lucrările recente din mai multe grupuri au întărit legăturile funcționale în continuă expansiune între răspunsul la deteriorarea ADN-ului (DDR) și ciliogeneza. Având în vedere că atât DDR, cât și ciliogeneza primară sunt mecanisme de răspuns la stres care sunt indisolubil legate de ciclul celular (vezi mai jos), atunci aceste constatări nu sunt probabil prea neașteptate în contextul funcției lor biologice. Mai mult, centriolii, care pot ajuta la guvernarea stabilității genomului în celulele proliferante prin organizarea corectă a microtubulilor și segregarea exactă a cromozomilor, formează, de asemenea, corpul bazal al cililor primari în celulele în repaus. Cu toate acestea, defectele factorilor de stabilitate DDR/genomului sunt asociate în mod tradițional cu sindroamele moștenite ale bolilor predispozante la cancer, în timp ce pacienții cu ciliopatii nu prezintă un risc crescut de dezvoltare a cancerului. Acest lucru face ca descoperirile recente că mutațiile din unele proteine DDR sunt cauzale pentru un subset de ciliopatii umane cu atât mai interesante. Prin urmare, următoarele secțiuni vor oferi o scurtă trecere în revistă a legăturilor genetice și funcționale recent descoperite între DDR și ciliogeneză. Evidențiem proteinele cheie identificate până în prezent care au roluri duale în aceste procese biologice.
răspunsul la deteriorarea ADN-ului și stabilitatea genomului
ADN-ul din celule este deteriorat zilnic atât din surse exogene, de exemplu radiații UV de la soare sau agenți cancerigeni din fumul de tutun, cât și din surse endogene, de exemplu. subproduse metabolice, erori introduse în timpul replicării ADN-ului sau prin defecte de segregare a cromozomilor în timpul mitozei . Pentru a menține integritatea genomică și pentru a reduce la minimum acumularea de leziuni potențial Pro-mutagene în cadrul genomului, au evoluat mecanisme moleculare sofisticate pentru a rezolva numeroasele leziuni zilnice care pot apărea în interiorul unei celule, de exemplu rupturi de ADN (simple și duble catenare), leziuni de bază și zahăr ale coloanei vertebrale a ADN-ului, legături încrucișate ADN și ADN-proteine, nepotriviri de perechi de baze încorporate în timpul leziunilor de replicare și alchilare a ADN-ului pe diferite locuri ale ADN-ului . Aceste procese implică seturi foarte specializate de proteine și căi care mediază detectarea și repararea leziunilor specifice, dar adesea posedă funcții suprapuse între numeroasele căi diferite de reparare a ADN-ului . Detectarea și repararea ulterioară a deteriorării ADN – ului sunt coordonate cu ciclul celular printr-o serie de mecanisme complexe de reglementare și feedback cunoscute colectiv ca puncte de control ale ciclului celular . Astfel de puncte de control pot fi activate în diferite etape ale procesului ciclului celular pentru a permite rezolvarea leziunilor ADN înainte de a trece la următoarea etapă a ciclului celular . Acest lucru este vital pentru menținerea integrității secvenței genomului, deoarece eșecul de a efectua aceste procese poate duce la fixarea potențialelor leziuni pro-mutagene în timpul replicării și transmiterea celulelor fiice în timpul segregării mitotice a cromozomilor . Dacă deteriorarea genomului depășește capacitatea unei celule de a-l repara în mod adecvat, atunci sunt declanșate mecanisme de moarte celulară care acționează ca o siguranță finală pentru a preveni propagarea și trecerea leziunilor potențial Pro-mutagene la celulele fiice . Termenul colectiv pentru detectarea și repararea ulterioară a leziunilor ADN potențial Pro-mutagene este „răspunsul la deteriorarea ADN-ului” (DDR), care, împreună cu mecanismele pro-apoptotice, acționează ca o barieră critică pentru dezvoltarea cancerului . Importanța unui DDR intact în combaterea tumorigenezei este probabil cel mai bine demonstrată de numeroasele sindroame ale bolii predispozante la cancer, care sunt o consecință a mutațiilor subiacente ale factorilor DDR . În plus, este bine stabilit că există un risc crescut de cancer