Recent werk van verschillende groepen heeft de steeds groeiende functionele banden tussen de DNA-schaderespons (DDR) en ciliogenese versterkt. Gezien het feit dat zowel de DDR als de primaire ciliogenese stressresponsmechanismen zijn die onlosmakelijk verbonden zijn met de celcyclus (zie hieronder), dan zijn deze bevindingen misschien niet al te onverwacht in de context van hun biologische functie. Voorts vormen centrioles, die genoomstabiliteit in prolifererende cellen door correcte microtubuleorganisatie en nauwkeurige chromosoomscheiding kunnen helpen regeren, ook het basale lichaam van primaire cilia binnen rustige cellen. Echter, defecten in DDR/genoom stabiliteitsfactoren worden traditioneel geassocieerd met erfelijke kanker-predisponerende ziekten syndromen, terwijl patiënten met ciliopathieën geen verhoogd risico op kankerontwikkeling hebben. Dit maakt recente bevindingen dat de veranderingen in sommige DDR proteã nen voor een subset van menselijke ciliopathies des te intrigerender Causaal zijn. De volgende secties zullen daarom een kort overzicht geven van de recent ontdekte genetische en functionele verbanden tussen DDR en ciliogenese. Wij benadrukken de belangrijkste proteã nen die tot op heden worden geà dentificeerd die dubbele rollen in deze biologische processen hebben.
de respons op DNA-schade en de stabiliteit van het genoom
DNA in cellen wordt dagelijks beschadigd door zowel exogene bronnen zoals UV-straling van de zon of carcinogenen in tabaksrook, als door endogene bronnen, bijv. metabole bijproducten, fouten die tijdens DNA-replicatie worden geïntroduceerd, of door chromosoomsegregatiedefecten tijdens mitose . Om de genomische integriteit te behouden en de accumulatie van potentieel Pro-mutagene laesies binnen het genoom te minimaliseren, zijn geavanceerde moleculaire mechanismen geëvolueerd om de talrijke dagelijkse laesies op te lossen die binnen een cel kunnen voorkomen, bijvoorbeeld DNA-breuken (enkel-en dubbelstrengs), base-en suikerschade aan de DNA-backbone, DNA-en DNA-eiwitkruisverbindingen, base-pair mismatches opgenomen tijdens DNA-replicatie en alkyleringslaesies op verschillende plaatsen van het DNA . Deze processen impliceren hoogst gespecialiseerde reeksen proteã nen en wegen die de opsporing en de reparatie van specifieke letsels bemiddelen, maar vaak overlappende functies tussen de vele verschillende de reparatiewegen van DNA bezitten . De opsporing en de daaropvolgende reparatie van de schade van DNA worden gecoördineerd met de celcyclus door een reeks complexe regelgevende en terugkoppelingsmechanismen die collectief als controlepunten van de celcyclus worden bekend . Dergelijke controlepunten kunnen in diverse stadia van het proces van de celcyclus worden geactiveerd om tijd voor de letsels van DNA toe te staan die alvorens aan het volgende stadium van de celcyclus worden opgelost . Dit is essentieel voor het handhaven van de opeenvolgingsintegriteit van het genoom, aangezien het nalaten om dit proces uit te voeren tot potentiële pro-mutagene laesies kan leiden die tijdens replicatie ‘vast’ zijn en aan dochtercellen tijdens mitotic scheiding van de chromosomen worden doorgegeven . Als de schade aan het genoom voorbij de capaciteit van een cel is om het adequaat te herstellen, dan worden de mechanismen van de celdood teweeggebracht die als definitieve fail-safe dienst doen om de voortplanting en de passage van potentieel pro-mutagene letsels aan dochtercellen te verhinderen . De collectieve term voor het opsporen en vervolgens herstellen van potentieel Pro-mutagene DNA-laesies is de “DNA damage response” (DDR), die, samen met pro-apoptotische mechanismen, fungeert als een kritische barrière voor de ontwikkeling van kanker . Het belang van een intacte DDR in de bestrijding van tumourigenese wordt misschien het best aangetoond door de talrijke menselijke kanker-predisponerende ziekte syndromen die een gevolg zijn van onderliggende mutaties in DDR factoren . Bovendien, is het duidelijk vastgesteld dat er een verhoogd risico van borst of colorectal kanker in individuen met veranderingen in specifieke DDR factoren zoals BRCA1/2 en MSH2, msh6 enz. . Mutaties in genen die coderen voor een overvloed aan DDR-factoren kunnen ook leiden tot een reeks andere erfelijke of sporadische aandoeningen bij de mens met verschillende overlappende klinische fenotypen . De meest voorkomende overlappende klinische eigenschap geassocieerd met mutaties in dergelijke factoren is congenitale microcefalie, mogelijk te wijten aan defecten in neurogenese tijdens het zich ontwikkelende embryo . De snelle celuitbreiding die tijdens dit proces plaatsvindt is vatbaar voor schade van DNA, en vereist ook nauwkeurige asymmetrische celdeling. Mutaties in eiwitten die belangrijke functies hebben in DNA-replicatie, DNA-herstel, centrosoom onderhoud, microtubule regulatie en mitose zijn allemaal Causaal gebleken voor verschillende menselijke microcephalische aandoeningen (zie Tabel 1 voor enkele voorbeelden).
