a kromoszóma-átrendeződés mechanizmusai az emberi genomban

a patológiás DSB-ket önkényesen DSB-ként definiálják, amelyek nem szolgálnak fiziológiai célt, és sejtműködési zavarhoz vezethetnek.

véletlenszerű DNS-törések ionizáló sugárzás vagy oxidatív szabad gyökök miatt

sok kromoszóma-átrendeződésben úgy tűnik, hogy az egyik vagy mindkét gén DSB-je véletlenszerűen helyezkedik el sok kilobázis nagy régiójában. A véletlenszerű pozícionálás és a szekvencia hajlam látszólagos hiánya szekvencia-nem specifikus DSB mechanizmusokra utal, mint például az oxidatív szabad gyökök, az ionizáló sugárzás vagy ritkábban a spontán DNS gerinc hidrolízise.

a környezet természetes ionizáló sugárzásának körülbelül a fele a Föld természetes nehézfémjeiből, például uránból, tóriumból, sőt káliumból származik. Az ionizáló sugárzás másik fele kozmikus sugárzásból származik, amelyet a légkör nem teljesen blokkol. Összesen körülbelül 3 x 108 ionizáló sugárzási részecske halad át mindannyiunkon óránként , hidroxil szabad gyököket termelve a vízből. A hidroxil szabad gyökök ezen traktusa klaszterkárosodást okoz a DNS-en, ezáltal mindkét DNS-szálat megtöri.

a belélegzett oxigén körülbelül 0,1% – a szabad gyökökké alakul . Ez óránként 3 x 1022 szabad gyököt generál mindannyiunkban, és ezek a káros szabad gyökök eloszlanak az emberi test 1014 sejtjében. A szabad gyökök túlnyomórészt egyszálú DNS-károsodást okoznak, de két közeli ilyen esemény DSB-t eredményezhet.

rag művelet a rejtélyes RSS helyeken a célon kívüli helyeken szekvenciaspecifikus módon: V(D)J típusú szünetek

az RSS heptamer/nonamer konszenzus szekvencia egyáltalán nem egyedi az Ig és a TCR lókuszokra, és a RAG komplex olyan helyeken vágható le, amelyek lényegesen különböznek a 16 bp konszenzustól . A RONGYRÁGÁS minimális motívuma csak a CAC. Így a RAG komplex működhet RSS-szerű nem antigén receptor lokusz helyek, az úgynevezett rejtélyes RSS (cRSS). Ez a humán T-sejtes akut limfoblasztos limfómában megfigyelt számos átrendeződésben fordul elő . Ezekben az esetekben a RAG komplex helyett egy 12-RSS párosítása egy 23-RSS-vel, egy 12-RSS pár 23-cRSS-sel vagy egy 23-RSS pár egy 12-cRSS-sel. Ezeket a töréseket V(D)J típusú töréseknek nevezzük, mert ugyanazon mechanizmuson keresztül fordulnak elő, mint a normál V(D)J rekombináció, függetlenül attól, hogy az egyik hely kívül esik a szokásos antigénreceptor lókuszokon (vagyis nem célzott).

RAG-hatás a DNS buborékszerkezeteiben és a heterológia más régióiban szerkezet-specifikus módon

a rag-komplex a szekvencia-specifikus vágási mód mellett szerkezet-specifikus módon is bemetszhet a dsDNS-ből az ssdns-be való átmenet helyén, például a buborék DNS-struktúrák szélein vagy akár az egybázisú eltéréseken . A RAG komplex ilyen aktivitása azért keletkezhetett, mert a RAG komplex megszokta a hajtűszerkezetek létrehozását, ami jelentős DNS-torzulással jár. Ezért az eltérés vagy a csúszás bármely régiója potenciális célpont a rag komplex behatolására a limfoid sejtekben.

