viimeaikaiset tutkimukset useista ryhmistä ovat vahvistaneet jatkuvasti laajenevia toiminnallisia yhteyksiä DNA damage Responsen (DDR) ja ciliogeneesin välillä. Koska sekä DDR että primaarinen siliogeneesi ovat stressireaktiomekanismeja, jotka liittyvät erottamattomasti solusykliin (KS.alla), nämä löydökset eivät ehkä ole liian odottamattomia niiden biologisen toiminnan kannalta. Lisäksi centriolit, jotka voivat auttaa hallitsemaan genomin vakautta jakautuvissa soluissa oikean mikrotubulusorganisaation ja tarkan kromosomien erottelun avulla, muodostavat myös primaaristen värekarvojen tyvirungon leposolujen sisällä. DDR: n/genomin stabiilisuustekijöiden viat on kuitenkin perinteisesti liitetty perinnöllisiin syövälle altistaviin tautioireyhtymiin, kun taas ciliopatioita sairastavilla potilailla ei ole lisääntynyttä riskiä syövän kehittymiseen. Tämän vuoksi viimeaikaiset havainnot siitä, että mutaatiot joissakin DDR-proteiineissa ovat syy-seuraussuhteita osajoukolle, ovat sitäkin kiehtovampia. Seuraavat osiot antavatkin lyhyen katsauksen DDR: n ja siliogeneesin äskettäin löydetyistä geneettisistä ja toiminnallisista yhteyksistä. Korostamme tähän mennessä tunnistettuja keskeisiä proteiineja, joilla on kaksoisrooli näissä biologisissa prosesseissa.
DNA-vauriovaste ja perimän stabiilisuus
solujen DNA vaurioituu päivittäin sekä eksogeenisista lähteistä, kuten auringon UV-säteilystä tai tupakansavun sisältämistä syöpää aiheuttavista aineista, että endogeenisista lähteistä, esim. metaboliset sivutuotteet, DNA: n replikaation aikana syntyneet virheet tai mitoosin aikana syntyneet kromosomien erotteluvirheet . Jotta voidaan säilyttää genomin eheys ja minimoida mahdollisesti mutageenisia vaurioita genomin sisällä, kehittyneet molekyylimekanismit ovat kehittyneet ratkaisemaan lukuisia päivittäisiä vaurioita, joita voi esiintyä solussa, kuten DNA-katkoksia (yksi-ja kaksijuosteiset), DNA: n selkärangan emäs-ja sokerivaurioita, DNA: n ja DNA-proteiinin ristisidoksia, DNA: n replikaation aikana syntyneitä emäsparin yhteensopimattomuuksia ja DNA: n eri kohtien alkylaatioleesioita . Nämä prosessit sisältävät pitkälle erikoistuneita proteiineja ja reittejä, jotka välittävät tiettyjen vaurioiden havaitsemista ja korjaamista, mutta niillä on usein päällekkäisiä toimintoja monien eri DNA: n korjausreittien välillä . DNA-vaurioiden havaitseminen ja korjaaminen koordinoidaan solusyklin kanssa useiden monimutkaisten säätely-ja takaisinkytkentämekanismien avulla, joita kutsutaan yhteisesti solusyklin tarkastuspisteiksi . Tällaiset tarkastuspisteet voidaan aktivoida solusyklin eri vaiheissa, jotta DNA-vauriot ehtivät selvitä ennen kuin ne etenevät solusyklin seuraavaan vaiheeseen . Tämä on elintärkeää perimän sekvenssin eheyden säilyttämiseksi, koska näiden prosessien epäonnistuminen voi johtaa siihen, että mahdolliset mutageeniset leesiot ovat ”kiinteitä” replikaation aikana ja siirtyvät tytärsoluihin kromosomien mitoottisen eriytymisen aikana . Jos perimän vaurioituminen ylittää solun kyvyn korjata sitä riittävästi, käynnistyy solukuolemamekanismeja, jotka toimivat lopullisena vikaturvallisena esteenä mahdollisesti mutageenisten leesioiden leviämiselle ja kulkeutumiselle tytärsoluihin . Yhteisnimitys mahdollisesti mutageenisten DNA-vaurioiden havaitsemiselle ja myöhemmälle korjaamiselle on ”DNA damage response” (DDR), joka yhdessä apoptoottisten mekanismien kanssa toimii kriittisenä esteenä syövän kehittymiselle . Ehjä DDR: n merkitys kasvainreaktion torjunnassa näkyy ehkä parhaiten lukuisissa ihmisen syövälle altistavissa sairausoireyhtymissä, jotka ovat seurausta DDR-tekijöiden taustalla olevista mutaatioista . Lisäksi on hyvin osoitettu, että joko rinta-tai kolorektaalisyövän riski on suurentunut henkilöillä, joilla on mutaatioita tietyissä DDR-tekijöissä, esim.BRCA1/2 ja MSH2, msh6 jne. . Mutaatiot geeneissä, jotka koodaavat lukuisia DDR-tekijöitä, voivat myös johtaa moniin muihin ihmisen periytyviin tai sporadisiin häiriöihin, joilla on useita päällekkäisiä kliinisiä fenotyyppejä . Yleisin päällekkäinen kliininen piirre, joka liittyy mutaatioihin tällaisissa tekijöissä, on synnynnäinen mikrokefalia, joka mahdollisesti johtuu neurogeneesin puutteista kehittyvän alkion aikana . Tämän prosessin aikana tapahtuva nopea solun laajeneminen on altis DNA-vaurioille ja vaatii myös tarkkaa epäsymmetristä solunjakautumista. Näin ollen mutaatiot proteiineissa, joilla on tärkeitä tehtäviä DNA: n replikaatiossa, DNA: n korjauksessa, sentrosomin ylläpidossa, mikrotubulusten säätelyssä ja mitoosissa, on kaikki osoitettu aiheuttavan useita ihmisen mikrokefalisia häiriöitä (KS.joitakin esimerkkejä taulukosta 1).
