Mekanismer for kromosomal rearrangement i det menneskelige genomet

Patologiske Dsb er vilkårlig definert Som Dsb som tjener ingen fysiologiske formål og kan føre til celle dysfunksjon.

Tilfeldige DNA-brudd på grunn av ioniserende stråling eller oksidative frie radikaler

I mange kromosomale omarrangementer ser Dsb-ene på ett eller begge gener ut til å være plassert tilfeldig i store områder av mange kilobaser. Tilfeldig posisjonering og den tilsynelatende mangelen på sekvenstilpenning tyder på sekvensspesifikke dsb-mekanismer som oksidative frie radikaler, ioniserende stråling eller mindre vanlig spontan dna-ryggradshydrolyse.

omtrent halvparten av den naturlige ioniserende strålingen i miljøet stammer fra naturlige tungmetaller på jorden, som uran, thorium og til og med kalium. Den andre halvdelen av ioniserende stråling kommer fra kosmisk stråling som ikke er helt blokkert av atmosfæren. Totalt passerer omtrent 3 x 108 ioniserende strålingspartikler gjennom hver av oss hver time, og produserer hydroksylfrie radikaler fra vann i kjølvannet. Denne delen av hydroksylfrie radikaler forårsaker klyngeskader PÅ DNA, og bryter dermed BEGGE DNA-trådene.

omtrent 0,1% av oksygenet vi puster omdannes til frie radikaler . Dette genererer 3 x1022 frie radikaler per time i hver av oss, og disse skadelige frie radikaler fordeles over de 1014 cellene i menneskekroppen. Frie radikaler forårsaker overveiende enkeltstreng DNA-skade, men to nærliggende slike hendelser kan resultere i EN DSB.

RAG handling på kryptiske RSS steder på off-target steder i en sekvens-spesifikk måte: v (D)j-type pauser

RSS heptamer / nonamer konsensus sekvens er på ingen måte unik For Ig og TCR loci, og RAG komplekset kan kutte på steder som avviker vesentlig fra 16 bp konsensus. Det minimale motivet for RAG nicking er bare CAC. DERMED KAN RAG-komplekset fungere PÅ RSS-lignende ikke-antigenreseptor-lokussteder, kalt kryptisk RSS (cRSS). Dette skjer i mange av rearrangementene observert i humant t-celle akutt lymfoblastisk lymfom . I disse tilfellene, i stedet FOR RAG kompleks sammenkobling en 12-RSS med en 23-RSS, en 12-RSS par med en 23-cRSS eller en 23-RSS par med en 12-cRSS. Vi kaller disse pausene V (D)J-type pauser fordi de forekommer via samme mekanisme som normal v (D)j rekombinasjon, uavhengig av det faktum at en av nettstedene er utenfor den vanlige antigen reseptor loci (det vil si, det er off-target).

RAG-handling ved DNA-boblestrukturer og andre regioner av heterologi på en strukturspesifikk måte

i tillegg til sin sekvensspesifikke skjæringsmodus, KAN RAG-komplekset også nick på en strukturspesifikk måte ved overgangssteder fra dsDNA til ssDNA, som forekommer ved kantene av boble-DNA-strukturer eller til og med enkeltbasiske feilmatcher . Slik aktivitet AV RAG-komplekset kan ha oppstått fordi RAG-komplekset er vant til å skape hårnålstrukturer, noe som innebærer betydelig DNA-forvrengning. Derfor er enhver region av mismatch eller glidning et potensielt mål for nicking av RAG-komplekset i lymfoide celler.