DDR-factoren en centrosomen
het centrosoom fungeert als de belangrijkste plaats van microtubule nucleatie en organisatie in zowel interfasische als mitotische cellen, en vormt de basis van het basale lichaam tijdens ciliogenese (zie hieronder). Het bestaat uit twee orthogonally gepositioneerd, cilindrically gevormde structuren die als centrioles worden bekend, die door een elektron-dichte matrijs genoemd pericentriolar materiaal (PCM) worden omringd en als georganiseerd steiger dienst doet die eiwitwerving aan centrosome vergemakkelijkt. Geassocieerd met PCM zijn talrijke deeltjes genoemd centriolar satellieten, die vele componenten van PCM en andere centrosomal proteã nen bevatten . De vorming, de rijping en de verdubbeling van centrosomes worden geregeld in unison met de celcyclus . Als zodanig, defecten in de progressie van de celcyclus, bijv. na de inductie van de schade van DNA, kan leiden tot veranderingen in de samenstelling en architectuur van centriolaire satellieten en leiden tot centrosome duplicatie fouten . Aangezien de verdubbeling van centrosomes tijdens de G1/S-fasen van de celcyclus voorkomt, kunnen de cellen die persisterende schade van DNA en controlepointactivering en/of replicatiespanning ervaren die de tijd binnen S-fase wordt doorgebracht, tot abnormale centrosome verdubbeling leiden genoemd supernumerary centrosomes . Bovendien, werd onlangs getoond dat sommige centriolar satellieten een interactome samen met centrosomal proteã nen vormen om CDK2 activiteit en efficiënte centriolar verdubbeling te bevorderen .
gezien de belangrijke rol van het centrosoom binnen de cel en de functionele overlap met DDR (zie hierboven), is het misschien niet al te verwonderlijk dat defecten in centrosoom-geassocieerde factoren die in DDR-processen functioneren, aanleiding geven tot een reeks erfelijke aandoeningen bij de mens, waaronder verscheidene microcephalische aandoeningen en ciliopathieën (Tabel 1). Dit omvat voorbeelden van clinicopathologische overlap tussen ciliopathie en microcefalie patiënten , evenals mutaties in het microtubule-regulerende eiwit CENPF die geassocieerd zijn met zowel ciliopathie en microcefalie stoornissen . Daarnaast is er een langdurige verbinding tussen overtollige centrosomen, genoominstabiliteit en kankerontwikkeling en/of-progressie, aangezien overtollige centrosomen een gemeenschappelijk kenmerk zijn van kankercellen . Een functioneel gevolg van abnormaal centrosoomaantal binnen de context van kanker werd onlangs benadrukt door de demonstratie dat centrosoomversterking tot veranderingen van de celadhesie kan leiden die invasieve fenotypes kunnen helpen drijven verbonden aan metastatische kankercellen . Nochtans, is het interessant om op te merken dat zelfs gezien de dubbele rol van vele centrosome-geassocieerde proteã nen binnen ciliogenesis (Tabel 1), en dat cilia-geassocieerde signalerende wegen vaak in kanker dysregulated zijn, is er geen openlijke vereniging tussen ciliopathy en kankerrisico (hieronder besproken).