DDR-tekijät ja centrosomit
centrosomi toimii sekä interfaasi-että mitoottisoluissa mikrotubuluksen nukleaation ja organisoitumisen pääkohtana ja muodostaa tyvirungon perustan siliogeneesin aikana (KS.alla). Se koostuu kahdesta ortogonaalisesti sijoitetusta lieriömäisestä rakenteesta, joita kutsutaan sentrioleiksi ja joita ympäröi elektronin tiheä matriisi, jota kutsutaan perikentrioliseksi materiaaliksi (PCM). PCM: ään liittyy lukuisia centriolaarisiksi satelliiteiksi kutsuttuja hiukkasia, jotka sisältävät monia PCM: n ja muiden centrosomaalisten proteiinien komponentteja . Centrosomien muodostumista, kypsymistä ja kahdentumista säädellään yhdessä solusyklin kanssa . Sellaisenaan solusyklin etenemisvirheitä, esim. DNA-vaurioiden syntymisen jälkeen voi tapahtua muutoksia centriolaaristen satelliittien koostumuksessa ja arkkitehtuurissa ja aiheuttaa sentrosomisia päällekkäisyysvirheitä . Koska centrosomien kahdentuminen tapahtuu solusyklin G1/s-vaiheen aikana, solut, joilla on pysyviä DNA-vaurioita ja tarkastuspisteaktivaatio-ja/tai replikaatiostressi, joka pidentää s-vaiheen sisällä vietettyä aikaa, voivat aiheuttaa epänormaalia sentrosomien kahdentumista, jota kutsutaan ylimääräisiksi centrosomeiksi . Lisäksi äskettäin osoitettiin, että eräät centriolaariset satelliitit muodostavat interaktomin yhdessä centrosomaalisten proteiinien kanssa edistääkseen CDK2-aktiivisuutta ja tehokasta centriolaarista kahdentumista .
kun otetaan huomioon centrosomin tärkeä rooli solussa ja toiminnalliset päällekkäisyydet DDR: n kanssa (ks.edellä), ei ehkä ole kovin yllättävää, että DDR: n prosesseissa toimivien centrosomeihin liittyvien tekijöiden viat aiheuttavat joukon ihmisen perinnöllisiä sairauksia, joihin kuuluu useita mikrokefalisia häiriöitä ja koliopatioita (Taulukko 1). Tämä sisältää esimerkkejä klinikopatologisista päällekkäisyyksistä kiliopatian ja mikrokefaliapotilaiden välillä sekä mutaatioista mikrotubulusta säätelevässä proteiinissa CENPF , jotka liittyvät sekä kiliopatiaan että mikrokefaliaan . Lisäksi supernumeraaristen centrosomien, perimän epävakauden ja syövän kehityksen ja/tai etenemisen välillä on pitkäaikainen yhteys, sillä supernumeraariset centrosomit ovat syöpäsolujen yhteinen tunnusmerkki . Funktionaalinen seuraus epänormaali centrosome määrä yhteydessä syövän äskettäin korostettiin osoittamalla, että centrosome monistuminen voi johtaa solujen adheesiomuutoksia, jotka voivat auttaa ajaa invasiivisia fenotyyppejä liittyvät metastasoituneita syöpäsoluja . On kuitenkin mielenkiintoista huomata, että vaikka otetaan huomioon monien centrosome-liittyvien proteiinien kaksoisrooli siliogeneesissä (Taulukko 1) ja että värekarvojen signalointireitit ovat usein säännönvastaisia syövissä, ei ole olemassa avointa yhteyttä kiliopatian ja syöpäriskin välillä (käsitellään jäljempänä).
