több csoport legújabb munkája megerősítette az egyre bővülő funkcionális kapcsolatokat a DNS damage response (DDR) és a ciliogenesis között. Tekintettel arra, hogy mind a DDR, mind az elsődleges ciliogenezis olyan stresszválasz-mechanizmusok, amelyek elválaszthatatlanul kapcsolódnak a sejtciklushoz (lásd alább), akkor ezek a megállapítások talán nem túl váratlanok biológiai funkciójuk összefüggésében. Továbbá, centrioles, amely segít szabályozni a genom stabilitását proliferáló sejtek révén helyes mikrotubulus szervezet és pontos kromoszóma szegregáció, szintén alkotják a bazális test elsődleges csillók belül nyugalmi sejtek. A DDR/Genom stabilitási faktorok hibái azonban hagyományosan öröklött rák-hajlamosító betegség szindrómákkal társulnak, míg a ciliopathiában szenvedő betegeknél nincs fokozott a rák kialakulásának kockázata. Ez teszi a legújabb megállapításokat, hogy a mutációk egyes DDR fehérjék okozati egy részhalmaza humán ciliopathiák annál érdekesebb. A következő szakaszok ezért rövid áttekintést adnak a nemrégiben felfedezett genetikai és funkcionális kapcsolatokról a DDR és a ciliogenezis között. Kiemeljük az eddig azonosított kulcsfontosságú fehérjéket, amelyek kettős szerepet játszanak ezekben a biológiai folyamatokban.
a DNS-károsodásra adott válasz és a genom stabilitása
a sejtekben lévő DNS-t naponta károsítják mind az exogén források, például a nap UV-sugárzása vagy a dohányfüstben található rákkeltő anyagok, mind az endogén források, pl. metabolikus melléktermékek, a DNS-replikáció során bevezetett hibák vagy kromoszóma-szegregációs hibák a mitózis során . A genom integritásának fenntartása és a potenciálisan pro-mutagén elváltozások genomon belüli felhalmozódásának minimalizálása érdekében kifinomult molekuláris mechanizmusok alakultak ki a sejten belül előforduló számos napi elváltozás feloldására, például DNS-törések (egy-és kettős szálú), a DNS gerincének bázis-és cukorkárosodása, DNS és DNS-fehérje keresztkötések, a DNS-replikáció során beépített bázispár-eltérések és a DNS különböző helyein található alkilezési elváltozások . Ezek a folyamatok rendkívül specializált fehérjecsoportokat és útvonalakat foglalnak magukban, amelyek közvetítik a specifikus elváltozások kimutatását és javítását, de gyakran átfedő funkciókkal rendelkeznek a sok különböző DNS-javító útvonal között . A DNS-károsodás kimutatása és későbbi javítása a sejtciklussal egy sor komplex szabályozó és visszacsatoló mechanizmuson keresztül koordinálódik, amelyeket együttesen sejtciklus-ellenőrző pontoknak neveznek . Az ilyen ellenőrző pontok a sejtciklus folyamatának különböző szakaszaiban aktiválhatók, hogy időt biztosítsanak a DNS-elváltozások feloldására, mielőtt a sejtciklus következő szakaszába lépnének . Ez létfontosságú a genom szekvenciaintegritásának fenntartásához, mivel e folyamat végrehajtásának elmulasztása oda vezethet, hogy a replikáció során a potenciális pro-mutagén elváltozások rögzülnek, és a kromoszómák mitotikus szegregációja során továbbadódnak a leánysejteknek . Ha a genom károsodása meghaladja a sejt azon képességét, hogy megfelelően megjavítsa, akkor a sejthalál mechanizmusok aktiválódnak, amelyek végső hibabiztosként működnek, hogy megakadályozzák a potenciálisan Pro-mutagén elváltozások terjedését és átjutását a leánysejtekbe . A potenciálisan pro-mutagén DNS-elváltozások kimutatásának és későbbi javításának gyűjtőfogalma a” DNS-károsodási válasz ” (DDR), amely a pro-apoptotikus mechanizmusokkal együtt kritikus akadályt jelent a rák kialakulásában . Az intakt DDR fontosságát a tumorigenesis elleni küzdelemben talán a legjobban bizonyítja a számos emberi rák-hajlamosító betegség szindróma, amelyek a mögöttes mutációk következményei a DDR faktorokban . Ezenkívül jól bebizonyosodott, hogy fokozott az emlő vagy a vastagbélrák kockázata olyan egyéneknél, akiknél specifikus DDR faktorok mutációi vannak pl. BRCA1/2 és MSH2, MSH6 stb. . A rengeteg DDR faktort kódoló gének mutációi számos más emberi öröklött vagy szórványos rendellenességhez is vezethetnek, több átfedő klinikai fenotípussal . Az ilyen tényezők mutációival kapcsolatos leggyakoribb átfedő klinikai tulajdonság a veleszületett mikrocefália, potenciálisan a fejlődő embrió során fellépő neurogenezis hibái miatt . A folyamat során bekövetkező gyors sejtbővülés érzékeny a DNS károsodására, és pontos aszimmetrikus sejtosztódást igényel. Mint ilyen, a fehérjék mutációi, amelyek fontos szerepet játszanak a DNS replikációjában, a DNS-javításban, a centroszóma fenntartásában, a mikrotubulusok szabályozásában és a mitózisban, kimutatták, hogy számos emberi mikrocefalikus rendellenesség okozói (lásd az 1.táblázatot néhány példát).