functionele verbanden tussen de DDR en centrosomen werden eerder afgeleid door de centrosomale lokalisatie van verschillende DDR-factoren, waaronder de DNA-reparatieproteïnen BRCA1, BRCA2, PARP1 en NBS1; de DDR-signaalkinasen ATM, CHK1 en CHK2; en de celcyclus checkpoint en transcriptionele regulator TP53 . Er moet echter worden opgemerkt dat kruisreactiviteit van antilichamen in deze studies niet kan worden uitgesloten zonder grondige reagensvalidatie . Overtuigender mechanistische inzichten in biologische functie komen uit de observatie dat E3 ubiquitin ligase BRCA1 ubiquitylates gamma-tubulin bij centrosomes, wat belangrijk is voor het beperken van centrosome over-duplicatie tijdens s en G2 fasen van de celcyclus die, op zijn beurt, wordt geregeld door nbs1 en de upstream DDR-geassocieerde kinase ATR . Het DDR effectorkinase CHK1 werd aanvankelijk gemeld om ook aan centrosoom te lokaliseren, maar dit werd later bepaald om door een niet-specifieke interactie van het antilichaam chk1 te zijn kruisreagerend met het centrosomal proteã ne ccdc151 . Het is daarom momenteel niet duidelijk hoe CHK1 aan het mechanisme van centrosoomversterking door nbs1 en BRCA1 functies kan bijdragen die beide CHK1 in reactie op de schade van DNA en/of replicatiespanning kunnen activeren . Nochtans, is de functie CHK1 sindsdien getoond om belangrijk te zijn voor het regelen van uitbreiding van PCM , een proces dat is getoond om de groei van dochter centrioles te beà nvloeden . Bovendien, kan CHK1 samen met de centrosomal proteã ne MCPH1 (Tabel 1) mitotic ingang controleren . Interessant is dat veranderingen in de mcph1-expressie in verband zijn gebracht met zowel borst-als ovariumkankergraad, wat een gevolg kan zijn van een verhoogde celdeling bij tumoren van hogere kwaliteit . De veranderingen in of centrioleduplicatie in S-fase toe te schrijven aan PCM-uitbreiding of de ongepaste timing van de celcyclus zouden daarom mechanismen kunnen zijn waardoor de veranderingen in chk1-functie centrosome integriteit zouden kunnen beà nvloeden, hoewel de verdere studies om deze kwesties aan te pakken duidelijk nodig zijn.
interacties tussen centrosoom-geassocieerde en DDR-eiwitten kunnen ook optreden als reactie op exogene stress. Het centrosomale en ciliogenese-bevorderende eiwit CEP164 (Tabel 1) wordt bijvoorbeeld gefosforyleerd door de DDR-geassocieerde kinasen ATM en ATR als reactie op verscheidene genotoxische spanningen, waar het helpt een G2/M-schadecontrolepunt vast te stellen en celdelingprocessen te reguleren . Van CEP164 is ook aangetoond dat het zich her lokaliseert naar plaatsen met UV-geïnduceerde schade en is vereist voor efficiënte cellulaire reacties op UV-geïnduceerde DNA-schade . Het is momenteel echter niet duidelijk of dit een specifieke reactie is op UV, of een meer algemene reactie op replicatieblokkerende laesies en/of inductie van P38-gemedieerde stresssignaalwegen. Het is interessant op te merken dat de centriolaire kernfactor centrin 2 zowel centriolaire lokalisatie als een belangrijke kerncomponent heeft. Laatstgenoemde reageert functioneel op UV-veroorzaakte schade van DNA en werkt fysiek in wisselwerking met XPC om efficiënte reparatie van UV-veroorzaakte laesies van DNA te bevorderen . De recente studies suggereren dat ATM als veelzijdig eiwitkinase tijdens cytoplasmic signalerende processen ook kan dienst doen , en ATM kan daarom een “niet-canonical DDR” ciliaire rol hebben die genoomstabiliteit handhaaft en cellulaire reacties op diverse andere cellulaire spanningen bemiddelt. Inderdaad, zijn er een aantal centrosome-geassocieerde proteã nen die gekend of voorspelde in vivo substraten van de DDR-geassocieerde kinases ATM, ATR en DNA-PKcs zijn, die centrosomal en ciliary proteã NEN zoals