DDR: n ja sentrosomien väliset funktionaaliset yhteydet on aiemmin päätelty useiden DDR: n tekijöiden, kuten DNA: n korjausproteiinien BRCA1, BRCA2, PARP1 ja NBS1, DDR: n merkinantokinaasien ATM, CHK1 ja CHK2, sekä solusyklin tarkistuspisteen ja transkriptiosäätimen TP53, sentrosomaalisesta paikantamisesta . On kuitenkin huomattava, että vasta-aineiden ristireaktiivisuutta näissä tutkimuksissa ei voida sulkea pois ilman perusteellista reagenssin validointia . Vakuuttavammat mekanistiset käsitykset biologisesta toiminnasta saadaan havainnosta, jonka mukaan E3 ubikitiiniligaasi BRCA1 ubikityloi gammatubuliinia centrosomeissa, mikä on tärkeää sentrosomien ylikaksostumisen rajoittamiseksi solusyklin S-ja G2-vaiheissa, joita puolestaan säätelee NBS1 ja DDR: n vastavirtaan liittyvä kinaasi ATR . DDR: n efektorikinaasin CHK1 raportoitiin aluksi paikantuvan myös centrosomiin , mutta tämän todettiin myöhemmin johtuvan epäspesifisestä vuorovaikutuksesta, jossa CHK1-vasta-aine ristireagoi centrosomaalisen proteiinin CCDC151 kanssa . Sen vuoksi ei ole tällä hetkellä selvää, miten CHK1 voi vaikuttaa sentrosomivahvistuksen mekanismiin nbs1-ja BRCA1-funktioilla, jotka molemmat kykenevät aktivoimaan CHK1: tä DNA-vaurion ja/tai replikaatiostressin seurauksena . CHK1-funktion on kuitenkin sittemmin osoitettu olevan tärkeä PCM: n laajenemisen säätelyssä , minkä on osoitettu vaikuttavan tytärsentriolien kasvuun . Lisäksi CHK1 yhdessä centrosomaalisen proteiinin MCPH1: n kanssa (Taulukko 1) voi kontrolloida mitoottista sisäänpääsyä . Mielenkiintoista on, että mcph1: n ilmentymisen muutokset on yhdistetty sekä rinta-että munasarjasyövän vaikeusasteeseen, mikä voi olla seurausta lisääntyneestä solunjakautumisesta korkeamman asteen kasvaimissa . PCM: n laajenemisesta tai solusyklin epätarkoituksenmukaisesta ajoituksesta johtuvat muutokset joko sentriolin kahdentumisessa s-vaiheessa voivat siksi olla mekanismeja, joilla muutokset CHK1: n toiminnassa voivat vaikuttaa centrosomin eheyteen, vaikka lisätutkimuksia näiden ongelmien ratkaisemiseksi tarvitaan selvästi.
myös sentrosomeihin liittyvien ja DDR-proteiinien yhteisvaikutuksia voi esiintyä vastauksena eksogeeniseen stressiin. Esimerkiksi centrosomaalinen ja siliogeneesiä edistävä proteiini CEP164 (Taulukko 1) fosforyloituu DDR: ään liittyvien kinaasien ATM ja ATR reaktiona useisiin genotoksisiin jännityksiin, joissa se auttaa luomaan G2/M-vauriotarkastuspisteen ja säätelemään solujen jakautumisprosesseja . CEP164: n on myös osoitettu paikantuvan uudelleen UV-säteilyn aiheuttamiin vaurioihin, ja sitä tarvitaan tehokkaisiin soluvasteisiin UV-säteilyn aiheuttamiin DNA-vaurioihin . Tällä hetkellä ei kuitenkaan ole selvää, johtuuko tämä spesifisestä vasteesta UV-säteilyyn vai yleisemmästä vasteesta replikaatiota estäviin leesioihin ja/tai P38-välitteisten stressinsiirrointireittien induktioon. On mielenkiintoista huomata, että keskeisellä centriolaarisella tekijällä centrin 2 on sekä centriolaarinen lokalisaatio että tärkeä ydinkomponentti. Jälkimmäinen vastaa toiminnallisesti UV-indusoituneisiin DNA-vaurioihin ja on fyysisesti vuorovaikutuksessa XPC: n kanssa edistääkseen UV-indusoituneiden DNA-vaurioiden tehokasta korjaamista . Viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen , että ATM voi toimia myös monipuolisena proteiinikinaasina sytoplasmisten signalointiprosessien aikana, ja ATM: llä voi siksi olla ”ei-kanoninen DDR” – säderooli, joka ylläpitää genomin vakautta ja välittää solureaktioita erilaisiin muihin solureaktioihin. On olemassa joukko sentrosomiin liittyviä proteiineja, jotka tunnetaan tai