DDR faktorok és centroszómák
a centroszóma a mikrotubulusok nukleációjának és szerveződésének fő helyszíne mind az interfázisos, mind a mitotikus sejtekben, és a ciliogenezis során a bazális test alapját képezi (lásd alább). Két ortogonálisan elhelyezett, hengeres alakú szerkezetből áll, amelyeket centrioláknak neveznek, amelyeket egy elektron-sűrű mátrix vesz körül, amelyet pericentrioláris anyagnak (PCM) neveznek, és szervezett állványként működik, amely megkönnyíti a fehérje toborzását a centroszómába. A PCM-hez számos részecskét társítanak, amelyeket centrioláris műholdaknak neveznek, amelyek a PCM és más centroszomális fehérjék számos összetevőjét tartalmazzák . A centroszómák kialakulását, érését és duplikációját a sejtciklussal összhangban szabályozzák . Mint ilyen, a sejtciklus progressziójának hibái, pl. a DNS-károsodás indukcióját követően a centrioláris műholdak összetételének és felépítésének megváltozásához vezethet, és centroszóma duplikációs hibákat okozhat . Mivel a centroszómák duplikációja a sejtciklus G1/S fázisában következik be, a tartós DNS-károsodást és az ellenőrző pont aktiválódását és/vagy replikációs stresszt tapasztaló sejtek, amelyek meghosszabbítják az S-fázisban töltött időt, abnormális centroszóma duplikációt okozhatnak, úgynevezett szupernumerikus centroszómákat . Ezenkívül nemrégiben kimutatták, hogy néhány centrioláris műhold interaktomot képez a centroszomális fehérjékkel együtt, hogy elősegítse a CDK2 aktivitást és a hatékony centrioláris duplikációt .
tekintettel a centroszóma sejten belüli fontos szerepére és a funkcionális átfedésre a DDR-rel (lásd fent), talán nem túl meglepő, hogy a centroszómához kapcsolódó tényezők hibái, amelyek a DDR-folyamatokban működnek, számos emberi öröklött rendellenességet eredményeznek, amelyek számos mikrocefális rendellenességet és ciliopathiát tartalmaznak (1.táblázat). Ez magában foglalja a ciliopathiában és a mikrocefáliában szenvedő betegek közötti klinikopatológiai átfedéseket , valamint a mikrotubulus-szabályozó cenpf fehérje mutációit, amelyek mind a ciliopathia, mind a mikrocefália rendellenességeivel társulnak . Ezenkívül hosszú távú kapcsolat van a számfeletti centroszómák, a genom instabilitása és a rák kialakulása és/vagy progressziója között, mivel a számfeletti centroszómák a rákos sejtek közös jellemzője . A kóros centroszóma számának funkcionális következményét a rák összefüggésében a közelmúltban kiemelte annak bemutatása, hogy a centroszóma amplifikációja sejtadhéziós változásokhoz vezethet, amelyek elősegíthetik az áttétes rákos sejtekhez kapcsolódó invazív fenotípusokat . Érdekes azonban megjegyezni, hogy még a centroszómához kapcsolódó fehérjék kettős szerepét is figyelembe véve a ciliogenezisben (1.táblázat), és hogy a ciliához kapcsolódó jelátviteli utak gyakran szabályozatlanok a rákokban, nincs nyilvánvaló összefüggés a ciliopathia és a rák kockázata között (lásd alább).