ninein, PCM1 en INPP5E omvatten . Een ander voorbeeld van een centrosoomproteã ne die een direct substraat van DDR-kinases is is CEP63 (Tabel 1), die door ATM en ATR wordt gefosforyleerd om mitotic assemblage van de as te bevorderen , en is getoond om centrioleduplicatie , potentieel door centrosomal CDK-activiteit te regelen . In tegenstelling tot CEP164 moet echter nog een directe rol voor CEP63 in cellulaire respons op DNA-schade worden opgehelderd. Bovendien, hoewel niet direct geassocieerd DDR kinase, de kinase Aurora a regelt mitotic ingang en uitgang evenals cilium demontage . Één van de substraten van Aurora A is mitotic kinase PLK1 dat cilia demontage ook kan bevorderen en om in de terugwinning van de controlepost van de celcyclus na de schade van DNA is getoond te functioneren . Consistent met deze bevindingen is werk van verschillende groepen die de APC verbinden, die mitotische progressie coördineert in reactie op DNA-schade en replicatiestress, aan ciliogenese . Tot slot hebben wij onlangs aangetoond dat sommige centriolaire satellietproteã nen dubbele rollen in het bevorderen van ciliogenese en het verhinderen van de accumulatie van schade van DNA binnen de cel hebben .
de hier gemarkeerde voorbeelden (zie Tabel 1 voor aanvullende voorbeelden) tonen zowel fysische als functionele interacties tussen DDR centrosomale eiwitten, waarvan vele de ciliogenese controleren. De meerderheid van interactie tussen de DDR en centrosome proteã nen impliceert of het regelen van centrosome verdubbeling door de celcyclus, of het regelen van nauwkeurige timing van mitotic ingang door het lichaam van de aspool. Dergelijke kruisverwijzing tussen deze processen kan daarom belangrijk zijn voor het stimuleren van trouwe celdeling tijdens de vroege ontwikkeling, zoals blijkt uit het voorbeeld van microcephalische aandoeningen, en kan ook verband houden met ongecontroleerde celdeling tijdens tumorprogressie en/of ontwikkeling. Verdere opheldering van de functionele connectiviteit tussen deze cellulaire processen zou nieuwe inzichten moeten opleveren in een aantal erfelijke en sporadische aandoeningen bij de mens (Tabel 1).
de cellulaire rol van trilharen van zoogdieren
primaire trilharen zijn organellen op basis van microtubuli die extracellulaire signalen op vele celtypen detecteren en transduceren tijdens de G1/G0-fase van de celcyclus . Trilharen hebben een complexe ultrastructuur met compartimentering van moleculaire componenten die zich combineren in functionele modules. Het verlies of de verandering van deze componenten kunnen ciliaire functies zoals de controle van eiwitingang en uitgang van cilium, verordening van signalerende cascades en controle van de celcyclus verstoren. In het bijzonder, is de ciliaire overgangszone voorgesteld als een hub die bemiddelt en paracrine signaleert tijdens embryonale ontwikkeling en weefselmorfogenese, met inbegrip van de SHH, WNT en inkeping signalerende wegen integreert . Een gemeenschappelijk mechanisme voor het reguleren van deze routes lijkt de discrete compartimentering van signaalcomponenten naar het cilium te zijn. Als paradigma voor andere wegen, transloceert Smo, de co-receptor en de transducer voor SHH, in en activeert dan de transcriptiefactoren van GLI binnen het cilium . De canonieke signalering van WNT / β-catenine wordt ook beperkt door compartimentering van de Signaalcomponent Jouberine van WNT, waardoor de translocatie van β-catenine uit de buurt van de kern en in het cilium wordt gewaarborgd . Beurtelings, wordt het signaleren van de inkeping voorgesteld om een modulator van ciliaire SHH signaleren te zijn door de ciliaire translocatie van Smo te regelen . Meer recent is aangetoond dat de signaalwegen mTOR , Hippo , TGFß en PDGF allemaal