ennustetaan DDR: ään liittyvien kinaasien ATM, ATR ja DNA-PKcs in vivo substraateiksi, joihin kuuluvat sentrosomiset ja sädeproteiinit, kuten ninein, PCM1 ja INPP5E . Toinen esimerkki sentrosomiproteiinista, joka on DDR-kinaasien suora substraatti , on CEP63 (Taulukko 1), joka fosforyloidaan ATM: llä ja ATR: llä mitoottisen karan kokoonpanon edistämiseksi ja jonka on osoitettu säätelevän sentriolin kahdentumista, mahdollisesti centrosomaalisen CDK-aktiivisuuden kautta . Toisin kuin CEP164, cep63: n suoraa roolia solujen vasteessa DNA-vaurioihin ei ole vielä selvitetty. Lisäksi, vaikka ei liity suoraan DDR-kinaasi, kinaasi Aurora a säätelee mitoottista tuloa ja poistumista sekä ciliumin purkamista . Yksi Aurora A: n substraateista on mitoottinen kinaasi PLK1, joka voi myös edistää värekarvojen purkamista ja jonka on osoitettu toimivan solusyklin tarkistuspisteiden palautumisessa DNA-vaurion jälkeen . Yhtäpitävä näiden havaintojen kanssa on työ useista ryhmistä, jotka yhdistävät APC: n, joka koordinoi mitoottisen etenemisen vastauksena DNA-vaurioon ja replikaatiostressiin, siliogeneesiin . Lopuksi, olemme äskettäin osoittaneet, että joillakin centriolaarisilla satelliittiproteiineilla on kaksoisrooli kiliogeneesin edistämisessä ja DNA-vaurion kertymisen estämisessä solun sisällä .
tässä esitetyt esimerkit (KS. taulukko 1 lisäesimerkkejä) osoittavat sekä fysikaalisia että toiminnallisia vuorovaikutuksia DDR: n sentrosomaalisten proteiinien välillä, joista monet säätelevät kiliogeneesiä. Suurin osa DDR: n ja sentrosomiproteiinien välisestä vuorovaikutuksesta liittyy joko sentrosomien monistumisen säätelyyn solusyklin kautta tai mitoottisen tulon tarkan ajoituksen säätelyyn karan naparungon läpi. Tällainen ylikuuluminen näiden prosessien välillä voi siksi olla tärkeää, jotta voidaan edistää uskollista solunjakautumista varhaiskehityksen aikana, kuten mikrokefalian esimerkki osoittaa, ja se voi myös liittyä hallitsemattomaan solunjakautumiseen kasvaimen etenemisen ja/tai kehittymisen aikana. Näiden soluprosessien välisen toiminnallisen yhteyden selvittämisen pitäisi antaa uutta tietoa monista ihmisen perimistä ja satunnaisista häiriöistä (Taulukko 1).
nisäkkäiden värekarvojen solurooli
primaariset värekarvat ovat mikrotubuluspohjaisia organelleja, jotka aistivat ja siirtävät solunulkoisia signaaleja moniin solutyyppeihin solusyklin G1/G0-vaiheen aikana . Värekarvojen on monimutkainen ultrasructure lokerointi molekyylikomponentteja, jotka yhdistyvät toiminnallisia moduuleja. Näiden komponenttien häviäminen tai mutaatio voi häiritä sädekehän toimintoja, kuten proteiinin pääsyn ja poistumisen säätelyä ciliumista, merkinantokaskadien säätelyä ja solusyklin säätelyä. Erityisesti sädekehitysvyöhykettä on ehdotettu keskukseksi, joka välittää ja integroi parakriini-merkinantoa alkion kehityksen ja kudoksen morfogeneesin aikana, mukaan lukien SHH -, WNT-ja Notch-merkinantoreitit . Yhteinen mekanismi näiden reittien säätelyyn näyttää olevan merkinantokomponenttien diskreetti lokerointi ciliumiin. Kuten paradigma muita reittejä, smo, co-reseptori ja anturin SHH, translocates osaksi ja sitten Aktivoi GLI transkriptio tekijät sisällä cilium . Kanonista WNT / β-catenin-merkinantoa rajoittaa myös WNT-merkinantokomponentin jouberin lokerointi, mikä varmistaa β-kateniinin translokaation pois tumasta ciliumiin . Notch signaling puolestaan ehdotetaan olevan modulaattori ciliary SHH signaling säätelemällä ciliary translokaatio Smo . Viime aikoina on osoitettu, että mTOR -, Hippo -, TGFß-ja PDGF-merkinantoreittejä säädellään sädekehästä riippuvaisten mekanismien