RAG-mediert transposisjon som en mekanisme for kromosomal omorganisering

fra 1998 til 2007 foreslo flere laboratorier at RAG-komplekset kunne sette inn DE stumpe RSS-inneholdende endene Fra v(D)j rekombinasjon, kalt signalender, til nye steder i genomet. DETTE kalles RAG transposisjon, og forekommer på et lavt nivå ved hjelp av en avkortet form AV RAG proteiner kalt core RAGs (anmeldt i ). Imidlertid viste arbeidet med Å finne RAG transponeringshendelser in vivo at disse var mye mindre vanlige enn tilfeldig integrering AV DNA . Endelig er det ingen eksempler på humane lymfoide maligniteter (eller noen annen type malignitet) hvor genomet ble endret ved EN RAG transposisjonell innsetting av signalender (eller noen annen tilsynelatende variant av en slik transposisjon).

HJELPEAKSJON på off-target steder

SOM nevnt i ovennevnte diskusjon om rekombinasjon av klassebryter, KAN HJELP konvertere C Til U eller metyl C Eller T i en hvilken som helst region av ssDNA. Dette ser ut til å forekomme ikke bare ved brytersekvensene og variable domener i Ig loci, men også på noen patologiske steder, for eksempel noen onkogener som c-myc . Når de er målrettet AV HJELP, kan disse regionene opprettholde punktmutasjoner eller DSBs . HJELPETILTAK ved igh switch-regionen under CSR og uavhengig HJELPETILTAK ved c-myc-genet for å skape EN DSB antas å være grunnlaget for de to initierende Dsb-ene i både mus og menneskelige c-myc-translokasjoner . Man kan betrakte brudd av denne typen SOM CSR-type brudd (som nevnt ovenfor i diskusjonen om rekombinasjon av klassebryter) eller SHM-type brudd, hvor SHM refererer TIL BISTANDSINITIERTE hendelser av typen som ligner på det som normalt skjer i somatisk hypermutasjon.

Antatt kombinert virkning AV HJELPEMIDDEL og RAGs på CpG-steder: cpg-type pauser

nylig rapporterte Vi At Dsb-Er ved visse loki i pro – B/pre-b-trinns translokasjoner – bcl-2 fra t(14;18), bcl-1 fra t(11;14) og E2A fra t(1;19) – har en sterk tilbøyelighet til å forekomme ved dinukleotidsekvensen CpG.

bcl-2-translokasjonen er den vanligste translokasjonen i kreft, og forekommer i >90% av follikulære lymfomer og en tredjedel av diffuse store cellelymfomer. Femti prosent av pausene ved bcl – 2-genet forekommer i MAJOR breakpoint-regionen (MBR), som er et 175 bp-hotspot i 3′ mest exon i regionen som koder for 3 ‘ UTR. To mindre brukte hotspots er plassert 18 og 29 kb lenger distale til bcl-2 genet, 105 bp bcl-2 intermediate cluster region (icr), og 561 bp bcl-2 minor cluster region (mcr), henholdsvis. Noen Av cpg områder innenfor noen av disse tre bcl – 2 translokasjonssoner kan være et mål for EN DSB . Tretten prosent av bcl – 2 translokasjons pauser er plassert i icr, og 5% i mcr.

Bruken av Cpger gjelder også for bcl-1 major translokasjonsklyngen, som er plasseringen involvert i t(11;14) translokasjon. Bcl – 1-translokasjonen forekommer i nesten alle mantelcellelymfomer, med 30% av pausene som forekommer ved 150 bp bcl – 1 major translokasjonsklyngen (MTC).

cpg-type brudd forekommer også i en tredje lymfoid malignitet, t (1;19) i en liten prosentandel av pre-B ALLs, en translokasjon som oppstår mellom Pbx1 genet OG e2a genet. Pausene VED e2a-genet forekommer i en sone på bare 23 bp, og disse Dsbene er også betydelig gruppert rundt CpG-steder . Alle tre translokasjoner som involverer bcl-2, bcl-1 OG E2A forekommer på pro-B/pre-b stadium Av b-celle utvikling.