worden gereguleerd door middel van ciliaire-afhankelijke mechanismen, met diverse gevolgen voor celproliferatie en-grootte, differentiatie, autofagie, apoptose en tumourigenese. Het is momenteel onduidelijk in welke mate om het even welk van de ciliary-verwante signalerende wegen DDR moduleren, hoewel een recente studie heeft voorgesteld dat de receptor Notch1 aan de activiteit van DDR-geassocieerde kinase ATM bindt en negatief reguleert , en deel van een interactome met andere DDR-geassocieerde factoren kan zijn . Het zal daarom interessant zijn om te bepalen welk effect eventuele verdere verbindingen tussen de Notch1 receptor en ATM hebben op ciliogenese. Uit deze studies, verbinden de gerapporteerde verbindingen tussen centrosomale en ciliaire proteã nen met DDR de processen van cilium biogenese en demontage met de mitotische en S-fase Checkpoint wegen die mislukkingen in DNA replicatie en chromosoomtransmissie controleren. De verstoring van deze ciliaire processen kan daarom ontregelde celproliferatie toestaan, een kenmerk van alle kankers. Omgekeerd, heeft het recente werk tot de groeiende erkenning geleid dat de veranderingen van replicatietijd en de vooruitgang, die tot replicatiestress en activering van DDR leiden, eigenschappen van sommige nier ciliopathies zijn .
Systeembiologiebenaderingen hebben een wijdverbreide rol aangetoond voor spliceosoomeiwitten en andere mRNA-verwerkingsfactoren bij het voorkomen van DNA–schade, die in sommige gevallen werd veroorzaakt door afwijkende RNA-DNA-structuren . Veel van dezelfde spliceosome en mRNA-verwerkingscomponenten, met inbegrip van die gemuteerd in geërfde vormen van de retinale degeneratievoorwaarde retinitis pigmentosa, werden ook geà dentificeerd in een recent omgekeerde genetica scherm voor genen en wegen die ciliogenese regelen . Verlies van primaire cilia is ook waargenomen in tumoren van vele kankers, met inbegrip van borstkanker en niercelcarcinomen , het aanzetten van suggesties dat de cilium een “tumor suppressor organelle”kan zijn. Bijvoorbeeld, familiale adenomateuze polyposis (fap of Gardner syndroom), een geërfde WNT-afhankelijke kanker, kan worden gemedieerd door een ciliair-afhankelijk mechanisme . Echter, de mechanistische details om deze waarnemingen te verklaren blijven onbekend, dus het is onduidelijk of cilia verlies bijdraagt aan of slechts een gevolg is van de nucleaire gebeurtenissen van replicatie stress en geactiveerde DDR.
het is ook belangrijk om te beseffen dat signaalwegen meerdere rollen hebben in het handhaven van normale homeostase van volwassen weefsels die verschillend zijn van de ontwikkelingssignalering tijdens de embryogenese. De rol van primaire cilia in ontwikkeling SHH signaleren is goed gevestigd, maar deze weg regelt ook de overleving en de proliferatie van de populaties van de weefselvoorouder en de stamcel . Deze mitogenic rollen kunnen verklaren waarom abnormale activering van de canonical SHH signalerende weg, hetzij door activerende veranderingen in wegcomponenten of door ligandproductie in een autocriene mechanisme, predisponeert voor kanker in vele verschillende weefsels, met inbegrip van medulloblastoma, glioblastoma en basaalcelcarcinoom . Of primaire cilia essentieel zijn voor de mitogene rollen van SHH is momenteel onduidelijk. Bijvoorbeeld, wordt de tumourigenesis veroorzaakt door het activeren van veranderingen in de SHH co-receptor Smo verminderd als cilia worden ablated, terwijl het ciliaverlies tumourigenesis verhoogde door geactiveerde GLI2, een transcriptional effector van het SHH signaleren wordt veroorzaakt . Echter, de complexe mitogene rollen van SHH bieden een verklaring van waarom er geen duidelijke toename van de incidentie van kanker bij ciliopathy patiënten.