avulla, millä on erilaisia vaikutuksia solujen proliferaatioon ja kokoon, erilaistumiseen, autofagiaan, apoptoosiin ja tuumorigeneesiin. Tällä hetkellä on epäselvää, missä määrin jokin sädekehään liittyvistä signaaliradoista moduloi DDR: ää , vaikka tuore tutkimus on ehdottanut, että Notch1-reseptori sitoutuu ja säätelee negatiivisesti DDR: ään liittyvän kinaasin ATM: n toimintaa ja voi olla osa interaktomia muiden DDR: ään liittyvien tekijöiden kanssa . Siksi onkin mielenkiintoista selvittää, mikä vaikutus muilla Notch1-reseptorin ja ATM: n välisillä yhteyksillä on siliogeneesiin. Näistä tutkimuksista raportoidut yhteydet kentrosomaalisten ja sädeproteiinien ja DDR: n välillä yhdistävät ciliumin biogeneesin prosessit ja purkamisen mitoottisiin ja S-vaiheen tarkastuspisteisiin, jotka seuraavat DNA: n replikaation ja kromosomin siirron epäonnistumisia. Näiden sädekehien häiriöt voivat siis mahdollistaa säätelyhäiriöisen solujen proliferaation, joka on kaikkien syöpien tunnusmerkki. Kääntäen, viimeaikainen työ on johtanut kasvavaan tunnustamiseen, että muutokset replikaation ajoitus ja eteneminen, mikä replikaatiostressi ja aktivointi DDR, ovat ominaisuuksia joidenkin munuaisten ciliopathies .
systeemibiologian lähestymistavat ovat paljastaneet, että spliseosomiproteiineilla ja muilla mRNA-prosessointitekijöillä on laaja rooli DNA–vaurioiden ehkäisyssä, jotka joissakin tapauksissa johtuivat poikkeavista RNA-DNA-rakenteista . Monet samoista spliceosome ja mRNA-käsittelykomponenteista, mukaan lukien ne, jotka mutatoituvat verkkokalvon rappeuma-tilan periytyvissä muodoissa retinitis pigmentosa, tunnistettiin myös hiljattain tehdyssä käänteisessä genetiikan seulan geeneille ja väylille, jotka säätelevät siliogeneesiä . Primaaristen värekarvojen menetystä on havaittu myös monien syöpien kasvaimissa , mukaan lukien rintasyöpä ja munuaissolukarsinoomat, mikä viittaa siihen, että cilium voi olla ”tuumorisuppressori organelle”. Esimerkiksi familiaalinen adenomatoottinen polypoosi (FAP tai Gardnerin oireyhtymä), perinnöllinen WNT-riippuvainen syöpä, voi välittyä sädekehästä riippuvaisella mekanismilla . Havaintojen selittämiseen tarvittavat mekanistiset yksityiskohdat ovat kuitenkin edelleen tuntemattomia, joten on epäselvää, vaikuttaako värekarvojen menetys replikaatiostressin ja aktivoituneen DDR: n ydintapahtumiin vai onko se vain seurausta niistä.
on myös tärkeää ymmärtää, että merkinantoradoilla on useita rooleja normaalin aikuiskudoksen homeostaasin ylläpitämisessä, jotka ovat erillisiä embryogeneesin aikaiseen kehitykselliseen merkinantoon nähden. Primaaristen värekarvojen rooli kehityshäiriöissä on vakiintunut, mutta tämä reitti säätelee myös kudoksen esi-ja kantasolupopulaatioiden selviytymistä ja lisääntymistä . Nämä mitogeeniset roolit voivat selittää, miksi kanonisen SHH-merkinantoreitin epänormaali aktivointi joko aktivoimalla mutaatioita reitin komponenteissa tai ligandituotannolla itsevaltiaassa mekanismissa altistaa syövälle monissa eri kudoksissa, kuten medulloblastoomassa, glioblastoomassa ja tyvisolusyövässä . Se, ovatko ensisijaiset värekarvat välttämättömiä SHH: n mitogeenisille rooleille, on tällä hetkellä epäselvää. Esimerkiksi Shh-co-reseptorin smo: n aktivoivien mutaatioiden aiheuttama tuumorigeneesi vähenee, jos värekarvat ablatoituvat, kun taas värekarvojen menetys lisää Shh-signaloinnin transkriptiovaikuttajana toimivan aktivoidun GLI2: n aiheuttamaa tuumorigeneesiä . Shh: n monimutkaiset mitogeeniset roolit tarjoavat kuitenkin yhden selityksen sille, miksi ciliopathy-potilailla ei ole selvää syövän esiintyvyyden lisääntymistä.