mamar sau colorectal la persoanele cu mutații ale factorilor DDR specifici, de exemplu BRCA1/2 și MSH2, MSH6 etc. . Mutațiile genelor care codifică o multitudine de factori DDR pot duce, de asemenea, la o serie de alte tulburări moștenite sau sporadice umane cu mai multe fenotipuri clinice suprapuse . Cea mai frecventă trăsătură clinică suprapusă asociată cu mutații în astfel de factori este microcefalia congenitală, potențial datorată defectelor neurogenezei în timpul embrionului în curs de dezvoltare . Expansiunea rapidă a celulelor care are loc în timpul acestui proces este susceptibilă la deteriorarea ADN-ului și necesită , de asemenea, o diviziune celulară asimetrică precisă. Ca atare, mutațiile proteinelor care au funcții importante în replicarea ADN-ului, repararea ADN-ului, întreținerea centrozomilor, reglarea microtubulilor și mitoza s-au dovedit a fi cauzale pentru mai multe tulburări microcefalice umane (vezi Tabelul 1 pentru câteva exemple).
factori DDR și centrosomi
centrosomul acționează ca situsul principal al nucleării și organizării microtubulilor atât în celulele interfazice, cât și în cele mitotice și formează baza corpului bazal în timpul ciliogenezei (vezi mai jos). Se compune din două structuri poziționate ortogonal, de formă cilindrică, cunoscute sub numele de centrioli, care sunt înconjurate de o matrice densă de electroni denumită Material pericentriolar (PCM) și acționează ca o schelă organizată care facilitează recrutarea proteinelor către centrosom. Asociate cu PCM sunt numeroase particule denumite sateliți centriolari, care conțin multe componente ale PCM și alte proteine centrosomale . Formarea, maturarea și duplicarea centrozomilor sunt reglementate la unison cu ciclul celular . Ca atare, defecte în progresia ciclului celular, de ex. în urma inducerii deteriorării ADN-ului, poate duce la modificări ale compoziției și arhitecturii sateliților centriolari și poate da naștere unor erori de duplicare a centrosomilor . Deoarece duplicarea centrozomilor are loc în timpul fazelor G1/S ale ciclului celular, celulele care se confruntă cu deteriorarea persistentă a ADN-ului și activarea punctului de control și / sau stresul de replicare care prelungește timpul petrecut în faza S, pot da naștere la duplicarea anormală a centrozomilor numită centrosomi supranumerari . În plus, s-a arătat recent că unii sateliți centriolari formează un interactom împreună cu proteinele centrosomale pentru a promova activitatea CDK2 și duplicarea centriolară eficientă .
având în vedere rolurile importante ale centrozomului în interiorul celulei și suprapunerea funcțională cu DDR (vezi mai sus), poate că nu este prea surprinzător faptul că defectele factorilor asociați centrosomului care funcționează în procesele DDR dau naștere la o serie de tulburări moștenite umane care includ mai multe tulburări microcefalice și ciliopatii (Tabelul 1). Aceasta include exemple de suprapunere clinicopatologică între pacienții cu ciliopatie și microcefalie , precum și mutații ale CENPF-ului proteic care reglează microtubul, care sunt asociate atât cu ciliopatie, cât și cu tulburări de microcefalie . În plus, există o legătură de lungă durată între centrosomii supranumerari, instabilitatea genomului și dezvoltarea și/sau progresia cancerului, deoarece centrosomii supranumerari sunt un semn distinctiv comun al celulelor canceroase . O consecință funcțională a numărului anormal de centrozomi în contextul cancerului a fost recent evidențiată de demonstrația că amplificarea centrozomilor poate duce la modificări ale aderenței celulare care pot ajuta la antrenarea fenotipurilor invazive asociate cu celulele canceroase metastatice . Cu toate acestea, este interesant de observat că, chiar și având în vedere rolul dublu al multor proteine asociate centrosomilor în cadrul ciliogenezei (Tabelul 1) și că căile de semnalizare asociate cililor sunt adesea dereglate în cancere, nu există o asociere evidentă între ciliopatie și riscul de cancer (discutat mai jos).