a DDR és a centroszómák közötti funkcionális kapcsolatokra korábban több DDR faktor centroszomális lokalizációjából következtettek, beleértve a BRCA1, BRCA2, PARP1 és NBS1 DNS-javító fehérjéket; a DDR jelző kinázokat ATM, CHK1 és CHK2; valamint a sejtciklus-ellenőrző pontot és a transzkripciós szabályozó TP53-at . Meg kell azonban jegyezni, hogy ezekben a vizsgálatokban az antitestek keresztreaktivitása nem zárható ki a reagens alapos validálása nélkül . A biológiai funkciókra vonatkozó meggyőzőbb mechanisztikus betekintés abból a megfigyelésből származik, hogy az E3 ubiquitin ligáz BRCA1 ubiquitilálja a gamma-tubulint a centroszómákban, ami fontos a centroszóma túlzott duplikációjának korlátozásához a sejtciklus S és G2 fázisában, amelyet viszont az nbs1 és az upstream DDR-hez kapcsolódó kináz ATR szabályoz . A DDR effektor kináz CHK1 kezdetben arról számoltak be , hogy szintén lokalizálódik a centroszómában, de ezt később a CHK1 antitest nem specifikus kölcsönhatása révén határozták meg keresztreakció a CENTROSZOMÁLIS fehérjével CCDC151 . Ezért jelenleg nem világos, hogy a CHK1 hogyan járulhat hozzá az nbs1 és a BRCA1 funkciók centroszóma amplifikációjának mechanizmusához, amelyek egyaránt képesek aktiválni a CHK1-et a DNS károsodására és/vagy replikációs stresszre adott válaszként . Azóta azonban kimutatták , hogy a CHK1 funkció fontos a PCM tágulásának szabályozásában, ez a folyamat bizonyítottan befolyásolja a lány centriolák növekedését . Ezenkívül a CHK1 az MCPH1 centroszomális fehérjével együtt (1 .táblázat) szabályozhatja a mitotikus belépést. Érdekes módon az MCPH1 expresszió változásai mind az emlő -, mind a petefészekrák fokozatához kapcsolódtak, ami a magasabb fokú daganatok fokozott sejtosztódásának következménye lehet . Az S-fázisban a centriol duplikáció változásai a PCM tágulása vagy a nem megfelelő sejtciklus-időzítés miatt tehát olyan mechanizmusok lehetnek, amelyek révén a CHK1 funkció változásai befolyásolhatják a centroszóma integritását, bár ezeknek a kérdéseknek a kezelésére további vizsgálatokra van szükség egyértelműen szükség.
a centroszómához kapcsolódó és a DDR fehérjék közötti kölcsönhatások az exogén stresszre adott válaszként is előfordulhatnak. Például a centroszomális és ciliogenezist elősegítő cep164 fehérjét (1 .táblázat) a DDR-hez kapcsolódó kinázok ATM és ATR foszforilálják számos genotoxikus stressz hatására, ahol segít létrehozni egy G2/M károsodási ellenőrző pontot és szabályozni a sejtosztódási folyamatokat. A CEP164-ről azt is kimutatták, hogy újra lokalizálódik az UV által kiváltott károsodás helyén, és szükséges az UV által kiváltott DNS-károsodásra adott hatékony sejtválaszhoz . Jelenleg azonban nem világos, hogy ez az UV-re adott specifikus válasz, vagy általánosabb válasz a replikációt blokkoló léziókra és / vagy a p38 által közvetített stressz jelátviteli utak indukciójára. Érdekes megjegyezni, hogy a központi centrioláris faktor centrin 2 mind centrioláris lokalizációval, mind pedig egy fő nukleáris komponenssel rendelkezik. Ez utóbbi funkcionálisan reagál az UV-indukált DNS-károsodásra, és fizikailag kölcsönhatásba lép az XPC-vel, hogy elősegítse az UV-indukált DNS-elváltozások hatékony javítását . A legújabb tanulmányok azt sugallják, hogy az ATM sokoldalú protein-kinázként is működhet a citoplazmatikus jelátviteli folyamatok során, ezért az ATM-nek “nem kanonikus DDR” ciliáris szerepe lehet, amely fenntartja a genom stabilitását és közvetíti a sejtválaszokat különböző más sejtes stresszekre. Valójában számos centroszómához kapcsolódó fehérje ismert vagy előre jelzett in vivo szubsztrátja a DDR-hez