ERCC1

A proteína de reparación de escisións do ADN ERCC1 é unha proteína que nos humanos está codificada no xene ERCC1 do cromosoma 19. Xunto con ERCC4 (tamén chamada XPF), a proteína ERCC1 forma o complexo encimático ERCC1-XPF, que participa na reparación e recombinación do ADN.

Moitos aspectos destes dous produtos xénicos son descritos conxuntamente aquí porque actúan xuntos durante a reparación do ADN. A actividade nuclease de ERCC1-XPF é esencial na vía da reparación por escisión de nucleótidos (NER) do ADN. A nuclease ERCC1-XPF tamén funciona na vía de reparación de roturas de dobre febra no ADN, e na reparación de danos por “enlaces cruzados” que ligan de forma nociva as dúas febras do ADN.

As células que teñen mutacións que incapacitan o xene ERCC1 son máis sensibles do normal a determinados axentes que causan danos ao ADN, como os raios ultravioletas (UV) e compostos químicos que causan enlaces cruzados entre as febras de ADN. Os ratos alterados por enxeñaría xenética con mutacións que anulan o xene ERCC1 teñen defectos na reparación do ADN, acompañados por cambios inducidos polo estrés metabólico na súa fisioloxía, que teñen como resultado un envellecemento prematuro. A deleción completa de ERCC1 é incompatible coa viabilidade dos ratos, e non se encontrou ningunha persoa cunha deleción completa (homocigota) de ERCC1. En raros casos algunhas persoas nunha poboación humana presentan mutacións herdadas que incapacitan o funcionamento de ERCC1. Cando os xenes normais están ausentes, estas mutacións poden orixinar síndromes humanas, incluíndo a síndrome de Cockayne e a síndrome cerebro-oculo-facial-esquelética.

ERCC1 e ERCC4 son os nomes destes xenes asignados aos xenomas de mamíferos, como o xenoma humano. Xenes similares con funcións semellantes encóntranse en todos os organismos eucariotas.

 Xene 

O ADN xenómico para ERCC1 foi o primeiro xene de reparación do ADN humano en ser illado por clonación molecular. O método orixinal foi por transferencia de fragmentos do xenoma humano a liñas celulares mutantes sensibles á luz ultravioleta (UV) derivadas de células de ovario de hámster chinés. Referíndose a este método de complementación xenética entre especies, o xene foi chamado en inglés “Excision repair cross-complementing 1”, de onde veñen as siglas ERCC1. Illáronse múltiples grupos de complementación independentes de células de ovario de hámster chinés (CHO), e este xene restaurou a resistencia a radiación UV para as células do grupo de complementación 1.

O xene ERCC1 humano codifica a proteína ERCC1 de 297 aminoácidos cunha masa molecular duns 32 500 daltons.

Xenes similares a ERCC1 con funcións equivalentes (ortólogos) encóntranse noutros xenomas eucariotas. Algúns dos xenes ortólogos máis estudados son o RAD10 do lévedo de xemación Saccharomyces cerevisiae e o swi10+ do lévedo de fisión Schizosaccharomyces pombe.

 Proteína 
miniatura|esquerda|Diagrama da ERCC1 que mostra un dominio central e un dominio hélice-forquita-hélice

Unha molécula de ERCC1 únese a unha molécula de XPF, formando un heterodímero ERCC1-XPF, que é a forma de nuclease activa do encima. No heterodímero ERCC1–XPF, ERCC1 media as interaccións co ADN e proteína-proteína. O XPF proporciona o sitio activo da endonuclease e está implicado na unión do ADN e interaccións proteína-proteína adicionais.

A proteína ERCC4/XPF consta de dous dominios conservados separados por unha rexión menos conservada en medio. A rexión N-terminal ten homoloxía con varios dominios conservados de ADN helicases que pertencen á superfamilia II, aínda que XPF non é unha ADN helicase. A rexión C-terminal de XPF inclúe os residuos do sitio activo para a actividade de nuclease. A maior parte da proteína ERCC1 está relacionada a nivel de secuencia co C-terminal da proteína XPF, pero carece dos residuos do dominio nuclease. hai un dominio “hélice-forquita-hélice” de unión ao ADN no extremo C-terminal de cada proteína.

Pola súa secuencia primaria e semellanza estrutural, a nuclease ERCC1-XPF é un membro dunha ampla familia de ADN nucleases específicas de estrutura que comprenden dúas subunidades. Entre esas nucleases está, por exemplo, a nuclease MUS81-EME1.

 Nuclease específica de estrutura 
miniatura|Substratos de ADN da nuclease ERCC1-XPF

O complexo ERCC1–XPF é unha endonuclease específica de estrutura. O ERCC1-XPF só corta o esqueleto fosfodiéster do ADN especificamente nas unións entre o ADN de dobre febra e de febra simple. Introduce un corte no ADN de dobre febra no lado 5′ desa unión, a uns dous nucleótidos de distancia. Esta especificidade de estrutura foi inicialmente demostrada para RAD10-RAD1, os ortólogos nos lévedos de ERCC1 e XPF.