kehittymässä olevat geneettiset ja toiminnalliset yhteydet DDR: n ja primaarisen värekarvojen välillä
äskettäin on osoitettu, että jakautuvissa soluissa useat centriolaariset satelliittiproteiinit rakentuvat uudelleen eksogeenisten rasitusten, kuten UV: n, seurauksena, jotka puolestaan tukahduttavat estäviä signaaleja ja helpottavat kiliogeneesiä . Vastaavasti stressin aiheuttama autofagia voi vaikuttaa sentriolisten satelliittien koostumukseen edistääkseen kiliogeneesiä . Päinvastoin, stressi signalointi kautta ensisijainen cilium auttaa säätelemään autofagiaa edistämällä muodostumista autofagosomin . Olemme myös osoittaneet, että jotkut centriolaariset satelliittiproteiinit edistävät kiliogeneesiä sekä genomin stabiilisuutta , mikä voi osittain johtua cdk2-aktiivisuuden kautta tapahtuvan centrosomin ja centriolin koostumuksen säätelystä . DNA-vaurioista johtuvat stressisignaalit voivat olla joko solunsisäisiä tai solunsisäisiä erilaisten mekanismien kautta, joihin liittyy solun ja solun välisiä kontakteja ja/tai solunulkoisia signaaleja, joita kutsutaan yhteisesti ”sivullisvaikutuksiksi”. DDR: n ja primaarisen värekarvojen välinen vuorovaikutus voi siis sisältää sekä DDR: n ja sentriolisten/basaalisten kehon proteiinien välisiä sisäisiä toiminnallisia vuorovaikutuksia että naapurisolujen ulkoisia signaaleja. Autofagian ja DDR: n välille on viime vuosina syntynyt toiminnallisia yhteyksiä, joissa autofagia helpottaa solujen kohtaloa DNA-vaurion jälkeen ja auttaa myös ehkäisemään genomin epävakautta kasvainten torjumiseksi . Mielenkiintoista on, että autofagiset prosessit voivat myös reagoida DNA-vaurioiden aiheuttamiin sivullisten vaikutuksiin, mikä helpottaa sekä solujen sisäistä että intercellular stress signaling-signaalia. Tällä monimutkaisella vuorovaikutuksella näiden solujen stressiin reagoivien mekanismien välillä on potentiaalisia vaikutuksia kolopatioihin ja mikrokefaliaan sekä syöpään .
edellä esitettyjen, DDR: n ja sentrosomaalisten proteiinien välisiä Fysikaalisia ja toiminnallisia yhteyksiä osoittavien esimerkkien lisäksi useiden ryhmien työ on paljastanut suoria geneettisiä ja toiminnallisia yhteyksiä DDR: n ja kiliogeneesin välillä (taulukot 1, 2). Kuten edellä mainittiin, pro-ciliogenesis centrosomal proteiini CEP164 säännellään DDR kinaasit ja edistää soluvasteita UV-aiheuttama DNA-vaurioita . Viime aikoina CEP164: n homotsygoottiset resessiiviset mutaatiot ovat osoittautuneet syy-seurauksiksi nefronoftisis-oireyhtymään liittyvien siliopatioiden osajoukolle, ja mutanttiseeprakalamalleissa ilmeni sekä kiliopatian fenotyyppejä että tehottomia vasteita DNA-vaurioihin . Lisäksi tämä tutkimus osoitti myös, että nphp10 (tunnetaan myös nimellä SDCCAG8), joka tavallisesti sijaitsee sentrosomeissa , on uudelleen paikallistunut ydinpesäkkeisiin vastauksena DNA-vaurioon, ja myöhempi tutkimus on osoittanut, että nphp10: n puute (joko solumalleissa tai knock-out-hiiristä johdetuissa soluissa) johtaa kohonneeseen DNA-vaurion tasoon ja solusyklin tarkistuspisteaktivaatioon . Koska joillakin NEK-kinaasiperheen Jäsenillä on vakiintunut toiminnallinen rooli sekä DDR: ssä että siliogeneesissä , äskettäin raportoitiin, että kiliopatiaan liittyvä kinaasi NEK8 (Taulukko 1) on tärkeä kontrolloitaessa solujen vasteita replikaatiostressiin DDR-kinaasin ATR: n kautta ja rajoittamalla CDK-aktiivisuutta DNA: n hajoamisen muodostumisen estämiseksi . Kun otetaan huomioon NEK8: aan liittyvien kiliopatioiden ja ATR: ään liittyvien Seckelin oireyhtymää sairastavien potilaiden ei-päällekkäiset kliiniset fenotyypit, on yllättävämpää, että koliopatiaan liittyvää KINAASIMUTANTTIA NEK8 ilmentävien solujen DNA-vauriot ja solusyklin viat lisääntyivät ja NEK8-mutanttihiirien munuaisiin kertyi DNA-vaurioita . Lisäksi, centrosomaalinen proteiini CEP290, mutatoitunut eri ciliopatiat kuten Joubertin oireyhtymä, on myös sekaantunut säätelyyn DNA replikaatiostressi ja DDR (Taulukko 1), mikä viittaa siihen, että krooninen replikaatiostressi voi olla keskeinen tekijä kehitystä joitakin ciliopatioita . NEK8-tutkimuksen tapaan myös cep290-mutanttia ilmentävillä soluilla oli sopimatonta CDK-aktiivisuutta. Kudosspesifinen replikaatiostressi tietyissä geneettisissä taustoissa voi siksi olla yleinen mekanismi, joka ohjaa jonkin ciliopatioiden osajoukon kehittymistä, ja viittaa siihen, että CDK voi olla mahdollinen terapeuttinen kohde tällaisille sairauksille .