kapcsolódó KINÁZOKNAK, az ATM-nek, az ATR-nek és a DNS-PKcs-nek, amelyek közé tartoznak a centroszomális és ciliáris fehérjék, például a ninein, a PCM1 és az INPP5E . Egy másik példa a centroszóma fehérjére, amely a DDR kinázok közvetlen szubsztrátja, a CEP63 (1. táblázat), amelyet az ATM és az ATR foszforilál , hogy elősegítse a mitotikus orsóegységet, és kimutatták, hogy szabályozza a centriol duplikációt, potenciálisan centroszomális CDK aktivitással . A CEP164-től eltérően azonban a CEP63 közvetlen szerepe a DNS-károsodásra adott sejtválaszban még nem tisztázott. Továbbá, bár nem közvetlenül kapcsolódó DDR-kináz, a kináz Aurora A szabályozza a mitotikus belépést és kilépést, valamint a cilium szétszerelését . Az Aurora A egyik szubsztrátja a mitotikus kináz PLK1, amely szintén elősegítheti a csillók szétszerelését, és kimutatták, hogy a sejtciklus ellenőrzőpontjának helyreállításában működik a DNS károsodását követően . Ezekkel az eredményekkel összhangban számos csoport munkája összekapcsolja az APC-t, amely koordinálja a mitotikus progressziót a DNS károsodására és a replikációs stresszre adott válaszként, a ciliogenezishez . Végül nemrégiben bebizonyítottuk, hogy néhány centrioláris műholdfehérjének kettős szerepe van a ciliogenezis elősegítésében és a DNS-károsodás felhalmozódásának megakadályozásában a sejtben .
az itt kiemelt példák (további példákat lásd az 1. táblázatban) mind fizikai, mind funkcionális kölcsönhatásokat mutatnak a DDR centroszomális fehérjék között, amelyek közül sok szabályozza a ciliogenezist. A DDR és a centroszóma fehérjék közötti kölcsönhatások többsége vagy a centroszóma duplikációját szabályozza a sejtcikluson keresztül, vagy a mitotikus bejutás pontos időzítését szabályozza az orsóoszlop testén keresztül. Az ilyen folyamatok közötti ilyen áthallás ezért fontos lehet A hűséges sejtosztódás elősegítéséhez a korai fejlődés során, amint azt a mikrocefális rendellenességek példája is mutatja, és a tumor progressziója és/vagy fejlődése során a kontrollálatlan sejtosztódáshoz is kapcsolódhat. A sejtes folyamatok közötti funkcionális kapcsolat további tisztázása új betekintést nyújt számos emberi öröklött és szórványos rendellenességbe (1.táblázat).
az emlős csillók celluláris szerepe
az elsődleges csillók mikrotubulus alapú organellák, amelyek érzékelik és transzdukálják az extracelluláris jeleket számos sejttípuson a sejtciklus G1/G0 fázisában . A csillók komplex ultrastruktúrával rendelkeznek, a molekuláris komponensek szétválasztásával, amelyek funkcionális modulokban kombinálódnak. Ezeknek a komponenseknek a elvesztése vagy mutációja megzavarhatja a ciliáris funkciókat, például a fehérje belépésének és kilépésének szabályozását a ciliumból, a jelátviteli kaszkádok szabályozását és a sejtciklus szabályozását. Különösen a ciliáris átmeneti zónát javasolták hubként, amely közvetíti és integrálja a paracrin jelátvitelt az embrionális fejlődés és a szövet morfogenezise során, beleértve a SHH, a WNT és a Notch jelátviteli utakat . Úgy tűnik, hogy ezen útvonalak szabályozásának közös mechanizmusa a jelzőelemek diszkrét kompartmentalizálása a cilium felé. Más utak paradigmájaként az Smo, a SHH Ko-receptora és transzduktora transzlokálódik, majd aktiválja a GLI transzkripciós faktorokat a ciliumon belül . A kanonikus WNT / MHz-catenin jelzést a JOUBERIN Wnt jelzőkomponens kompartmentalizálása is korlátozza, biztosítva ezzel a .. -katenin transzlokációját a magtól a ciliumba . Viszont a Notch jelzést javasolják a ciliáris SHH jelátvitel modulátorának az Smo ciliáris transzlokációjának szabályozásával . Újabban kimutatták , hogy