DNA-PKcs

PKRDC
Identificadores
Símbolo PRKDC
Símbolos alt. DNA-PKcs, DNAPK, DNPK1, HYRC, HYRC1, XRCC7, p350, IMD26, protein kinase, DNA-activated, catalytic polypeptide
Entrez 5591
RefSeq NP_001075109.1
UniProt P78527
Outros datos
Locus Cr. 8 :(47.77 – 47.96 Mb)

A DNA-PKcs (do inglés DNA-dependent protein kinase, catalytic subunit) ou subunidade catalítica da proteína quinase dependente de ADN é un encima que nos humanos está codificado no xene PRKDC ou XRCC7 do cromosoma 8, e intervén na reparación do ADN.[1] A DNA-PKcs pertence á familia proteica da quinase relacionada coa fosfatidilinositol 3-quinase. A proteína DNA-PKcs é unha serina/treonina proteína quinase que consta dunha soa cadea polipeptídica de 4.128 aminoácidos.[2][3]

FunciónEditar

A DNA-PKcs é a subunidade catalítica dunha serina/treonina proteína quinase dependente de ADN nuclear chamada DNA-PK. O segundo compoñente é a proteína e antíxeno autoinmune Ku. Por si mesma a DNA-PKcs é inactiva e depende da Ku para dirixirse aos extremos do ADN e poñer en marcha a súa actividade quinase.[4] A DNA-PKcs é necesaria para a vía da unión de extremos non homólogos (NHEJ) de reparación do ADN, a cal volve a unir as roturas de dobre febra. Tamén é necesaria para a recombinación V(D)J, un proceso que utiliza a NHEJ para promover a diversidade no sistema inmunitario. Os ratos con knockout para a DNA-PKcs presentan inmunodeficiencia combinada grave (non humana) debido o seu defecto na recombinación V(D)J.

Identificáronse moitas proteínas como substratos para a actividade quinase da DNA-PK. A autofosforilación da DNA-PKcs parece xogar un papel clave na NHEJ e crese que induce un cambio conformacional que permite que os encimas que procesan os extremos accedan aos extremos das roturas de dobre febra.[5] A DNA-PK tamén coopera coa ATR e a ATM para fosforilar proteínas implicadas no punto de control dos danos no ADN.

CancroEditar

Os danos no ADN parecen ser unha das causas subxacentes principais do cancro,[6][7] e as deficiencias nos xenes de reparación do ADN probablemente están detrás de moitas formas de cancro.[8][9] Se a reparación do ADN é deficiente, os danos no ADN tenden a acumularse. Tales excesos nos danos no ADN poden incrementar as mutacións debido á síntese translesión tendente ao erro. Un exceso de danos no ADN pode tamén incrementar as alteracións epixenéticas debidas a erros durante a reparacións do ADN.[10][11] Ditas mutacións e alteracións epixenéticas poden dar lugar a un cancro.

Atopáronse mutacións no PRKDC (DNA-PKcs) en 3 de cada 10 dos cancros ováricos asociados á endometriose, e tamén nas áreas a partir das que se orixinan.[12] Tamén se atoparon no 10% de cancros de mama e pancreáticos.[13]

As reducións na expresión dos xenes de reparación do ADN (usualmente causadas por alteracións epixenéticas) son moi comúns en cancros, e normalmente son incluso máis frecuentes que os defectos mutacionais nos xenes de reparación do ADN en cancros.[14] A expresión de DNA-PKcs estaba reducida dun 23% a un 57% nos seis cancros que se indican na táboa.

Frecuencia de redución na expresión de DNA-PKcs en cancros esporádicos
Cancro Frecuencia de redución no cancro Ref.
Cancro de mama 57% [15]
Cancro de próstata 51% [16]
Carcinoma cervical 32% [17]
Carcinoma nasofarínxeo 30% [18]
Cancro ovárico epitelial 29% [19]
Cancro gástrico 23% [20]

Non está claro que causas reducen a expresión de DNA-PKcs nos cancros. O MicroARN-101 ten como diana a DNA-PKcs ao unirse á rexión 3'-UTR do ARNm da DNA-PKcs e reduce os niveis da proteína DNA-PKcs.[21] Pero o miR-101 está máis frecuentemente diminuído en vez de incrementado en cancros.[22][23]