opkomende genetische en functionele verbanden tussen de DDR en primaire cilia
onlangs is aangetoond dat in prolifererende cellen verschillende centriolaire satellieteiwitten opnieuw gestructureerd zijn na exogene spanningen zoals UV, die op hun beurt remmende signalen onderdrukken en ciliogenese vergemakkelijken . Op dezelfde manier kan stress-veroorzaakte autophagy de samenstelling van centriolaire satellieten beà nvloeden om ciliogenese te bevorderen . Omgekeerd, helpt spanning die door de primaire cilium signaleren autophagy regelen door de vorming van autophagosome te bevorderen . Wij hebben ook aangetoond dat sommige centriolaire satellietproteã nen handelen om ciliogenese evenals genoomstabiliteit te bevorderen , die gedeeltelijk door regulering van de samenstelling van centrosome en centriole verdubbeling door CDK2 activiteit kan zijn . De spanningssignalen die van DNA-schade uitgaan kunnen intra-of intercellulair zijn door een verscheidenheid van mechanismen die cel–celcontacten en/of extracellulaire signalering impliceren collectief bekend als ‘omstander-effecten’ . Het samenspel tussen DDR en primaire cilia kan daarom zowel interne functionele interactie tussen DDR en centriolaire/basale lichaamsproteã nen, als externe signalen van naburige cellen impliceren. De laatste jaren hebben opkomende functionele verbindingen tussen autophagy en DDR gezien, waar autophagy het cellot na de schade van DNA vergemakkelijkt en ook helpt genoominstabiliteit verhinderen om tumourigenesis te bestrijden . Interessant, kunnen de autophagyprocessen ook ontvankelijk zijn voor de schade-veroorzaakte omstander gevolgen van DNA, die zowel intra – als intercellular spanning signaleren vergemakkelijken. Dit complexe samenspel tussen deze cellulaire stress-responsieve mechanismen heeft potentiële implicaties voor ciliopathieën en microcephalic wanorde, evenals voor kanker .
naast de hierboven gegeven voorbeelden die fysieke en functionele verbanden tussen DDR en centrosomale eiwitten aantonen, heeft onderzoek van verschillende groepen directe genetische en functionele verbanden tussen DDR en ciliogenese aangetoond (tabellen 1, 2). Zoals hierboven vermeld, wordt het pro-ciliogenese centrosomale eiwit CEP164 gereguleerd door DDR-kinasen en bevordert het cellulaire reacties op UV-geïnduceerde DNA-schade . Meer recent werd aangetoond dat homozygote recessieve mutaties in CEP164 Causaal waren voor een subgroep van nefronofthisis-gerelateerde ciliopathieën, waarbij mutante zebravismodellen zowel ciliopathische fenotypen als inefficiënte reacties op DNA-schade vertoonden . Voorts toonde deze studie ook aan dat NPHP10 (ook als SDCCAG8 wordt bekend), die gewoonlijk bij centrosomen verblijft, opnieuw gelokaliseerd aan nucleaire foci in reactie op DNA-schade , en een volgende studie heeft gesuggereerd dat deficiëntie in NPHP10 (of in celmodellen of in cellen afgeleid van knock-out muizen) tot verhoogde niveaus van DNA-schade en de activering van het controlepunt van de celcyclus leidt . In overeenstemming met een gevestigde functionele rol voor sommige leden van de NEK kinase familie in zowel DDR en ciliogenese , werd onlangs gemeld dat de ciliopathie-geassocieerde kinase nek8 (Tabel 1) belangrijk is bij het beheersen van cellulaire reacties op replicatiestress via de DDR kinase ATR en het beperken van CDK activiteit om de vorming van DNA-breuk te onderdrukken . Wat verrassender is, gezien de niet-overlappende klinische fenotypes van nek8-geassocieerde ciliopathieën en ATR-geassocieerde Seckel-syndroom patiënten, is dat cellen die een ciliopathy-geassocieerde kinase mutant nek8 tot expressie brengen een toename hadden in DNA-schade en celcyclusdefecten, en dat de nieren van nek8-mutante muizen DNA-schade opstapelden . Bovendien is het centrosomale eiwit CEP290, gemuteerd in een reeks ciliopathieën waaronder het syndroom van Joubert, ook betrokken bij de regulering van DNA-replicatiestress en DDR (Tabel 1), wat erop wijst dat chronische replicatiestress een belangrijke factor kan zijn bij de ontwikkeling van sommige ciliopathieën . Net als in het nek8-onderzoek hadden cellen die mutant CEP290 tot expressie brachten ook een ongepaste CDK-activiteit. Weefselspecifieke replicatiestress in bepaalde genetische achtergronden kan daarom een gemeenschappelijk mechanisme zijn dat de ontwikkeling van een subset van ciliopathieën drijft, en suggereert dat CDK een potentieel therapeutisch doel voor dergelijke ziekten kan zijn .