bcl-2 MBR er reaktiv med en kjemisk sonde for single-strandedness kalt bisulfite . Som bcl-2 MBR er denne bcl – 1 MTC relativt liten (150 bp) og har en lignende reaktivitet til bisulfitt . Disse svært bisulfittreaktive sonene er rike på Løp Av Cs. Basert på sirkulær dikroisme, røntgenkrystallografi, NMR og kjemisk probing, har Slike Løp Av Cs en TENDENS til å vedta EN DNA-struktur som er mellomliggende Mellom B-form DNA OG A-form DNA, betegnet B/a-mellomliggende . B / a-intermediær struktur har raskere åpningskinetikk, kanskje regnskap for en del av den observerte økningen i bisulfittreaktivitet. Slike uvanlige DNA regioner kan være mer utsatt for glidning hendelser, kanskje indusert AV DNA replikasjon eller transkripsjon. Dette kan da forklare deres sårbarhet i minikromosomale rekombinasjonsanalyser .

Cs Av Cpgene innenfor eller direkte tilstøtende til disse b / A-mellomsonene har økt risiko for å gjennomgå deaminering . Denne deamineringen gjelder ikke for alle Cs i regionen, men bare Cs som er innenfor CpG-områder. Den eneste karakteristiske egenskapen til Slike Cs innen Cpg er at DE kan metyleres AV DNA-metyltransferase. Når vanlige Cs deaminerer, blir De U, noe som resulterer i En U:G mismatch. Men når metyl Cs deaminerer, blir De T, noe som resulterer i En t:G mismatch. Reparasjonen Av U: G-feil er svært effektiv, men reparasjonen Av T: G-feil er ikke effektiv. Faktisk Er t:G mismatch reparasjon så ineffektiv at den står for omtrent halvparten av punktmutasjonene ved p53-genet over et bredt spekter av humane kreftformer. Disse t: G mismatch nettsteder er alltid På CpG nettsteder.

Hva forårsaker pause på Disse t: G mismatch nettstedene? Interessant, synes denne deaminering ved disse lymfoide translokasjon hotspots å forekomme på pre-B stadium av differensiering. Dette er stadiet Av B-celleutvikling når d Til J rekombinasjon forekommer mest kraftig. Siden bcl-2-og bcl-1-translokasjonene forekommer på dette stadiet, synes dette å være scenen for translokasjonen. Vi har vist at RAG-komplekset kan forårsake EN DSB på steder med små boblestrukturer,og til og med enkeltbasepar mangler. (Som nevnt ovenfor reflekterer denne handlingen av RAG-komplekset sin strukturspesifikke nukleaseaktivitet, kanskje en funksjon som reflekterer strukturspesifikke handlinger av RAG-komplekset under hårnålformasjonstrinnet Av v (D)J rekombinasjon.) Derfor har vi foreslått AT RAG-komplekset gjør DSBs på nettstedene Til T: G mismatch .

hvis RAG-komplekset forårsaker DSBs på CpG-områder, hvorfor oppstår ikke Slike cpg-type pauser i pre-T-celler, som også uttrykker RAG-enzymkomplekset? B-cellelinjen uttrykker en cytidindeaminase for rekombinasjon av klassebryter og somatisk hypermutasjon. Som nevnt ovenfor kalles dette enzymet aktiveringsinducert deaminase (HJELPEMIDDEL). AID er uttrykt I B-celler, men ikke andre somatiske celler. AID er mest uttrykt I B-celler når De er i germinal sentrene. Imidlertid har et lavt NIVÅ AV HJELPEUTTRYKK blitt beskrevet i pre-B-celler . Videre antas B-celler som bare forlater beinmargen, kalt overgangsb-celler, også å uttrykke HJELP . Derfor er Det en periode Når B-celler fullfører v (D)J rekombinasjon og begynner å uttrykke HJELP NÅR BÅDE HJELP OG RAG-komplekset er tilstede i b-cellene. BISTAND har vist seg å være i stand til å deaminere metyl C Til T. Derfor foreslår VI at HJELP sannsynligvis er ansvarlig for mutasjonen av meC Til T på CpG-steder i tidlige B-celler. Den resulterende t: G mismatch blir deretter kuttet AV RAG-komplekset, noe som resulterer i EN DSB. Denne modellen forklarer tre topper av trans ligger innenfor bcl – 2 MBR, som alle er sentrert På CpG nettsteder .