RAG-közvetített átültetés a kromoszómális átrendeződés mechanizmusaként

1998-tól 2007-ig számos laboratórium javasolta, hogy a rag komplex A V(D)J rekombinációból származó tompa RSS-tartalmú végeket illessze be jelvégek, a genom új helyeire. Ezt RAG átültetésnek nevezzük, és alacsony szinten fordul elő a rag fehérjék csonka formájával, az úgynevezett mag rongyokkal (áttekintve ). A RAG átültetési események in vivo megtalálására tett erőfeszítések azonban azt mutatták, hogy ezek sokkal ritkábbak voltak, mint a DNS véletlenszerű integrációja . Végül nincs példa humán limfoid rosszindulatú daganatokra (vagy bármilyen más típusú rosszindulatú daganatra), ahol a genomot a jelvégek RAG transzpozíciós beillesztése (vagy az ilyen átültetés bármely más látszólagos változata) megváltoztatta.

AID akció off-target helyeken

amint azt az osztálykapcsoló rekombináció fenti tárgyalásában említettük, az AID az ssdns bármely régiójában átalakíthatja a C-t U-vá vagy metil-C-vé vagy T-vé. Úgy tűnik, hogy ez nemcsak az Ig lókuszok kapcsolószekvenciáiban és változó doménjeiben fordul elő, hanem egyes kóros helyeken is, például néhány onkogénnél, például a c-myc-nél . Amikor a támogatás megcélozza, ezek a régiók fenntarthatják a pontmutációkat vagy a DSB-ket . Úgy gondolják, hogy a CSR során az agyváltó régióban végzett támogatási tevékenység, valamint a c-myc génnél a DSB létrehozására irányuló független támogatási intézkedés képezi a két iniciáló DSB alapját mind az egér, mind az emberi C-myc transzlokációban . Az ilyen típusú szüneteket úgy tekinthetjük CSR-típusú szünetek (amint azt fentebb említettük az osztálykapcsoló rekombinációjának megbeszélésében) vagy SHM-típusú szünetek, ahol az SHM a szomatikus hipermutáció során általában előforduló típusú segítségnyújtásra utal.

az AID és a rongyok feltételezett kombinált hatása a CpG-helyeken: CpG-típusú szünetek

nemrégiben arról számoltunk be, hogy a DSB-k bizonyos lokuszokban a pro – B/pre-B stádiumú transzlokációkban-a bcl – 2 t-ből(14;18), a bcl-1 t-ből(11;14) és az E2A t-ből(1;19) – erősen hajlamosak a CpG dinukleotid szekvencia előfordulására.

a Bcl-2 transzlokáció a leggyakoribb transzlokáció a rákban, a follikuláris limfómák > 90% – ában és a diffúz nagysejtes limfómák egyharmadában fordul elő. A Bcl-2 gén töréseinek ötven százaléka a fő töréspont régióban (MBR) fordul elő, amely egy 175 bp hotspot a 3′ legtöbb exonban a 3 ‘ UTR-T kódoló régióban. Két kevésbé gyakran használt hotspot található 18 és 29 kb-kal távolabb a bcl-2 géntől, a 105 bp bcl-2 intermediate cluster region (icr) és az 561 bp Bcl-2 minor cluster region (mcr). A három Bcl-2 transzlokációs zóna bármelyik CpG-helye célpont lehet a DSB számára . A bcl-2 transzlokációs szünetek tizenhárom százaléka az icr-ben, 5% pedig az mcr-ben található.

a CPG-k használata a bcl-1 fő transzlokációs klaszterre is vonatkozik, amely a t(11;14) transzlokációban részt vevő hely. A bcl-1 transzlokáció szinte minden köpenysejtes limfómában előfordul, a törések 30% – a A 150 bp bcl-1 fő transzlokációs klaszter (MTC).

a CpG-típusú szünetek egy harmadik limfoid rosszindulatú daganatban is előfordulnak, a t(1;19) a pre-B ALLs kis százalékában transzlokáció történik az Pbx1 gén és az E2A gén között. Az E2A gén törései csak 23 bp-es zónában fordulnak elő, és ezek a DSB-k szintén jelentősen csoportosulnak a CpG-helyek körül . A bcl-2, bcl-1 és E2A transzlokációk mind a B-sejt fejlődésének pro-B/pre-B szakaszában fordulnak elő.