az mTOR , a Hippo, a TGF és a PDGF jelátviteli utak mindegyike ciliáris függő mechanizmusokon keresztül szabályozott, különböző következményekkel jár a sejtproliferációra és a méretre, a differenciálódásra, az autofágiára, az apoptózisra és a tumorigenesisre. Jelenleg nem világos, hogy a ciliárishoz kapcsolódó jelátviteli utak milyen mértékben modulálják a DDR-t , bár egy nemrégiben készült tanulmány szerint a Notch1 receptor kötődik és negatívan szabályozza a DDR-hez kapcsolódó kináz ATM aktivitását, és része lehet egy interaktómának más DDR-hez kapcsolódó tényezőkkel . Ezért érdekes lesz meghatározni, hogy a Notch1 receptor és az ATM közötti további kapcsolatok milyen hatással vannak a ciliogenezisre. Ezekből a vizsgálatokból a centroszomális és a ciliáris fehérjék DDR-rel való kapcsolatai összekapcsolják a cilium biogenezisének és szétszerelésének folyamatait a mitotikus és S-fázisú ellenőrzőpont útvonalakkal, amelyek a DNS replikáció és a kromoszóma transzmisszió kudarcait figyelik. Ezeknek a ciliáris folyamatoknak a megzavarása tehát lehetővé teheti a szabályozatlan sejtproliferációt, amely minden rák jellemzője. Ezzel szemben a közelmúltban végzett munka egyre növekvő felismeréshez vezetett, hogy a replikációs időzítés és a progresszió megváltozása, ami replikációs stresszhez és a DDR aktiválódásához vezet, néhány vese ciliopathiájának jellemzői .
a Rendszerbiológiai megközelítések a spliceoszóma fehérjék és más mRNS-feldolgozó tényezők széles körű szerepét tárták fel a DNS károsodásának megelőzésében, amelyet egyes esetekben aberrált RNS–DNS struktúrák okoztak . Sok azonos spliceosome és mRNS-feldolgozó komponensek, beleértve a mutált öröklött formái a retina degeneráció állapot retinitis pigmentosa, szintén azonosították a közelmúltban fordított genetikai képernyő gének és utak szabályozó ciliogenesis . Az elsődleges csillók elvesztését számos rákos daganatban is megfigyelték, beleértve az emlőrákot és a vesesejtes karcinómákat , ami arra utal, hogy a csilló “tumorszuppresszor organella”lehet. Például a családi adenomatózus polipózist (FAP vagy Gardner-szindróma), egy öröklött Wnt-függő rákot egy ciliáris-függő mechanizmus közvetíthet . A megfigyelések magyarázatára szolgáló mechanisztikus részletek azonban ismeretlenek, így nem világos, hogy a csillók elvesztése hozzájárul-e a replikációs stressz és az aktivált DDR nukleáris eseményeihez, vagy csupán annak következménye.
azt is fontos értékelni, hogy a jelátviteli utak több szerepet játszanak a normális felnőtt szöveti homeosztázis fenntartásában, amelyek különböznek a fejlődési jelzéstől az embriogenezis során. Az elsődleges csillók szerepe a fejlődési SHH jelátvitelben jól megalapozott, de ez az út szabályozza a szöveti progenitor és őssejtpopulációk túlélését és proliferációját is . Ezek a mitogén szerepek megmagyarázhatják, hogy a kanonikus SHH jelátviteli út abnormális aktiválása, akár az útvonal komponenseinek mutációinak aktiválásával, akár egy autokrin mechanizmus ligandumtermelésével, számos különböző szövetben hajlamosít a rákra, beleértve a medulloblastomát, a glioblastomát és a bazális sejtes karcinómát . Jelenleg nem világos, hogy az elsődleges csillók elengedhetetlenek-e a SHH mitogén szerepeihez. Például a SHH Ko-receptor smo mutációinak aktiválása által okozott tumourigenesis csökken, ha a csillók ablálódnak, míg a csillóveszteség fokozta az aktivált gli2, a SHH jelátvitel transzkripciós effektora által okozott tumourigenesist . Az SHH komplex mitogén szerepei azonban magyarázatot adnak arra, hogy miért nincs nyilvánvaló növekedés a rák előfordulásában ciliopathiás betegeknél.