A proteína HMGA2 podería ter tamén un efecto sobre a DNA-PKcs. A HMGA2 retarda a liberación de DNA-PKcs de sitios con roturas de dobe febra, que interfiren coa reparación do ADN por unión de extremos non homólogos e causan aberracións cromosómicas.[24] O microARN let-7a normalmente reprime o xene HMGA2.[25][26] En tecidos adultos normais, case non está presente a proteína HMGA2. En moitos cancros, o microARN let-7 está reprimido. Como exemplo, no cancro de mama a rexión promotora que controla o microARN let-7a-3/let-7b está frecuentemente reprimida por hipermetilación.[27] A redución epixenética ou a ausencia do microARN let-7a permite unha alta expresión da proteína HMGA2 e isto leva a unha expresión defectiva da DNA-PKcs.

A DNA-PKcs pode ser regulada á alza por condicións como a gastrite asociada a Helicobacter pylori.[28] Despois de sufrir unha radiación ionizante a DNA-PKcs está incrementada nas células superviventes de tecidos de carcinoma oral escamoso.[29]

A proteína ATM é importante na reparación por recombinación homóloga (HRR) de roturas de dobre febra no ADN. Cando as células cancerosas son deficientes en ATM as células son "adictas" ao DNA-PKcs, que é importante na vía de reparación do ADN alternativa das roturas de dobre febra da unión de extremos non homólogos (NHEJ).[30] É dicir, nas células mutantes para a ATM, un inhibidor da DNA-PKcs causa altos niveis de morte celular apoptótica. En células mutantes para a ATM, perdas adicionais de DNA-PKcs deixan as células sen ambas as vías principais de reparación das roturas de dobre hélice do ADN (HRR e NHEJ).

A expresión elevada de DNA-PKcs encóntrase nunha gran proporción (do 40% ao 90%) dalgúns cancros (a restante fracción de cancros adoitan ter unha expresión reducida ou ausente de DNA-PKcs). A elevación de DNA-PKcs crese que reflicte a indución dunha capacidade de reparación do ADN compensatoria, debido á inestabilidade do xenoma en ditos cancros.[31] (A inestabilidade do xenoma pode deberse tamén a deficiencias noutros xenes de reparación do ADN presentes nos cancros.) Un nivel elevado de DNA-PKcs crese que é "beneficioso para as células tumorais",[31] aínda que sería prexudicial para o paciente. A fracción de cancros con sobreexpresión do DNA-PKcs adoita estar asociado cun estadio avanzado do cancro e un tempo de supervivencia máis curto para o paciente[31]. Porén, para algúns cancros, a fracción de cancros con redución ou ausencia de DNA-PKcs tamén está asociada cun estadio avanzado e unha peor perspectiva de supervivencia do paciente.

EnvellecementoEditar

A unión de extremos non homólogos (NHEJ) é o principal proceso de reparación do ADN usado polas células somáticas de mamíferos para arranxar as roturas de dobre febra no ADN que continuamente se producen no xenoma. A DNA-PKcs é un dos compoñentes clave da maquinaria da NHEJ. Os ratos deficientes en DNA-PKcs teñen unha vida máis curta e mostran un comezo máis temperán de numerosas patoloxías relacionadas coa idade que os ratos control de tipo salvaxe.[32][33] Estes descubrimentos suxiren que os defectos na reparación das roturas de dobre febra do ADN teñen como resultado un envellecemento prematuro, que concorda coa teoría do envellecemento por danos no ADN.[34]

InteracciónsEditar

A DNA-PKcs presenta interaccións con:

NotasEditar

  1. Sipley JD, Menninger JC, Hartley KO, Ward DC, Jackson SP, Anderson CW (August 1995). "Gene for the catalytic subunit of the human DNA-activated protein kinase maps to the site of the XRCC7 gene on chromosome 8". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 92 (16): 7515–9. PMC 41370. PMID 7638222. doi:10.1073/pnas.92.16.7515. 
  2. Sibanda BL, Chirgadze DY, Blundell TL (2010). "Crystal structure of DNA-PKcs reveals a large open-ring cradle HEAT repeats". Nature 463 (7277): 118–21. PMC 2811870. PMID 20023628. doi:10.1038/nature08648. 
  3. Hartley KO, Gell D, Smith GC, Zhang H, Divecha N, Connelly MA, Admon A, Lees-Miller SP, Anderson CW, Jackson SP (1995). "DNA-dependent protein kinase catalytic subunit: a relative of phosphatidylinositol 3-kinase and the ataxia telangiectasia gene product". Cell 82 (5): 849–56. PMID 7671312. doi:10.1016/0092-8674(95)90482-4. 
  4. "Entrez Gene: PRKDC protein kinase, DNA-activated, catalytic polypeptide". 
  5. Meek K, Dang V, Lees-Miller SP (2008). "DNA-PK: the means to justify the ends?". Adv. Immunol. 99: 33–58. PMID 19117531. doi:10.1016/S0065-2776(08)00602-0. 
  6. Kastan MB (2008). "DNA damage responses: mechanisms and roles in human disease: 2007 G.H.A. Clowes Memorial Award Lecture". Mol. Cancer Res. 6 (4): 517–24. PMID 18403632. doi:10.1158/1541-7786.MCR-08-0020. 
  7. Bernstein C, Prasad AR, Nfonsam V, Bernstein H. (2013). DNA Damage, DNA Repair and Cancer, New Research Directions in DNA Repair, Prof. Clark Chen (Ed.), ISBN 978-953-51-1114-6, InTech, http://www.intechopen.com/books/new-research-directions-in-dna-repair/dna-damage-dna-repair-and-cancer
  8. Harper JW, Elledge SJ (2007). "The DNA damage response: ten years after". Mol. Cell 28 (5): 739–45. PMID 18082599. doi:10.1016/j.molcel.2007.11.015. 
  9. Dietlein F, Reinhardt HC (2014). "Molecular pathways: exploiting tumor-specific molecular defects in DNA repair pathways for precision cancer therapy". Clin. Cancer Res. 20 (23): 5882–7. PMID 25451105. doi:10.1158/1078-0432.CCR-14-1165. 
  10. O'Hagan HM, Mohammad HP, Baylin SB (2008). "Double strand breaks can initiate gene silencing and SIRT1-dependent onset of DNA methylation in an exogenous promoter CpG island". PLoS Genetics 4 (8): e1000155. PMC 2491723. PMID 18704159. doi:10.1371/journal.pgen.1000155. 
  11. Cuozzo C, Porcellini A, Angrisano T, Morano A, Lee B, Di Pardo A, Messina S, Iuliano R, Fusco A, Santillo MR, Muller MT, Chiariotti L, Gottesman ME, Avvedimento EV (Jul 2007). "DNA damage, homology-directed repair, and DNA methylation". PLoS Genetics 3 (7): e110. PMC 1913100. PMID 17616978. doi:10.1371/journal.pgen.0030110. 
  12. Er TK, Su YF, Wu CC, Chen CC, Wang J, Hsieh TH, Herreros-Villanueva M, Chen WT, Chen YT, Liu TC, Chen HS, Tsai EM (2016). "Targeted next-generation sequencing for molecular diagnosis of endometriosis-associated ovarian cancer". J. Mol. Med. PMID 26920370. doi:10.1007/s00109-016-1395-2. 
  13. Wang X, Szabo C, Qian C, Amadio PG, Thibodeau SN, Cerhan JR, Petersen GM, Liu W, Couch FJ (2008). "Mutational analysis of thirty-two double-strand DNA break repair genes in breast and pancreatic cancers". Cancer Res. 68 (4): 971–5. PMID 18281469. doi:10.1158/0008-5472.CAN-07-6272. 