on mielenkiintoista, että sama tutkimus, jossa cep164-mutaatiot tunnistettiin nefronoftisis-sukuisen kiliopatiatyypin aiheuttajiksi, osoitti myös mre11: n aiheuttajamutaatiot (Taulukko 2). MRE11 vuorovaikuttaa stoikiometrisesti RAD50: n ja NBS1: n kanssa (muodostaen niin kutsutun MRN-kompleksin) DNA: n korjausprosessien keskeisten toimintojen helpottamiseksi . Erityisesti, ituradan mutaatiot joko NBS1 tai MRE11 aiheuttaa syövälle altistava perinnöllinen sairaus Nijmegen rikkoutuminen oireyhtymä ja ataksia-telangiectasia-like disorder (ALTD), vastaavasti . Lisäksi MRE11: n on osoitettu toimivan tuumorigeneesin estäjänä , ja perityt heterotsygoottiset mutaatiot mre11: ssä, NBS1: ssä tai RAD50: ssä ovat yhteydessä vähäisen välivaiheen penetraatioriskiin sairastua rintasyöpään . Tällä hetkellä on epäselvää, miten tai miksi erityisesti mre11: n tietyt mutaatiot voivat aiheuttaa koliopatioita. Tämä herättää mielenkiintoisia kysymyksiä siitä, voivatko mutaatiot muissa keskeisen DDR: ään liittyvän MRN-kompleksin (MRE11-RAD50-NBS1) jäsenissä, mutaatiot , jotka aiheuttavat perinnöllisiä syöpäoireyhtymiä, aiheuttaa myös muita munuais-verkkokalvon ciliopatioita. Ehkä vielä yllättävämpi oli äskettäin tehty havainto, että mutaatiot Fanconin anemiassa ja syöpään liittyvässä nukleaasi FAN1: ssä (Taulukko 2; ) voivat aiheuttaa karyomegalisen interstitiaalisen nefriittityypin kiliopatioita . Koska tämä entsyymi osallistuu DNA: n replikaatiota estävien DNA-vaurioiden korjaamiseen, tutkimus osoitti, että viallinen nukleaasiaktiivisuus tietyissä elimissä voi ajaa solujen vanhenemista lisääntyneestä altistumisesta genotoksiineille (jotka johtuvat ehkä aktiivisesta aineenvaihdunnasta). Tämä voi olla samanlainen skenaario kuin ehdotettu lisääntynyt replikaatiostressi, joka on havaittu sekä cep290-että NEK8-puutteellisten hiirten munuaisissa (KS.edellä). Vaikka tämä voi olla mekanismi, jolla FAN1-mutaatiot voivat aiheuttaa koliopatioita, taustalla oleva biologia voi olla monimutkaisempi, varsinkin kun otetaan huomioon, että fenotyypit, jotka liittyvät karyomegaliseen interstitiaalinefriittityyppiseen koliopatiaan, eivät ole ilmeisiä potilailla, joilla on Fanconin anemia (FA). Tällainen fenotyyppinen ristiriita voi johtua osittain myös redundanssista DNA: n replikaatiota estävien leesioiden ratkaisureittien sisällä .