legăturile funcționale dintre DDR și centrozomi au fost deduse anterior prin localizarea centrozomală a mai multor factori DDR, inclusiv proteinele de reparare a ADN-ului BRCA1, BRCA2, PARP1 și NBS1; kinazele de semnalizare DDR ATM, CHK1 și CHK2; și punctul de control al ciclului celular și regulatorul transcripțional TP53 . Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că reactivitatea încrucișată a anticorpilor în aceste studii nu poate fi exclusă fără validarea completă a reactivului . Perspective mecaniciste mai convingătoare asupra funcției biologice provin din observația că E3 ubiquitin ligaza BRCA1 ubiquitilează gama-tubulina la centrosomi, ceea ce este important pentru restricționarea supra-duplicării centrosomilor în timpul fazelor S și G2 ale ciclului celular care, la rândul său, este reglat de NBS1 și de kinaza asociată DDR în amonte ATR . Inițial s-a raportat că kinaza efectoare DDR CHK1 se localizează și la centrosom , dar ulterior s-a stabilit că aceasta se datorează unei interacțiuni nespecifice a anticorpului CHK1 care reacționează încrucișat cu proteina CENTROSOMALĂ CCDC151 . Prin urmare, nu este clar în prezent modul în care CHK1 poate contribui la mecanismul amplificării centrozomilor de către funcțiile NBS1 și BRCA1 care sunt capabile să activeze CHK1 ca răspuns la deteriorarea ADN-ului și/sau stresul de replicare . Cu toate acestea , funcția CHK1 s-a dovedit a fi importantă pentru reglarea extinderii PCM, un proces care s-a dovedit a afecta creșterea centriolilor fiice . În plus, CHK1 împreună cu proteina centrosomală MCPH1 (Tabelul 1) pot controla intrarea mitotică . Interesant este că modificările expresiei MCPH1 au fost asociate atât cu gradul de cancer mamar, cât și cu cel ovarian, ceea ce poate fi o consecință a diviziunii celulare crescute în tumorile de grad superior . Modificările duplicării centriolului în faza S datorate expansiunii PCM sau temporizării necorespunzătoare a ciclului celular ar putea fi, prin urmare, mecanisme prin care modificările funcției CHK1 ar putea afecta integritatea centrozomilor, deși sunt în mod clar necesare studii suplimentare pentru a aborda aceste probleme.
interacțiunile dintre proteinele asociate centrosomului și DDR pot apărea, de asemenea, ca răspuns la stresul exogen. De exemplu, proteina CENTROSOMALĂ și ciliogeneză care promovează CEP164 (Tabelul 1) este fosforilată de kinazele asociate DDR ATM și ATR ca răspuns la mai multe tensiuni genotoxice în care ajută la stabilirea unui punct de control al daunelor G2/M și la reglarea proceselor de diviziune celulară . CEP164 s-a dovedit, de asemenea, că se re-localizează la locurile de deteriorare indusă de UV și este necesară pentru răspunsuri celulare eficiente la deteriorarea ADN-ului indusă de UV . Cu toate acestea, în prezent nu este clar dacă acesta este un răspuns specific la UV sau un răspuns mai general la leziunile de blocare a replicării și/sau inducerea căilor de semnalizare a stresului mediate de p38. Este interesant de observat că factorul centriolar de bază centrin 2 are atât localizare centriolară, cât și o componentă nucleară majoră. Acesta din urmă răspunde funcțional la deteriorarea ADN-ului indusă de UV și interacționează fizic cu XPC pentru a promova repararea eficientă a leziunilor ADN induse de UV . Studii recente sugerează că ATM poate acționa , de asemenea, ca o proteină kinază versatilă în timpul proceselor de semnalizare citoplasmatică, iar ATM poate avea, prin urmare, un rol ciliar „non-canonic DDR” care menține stabilitatea genomului și mediază răspunsurile celulare la diverse alte stresuri celulare. Într-adevăr, există o serie de proteine asociate centrosomilor care sunt cunoscute sau