Os motivos hidrófobos hélice–forquita–hélice nas rexións C-terminais de ERCC1 e XPF interaccionan promocionando a dimerización das dúas proteínas. Non hai actividade catalítica en ausencia de dimerización. Aínda que o dominio catalítico está incluído en XPF, e ERCC1 é cataliticamente inactivo, o ERCC1 é indispensable para a actividade do complexo.

Propuxéronse varios modelos para explicar a unión de ERCC1–XPF ao DNA, baseados en estruturas parciais de fragmentos de proteínas relevantes a resolución atómica. A unión ao ADN mediada polos dominios hélice-forquita-hélice de ERCC1 e dominios XPF sitúa o heterodímero nas zonas de unión entre o ADN de dobre febra e de febra simple.

 Reparación por escisión de nucleótidos 

Durante a reparación por escisión de nucleótidos, varios complexos proteicos cooperan para recoñecer o ADN danado e separan localmente a hélice do ADN durante unha curta distancia a ambos os lados do sitio do dano no ADN. A nuclease ERCC1–XPF fai unha incisión na febra de ADN danado no lado 5′ da lesión. Durante a reparación por escisión de nucleótidos, a proteína ERCC1 interacciona coa proteína XPA para coordinar a unión entre o ADN e a proteína.

 Reparación de roturas de dobre febra 

As células de mamíferos con ERCC1–XPF mutantes son moderadamente máis sensibles que as células normais a axentes (como as radiacións ionizantes) que causan roturas de dobre febra no ADN. As vías particulares da reparación por recombinación homóloga e por unión de extremos non homólogos dependen da función de ERCC1-XPF. A actividade relevante de ERCC1–XPF para ambos os tipos de reparación de roturas de dobre febra é a súa capacidade de eliminar as colas de febra simple 3' non homólogas dos extremos do ADN antes de volver unilas. Esta actividade é necesaria durante unha subvía de annealing de febra simple da recombinación homóloga. O podado da cola de febra simple 3' é tamén necesaria nunha subvía con mecanismo distinto de unión de extremos non homólogos, dependente das proteínas Ku. A integración homóloga do ADN, unha importante técnica para a manipulación xenética, é dependente da función de ERCC1-XPF na célula hóspede.

 Reparación de enlaces cruzados entre febras do ADN 

As células de mamíferos que portan mutacións en ERCC1 ou XPF son sensibles especificamente a axentes que causan a formación de enlaces cruzados entre as febras do ADN. Os enlaces cruzados entre febras do ADN bloquean a progresión da replicación do ADN, e as estruturas que quedan bloqueadas nas forcadas de replicación do ADN proporcionan substratos para a clivaxe feita por ERCC1-XPF. As incisións poden facerse a ambos os lados dos enlaces cruzados nunha febra de ADN para desfacer os enlaces cruzados e iniciar a reparación. Alternativamente, pode facerse unha rotura de dobre febra no ADN preto de enlaces cruzados entre febras, e a subseguinte reparación de recombinación homóloga pode implicar a acción da ERCC1-XPF. Aínda que non é a única nuclease implicada, o ERCC1–XPF é necesario para a reparación de enlaces cruzados entre febras durante varias fases do ciclo celular.

 Importancia clínica 

 Síndrome cerebro-oculo-facial-esquelética 

Hai uns poucos casos de pacientes con mutacións de ERCC1 gravemente incapacitantes que causan a síndrome cerebro-oculo-facial-esquelética (COFS). Esta síndrome é un trastorno recesivo raro no cal os individuos afectados sofren un declive neurolóxico rápido e indicios de envellecemento acelerado. Un caso moi grave de tales mutacións incapacitantes é a mutación F231L no dominio hélice-forquita-hélice en tándem de ERCC1 na súa interface con XPF. Esta mutación é moi importante para a estabilidade do complexo ERCC1-XPF. Un residuo de fenilalanina axuda a ERCC1 a acomodar un residuo clave de fenilalanina do XPF (F894) e a mutación (F231L) altera esta función de acomodación. Como consecuencia, F894 fai protrusión cara a fóra da interface e o complexo mutante é disociado máis rápido en comparación co complexo nativo. A duración da vida dos pacientes con tales mutacións adoita ser de entre 1 e 2 anos.

 Síndrome de Cockayne 

Un paciente de síndrome de Cockayne de tipo II designado CS20LO mostraba unha mutación homocigótica no exón 7 de ERCC1, producindo unha mutación F231L.