näiden geenitutkimusten lisäksi useat ryhmät ovat löytäneet toiminnallisia yhteyksiä myös DDR: ään perinteisesti liitettyjen proteiinien kiliogeneesiin. Esimerkkinä tästä on tuore havainto, jonka mukaan ATR paikantaa hiiren fotoreseptorisoluissa tyvirungon (Taulukko 2) ja on tärkeä siiliogeneesin kannalta kehittyvän silmän aikana . ATR tarvitaan myös ciliary liittyvät Sonic hedgehog signaling in vitro ja In vivo, mutta näyttää olevan suurelta osin tarpeeton ciliogenesis, rooli, joka on erillinen sen tehtävä DDR ja replikaatio . Toinen havainto on, että mutaatiot DNA replikaatio lisensointi tekijät, kuten ORC1 (Taulukko 2), olivat aiheuttava mikrokefalinen häiriö Meier–Gorlin oireyhtymä (MGS) ja osoitettiin myös vaikuttaa ciliogenesis kautta heikentynyt SHH signaling . AAA-Atpaasiproteiini VCP / p97, joka säätelee useiden DDR-tekijöiden sijoittumista DNA: n vauriokohtiin , on osoitettu tarvittavan siliogeneesiin (Taulukko 2), jolloin se voi suorittaa samanlaisia tehtäviä säätelemällä E3-ligaasivälitteistä proteiinien ubikitylaatiota tyvirungossa . Lopuksi proteiini ATMIN , joka on avain DDR-kinaasi ATM: n sitova kumppani ja tärkeä myös soluvasteille replikaatiostressiin, on myös osoitettu olevan tärkeä ciliogeneesille sekä keuhkojen että munuaisten morfogeneesin aikana kehittyvissä hiirissä sen kyvyn kautta transkriptiotekijänä säätelemään WNT-signalointia . Yhdessä nämä tutkimukset osoittavat sekä geneettisiä että toiminnallisia yhteyksiä DDR: n ja siliogeneesin välillä (Taulukko 2).
ihmisen primäärinen cilium ja syöpä
toisin kuin nämä viimeaikaiset löydöt, joissa on DDR: ään liittyviä tekijöitä ihmisen kiliopatioissa, on yleinen havainto siitä, että lisääntynyt syöpäriski tai-ilmaantuvuus ei yleensä liity ihmisen kiliopatioihin. Poikkeuksia ovat Birt–Hogg–Dubén oireyhtymä ja Von Hippel-Lindaun oireyhtymä, jotka molemmat ovat perinnöllisiä munuaissyöpäsairauksia, joissa on joitakin kiliopatioiden kliinisiä piirteitä . Lisäksi, vaikka potilailla, joilla on polykystinen munuaissairaus on hyvänlaatuisia munuaiskystia seurauksena solujen liikakasvu fenotyyppi, heillä ei ole lisääntynyt riski sairastua syöpään, ja voi itse asiassa olla yleinen pienempi syöpäriski verrattuna ei-vaikuttaa yksilöiden . Ei ole selvää, miksi näin voi olla, mutta on ehdotettu, että samanaikaisesti lisääntyvä solukuolemien määrä joko apoptoottisten ja/tai autofagisten mekanismien kautta voisi auttaa vähentämään syöpäriskiä sairastuneilla henkilöillä. ATR-aktiivisuuden geneettisen vähenemisen on raportoitu rajoittavan p53-puutoksesta kärsivien kasvainten kasvua hiirillä, vaikka joillakin Seckelin oireyhtymää sairastavilla potilailla on raportoitu lisääntyneen syöpäriskin, ja ainakin yhdellä näistä on ATR-geenin aiheuttava geenivirhe . Mielenkiintoista, se on äskettäin ehdotettu, että lisääntynyt replikaatiostressi, samanlainen kuin usein nähdään syövissä johtuu onkogeeni aktivaatio, on fenotyyppi liittyy osa ciliopathies, kuten CEP290-liittyvä Joubertin oireyhtymä . Voi siis olla, että tarvitaan tietynlaista sietokykyä lisääntyneelle replikaatiostressille, jotta voidaan ajaa lisää DDR: ään liittyviin sairauksiin liittyviä tuumorigeenisiä fenotyyppejä, joita ei valita useimpien ihmisten kiliopatioiden kehittymisen aikana.
tässä lyhyesti esitetyt tutkimukset tarjoavat vakuuttavaa näyttöä DDR: n ja siliogeneesin reittien alati laajenevista geneettisistä ja toiminnallisista yhteyksistä. DDR: ään liittyvien syövälle altistavien oireyhtymien fenotyyppien ja siilopatioiden (taulukot 1, 2) väliset erot eivät kuitenkaan sovi nykyiseen rajalliseen tietämykseemme siitä, miten nämä kaksi reittiä voitaisiin yhdistää toisiinsa. Tämä voi heijastaa toiminnallista vaikutusta kullakin reitillä on sekä kehittyvässä että erilaistuneessa kudoksessa, sekä sitä, miten normaali tai poikkeava reitin toiminta voi vaikuttaa sekä syövän esivaiheeseen että muuntuneisiin soluihin.