Het is intrigerend dat de studie identificeren CEP164 mutaties als oorzakelijke voor een subset van nephronophthisis-gerelateerde ciliopathies ook geïdentificeerd oorzakelijke mutaties in MRE11 (Tabel 2). MRE11 interageert stoichiometrisch met RAD50 en NBS1 (die het zogenaamde MRN-complex vormen) om belangrijke functies van DNA-reparatieprocessen te vergemakkelijken . Specifiek, Kiem-lijn veranderingen in NBS1 of MRE11 leiden tot de kanker-predisponerende erfelijke wanorde Nijmegen breuk syndroom en ataxie-telangiectasia-achtige wanorde (ALTD), respectievelijk . Verder is aangetoond dat MRE11 functioneert als een barrière voor tumourigenese , en erfelijke heterozygote mutaties in MRE11, NBS1 of RAD50 worden geassocieerd met een laag intermediair penetrantierisico op borstkanker . Het is momenteel onduidelijk hoe en waarom specifieke mutaties in MRE11 in het bijzonder kunnen leiden tot ciliopathieën. Dit roept interessante vragen op over de vraag of mutaties in andere leden van het belangrijkste DDR-geassocieerde MRN-complex (MRE11-RAD50-NBS1), mutaties die erfelijke kankersyndromen veroorzaken , ook kunnen leiden tot andere nier-retinale ciliopathieën. Misschien nog verrassender was de recente ontdekking dat mutaties in de Fanconi-anemie en kankergeassocieerde nuclease FAN1 (Tabel 2; ) kunnen leiden tot een subgroep van karyomegale interstitiële nefritis-type ciliopathieën . Aangezien dit enzym betrokken is bij het herstel van DNA-laesies die DNA-replicatie blokkeren, stelde de studie voor dat defecte nuclease-activiteit binnen bepaalde organen cellulaire senescentie zou kunnen veroorzaken na verhoogde blootstelling aan genotoxines (misschien als gevolg van een verhoogd actief metabolisme). Dit scenario kan vergelijkbaar zijn met de voorgestelde verhoogde replicatiestress die wordt waargenomen in de nieren van zowel CEP290-als nek8-deficiënte muizen (zie hierboven). Hoewel dit een mechanisme kan zijn waardoor FAN1 mutaties kunnen leiden tot ciliopathieën, kan de onderliggende biologie ingewikkelder zijn, vooral gezien het feit dat fenotypen geassocieerd met karyomegale interstitiële nefritis-type ciliopathieën niet duidelijk zijn bij patiënten met Fanconi anemie (FA). Dergelijke phenotypic discrepantie kan ook, gedeeltelijk, toe te schrijven aan de redundantie binnen de wegen zijn die functioneren om de replicatie-belemmerende letsels van DNA op te lossen .