a bcl-2 MBR reakcióképes egy kémiai szondával, amelyet biszulfitnak neveznek . A bcl-2 MBR-hez hasonlóan ez a bcl-1 MTC is viszonylag kicsi (150 bp), és a biszulfithoz hasonló reaktivitással rendelkezik . Ezek az erősen biszulfit reaktív zónák CS-ben gazdagok. A körkörös dikroizmus, a Röntgenkrisztallográfia, az NMR és a kémiai szondázás alapján a Cs ilyen futásai általában olyan DNS-struktúrát fogadnak el, amely közbenső A B-formájú DNS és az A-formájú DNS között, amelyet B/a-intermediernek neveznek . A B / a-köztes szerkezet gyorsabb nyitási kinetikával rendelkezik, talán a biszulfit reaktivitás megfigyelt növekedésének egy részét teszi ki. Az ilyen szokatlan DNS-régiók hajlamosabbak lehetnek a csúszási eseményekre, amelyeket talán DNS-replikáció vagy transzkripció indukál. Ez aztán figyelembe veheti a minikromoszomális rekombinációs vizsgálatok sebezhetőségét .

a CPG-K Cs-je ezen B/a-közbenső zónákon belül vagy azok közvetlen szomszédságában fokozott a dezaminálás kockázatának . Ez a deaminálás nem vonatkozik a régió összes Cs-jére, hanem csak azokra a Cs-kre, amelyek a CpG-webhelyeken belül vannak. Az ilyen Cs-k egyetlen megkülönböztető jellemzője a CPG-kben az, hogy DNS-metiltranszferázzal metilezhetők. Amikor a rendszeres Cs deaminálódik, U-vá válnak, ami U: G eltérést eredményez. De amikor a metil-Cs deaminálódik, T-vé válnak, ami T:G eltérést eredményez. Az U:G eltérések javítása nagyon hatékony, de a T:G eltérések javítása nem hatékony. Valójában a T: G eltérés javítása annyira nem hatékony, hogy a p53 gén pontmutációinak körülbelül felét teszi ki az emberi rákok széles körében. Ezek a T:G eltérési helyek mindig a CpG helyeken vannak.

mi okozza a törést ezeken a T:G eltérési helyeken? Érdekes módon úgy tűnik, hogy ez a deamináció ezeken a limfoid transzlokációs hotspotokon a differenciálódás B előtti szakaszában fordul elő. Ez a B-sejtek fejlődésének szakasza, amikor a D-J rekombináció a legerőteljesebben fordul elő. Mivel a bcl – 2 és bcl-1 transzlokációk ebben a szakaszban fordulnak elő, valószínűleg ez a transzlokáció szakasza. Megmutattuk, hogy a RAG komplex DSB-t okozhat a kis buborékszerkezetek helyén, sőt az egy bázispár eltérései is. (Mint fentebb említettük, a RAG komplex ezen hatása tükrözi annak szerkezet-specifikus nukleáz aktivitását, talán egy olyan tulajdonságot, amely tükrözi a RAG komplex szerkezet-specifikus hatásait a hajtű képződése során V(D)J rekombináció.) Ezért azt javasoltuk, hogy a RAG komplex tegye a DSB-ket a T:G eltérésének helyén .

ha a rag komplex okozza a DSB-ket a CpG-helyeken, akkor miért nem fordulnak elő ilyen CpG – típusú törések a pre-T-sejtekben, amelyek szintén expresszálják a RAG enzim komplexet? A B-sejtvonal citidin-deaminázt expresszál az osztálykapcsoló rekombinációhoz és a szomatikus hipermutációhoz. Mint fentebb említettük, ezt az enzimet aktiválás által indukált deamináznak (AID) nevezzük. A segélyt B-sejtekben fejezik ki, de más szomatikus sejtekben nem. A segély leginkább a B-sejtekben fejeződik ki, amikor a csíraközpontokban vannak. A pre-B sejtekben azonban alacsony szintű AID expressziót írtak le . Sőt, úgy gondolják, hogy a csontvelőből éppen kilépő B-sejtek, az úgynevezett átmeneti B-sejtek is kifejezik a támogatást . Ezért van egy olyan időszak, amikor a B-sejtek befejezik a V (D)J rekombinációt, és megkezdik az AID kifejeződését, amikor mind az AID, mind a RAG komplex jelen van a B-sejtekben. Ezért azt javasoljuk, hogy az AID valószínűleg felelős a meC T-re történő mutációjáért a korai B-sejtek CpG-helyein. A kapott T: G eltérést ezután a rongy komplex vágja le, ami DSB-t eredményez. Ez a modell három transzlokációs csúcsot magyaráz meg a bcl-2 MBR-en belül, amelyek mindegyike a CpG-helyek középpontjában áll .