  14. Carol Bernstein and Harris Bernstein (2015). Epigenetic Reduction of DNA Repair in Progression to Cancer, Advances in DNA Repair, Prof. Clark Chen (Ed.), ISBN 978-953-51-2209-8, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/books/advances-in-dna-repair/epigenetic-reduction-of-dna-repair-in-progression-to-cancer
  15. Söderlund Leifler K, Queseth S, Fornander T, Askmalm MS (2010). "Low expression of Ku70/80, but high expression of DNA-PKcs, predict good response to radiotherapy in early breast cancer". Int. J. Oncol. 37 (6): 1547–54. PMID 21042724. 
  16. Bouchaert P, Guerif S, Debiais C, Irani J, Fromont G (2012). "DNA-PKcs expression predicts response to radiotherapy in prostate cancer". Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 84 (5): 1179–85. PMID 22494583. doi:10.1016/j.ijrobp.2012.02.014. 
  17. Zhuang L, Yu SY, Huang XY, Cao Y, Xiong HH (2007). "[Potentials of DNA-PKcs, Ku80, and ATM in enhancing radiosensitivity of cervical carcinoma cells]". Ai Zheng (en Chinese) 26 (7): 724–9. PMID 17626748. 
  18. Lee SW, Cho KJ, Park JH, Kim SY, Nam SY, Lee BJ, Kim SB, Choi SH, Kim JH, Ahn SD, Shin SS, Choi EK, Yu E (2005). "Expressions of Ku70 and DNA-PKcs as prognostic indicators of local control in nasopharyngeal carcinoma". Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 62 (5): 1451–7. PMID 16029807. doi:10.1016/j.ijrobp.2004.12.049. 
  19. Abdel-Fatah TM, Arora A, Moseley P, Coveney C, Perry C, Johnson K, Kent C, Ball G, Chan S, Madhusudan S (2014). "ATM, ATR and DNA-PKcs expressions correlate to adverse clinical outcomes in epithelial ovarian cancers". BBA Clin 2: 10–7. PMC 4633921. PMID 26674120. doi:10.1016/j.bbacli.2014.08.001. 
  20. Lee HS, Yang HK, Kim WH, Choe G (2005). "Loss of DNA-dependent protein kinase catalytic subunit (DNA-PKcs) expression in gastric cancers". Cancer Res Treat 37 (2): 98–102. PMC 2785401. PMID 19956487. doi:10.4143/crt.2005.37.2.98. 
  21. Yan D, Ng WL, Zhang X, Wang P, Zhang Z, Mo YY, Mao H, Hao C, Olson JJ, Curran WJ, Wang Y (2010). "Targeting DNA-PKcs and ATM with miR-101 sensitizes tumors to radiation". PLoS ONE 5 (7): e11397. PMC 2895662. PMID 20617180. doi:10.1371/journal.pone.0011397. 
  22. Li M, Tian L, Ren H, Chen X, Wang Y, Ge J, Wu S, Sun Y, Liu M, Xiao H (2015). "MicroRNA-101 is a potential prognostic indicator of laryngeal squamous cell carcinoma and modulates CDK8". J Transl Med 13: 271. PMC 4545549. PMID 26286725. doi:10.1186/s12967-015-0626-6. 
  23. Liu Z, Wang J, Mao Y, Zou B, Fan X (2016). "MicroRNA-101 suppresses migration and invasion via targeting vascular endothelial growth factor-C in hepatocellular carcinoma cells". Oncol Lett 11 (1): 433–438. PMC 4727073. PMID 26870229. doi:10.3892/ol.2015.3832. 
  24. Li AY, Boo LM, Wang SY, Lin HH, Wang CC, Yen Y, Chen BP, Chen DJ, Ann DK (2009). "Suppression of nonhomologous end joining repair by overexpression of HMGA2". Cancer Res. 69 (14): 5699–706. PMC 2737594. PMID 19549901. doi:10.1158/0008-5472.CAN-08-4833. 
  25. Motoyama K, Inoue H, Nakamura Y, Uetake H, Sugihara K, Mori M (2008). "Clinical significance of high mobility group A2 in human gastric cancer and its relationship to let-7 microRNA family". Clin. Cancer Res. 14 (8): 2334–40. PMID 18413822. doi:10.1158/1078-0432.CCR-07-4667. 
  26. Wu A, Wu K, Li J, Mo Y, Lin Y, Wang Y, Shen X, Li S, Li L, Yang Z (2015). "Let-7a inhibits migration, invasion and epithelial-mesenchymal transition by targeting HMGA2 in nasopharyngeal carcinoma". J Transl Med 13: 105. PMC 4391148. PMID 25884389. doi:10.1186/s12967-015-0462-8. 