kialakulóban lévő genetikai és funkcionális kapcsolatok a DDR és az elsődleges csillók között
nemrégiben kimutatták, hogy a proliferáló sejtekben számos centrioláris műholdfehérje újra strukturálódik exogén stresszek, például UV hatására, amelyek viszont elnyomják a gátló jeleket és megkönnyítik a csillogenezist . Hasonlóképpen, a stressz által kiváltott autofágia befolyásolhatja a centrioláris műholdak összetételét a ciliogenezis elősegítése érdekében . Ezzel szemben az elsődleges csillón keresztüli stresszjelzés segít szabályozni az autofágiát azáltal, hogy elősegíti az autofágoszóma kialakulását . Azt is kimutattuk, hogy néhány centrioláris műholdas fehérje elősegíti a ciliogenezist és a genom stabilitását , ami részben a centroszóma és a centriol duplikáció összetételének szabályozásán keresztül a CDK2 aktivitáson keresztül . A DNS károsodásából származó stresszjelek lehetnek intra-vagy intercelluláris mechanizmusok révén, amelyek magukban foglalják a sejt-sejt érintkezést és / vagy az extracelluláris jelátvitelt, amelyeket együttesen ‘kívülálló hatásoknak’ neveznek . A DDR és az elsődleges csillók közötti kölcsönhatás tehát magában foglalhatja a DDR és a centrioláris/bazális test fehérjék közötti belső funkcionális kölcsönhatásokat, valamint a szomszédos sejtekből származó külső jeleket. Az elmúlt néhány évben funkcionális kapcsolatok alakultak ki az autofágia és a DDR között, ahol az autofágia megkönnyíti a sejtek sorsát a DNS károsodását követően, és segít megelőzni a genom instabilitását a tumorigenesis elleni küzdelemben . Érdekes módon az autofágia folyamatok reagálhatnak a DNS-károsodás által kiváltott kívülálló hatásokra is, megkönnyítve mind az intra -, mind az intercelluláris stresszjelzést. A sejtes stresszre reagáló mechanizmusok összetett kölcsönhatása potenciális következményekkel jár a ciliopathiákra és a mikrocefalikus rendellenességekre, valamint a rákra .
a fenti példák mellett, amelyek a DDR és a centroszomális fehérjék közötti fizikai és funkcionális kapcsolatokat mutatják, több csoport munkája közvetlen genetikai és funkcionális kapcsolatokat tárt fel a DDR és a ciliogenezis között (1., 2. táblázat). Mint már említettük, a cep164 pro-ciliogenezis centroszomális fehérjét DDR-kinázok szabályozzák, és elősegíti az UV-indukált DNS-károsodásra adott sejtválaszokat . Újabban homozigóta recesszív mutációk a CEP164 – ben kimutatták, hogy okozati jellegűek a nephronophthisis-szel kapcsolatos ciliopathiák egy részhalmazában, mutáns zebrafish modellekkel, amelyek mind a ciliopathia fenotípusait, mind a DNS-károsodásra adott nem hatékony válaszokat mutatják . Továbbá ez a tanulmány azt is kimutatta, hogy az nphp10 (más néven SDCCAG8), amely általában a centroszómákban található, a DNS-károsodásra reagálva újra lokalizálódik a nukleáris gócokra , és egy későbbi vizsgálat azt sugallta, hogy az NPHP10 hiánya (akár sejtmodellekben, akár kiütéses egerekből származó sejtekben) a DNS-károsodás és a sejtciklus ellenőrzőpont aktivációjának emelkedett szintjéhez vezet . Összhangban a DDR-ben és a ciliogenezisben a NEK-kináz család néhány tagjának megállapított funkcionális szerepével , nemrégiben arról számoltak be, hogy a ciliopathiával társult kináz NEK8 (1 .táblázat) fontos a DDR-kináz ATR-en keresztül a replikációs stresszre adott celluláris válaszok szabályozásában és a CDK aktivitásának korlátozásában a DNS-törés kialakulásának elnyomása érdekében. Ami még meglepőbb, tekintettel a NEK8-asszociált ciliopathiák és ATR-asszociált Seckel-szindrómás betegek nem átfedő klinikai fenotípusaira, az az, hogy a CILIOPATHIÁVAL társult kináz mutáns NEK8-at expresszáló sejtek növekedtek a DNS-károsodásban és a sejtciklus defektusokban, és hogy a NEK8-mutáns egerek veséi felhalmozódtak a DNS-károsodásban . Továbbá a centroszomális cep290 fehérje, amely számos ciliopátiában mutálódott, beleértve a Joubert-szindrómát is, szintén szerepet játszott a DNS-replikációs stressz és a DDR szabályozásában (1 .táblázat), ami arra utal, hogy a krónikus replikációs stressz kulcsfontosságú tényező lehet egyes ciliopátiák kialakulásában. A NEK8 vizsgálathoz hasonlóan a mutáns CEP290-et expresszáló sejtek szintén nem megfelelő CDK aktivitással rendelkeztek. A szövetspecifikus replikációs stressz bizonyos genetikai hátterekben ezért közös mechanizmus lehet, amely a ciliopathiák egy részhalmazának kialakulását ösztönzi, és azt sugallja, hogy a CDK potenciális terápiás célpont lehet az ilyen betegségek számára .