prezise substraturi in vivo ale kinazelor asociate DDR ATM, ATR și ADN-PKC, care includ proteine centrosomale și ciliare, cum ar fi ninein, PCM1 și INPP5E . Un alt exemplu de proteină centrosomă care este un substrat direct al kinazelor DDR este CEP63 (Tabelul 1), Care este fosforilat de ATM și ATR pentru a promova asamblarea axului mitotic și s-a demonstrat că reglează duplicarea centriolului , potențial prin activitatea CDK centrosomală . Cu toate acestea, spre deosebire de CEP164, un rol direct pentru CEP63 în răspunsul celular la deteriorarea ADN-ului nu este încă elucidat. În plus, deși nu este o kinază DDR asociată direct, kinaza Aurora a reglează intrarea și ieșirea mitotică, precum și dezasamblarea ciliului . Unul dintre substraturile aurorei A este mitotic kinază PLK1 care poate promova, de asemenea, demontarea cililor și s-a dovedit că funcționează în recuperarea punctului de control al ciclului celular după deteriorarea ADN-ului . În concordanță cu aceste constatări este munca din mai multe grupuri care leagă APC, care coordonează progresia mitotică ca răspuns la deteriorarea ADN-ului și stresul de replicare, la ciliogeneză . În cele din urmă, am demonstrat recent că unele proteine satelit centriolare au roluri duale în promovarea ciliogenezei și prevenirea acumulării de leziuni ADN în interiorul celulei .
exemplele evidențiate aici (vezi Tabelul 1 pentru exemple suplimentare) demonstrează atât interacțiuni fizice, cât și funcționale între proteinele centrosomale DDR, dintre care multe controlează ciliogeneza. Majoritatea interacțiunii dintre proteinele DDR și centrosome implică fie reglarea duplicării centrosomilor prin ciclul celular, fie reglarea momentului precis al intrării mitotice prin corpul polului axului. Prin urmare, o astfel de încrucișare între aceste procese poate fi importantă pentru conducerea diviziunii celulare fidele în timpul dezvoltării timpurii, după cum arată exemplul tulburărilor microcefalice, și poate fi, de asemenea, legată de diviziunea celulară necontrolată în timpul progresiei și/sau dezvoltării tumorii. Elucidarea ulterioară a conectivității funcționale dintre aceste procese celulare ar trebui să ofere noi perspective asupra unui număr de tulburări moștenite și sporadice umane (Tabelul 1).
rolul celular al cililor de mamifere
cilii primari sunt organite pe bază de microtubuli care simt și traduc semnale extracelulare pe multe tipuri de celule în timpul fazei G1/G0 a ciclului celular . Cilii au o ultrastructură complexă cu compartimentarea componentelor moleculare care se combină în module funcționale. Pierderea sau mutația acestor componente poate perturba funcțiile ciliare, cum ar fi controlul intrării și ieșirii proteinelor din ciliu, reglarea cascadelor de semnalizare și controlul ciclului celular. În special, zona de tranziție ciliară a fost sugerată ca un hub care mediază și integrează semnalizarea paracrină în timpul dezvoltării embrionare și a morfogenezei țesuturilor, inclusiv căile de semnalizare SHH, WNT și Notch . Un mecanism comun pentru reglarea acestor căi pare a fi compartimentarea discretă a componentelor de semnalizare către cilium. Ca paradigmă pentru alte căi, Smo, co-receptorul și traductorul pentru SHH, se translocă în și apoi activează factorii de transcripție GLI în interiorul ciliului . Semnalizarea canonică WNT / XV-catenin este, de asemenea, constrânsă de compartimentarea componentei de semnalizare WNT Jouberin, asigurând translocarea lui XV-catenin departe de nucleu și în ciliu . La rândul său, se propune ca semnalizarea Notch să fie un modulator al semnalizării ciliare SHH prin reglarea translocării ciliare a Smo . Mai recent, căile de semnalizare mTOR , Hippo , TGF și PDGF s-au dovedit a fi reglementate prin mecanisme dependente de ciliar, cu consecințe diverse asupra proliferării și dimensiunii celulare, diferențierii, autofagiei, apoptozei și tumourigenezei. În prezent nu este clar în ce măsură oricare dintre căile de semnalizare legate de ciliar modulează DDR, deși un studiu recent a sugerat că receptorul Notch1 se leagă și reglează negativ activitatea ATM-ului kinazei asociate DDR și poate face parte dintr-un interactom cu alți factori asociați DDR . Prin urmare, va fi interesant să se determine ce efect au alte conexiuni între receptorul Notch1 și ATM asupra ciliogenezei. Din aceste studii, conexiunile raportate între proteinele centrosomale și ciliare cu DDR leagă procesele de biogeneză și dezasamblare a ciliului cu căile de control mitotice și în faza S care monitorizează eșecurile în replicarea ADN-ului și transmiterea cromozomilor. Prin urmare, întreruperea acestor procese ciliare poate permite proliferarea celulară neregulată, un semn distinctiv al tuturor cancerelor. În schimb, lucrările recente au condus la recunoașterea tot mai mare a faptului că modificările timpului de replicare și progresie, care duc la stresul de replicare și activarea DDR, sunt caracteristici ale unor ciliopatii renale .
abordările biologiei sistemelor au relevat un rol larg răspândit pentru proteinele spliceozomale și alți factori de procesare a ARNm în prevenirea deteriorării ADN-ului, care în unele cazuri a fost cauzată de structuri aberante ARN–ADN . Multe dintre aceleași componente de procesare a spliceozomului și ARNm, inclusiv cele mutante în formele moștenite ale condiției de degenerare retiniană retinită pigmentară, au fost, de asemenea, identificate într-un ecran recent de genetică inversă pentru gene și căi care reglează ciliogeneza . Pierderea cililor primari a fost, de asemenea , observată în tumorile multor tipuri de cancer, inclusiv cancerul de sân și carcinoamele cu celule renale, ceea ce a determinat sugestii că ciliul poate fi un „organet supresor tumoral”. De exemplu, polipoza adenomatoasă familială (sindromul FAP sau Gardner), un cancer dependent de WNT moștenit, poate fi mediată de un mecanism dependent de ciliar . Cu toate acestea, detaliile mecaniciste pentru a explica aceste observații rămân necunoscute, deci nu este clar dacă pierderea cililor contribuie sau este doar o consecință a evenimentelor nucleare ale stresului de replicare și DDR activat.
de asemenea, este important să apreciem că căile de semnalizare au roluri multiple în menținerea homeostaziei normale a țesuturilor adulte, care sunt distincte de semnalizarea dezvoltării în timpul embriogenezei. Rolul cililor primari în semnalizarea shh de dezvoltare este bine stabilit, dar această cale reglementează, de asemenea, supraviețuirea și proliferarea populațiilor de celule progenitoare și celule stem . Aceste roluri mitogene pot explica de ce activarea anormală a căii canonice de semnalizare SHH, fie prin activarea mutațiilor în componentele căii, fie prin producerea ligandului într-un mecanism autocrin, predispune la cancer în multe țesuturi diferite, inclusiv meduloblastom, glioblastom și carcinom bazocelular . Dacă cilia primară este esențială pentru rolurile mitogene ale SHH este în prezent neclară. De exemplu, tumourigeneza cauzată de activarea mutațiilor în co-receptorul SHH Smo este scăzută dacă cilii sunt ablați, în timp ce pierderea cililor a crescut tumourigeneza cauzată de gli2 activat, un efector transcripțional al semnalizării SHH . Cu toate acestea, rolurile mitogene complexe ale SHH oferă o explicație a motivului pentru care nu există o creștere aparentă a incidenței cancerului la pacienții cu ciliopatie.