  27. Vrba L, Muñoz-Rodríguez JL, Stampfer MR, Futscher BW (2013). "miRNA gene promoters are frequent targets of aberrant DNA methylation in human breast cancer". PLoS ONE 8 (1): e54398. PMC 3547033. PMID 23342147. doi:10.1371/journal.pone.0054398. 
  28. Lee HS, Choe G, Park KU, Park do J, Yang HK, Lee BL, Kim WH (2007). "Altered expression of DNA-dependent protein kinase catalytic subunit (DNA-PKcs) during gastric carcinogenesis and its clinical implications on gastric cancer". Int. J. Oncol. 31 (4): 859–66. PMID 17786318. 
  29. Shintani S, Mihara M, Li C, Nakahara Y, Hino S, Nakashiro K, Hamakawa H (2003). "Up-regulation of DNA-dependent protein kinase correlates with radiation resistance in oral squamous cell carcinoma". Cancer Sci. 94 (10): 894–900. PMID 14556663. doi:10.1111/j.1349-7006.2003.tb01372.x. 
  30. Riabinska A, Daheim M, Herter-Sprie GS, Winkler J, Fritz C, Hallek M, Thomas RK, Kreuzer KA, Frenzel LP, Monfared P, Martins-Boucas J, Chen S, Reinhardt HC (2013). "Therapeutic targeting of a robust non-oncogene addiction to PRKDC in ATM-defective tumors". Sci Transl Med 5 (189): 189ra78. PMID 23761041. doi:10.1126/scitranslmed.3005814. 
  31. 31,0 31,1 31,2 Hsu FM, Zhang S, Chen BP (2012). "Role of DNA-dependent protein kinase catalytic subunit in cancer development and treatment". Transl Cancer Res 1 (1): 22–34. PMC 3431019. PMID 22943041. doi:10.3978/j.issn.2218-676X.2012.04.01. 
  32. Espejel S, Martín M, Klatt P, Martín-Caballero J, Flores JM, Blasco MA (2004). "Shorter telomeres, accelerated ageing and increased lymphoma in DNA-PKcs-deficient mice". EMBO Rep. 5 (5): 503–9. PMC 1299048. PMID 15105825. doi:10.1038/sj.embor.7400127. 
  33. Reiling E, Dollé ME, Youssef SA, Lee M, Nagarajah B, Roodbergen M, de With P, de Bruin A, Hoeijmakers JH, Vijg J, van Steeg H, Hasty P (2014). "The progeroid phenotype of Ku80 deficiency is dominant over DNA-PKCS deficiency". PLoS ONE 9 (4): e93568. PMC 3989187. PMID 24740260. doi:10.1371/journal.pone.0093568. 
  34. Bernstein H, Payne CM, Bernstein C, Garewal H, Dvorak K (2008). Cancer and aging as consequences of un-repaired DNA damage. In: New Research on DNA Damages (Editors: Honoka Kimura and Aoi Suzuki) Nova Science Publishers, Inc., New York, Chapter 1, pp. 1-47. open access, but read only https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php?products_id=43247 Arquivado 25 de outubro de 2014 en Wayback Machine. ISBN 978-1604565812
  35. 35,0 35,1 35,2 35,3 Kim ST, Lim DS, Canman CE, Kastan MB (December 1999). "Substrate specificities and identification of putative substrates of ATM kinase family members". J. Biol. Chem. 274 (53): 37538–43. PMID 10608806. doi:10.1074/jbc.274.53.37538. 
  36. Suzuki K, Kodama S, Watanabe M (September 1999). "Recruitment of ATM protein to double strand DNA irradiated with ionizing radiation". J. Biol. Chem. 274 (36): 25571–5. PMID 10464290. doi:10.1074/jbc.274.36.25571. 
  37. 37,0 37,1 Yavuzer U, Smith GC, Bliss T, Werner D, Jackson SP (July 1998). "DNA end-independent activation of DNA-PK mediated via association with the DNA-binding protein C1D". Genes Dev. 12 (14): 2188–99. PMC 317006. PMID 9679063. doi:10.1101/gad.12.14.2188. 