Andre årsaker til patologiske Dsb med ukjent mekanisme

Visse translokasjoner er sterkt assosiert med type II topoisiomerasehemmerbehandling . Etter slik behandling utvikler noen pasienter sekundære maligniteter med disse karakteristiske translokasjonene. Topoisomeraser gjør generelt enkelt – eller dobbeltstrengbrudd FOR Å vind ELLER slappe AV DNA, og dermed har de en nukleaseaktivitet som en del av deres funksjon. ETTER vikling ELLER avvikling AV DNA, de normalt forsegle pause (s). Det er foreslått at avbrudd eller forebygging av resealing kan føre til stabile brudd sett i kromosomale omarrangementer .

Noen Dsb-Er oppstår på steder i nærheten av direkte ELLER inverterte DNA-repetisjoner. Slike gjentakelser kan gi opphav til gledede DNA-strukturer som inneholder regioner av enkeltstrenget DNA, som kan være mål for spaltning. Det beste eksempelet på dette er den konstitusjonelle translokasjonen t (11; 22) (q23; q11), som inneholder et AT-rikt palindrom på flere hundre baser, med potensial for korsdannelse.

Kombinasjon av flere dsb-mekanismer i en omorganisering

Gitt at to Dsb-Er kreves for å generere en translokasjon, er de to pausene ofte ikke relatert til hverandre. I bcl – 2-og bcl-1-translokasjonene er for eksempel bruddet ved igh-lokusen Et v(D)j-type brudd generert av sekvensspesifikk handling av RAG-komplekset under v(D)j rekombinasjon. (Man kan vurdere dette for å være en feil i ferdigstillelsen av den normale v (D)j rekombinasjonsprosessen . DSB ved bcl-2 eller bcl-1 locus er En CpG-type pause som har blitt foreslått å skyldes sekvensiell HANDLING AV HJELP og strukturspesifikk nicking aktivitet AV RAG-komplekset .

selv innenfor et gitt locus, kan DET være et bredt spekter AV dsb-mekanismer. SCL og LMO2 loci hovedsakelig både opprettholde V (D)J-Type DSBs, men en tredjedel eller flere Av DSBs er uforenlig med sekvensen kravene For V (D) J-Type DSBs, og disse kan skyldes frie radikaler skade, ioniserende stråling, eller topoisomerase feil. Ulike loci i en enkelt celle er derfor utsatt for forskjellige typer dsb-mekanismer.

Replikasjonsinduserte DSBs

under DNA-replikasjon kan slettinger oppstå på GRUNN av glidning av syntetiseringsstrengen på malstrengen. Kromosomale omarrangementer som forekommer ved bestemte hotspots, enten i kreft i somatiske celler eller under gametogenese / innledende utviklingsavdelinger som konstitusjonelle translokasjoner, kalles tilbakevendende translokasjoner som kan ses over mange pasienter. Nonrecurrent translokasjoner er de som forekommer på forskjellige steder fra en pasient til en annen, men endrer eller inaktiverer et gen som forårsaker en sykdom. I motsetning til de tilbakevendende translokasjoner som vi har diskutert i kreft ovenfor, mekanismene som forårsaker tråd utveksling i nonrecurrent translokasjoner synes å involvere mal veksling under replikativ DNA-syntese. Disse malbryterne kan forekomme i små regioner AV DNA-sekvenshomologi, for eksempel 5 bp. Denne malen bytte har blitt kalt microhomology-mediert brudd-indusert replikering (MMBIR) Eller Gaffel Stalling og Mal Switching (FoSTeS). For nonrecurrent translokasjon veikryss som involverer flere lange strekninger av sekvensen fra regioner av genomet som normalt er atskilt fra hverandre, flere mal svitsjing hendelser har blitt foreslått som en mekanisme .