érdekes, hogy ugyanaz a tanulmány, amely a cep164 mutációkat azonosítja a nephronophthisis-szel kapcsolatos ciliopathiák egy részhalmazának okozati mutációit is azonosította az MRE11-ben (2.táblázat). Az MRE11 sztöchiometrikusan kölcsönhatásba lép a RAD50-gyel és az NBS1-gyel (az úgynevezett MRN komplexet alkotva), hogy megkönnyítse a DNS-javítási folyamatok kulcsfontosságú funkcióit . Pontosabban, az nbs1 vagy az MRE11 csíravonal-mutációi rákot hajlamosító öröklött rendellenességeket okoznak Nijmegen törés szindróma és ataxia-telangiectasia-szerű rendellenesség (ALTD). Továbbá kimutatták , hogy az MRE11 gátolja a tumorigenezist, és az mre11, NBS1 vagy RAD50 öröklött heterozigóta mutációi az emlőrák alacsony közepes penetrációs kockázatával járnak . Jelenleg nem világos, hogy az mre11 specifikus mutációi hogyan vagy miért okozhatnak ciliopathiákat. Ez érdekes kérdéseket vet fel arról, hogy a kulcsfontosságú DDR-asszociált MRN komplex (MRE11-RAD50-NBS1) más tagjainak mutációi , amelyek öröklött rákos szindrómákat okoznak, más vese-retina ciliopathiákban is okozhatnak. Talán még meglepőbb volt az a közelmúltbeli felfedezés, hogy a Fanconi Anaemia és a rákkal összefüggő fan1 nukleáz mutációi (2 .táblázat; ) okozhatják a karyomegalic interstitialis nephritis típusú ciliopathiák egy részét. Mivel ez az enzim részt vesz a DNS-replikációt blokkoló DNS-elváltozások javításában, a tanulmány azt sugallta, hogy bizonyos szervekben a hibás nukleázaktivitás elősegítheti a sejtek öregedését a genotoxinok fokozott expozíciója után (talán a fokozott aktív anyagcseréből eredően). Ez hasonló forgatókönyv lehet A javasolt fokozott replikációs stresszhez, amelyet mind a cep290, mind a NEK8-hiányos egerek veséjében figyeltek meg (lásd fent). Bár ez lehet egy olyan mechanizmus, amellyel a FAN1 mutációk ciliopathiákat okozhatnak, az alapul szolgáló biológia bonyolultabb lehet, különös tekintettel arra, hogy a karyomegalikus interstitialis nephritis típusú ciliopathiákkal kapcsolatos fenotípusok nem nyilvánvalóak a Fanconi anaemiában (FA) szenvedő betegeknél. Ilyen fenotípusos eltérés is lehet, részben, a DNS-replikációt akadályozó elváltozások feloldására szolgáló útvonalakon belüli redundancia miatt .