  38. Ajuh P, Kuster B, Panov K, Zomerdijk JC, Mann M, Lamond AI (December 2000). "Functional analysis of the human CDC5L complex and identification of its components by mass spectrometry". EMBO J. 19 (23): 6569–81. PMC 305846. PMID 11101529. doi:10.1093/emboj/19.23.6569. 
  39. 39,0 39,1 Goudelock DM, Jiang K, Pereira E, Russell B, Sanchez Y (August 2003). "Regulatory interactions between the checkpoint kinase Chk1 and the proteins of the DNA-dependent protein kinase complex". J. Biol. Chem. 278 (32): 29940–7. PMID 12756247. doi:10.1074/jbc.M301765200. 
  40. Liu L, Kwak YT, Bex F, García-Martínez LF, Li XH, Meek K, Lane WS, Gaynor RB (July 1998). "DNA-dependent protein kinase phosphorylation of IkappaB alpha and IkappaB beta regulates NF-kappaB DNA binding properties". Mol. Cell. Biol. 18 (7): 4221–34. PMC 109006. PMID 9632806. 
  41. Wu X, Lieber MR (October 1997). "Interaction between DNA-dependent protein kinase and a novel protein, KIP". Mutat. Res. 385 (1): 13–20. PMID 9372844. doi:10.1016/s0921-8777(97)00035-9. 
  42. Ma Y, Pannicke U, Schwarz K, Lieber MR (March 2002). "Hairpin opening and overhang processing by an Artemis/DNA-dependent protein kinase complex in nonhomologous end joining and V(D)J recombination". Cell 108 (6): 781–94. PMID 11955432. doi:10.1016/s0092-8674(02)00671-2. 
  43. 43,0 43,1 Ting NS, Kao PN, Chan DW, Lintott LG, Lees-Miller SP (January 1998). "DNA-dependent protein kinase interacts with antigen receptor response element binding proteins NF90 and NF45". J. Biol. Chem. 273 (4): 2136–45. PMID 9442054. doi:10.1074/jbc.273.4.2136. 
  44. Jin S, Kharbanda S, Mayer B, Kufe D, Weaver DT (October 1997). "Binding of Ku and c-Abl at the kinase homology region of DNA-dependent protein kinase catalytic subunit". J. Biol. Chem. 272 (40): 24763–6. PMID 9312071. doi:10.1074/jbc.272.40.24763. 
  45. Matheos D, Ruiz MT, Price GB, Zannis-Hadjopoulos M (October 2002). "Ku antigen, an origin-specific binding protein that associates with replication proteins, is required for mammalian DNA replication". Biochim. Biophys. Acta 1578 (1-3): 59–72. PMID 12393188. doi:10.1016/s0167-4781(02)00497-9. 
  46. Gell D, Jackson SP (September 1999). "Mapping of protein-protein interactions within the DNA-dependent protein kinase complex". Nucleic Acids Res. 27 (17): 3494–502. PMC 148593. PMID 10446239. doi:10.1093/nar/27.17.3494. 
  47. Ko L, Cardona GR, Chin WW (May 2000). "Thyroid hormone receptor-binding protein, an LXXLL motif-containing protein, functions as a general coactivator". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97 (11): 6212–7. PMC 18584. PMID 10823961. doi:10.1073/pnas.97.11.6212. 
  48. Shao RG, Cao CX, Zhang H, Kohn KW, Wold MS, Pommier Y (March 1999). "Replication-mediated DNA damage by camptothecin induces phosphorylation of RPA by DNA-dependent protein kinase and dissociates RPA:DNA-PK complexes". EMBO J. 18 (5): 1397–406. PMC 1171229. PMID 10064605. doi:10.1093/emboj/18.5.1397. 
  49. Karmakar P, Piotrowski J, Brosh RM, Sommers JA, Miller SP, Cheng WH, Snowden CM, Ramsden DA, Bohr VA (May 2002). "Werner protein is a target of DNA-dependent protein kinase in vivo and in vitro, and its catalytic activities are regulated by phosphorylation". J. Biol. Chem. 277 (21): 18291–302. PMID 11889123. doi:10.1074/jbc.M111523200. 

Véxase taménEditar

Outros artigosEditar