheuttaman vaurion pyrimidiinidimeerissä valosta riippuvassa reaktiossa. Tämä korjaus tapahtuu bakteerilla, mutta ei ihmisellä.

• DNA ligaasi korjaa yksinkertaisen DNA mutkan.

Ihmissoluissa on useita DNA-ligaaseja, joilla on erilaisia tehtäviä niin DNA::n korjauksessa kuin monimutakisemmassa replikaatiossa. (Esim. Polymeraasi beeta on interaktiossa DNA-ligaasi I:n kanssa suoraan ja epäsuoralla tavalla taas XRCC1:n välityksellä . (1996). DNA-ligaasi III alfa muodostaa stabiilin kompleksin XRCC1:n kanssa ja on interaktiossa myös PARP1 ja PARP2:n kanssa.

Nämä molemmat proteiinit ovat interaktiossa keskenään ja polymeraasi beetan kanssa ja samalla tekevät linkin DNA ligaasi IIIalfan ja Base Excision Repair (BER)- ja single -strand break repair- mekanismeihin, koska XRCC1 ja PARP ovat jälkimmäisessä osallisia.

Suurin osa short patch repair- tapahtumista saadaan täydellisesti suoritetuksi DNA-ligaasi IIIalfa/XRCC1- kompleksilla.

DNA-ligaasi IIIalfa ei ole assosioitunut replikaatiofokuksiin eikä ole BER:ssä mukana , jos se tapahtuu lähellä replikaatiohaarukkaa) .

Poikkeavat metylaatiot DNA:ssa korjataan BER-systeemillä ja suoralla korjauksella joko metyylitransferaasilla tai oksidatiivisella demetylaasilla, joka on AlkB-tyyppiä.

• Metyylin poistajat, MGMT, O-metylguanine-DNA-methyltransferase

http://www.mgmt-agt.net/mgmt-function.JPG

Tämä entsyymi siirtää metyylin tai muun yksinkertaisen alkyyliryhmän O6-alkyyliguaniinista (O6-mG) tai O4-alkyylithymiinistä omaan cysteiiniinsä, jolloin entsyymi itse inaktivoituu vapauttaessaan nukleotidin. Tämä entsyymi luo soluissa resistenssiä Guaniinia O6-alkyloivien aineitten sytotoksisuutta vastaan. (Toisaalta solut voidaan tehdä herkiksi alkylaatiolle alentamalla tämän MGMT-entsyymin vaikutusta).

Jos O6-mG ei korjaannu, seuraa ”mismatch” thymiiniin päin (T) ja silloin joutuu mismatch repair ( MMR)- systeemi triggeröitymään ja apoptoosi voi seurata.

• Alkyylin irrottajat AlkB, hABH12, hABH3 ( human AlkB homologue)

Alkyloitunut DNA voi korjautua siten, että alkyyli voidaan saada irrotettua. Alfa-KG:sta ja raudasta riippuva oxygenaasi hydroxyloi DNA-emäksen alkyyliryhmän, jolloin alfa-KG muuttuu meripihkahapoksi ja alfa-KG:n C5 irtoaa hiilidioksidina Hydroksyloitu metyyli vapautuu spontaanisti formaldehydinä

Tällä korjauksella irtoaisi CH3- ryhmä 1-meA.sta tai 3-meC.stä korjaten adeniinin ja cytosiinin DNA.ssa ja RNA.ssa. Tekijää tai entsyymiä sanotaan AlkB (DNA and RNA), tai hABH12 (DNA) tai hABH3 (DNA and RNA).

Tästä on uutta tietoa vuodelta 2008:

Yang et al. [Nature 452 (2008)

AlkBrakenne DNA-kompleksissa on voitu määrittää, samoin humaani AlkB homologi 2 rakenne (hABH2) käyttämällä crosslinking-strategiaa, jolla on DNA-proteiinikompleksi stabiloitu. AlkB-proteiineilla on samanlainen katalyyttinen domaani, mutta DNA-tunnistusmotiivit ovat erilaisia. AlkB tekee kontaktin pääasiassa vaurioituneesen säikeeseen, mutta hABH2 tekee useita kontakteja molempien säikeitten kanssa . hABH2 luiskauttaa ulos vaurioituneen emäksen ja täyttää tyhjän paikan hydrofobisella aminohappotähteellä, samaan tapaan kuin DNA-glykosylaasit , essentiellisti niin, että DNA-kaksoishelixrakenne ei kierry. Sitävastoin AlkB puristaa niitä emäksiä yhteen, mitkä sijaitsevat irrotettavan emäksen kyljissä siten että irtiluiskahtava emäs joutuu pinon päälle. Tämä odottamaton irrotuskeino ja ero AlkB ja hABH2:n välillä DNA-säiekontaktissa selittää, miksi niillä on eri prioriteetit single strand break ja DSB DNA vaurioissa vastaavasti.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/picrender.fcgi?book=eurekah&part=A79604&blobname=ch4177f2.jpg

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/picrender.fcgi?book=eurekah&part=A79604&blobname=ch4177f4.jpg