naast deze genetische studies hebben verschillende groepen ook functionele verbanden met ciliogenese ontdekt voor eiwitten die traditioneel geassocieerd worden met de DDR. Een voorbeeld hiervan is de recente bevinding dat ATR lokaliseert aan het basale lichaam in muizenfotoreceptorcellen (Tabel 2), en belangrijk is voor ciliogenese tijdens het zich ontwikkelende oog . ATR is ook vereist voor ciliaire-gerelateerde sonische egel signalering in vitro en in vivo, maar lijkt grotendeels overbodig voor ciliogenese, in een rol die verschilt van zijn functie in DDR en replicatie . Een andere bevinding is dat de veranderingen in de replicatie van DNA vergunningsfactoren zoals ORC1 (Tabel 2), veroorzakend waren voor het syndroom van Meier–Gorlin van de microcephalic wanorde (MGS) en ook werden getoond om ciliogenese door verminderde SHH-signalering te beà nvloeden . De AAA-ATPase proteã ne VCP / p97, die de lokalisatie van verscheidene DDR factoren bij de plaatsen van de schade van DNA regelt, is getoond om voor ciliogenesis (Tabel 2) worden vereist, wanneer het gelijkaardige functies in het regelen van E3 ligase-gemedieerde ubiquitylation van proteã nen bij het basale lichaam kan uitvoeren . Tot slot is de eiwitatmin , een bindende partner van de belangrijkste DDR-kinase ATM en ook belangrijk voor cellulaire reacties op replicatiespanning, ook getoond om voor ciliogenesis tijdens morfogenesis van zowel de longen als de nieren in het ontwikkelen van muizen door zijn capaciteit als transcriptiefactor belangrijk te zijn om het signaleren van WNT te regelen . Collectief, tonen deze studies zowel genetische als functionele verbanden tussen DDR en ciliogenese aan (Tabel 2).
primaire cilium en kanker bij de mens
in tegenstelling tot deze recente ontdekkingen waarbij DDR-geassocieerde factoren bij humane ciliopathieën betrokken zijn, is de algemene waarneming dat een verhoogd risico of incidentie van kanker over het algemeen niet geassocieerd wordt met humane ciliopathieën. Uitzonderingen zijn het syndroom van Birt-Hogg-Dubé en het syndroom van Von Hippel–Lindau die beide erfelijke nierkankeraandoeningen zijn met enkele klinische kenmerken van ciliopathieën . Bovendien, hoewel de patiënten met polycystic nierziekte goedaardige niercysten als gevolg van een fenotype van de cel overgroei hebben, hebben zij geen verhoogd risico om kanker te ontwikkelen, en kunnen in feite een algemeen verminderd kankerrisico in vergelijking met niet-beà nvloede individuen hebben . Het is niet duidelijk waarom dit het geval kan zijn, maar er is gesuggereerd dat een gelijktijdig verhoogde snelheid van celdood door hetzij apoptotische en/of autofagie mechanismen kan helpen verminderen kankerrisico in getroffen individuen. Een soortgelijk fenomeen is gemeld voor genetische reductie van ATR-activiteit die de tumorgroei van p53-deficiënte tumoren bij muizen beperkt , hoewel bij sommige patiënten met het Seckel-syndroom een verhoogd risico op kanker is gemeld, waarbij ten minste één van deze patiënten een causatief genetisch defect in het ATR-gen heeft . Interessant genoeg is onlangs gesuggereerd dat verhoogde replicatie stress, vergelijkbaar met die vaak gezien in kanker als gevolg van oncogene activering, een fenotype geassocieerd met een subset van ciliopathieën, zoals CEP290-geassocieerd Joubert syndroom . Zo kan het zijn dat een bepaalde mate van tolerantie voor verhoogde replicatiestress nodig is om meer tumorigene fenotypen geassocieerd met DDR-gerelateerde ziekten, die niet wordt geselecteerd tijdens de ontwikkeling van de meeste humane ciliopathieën.
de hier kort genoemde studies leveren overtuigend bewijs voor steeds groeiende genetische en functionele verbanden tussen DDR en ciliogenese. Echter, de discrepanties tussen de fenotypen van DDR-geassocieerde kanker-predisponerende syndromen en ciliopathieën (tabellen 1, 2) passen niet met onze huidige beperkte kennis van hoe deze twee routes met elkaar verbonden zouden kunnen worden. Dit kan het functionele effect weerspiegelen dat elke weg binnen zowel het ontwikkelen als onderscheiden weefsel heeft, evenals hoe de normale of afwijkende wegfunctie zowel pre-kankerletsels als getransformeerde cellen kan beà nvloeden.