legături genetice și funcționale emergente între DDR și cilia primară
s-a demonstrat recent că în celulele proliferante, mai multe proteine satelit centriolare sunt re-structurate în urma tensiunilor exogene, cum ar fi UV, care, la rândul lor, reprimă semnalele inhibitoare și facilitează ciliogeneza . În mod similar, autofagia indusă de stres poate afecta compoziția sateliților centriolari pentru a promova ciliogeneza . În schimb, semnalizarea stresului prin ciliul primar ajută la reglarea autofagiei prin promovarea formării autofagozomului . Am demonstrat, de asemenea , că unele proteine satelit centriolare acționează pentru a promova ciliogeneza, precum și stabilitatea genomului, care poate fi parțial prin reglarea compoziției duplicării centrosomului și centriolului prin activitatea CDK2 . Semnalele de stres emanate de deteriorarea ADN – ului pot fi intra–sau intercelulare printr-o varietate de mecanisme care implică contacte celulă-celulă și/sau semnalizare extracelulară cunoscută colectiv sub numele de efecte ale spectatorului . Prin urmare, interacțiunea dintre DDR și cilia primară poate implica atât interacțiuni funcționale interne între DDR și proteinele centriolare/bazale ale corpului, cât și semnale externe de la celulele vecine. În ultimii ani au apărut legături funcționale între autofagie și DDR, unde autofagia facilitează soarta celulelor în urma deteriorării ADN-ului și, de asemenea, ajută la prevenirea instabilității genomului pentru a combate tumourigeneza . Interesant este că procesele de autofagie pot fi, de asemenea, receptive la efectele spectatorului induse de deteriorarea ADN-ului, facilitând atât semnalizarea stresului intra – cât și intercelular. Această interacțiune complexă între aceste mecanisme celulare care răspund la stres are implicații potențiale pentru ciliopatii și tulburări microcefalice, precum și pentru cancer .
în plus față de exemplele date mai sus care demonstrează conexiuni fizice și funcționale între DDR și proteinele centrosomale, munca din mai multe grupuri a evidențiat legături genetice și funcționale directe între DDR și ciliogeneză (tabelele 1, 2). După cum sa menționat mai sus, proteina centrosomală Pro-ciliogeneză CEP164 este reglată de kinazele DDR și promovează răspunsurile celulare la deteriorarea ADN-ului indusă de UV . Mai recent, mutațiile recesive homozigote în CEP164 s-au dovedit a fi cauzale pentru un subset de ciliopatii legate de nefronoftiză, cu modele mutante de pește zebră care prezintă atât fenotipuri de ciliopatie, cât și răspunsuri ineficiente la deteriorarea ADN-ului . Mai mult, acest studiu a arătat, de asemenea, că NPHP10 (cunoscut și sub numele de SDCCAG8), care se află de obicei la centrosomi , re-localizat la focarele nucleare ca răspuns la deteriorarea ADN-ului, iar un studiu ulterior a sugerat că deficiența NPHP10 (fie în modelele celulare, fie în celulele derivate din șoareci knock-out) duce la niveluri ridicate de deteriorare a ADN-ului și activarea punctului de control al ciclului celular . În concordanță cu un rol funcțional stabilit pentru unii dintre membrii familiei kinazei NEK atât în DDR , cât și în ciliogeneză, s-a raportat recent că kinaza asociată ciliopatiei NEK8 (Tabelul 1) este importantă în controlul răspunsurilor celulare la stresul de replicare prin ATR kinazei DDR și limitarea activității CDK pentru a suprima formarea ruperii ADN-ului . Ceea ce este mai surprinzător, având în vedere fenotipurile clinice care nu se suprapun ale ciliopatiilor asociate cu NEK8 și ale pacienților cu sindrom Seckel asociat cu ATR, este că celulele care exprimă un mutant kinazic asociat cu ciliopatie NEK8 au avut o creștere a deteriorării ADN-ului și a defectelor ciclului celular și că rinichii șoarecilor mutanți nek8 au acumulat leziuni ADN . Mai mult, proteina CENTROSOMALĂ CEP290, mutantă într-o serie de ciliopatii, inclusiv sindromul Joubert, a fost, de asemenea, implicată în reglarea stresului de replicare a ADN-ului și a DDR (Tabelul 1), sugerând că stresul de replicare cronică poate fi un factor cheie în dezvoltarea unor ciliopatii . Similar studiului NEK8, celulele care exprimă CEP290 mutant au avut, de asemenea, o activitate CDK inadecvată. Stresul de replicare specific țesuturilor în anumite medii genetice poate fi, prin urmare, un mecanism comun care conduce la dezvoltarea unui subset de ciliopatii și sugerează că CDK poate fi o țintă terapeutică potențială pentru astfel de boli .
