kromosomien uudelleenjärjestäytymisen mekanismit ihmisen genomissa

patologiset DSBs: t määritellään mielivaltaisesti DSBs: iksi, joilla ei ole fysiologista tarkoitusta ja jotka voivat johtaa solujen toimintahäiriöihin.

ionisoivan säteilyn tai hapettavien vapaiden radikaalien

aiheuttamien satunnaisten DNA-katkosten seurauksena monissa kromosomien uudelleenjärjestelyissä toisen tai molempien geenien DSB-yhdisteet näyttävät sijaitsevan satunnaisesti monien kilobaasien laajoilla alueilla. Satunnainen paikannus ja sekvenssien näennäinen puuttuminen viittaavat sekvenssien epäspesifisiin DSB-mekanismeihin, kuten oksidatiivisiin vapaisiin radikaaleihin, ionisoivaan säteilyyn tai harvemmin spontaaniin DNA: n selkärangan hydrolyysiin.

noin puolet ympäristön luonnollisesta ionisoivasta säteilystä on peräisin maan luonnollisista raskasmetalleista, kuten uraanista, toriumista ja jopa kaliumista. Toinen puoli ionisoivasta säteilystä on peräisin kosmisesta säteilystä, jota ilmakehä ei täysin estä. Yhteensä noin 3 x 108 ionisoivaa säteilyhiukkasta läpäisee jokaisen meistä joka tunti tuottaen hydroksyylivapaita radikaaleja vedestä vanavedessään. Tämä hydroksyylivapaiden radikaalien kanava aiheuttaa DNA: ssa klusterivaurioita, jolloin molemmat DNA-säikeet katkeavat.

noin 0,1% hengittämästämme hapesta muuttuu vapaiksi radikaaleiksi . Tämä tuottaa 3 x1022 vapaita radikaaleja tunnissa jokaisen meistä, ja nämä haitallisia vapaita radikaaleja jaetaan koko 1014 solujen ihmiskehon. Vapaat radikaalit aiheuttavat pääasiassa yksijuosteisia DNA-vaurioita, mutta kaksi läheistä tällaista tapahtumaa voi johtaa DSB: hen.

RAG: n toiminta kryptisissä RSS-sivustoissa kohteen ulkopuolella sekvenssikohtaisesti: V(D)J-tyypin katkokset

RSS heptamer/nonamer-konsensusjärjestys ei suinkaan ole ainutlaatuinen Ig-ja TCR-lokuksille, ja RAG: n kompleksi voi leikata paikoissa, jotka poikkeavat huomattavasti 16 bp: n konsensuksesta . Pienin motiivi RÄSYNRYÖSTÖÖN on vain serti. Näin RAG-kompleksi voi toimia RSS: n kaltaisissa ei-antigeenireseptorilokuskohdissa, joita kutsutaan kryptisiksi RSS: ksi (cRSS). Tämä tapahtuu monissa ihmisen T-solujen akuutissa lymfoblastisessa lymfoomassa havaituissa uudelleenjärjestelyissä . Näissä tapauksissa, sen sijaan RAG monimutkainen pariksi 12-RSS 23-RSS, 12-RSS paria 23-cRSS tai 23-RSS paria 12-cRSS. Kutsumme näitä taukoja V(D)J-tyypin katkoksiksi, koska ne tapahtuvat samalla mekanismilla kuin normaali v (D)j-rekombinaatio, riippumatta siitä, että yksi paikoista on tavanomaisen antigeenireseptorin lokuksen ulkopuolella (eli se on off-target).

RAG: n toiminta DNA-kuplarakenteissa ja muilla heterologian alueilla rakennespesifisesti

sekvenssikohtaisen leikkaustapansa lisäksi RAG: n kompleksi voi myös naksahtaa rakennespesifisesti myös dsDNA: sta ssDNA: han siirtymiskohdissa, kuten tapahtuu kupla-DNA: n rakenteiden reunoilla tai jopa yksipohjaisten yhteensopimattomuuksien kohdalla . Tällainen Rag-kompleksin toiminta on saattanut johtua siitä, että RAG-kompleksi on tottunut luomaan hiusneularakenteita, joihin liittyy huomattava DNA-vääristymä. Näin ollen kaikki Alue epäsuhta tai lipsuminen on mahdollinen kohde nipistys jonka RAG monimutkainen lymfoidisissa soluissa.