az ismeretlen mechanizmusú patológiás DSB-k egyéb okai

bizonyos transzlokációk erősen kapcsolódnak a II .típusú topoiziomeráz inhibitor terápiához. Az ilyen terápia után néhány betegnél másodlagos rosszindulatú daganatok alakulnak ki ezekkel a jellegzetes transzlokációkkal. A topoizomerázok általában egy-vagy kettős szálú töréseket tesznek a DNS feltekerése vagy lazítása érdekében, így funkciójuk részeként nukleázaktivitással rendelkeznek. A DNS feltekerése vagy letekerése után általában újra lezárják a törést(töréseket). Javasolták, hogy az újrazáródás megszakítása vagy megelőzése stabil töréseket eredményezhet a kromoszómális átrendeződésekben .

néhány DSB a közvetlen vagy fordított DNS-ismétlődések közelében található helyeken keletkezik. Az ilyen ismétlések csúszott DNS-struktúrákat eredményezhetnek, amelyek egyszálú DNS-régiókat tartalmaznak, amelyek a hasítás célpontjai lehetnek. A legjobb példa erre az alkotmányos transzlokáció t (11;22)(q23; q11), amely több száz bázisból álló at-gazdag palindromot tartalmaz, kereszt alakú képződéssel.

több DSB mechanizmus kombinációja egy átrendeződésen belül

tekintettel arra, hogy két DSB szükséges a transzlokáció létrehozásához, a két törés gyakran nem kapcsolódik egymáshoz. A bcl-2 és bcl-1 transzlokációkban például az agyváltó lokusznál a törés egy V(D)J típusú törés, amelyet a rag komplex szekvenciaspecifikus hatása generál a V(D)J rekombináció során. (Ezt a normál V(D)J rekombinációs folyamat befejezésének kudarcának lehet tekinteni .) A bcl-2 vagy bcl-1 lókuszban lévő DSB egy CpG-típusú törés, amelyet az AID szekvenciális hatásának és a rag komplex szerkezetspecifikus nicking aktivitásának tulajdonítottak .

még egy adott lokuszon belül is sokféle DSB mechanizmus lehet. Az SCL és az LMO2 lokuszok túlnyomórészt fenntartják a V(D)J típusú DSB-ket, de a DSB-k egyharmada vagy több nem kompatibilis a V(D)J típusú DSB-k szekvenciakövetelményeivel, és ezek oka lehet szabadgyökök károsodása, ionizáló sugárzás vagy topoizomeráz meghibásodások. Az egyetlen sejten belüli különböző lokuszok ezért hajlamosak a különböző típusú DSB mechanizmusokra.

replikáció által indukált DSB-K

a DNS-replikáció során deléciók léphetnek fel a szintetizáló szál csúszása miatt a sablonszálon. A specifikus hotspotokban előforduló kromoszóma-átrendeződéseket, akár a szomatikus sejtekben lévő rákban, akár a gametogenezis/kezdeti fejlődési megosztottság során, mint alkotmányos transzlokációkat, visszatérő transzlokációknak nevezzük, amelyek sok betegnél láthatók. A nem visszatérő transzlokációk azok, amelyek betegenként különböző helyeken fordulnak elő, de megváltoztatják vagy inaktiválják a betegséget okozó gént. Ellentétben a visszatérő transzlokációkkal, amelyeket a fentiekben a rákban tárgyaltunk, úgy tűnik, hogy azok a mechanizmusok, amelyek a szálcserét nem visszatérő transzlokációkban okozzák, templátváltást jelentenek a replikatív DNS-szintézis során. Ezek a sablonkapcsolók a DNS-szekvencia homológia kis régióiban fordulhatnak elő, például 5 bp. Ezt a sablonváltást microhomology-medied Break-induced replikation (MMBIR) vagy Fork Stalling and Template Switching (Fostes) – nak hívják. A nem visszatérő transzlokációs csomópontok esetében, amelyek a genom általában egymástól elválasztott régióiból származó szekvenciák több hosszú szakaszát foglalják magukban, mechanizmusként több sablonváltási eseményt javasoltak .