ezen genetikai vizsgálatok mellett számos csoport feltárta a DDR-hez hagyományosan kapcsolódó fehérjék ciliogenezisének funkcionális kapcsolatait is. Erre példa az a közelmúltbeli megállapítás, hogy az ATR az egér fotoreceptor sejtjeiben lokalizálódik az alaptestre (2 .táblázat), és fontos a ciliogenezis szempontjából a fejlődő szem alatt. Az ATR szükséges a ciliáris eredetű Sonic hedgehog jelátvitelhez is in vitro és in vivo, de úgy tűnik, hogy nagyrészt nélkülözhető a ciliogenezis szempontjából, olyan szerepben, amely különbözik a DDR-ben és a replikációban betöltött funkciójától . Egy másik megállapítás az, hogy a DNS–replikációt engedélyező tényezők, például az ORC1 (2 .táblázat) mutációi okozták a mikrocefális rendellenességet Meier-Gorlin szindróma (MGS), és kimutatták, hogy a károsodott SHH jelátvitel révén befolyásolják a ciliogenezist is. Kimutatták, hogy az AAA-ATPáz fehérje VCP/p97 , amely több DDR faktor lokalizációját szabályozza a DNS-károsodás helyén, szükséges a ciliogenezishez (2 .táblázat), amikor hasonló funkciókat hajthat végre a fehérjék E3 ligáz által közvetített ubiquitilezésének szabályozásában az alaptestben. Végül az ATMIN fehérje, a kulcsfontosságú DDR kináz ATM kötő partnere, amely szintén fontos a replikációs stresszre adott sejtválaszok szempontjából, szintén fontosnak bizonyult a ciliogenezis szempontjából mind a tüdő, mind a vesék morfogenezise során fejlődő egerekben transzkripciós faktorként való képessége révén szabályozza a WNT jelátvitelt . Ezek a vizsgálatok együttesen mind genetikai, mind funkcionális összefüggéseket mutatnak a DDR és a ciliogenezis között (2.táblázat).
a humán primer cilium és a rák
a humán ciliopathiákban a DDR-hez kapcsolódó tényezőket érintő közelmúltbeli felfedezésekkel ellentétben az az általános megfigyelés, hogy a rák fokozott kockázata vagy előfordulása általában nem kapcsolódik az emberi ciliopathiákhoz. A kivételek közé tartozik a Birt–Hogg-Dubcontinental szindróma és a Von Hippel-Lindau szindróma, amelyek mind öröklött veserák rendellenességek, a ciliopathiák bizonyos klinikai jellemzőivel . Továbbá, bár a policisztás vesebetegségben szenvedő betegek jóindulatú vesecisztákkal rendelkeznek a sejtek túlnövekedésének fenotípusa következtében, nem növelik a rák kialakulásának kockázatát, és valójában összességében csökkent a rák kockázata a nem érintett egyénekhez képest . Nem világos, hogy miért lehet ez a helyzet, de felvetődött, hogy az apoptotikus és/vagy autofágia mechanizmusok révén a sejthalál egyidejűleg megnövekedett aránya segíthet csökkenteni a rák kockázatát az érintett egyénekben. Hasonló jelenségről számoltak be egerekben a p53-hiányos tumorok tumornövekedését korlátozó ATR aktivitás genetikai csökkenésével kapcsolatban , bár egyes Seckel-szindrómás betegeknél a rák fokozott kockázatáról számoltak be, amelyek közül legalább az egyiknek okozati genetikai hibája volt az ATR génben . Érdekes módon a közelmúltban felvetődött, hogy a megnövekedett replikációs stressz, hasonlóan ahhoz, amelyet gyakran észlelnek a rákok miatt onkogén aktiváció, egy fenotípus, amely a ciliopathiák egy részhalmazához kapcsolódik, mint pl CEP290-asszociált Joubert-szindróma . Így előfordulhat, hogy bizonyos szintű toleranciára van szükség a fokozott replikációs stresszhez annak érdekében, hogy a DDR-rel összefüggő betegségekhez kapcsolódó tumorigén fenotípusokat vezessenek be, amelyet az emberi ciliopathiák többségének kialakulása során nem választanak ki.
az itt röviden kiemelt tanulmányok meggyőző bizonyítékot szolgáltatnak a DDR és a ciliogenezis utak közötti folyamatosan bővülő genetikai és funkcionális kapcsolatokra. Azonban a DDR-hez társuló rák-hajlamosító szindrómák és a ciliopathiák fenotípusai közötti eltérések (1., 2. táblázat) nem felelnek meg a jelenlegi korlátozott ismereteinknek arról, hogy ez a két út hogyan kapcsolódhat egymáshoz. Ez tükrözheti az egyes útvonalak funkcionális hatását mind a fejlődő, mind a differenciált szöveten belül, valamint azt, hogy a normális vagy aberrált útvonalfunkció hogyan befolyásolhatja mind a rák előtti elváltozásokat, mind a transzformált sejteket.