RAG-välitteinen transpositio kromosomien uudelleenjärjestelyn mekanismina

vuosina 1998-2007 useat laboratoriot ehdottivat, että RAG-kompleksi saattaisi lisätä V(D)J-rekombinaation tylpät RSS-sisältävät päät, joita kutsutaan signaalipäiksi, uusiin paikkoihin genomissa. Tätä kutsutaan RAG-transpositioksi, ja se tapahtuu matalalla tasolla käyttäen Rag-proteiinien lyhennettyä muotoa nimeltä core RAGs (review in ). Kuitenkin yritykset löytää RAG transponation tapahtumat in vivo osoittivat, että nämä olivat paljon harvinaisempia kuin satunnainen integrointi DNA . Lopuksi, ei ole esimerkkejä ihmisen lymfoidisista maligniteeteista (tai muunlaisista maligniteeteista), joissa perimä olisi muuttunut Rag: n transpositionaalisella signaalipäiden lisäämisellä (tai muulla tällaisen transposition ilmeisellä muunnoksella).

tukitoimet muualla kuin Kohdealueella

kuten edellä on mainittu luokkakytkimen rekombinaatiota koskevassa keskustelussa, Tuki voi muuttaa C: n U: ksi tai metyyli C: ksi tai T: ksi ssDNA: n millä tahansa alueella. Tämä näyttää tapahtuvan paitsi IG-lokuksen kytkinsekvensseissä ja muuttuvissa domeeneissa, myös joissakin patologisissa paikoissa, kuten joissakin onkogeeneissä kuten c-myc: ssä . Nämä alueet voivat tuen kohteena ollessaan ylläpitää pistemutaatioita tai DSBs: ää . Tukitoimien igh switch-alueella yritysten yhteiskuntavastuun aikana ja riippumattomien tukitoimien C-myc-geenissä DSB: n luomiseksi uskotaan olevan perustana kahdelle aloittavalle DSBs: lle sekä hiiren että ihmisen C-myc-translokaatioissa . Tämän tyyppisiä taukoja voitaisiin pitää CSR-tyyppisinä tauoina (kuten edellä mainittiin luokkakytkimen rekombinaatiota koskevassa keskustelussa) tai SHM-tyyppisinä tauoina, joissa SHM viittaa avun käynnistämiin tapahtumiin, jotka ovat samantyyppisiä kuin normaalisti somaattisessa hypermutaatiossa.

Putative combined action of AID and RAGs at CpG sites: CpG-type breaks

äskettäin raportoimme, että DSBs: llä tietyissä lokuksissa pro-B/pre-B – vaiheen translokaatioissa-BCL-2: lla T: stä(14;18), BCL – 1: llä T: stä(11;14) ja E2A: lla T: stä(1;19) – on voimakas taipumus esiintyä dinukleotidisarjassa CpG.

BCL-2-translokaatio on yleisin translokaatio syövässä; sitä esiintyy >90% follikulaarisista lymfoomista ja kolmannes diffuuseista suurisoluisista lymfoomista. Viisikymmentä prosenttia BCL-2-geenin katkoksista tapahtuu major breakpoint-alueella (MBR), joka on 175 bp hotspot 3′ most eksonissa alueella, joka koodaa 3 ’ UTR: ää. Kaksi harvemmin käytettyä hotspotia sijaitsevat 18 ja 29 kb distaalisena edelleen bcl-2-geeniin, 105 bp BCL-2 intermediate cluster region (icr), ja 561 bp BCL-2 minor cluster region (mcr), vastaavasti. Mikä tahansa näistä kolmesta BCL-2-translokaatiovyöhykkeestä voi olla DSB: n kohde . Kolmetoista prosenttia BCL-2-translokaatiokatkoista sijaitsee icr: ssä ja 5 prosenttia mcr: ssä.

CpGs: n käyttö koskee myös BCL-1: n suurta translokaatioklusteria, joka on T(11;14) – translokaatioon liittyvä sijainti. Bcl-1-translokaatiota esiintyy lähes kaikissa manttelisolulymfoomissa, ja 30% katkoksista tapahtuu 150 bp BCL-1-major translokaatioklusterissa (MTC).

CpG-tyypin katkoksia esiintyy myös kolmannessa lymfaattisessa maligniteetissa, t(1;19) pienellä osuudella B-Allista translokaatio, joka tapahtuu Pbx1-geenin ja E2A-geenin välillä. E2A-geenin katkokset tapahtuvat vain 23 bp: n vyöhykkeellä, ja nämä DSB: t myös ryhmittyvät merkittävästi CpG-paikkojen ympärille . Kaikki kolme translokaatiota, joissa on mukana bcl-2, bcl-1 ja E2A, tapahtuvat B-solujen kehitysvaiheessa pro-B/pre-B.