este interesant faptul că același studiu care a identificat mutațiile CEP164 ca fiind cauzale pentru un subset de ciliopatii legate de nefronoftiză a identificat, de asemenea, mutații cauzale în MRE11 (Tabelul 2). Mre11 interacționează stoichiometric cu RAD50 și NBS1 (formând așa-numitul complex MRN) pentru a facilita funcțiile cheie ale proceselor de reparare a ADN-ului . Mai exact, mutațiile liniei germinale fie în NBS1, fie în MRE11 dau naștere tulburărilor moștenite care predispun la cancer sindromul ruperii Nijmegen și, respectiv, tulburarea asemănătoare ataxiei-telangiectaziei (ALTD). Mai mult , s-a demonstrat că MRE11 funcționează ca o barieră în calea tumourigenezei, iar mutațiile heterozigote moștenite în MRE11, NBS1 sau RAD50 sunt asociate cu un risc de penetrare intermediar scăzut de cancer de sân . În prezent nu este clar cum sau de ce mutațiile specifice în MRE11 în special pot da naștere la ciliopatii. Acest lucru ridică întrebări interesante dacă mutațiile la alți membri ai complexului MRN asociat DDR (MRE11-RAD50-NBS1), mutații care provoacă sindroame de cancer moștenite , pot fi, de asemenea, cauzale pentru alte ciliopatii renale-retiniene. Poate chiar mai surprinzătoare a fost descoperirea recentă că mutațiile anemiei Fanconi și ale nucleazei fan1 asociate cancerului (Tabelul 2; ) ar putea fi cauzatoare pentru un subset de ciliopatii de tip nefrită interstițială cariomegalică . Deoarece această enzimă este implicată în repararea leziunilor ADN care blochează replicarea ADN-ului, studiul a sugerat că activitatea defectuoasă a nucleazei în anumite organe ar putea conduce la senescența celulară în urma expunerii crescute la genotoxine (probabil care rezultă dintr-un metabolism activ sporit). Acesta poate fi un scenariu similar cu stresul de replicare sporit propus observat în rinichii șoarecilor cu deficit de CEP290 și nek8 (vezi mai sus). Deși acesta poate fi un mecanism prin care mutațiile FAN1 pot da naștere la ciliopatii, biologia de bază poate fi mai complicată, mai ales având în vedere că fenotipurile asociate cu ciliopatiile de tip nefrită interstițială cariomegalică nu sunt evidente la pacienții cu anemie Fanconi (FA). O astfel de discrepanță fenotipică poate fi, de asemenea, parțial datorată redundanței în căile care funcționează pentru a rezolva leziunile care împiedică replicarea ADN-ului .