BCL-2 MBR on reaktiivinen bisulfiitiksi kutsutun yksijänteisyyttä mittaavan kemiallisen anturin kanssa . Kuten bcl-2 MBR, tämäkin BCL-1 MTC on suhteellisen pieni (150 bp) ja siinä on samankaltainen reaktiivisuus bisulfiitin kanssa . Näillä erittäin bisulfiittireaktiivisilla vyöhykkeillä on runsaasti CS: ää. Perustuu Pyöreä dikroismi, X-ray kristallografia, NMR, ja kemiallinen luotaus, tällaiset kulkee Cs taipumus hyväksyä DNA-rakenne, joka on väli B-muodossa DNA ja A-muodossa DNA, kutsutaan B/A-väli . B / A-välirakenteen avauskinetiikka on nopeampi, mikä ehkä selittää osan havaitusta bisulfiittireaktiivisuuden lisääntymisestä. Tällaiset epätavalliset DNA-alueet saattavat olla alttiimpia lipsumistapahtumille, jotka johtuvat ehkä DNA: n replikaatiosta tai transkriptiosta. Tämä voi sitten selittää niiden haavoittuvuuden minikromosomaalisen rekombinaation määrityksissä .

näillä B/A-välivyöhykkeillä tai niiden välittömässä läheisyydessä olevilla CpGs: n Cs: llä on lisääntynyt deaminaatioriski . Tämä deaminaatio ei koske kaikkia Cs: iä alueella, vaan ainoastaan CpG-alueilla olevia Cs: iä. Ainoa näistä Cs: istä erottuva piirre CpGs: ssä on, että ne voidaan metyloida DNA-metyylitransferaasin avulla. Kun säännöllinen CS deaminate, ne tulevat U, jolloin U: G epäsuhta. Mutta kun metyyli CS deaminate, ne muuttuvat T, jolloin T: G epäsuhta. U:G:n yhteensopimattomuuksien korjaaminen on erittäin tehokasta, mutta T: G: n yhteensopimattomuuksien korjaaminen ei ole tehokasta. Itse asiassa T: G epäsuhta korjaus on niin tehotonta, että se selittää noin puolet p53-geenin pistemutaatioista monenlaisissa ihmisen syövissä. Nämä T: G epäsuhta sivustot ovat aina CpG sivustoja.

mikä aiheuttaa katkoksen näissä T: G: n kohtaamispaikoissa? Mielenkiintoista on, että tämä deaminaatio näissä lymfoidisissa translokaatiopesäkkeissä näyttää tapahtuvan erilaistumista edeltävässä B-vaiheessa. Tämä on B-solujen kehitysvaihe, jossa D-J-rekombinaatio tapahtuu voimakkaimmin. Koska BCL-2-ja bcl-1-translokaatiot tapahtuvat tässä vaiheessa, tämä näyttää todennäköiseltä translokaation vaiheelta. Olemme osoittaneet, että RAG-kompleksi voi aiheuttaa DSB: tä pienten kuplarakenteiden kohdilla ja jopa yhden emäsparin yhteensopimattomuuksia. (Kuten edellä mainittiin, tämä Rag-kompleksin toiminta heijastaa sen rakenteelle spesifistä nukleaasiaktiivisuutta, ehkä ominaisuus, joka heijastaa RAG-kompleksin rakenteelle ominaisia toimia v(D)j-rekombinaation hiusneulan muodostusvaiheen aikana.) Siksi olemme ehdottaneet, että RAG-kompleksi tekee DSBs:N T: G: n kohdissa yhteensopimattomiksi .

jos RAG-kompleksi aiheuttaa DSBs: n CpG: n kohdissa, miksi tällaisia CpG-tyyppisiä katkoksia ei esiinny T: tä edeltävissä soluissa, jotka myös ilmentävät RAG: n entsyymikompleksia? B-solulinjassa ilmenee sytidiinideaminaasi luokkakytkimen rekombinaatiossa ja somaattisessa hypermutaatiossa. Kuten edellä mainittiin, tätä entsyymiä kutsutaan aktivaation indusoimaksi deaminaasiksi (AID). Apu ilmaistaan B-soluissa, mutta ei muissa somaattisissa soluissa. Tuki on voimakkaimmin ilmaistu B-soluissa, kun ne ovat itukeskuksissa. B-soluja edeltävissä soluissa on kuitenkin kuvattu tuen ilmaisun vähäisyys . Lisäksi luuytimestä juuri lähtevien B-solujen, joita kutsutaan siirtymäkauden B-soluiksi, ajatellaan myös ilmaisevan tukea . Siksi on olemassa ajanjakso, jolloin B-solut suorittavat V(D)J-rekombinaation ja alkavat ilmaista tukea, kun sekä AID että RAG-kompleksi ovat läsnä B-soluissa. AID: n on osoitettu pystyvän deaminoimaan metyyli C: stä T: hen.Tämän vuoksi ehdotamme, että AID on todennäköisesti vastuussa meC: n mutaatiosta T: ksi varhaisten B-solujen CpG-alueilla. Tuloksena oleva T: G-epäsuhta leikataan sitten RAG-kompleksilla, jolloin tuloksena on DSB. Tämä malli selittää kolme piikkiä translokaatio sijaitsee BCL – 2 MBR, jotka kaikki ovat keskittyneet CpG sivustoja .