în plus față de aceste studii genetice, mai multe grupuri au descoperit, de asemenea, legături funcționale cu ciliogeneza pentru proteinele asociate în mod tradițional cu DDR. Un exemplu în acest sens este constatarea recentă că ATR se localizează la corpul bazal în celulele fotoreceptoare de șoarece (Tabelul 2) și este importantă pentru ciliogeneză în timpul ochiului în curs de dezvoltare . ATR este, de asemenea, necesar pentru semnalarea ariciului Sonic legat de ciliar in vitro și in vivo, dar pare a fi în mare parte dispensabil pentru ciliogeneză, într-un rol distinct de funcția sa în DDR și replicare . O altă constatare este că mutațiile în factorii de licențiere a replicării ADN, cum ar fi ORC1 (Tabelul 2), au fost cauzali pentru tulburarea microcefalică sindromul Meier–Gorlin (MGS) și s-a dovedit, de asemenea, că afectează ciliogeneza prin afectarea semnalizării SHH . Proteina AAA-ATPază VCP / p97, care reglează localizarea mai multor factori DDR la locurile de deteriorare a ADN-ului, s-a dovedit a fi necesară pentru ciliogeneză (Tabelul 2), Când poate îndeplini funcții similare în reglarea ubiquitilării mediate de ligază E3 a proteinelor la corpul bazal . În cele din urmă, proteina ATMIN, un partener de legare al bancomatului cheie DDR kinază și , de asemenea, importantă pentru răspunsurile celulare la stresul de replicare, s-a dovedit a fi importantă pentru ciliogeneză în timpul morfogenezei atât a plămânilor, cât și a rinichilor la dezvoltarea șoarecilor prin capacitatea sa de factor de transcripție de a regla semnalizarea WNT . În mod colectiv, aceste studii demonstrează atât legături genetice, cât și funcționale între DDR și ciliogeneză (Tabelul 2).
ciliumul primar uman și cancerul
contrar acestor descoperiri recente care implică factori asociați DDR în ciliopatiile umane este observația generală că un risc crescut sau incidența cancerului nu este în general asociată cu ciliopatiile umane. Excepțiile includ sindromul Birt-Hogg-Duba și sindromul Von Hippel-Lindau care sunt ambele tulburări de cancer renal moștenite cu unele caracteristici clinice ale ciliopatiilor . În plus, deși pacienții cu boală renală polichistică au chisturi renale benigne ca o consecință a unui fenotip de creștere excesivă a celulelor, aceștia nu au un risc crescut de a dezvolta cancer și pot avea, de fapt, un risc general redus de cancer în comparație cu persoanele care nu sunt afectate . Nu este clar de ce acest lucru poate fi cazul, dar s-a sugerat că o rată crescută coincident de deces celular prin mecanisme apoptotice și/sau autofagie ar putea ajuta la reducerea riscului de cancer la persoanele afectate. Un fenomen similar a fost raportat pentru reducerea genetică a activității ATR limitând creșterea tumorală a tumorilor cu deficit de P53 la șoareci , deși a fost raportat un risc crescut de cancer la unii pacienți cu sindrom Seckel, cel puțin unul dintre aceștia având un defect genetic cauzal al genei ATR . Interesant este că recent s-a sugerat că stresul de replicare crescut, similar cu cel observat adesea în cancerele datorate activării oncogene, este un fenotip asociat cu un subset de ciliopatii, cum ar fi sindromul Joubert asociat CEP290 . Astfel, este posibil ca un anumit nivel de toleranță la stresul de replicare sporit să fie necesar pentru a conduce mai multe fenotipuri tumorale asociate bolilor legate de DDR, care nu sunt selectate în timpul dezvoltării majorității ciliopatiilor umane.
studiile evidențiate pe scurt aici oferă dovezi convingătoare ale legăturilor genetice și funcționale în continuă expansiune între căile DDR și ciliogeneză. Cu toate acestea, discrepanțele dintre fenotipurile sindroamelor predispozante la cancer asociate cu DDR și ciliopatiile (tabelele 1, 2) nu se potrivesc cu cunoștințele noastre actuale limitate despre modul în care aceste două căi ar putea fi conectate. Acest lucru poate reflecta impactul funcțional pe care fiecare cale îl are atât în țesutul în curs de dezvoltare, cât și în cel diferențiat, precum și modul în care funcția normală sau aberantă a căii poate afecta atât leziunile precanceroase, cât și celulele transformate.