muut patologisen DSBs: n aiheuttajat, joiden mekanismia ei tunneta

tietyt translokaatiot liittyvät voimakkaasti tyypin II topoisomeraasin estäjähoitoon . Tällaisen hoidon jälkeen joillekin potilaille kehittyy sekundaarisia maligniteetteja, joihin liittyy näille tyypillisiä translokaatioita. Topoisomeraasit tekevät yleensä yksi-tai kaksijuosteisia katkoksia tuulettaakseen tai purkaakseen DNA: ta, jolloin niillä on nukleaasiaktiivisuus osana toimintaansa. Kun DNA on käämitty tai irrotettu, ne yleensä sulkevat katkoksen(T) uudelleen. On ehdotettu, että sulkemisen keskeyttäminen tai estäminen voi johtaa pysyviin katkoksiin kromosomien uudelleenjärjestelyissä .

jotkut DSB: t syntyvät lähellä sijaitsevissa suorissa tai käänteisissä DNA: n toistoissa. Tällaiset toistot voivat synnyttää liukuvia DNA-rakenteita, joissa on yksijuosteisesta DNA: sta koostuvia alueita, jotka voivat olla pilkkoutumisen kohteita. Paras esimerkki tästä on perustuslaillinen translokaatio t(11;22)(q23;q11), joka sisältää useiden satojen emästen at-rikkaan palindromin, jolla on mahdollisuus ristinmuodostukseen.

useiden DSB-mekanismien yhdistelmä uudelleenjärjestelyn sisällä

ottaen huomioon, että translokaation synnyttämiseen tarvitaan kaksi DSB-mekanismia, nämä kaksi katkosta eivät useinkaan liity toisiinsa. Esimerkiksi BCL-2-ja bcl-1-translokaatioissa katkos IgH-lokuksessa on V(D)J-tyypin katkos, joka syntyy Rag-kompleksin sekvenssikohtaisesta vaikutuksesta V(D)J-rekombinaation aikana. (Voidaan pitää tätä epäonnistumisena normaalin V(D)J-rekombinaatioprosessin loppuunsaattamisessa .) DSB: n BCL-2-tai bcl-1-lokuksessa on CPC-tyyppinen katkos, jonka on ehdotettu johtuvan tuen peräkkäisestä vaikutuksesta ja RAG-kompleksin rakenteellisesta nikkelöinnistä .

jopa tietyn lokuksen sisällä voi olla monenlaisia DSB-mekanismeja. SCL ja LMO2 loci pääasiassa molemmat ylläpitää V(D)J-tyypin DSBs, mutta kolmasosa tai enemmän DSBs ovat ristiriidassa sekvenssivaatimukset V (D)J-tyypin DSBs, ja nämä voivat johtua vapaiden radikaalien vaurioita, ionisoivaa säteilyä, tai topoisomeraasi vikoja. Eri lokukset yhden solun sisällä ovat siis alttiita erityyppisille DSB-mekanismeille.

replikaation aiheuttama DSBs

DNA: n replikaation aikana voi syntyä deleetioita, jotka johtuvat templaattijuosteen syntetisointijuosteen liukumisesta. Kromosomien uudelleenjärjestelyjä, jotka tapahtuvat tietyissä kriisipesäkkeissä, joko somaattisten solujen syövässä tai gametogeneesin/alkuperäisen kehitysvaiheen jakautumisen aikana perustuslaillisina translokaatioina, kutsutaan toistuviksi translokaatioiksi, joita voidaan nähdä monilla potilailla. Ei-samanaikaiset translokaatiot ovat niitä, jotka tapahtuvat eri paikoissa potilaalta toiselle, mutta muuttavat tai inaktivoivat sairautta aiheuttavan geenin. Toisin kuin toistuvat translocations että olemme keskustelleet syövän edellä, mekanismit, jotka aiheuttavat juosteen vaihto nonrecurrent translocations näyttävät liittyvän mallin vaihto aikana replikatiivisen DNA-synteesin. Nämä templaattikytkimet voivat esiintyä pienillä DNA-sekvenssihomologian alueilla, kuten 5 bp. Tätä mallikytkentää on kutsuttu mikrohomologiavälitteiseksi rikkoutumisen aiheuttamaksi replikaatioksi (MMBIR) tai haarukan Stallaatioksi ja Mallikytkennäksi (Fostes). Ei-samanaikaisten translokaatioliittymien osalta, joihin liittyy useita pitkiä sekvenssijaksoja genomin alueilta, jotka ovat tavallisesti erillään toisistaan, mekanismiksi on ehdotettu useita mallikytkentätapahtumia .