 Relevancia en quimioterapia 

Medir a actividade de ERCC1 pode ser útil en medicina do cancro clínica porque un mecanismo de resistencia a fármacos quimoterápicos de platino correlaciónase coa alta actividade de ERCC1. A reparación por escisión de nucleótidos é o mecanismo de reparación do ADN primario que elimina os adutos platino-ADN terapéuticos do ADN do tumor.  Os niveis de actividade de ERCC1, ao seren unha parte importante da vía final común da reparación por escisión de nucleótidos, poden servir como un marcador do rendemento xeral da reparación por escisión de nucleótidos. Isto foi suxerido para pacientes con cancros gástricos, ováricos, colorrectais e de vexiga. No carcinoma pulmonar de células non pequenas, na extirpación cirúrxica dos tumores que non recibían ningunha terapia posterior, observouse unha mellor supervivencia se son ERCC1 positivos que se son ERCC1 negativos. Así, ser positivo para ERCC1 é un marcador de prognóstico favorable, referíndose a como avanzará a doenza se non recibe máis tratamento. Este tipo de tumores pulmonares ERCC1 positivos non se benefician dunha quimioterapia con plantino adxuvante. Porén, estes tumores pulmonares ERCC1 negativos, que son peores no seu prognóstico sen tratamento, obteñen un beneficio substancial do uso de quimioterapia con cisplatino adxuvante. Un alto ERCC1 é así un marcador preditivo negativo, referíndose a como responderá a un tipo específico de tratamento.

O xenotipado de ERCC1 en humanos mostrou un polimorfismo significativo no codón 118. Estes polimorfismos poden ter efectos diferenciais nos danos causados polo platino e mitomicina.

 Deficiencia no cancro 

A expresión da proteína ERCC1 está reducida ou ausente no 84% ao 100% dos cancros colorrectais, e o promotor de ERCC1 está metilado no 38% dos gliomas, o que ten como resultado unha redución da síntese de ARNm e da expresión das proteínas. O promotor de ERCC1 foi localizado no ADN 5 quilobases augas arriba da rexión codificante da proteína. As frecuencias das reducións epixenéticas doutros nove xenes de reparación do ADN foron avaliadas en varios cancros e ían desde o 2% (OGG1 no cancro de tiroide papilar) ao 88% e 90% (MGMT en cancros gástricos e de colon, respectivamente). Así, a redución da expresión da proteína ERCC1 no 84% ao 100% dos cancros de colon indica que a redución de ERCC1 é unha das reducións máis frecuentes de xenes de reparación do ADN observadas no cancro. A deficiencia na expresión da proteína ERCC1 parece ser un evento temperán na carcinoxénese de colon, xa que ERCC1 é deficiente no 40% das criptas a 10 cm a cada lado da zona do adenocarcinoma de colon (dentro dos defectos de campo temperáns a partir dos cales probablemente se orixinan os cancros).

O cadmio (Cd) ae os seus compostos son carcinóxenos humanos ben coñecidos. Durante a transformación maligna inducida polo Cd, as rexións promotoras de ERCC1, así como as de hMSH2, XRCC1 e hOGG1, estaban fortemente metiladas e tanto o ARNm coma as proteínas destes xenes de reparación do ADN estaban progresivamente reducidos. Os danos no ADN tamén se incrementaban coa transformación inducida polo Cd. A redución da expresión de proteínas de ERCC1 en progresión a cancros esporádicos é improbable que sexa debida a mutación. Aínda que as mutacións na liña xerminal (familiares) nos xenes de reparación do ADN causan un alto risco de cancro, as mutacións somáticas nos xenes de reparación do ADN, incluíndo ERCC1, só ocorren a baixos niveis en cancros esporádicos (non familiares).

O control do nivel da proteína ERCC1 acontecía a nivel traducional. Ademais da secuencia de tipo silvestre do ARNm de ERCC1, hai tres variantes de empalme. O ARNm de ERCC1 pode ter tamén puntos de iniciación da transcrición de tipo silvestre ou tres puntos alternativos. Nin o nivel de transcrición de ARNm global, nin a variación no empalme nin os puntos de inicio da transcrición do ARNm se correlacionan co nivel da proteína ERCC1. A velocidade de recambio proteico de ERCC1 tampouco se correlaciona co nivel da proteína ERCC1. Un control a nivel traducional de ERCC1, debido a un microARN (miARN), demostrouse durante a infección por VIH. Un miARN TAR, codificado polo VIH, regula á baixa a expresión da proteína ERCC1. O miARN TAR permite que se transcriba o ARNm de ERCC1, pero actúa a nivel do corpo p para impedir a tradución da proteína ERCC1. (Un  corpo p é un corpo de procesamento granular citoplasmático que interacciona con miARNs para reprimir a tradución ou desencadear a degradación de ARNs diana). Nas liñas celulares de cancro de mama, case un terzo (55/167) dos promotores de miARN eran dianas para a metilación anormal (represión epixenética). Nos propios cancros de mama, atopouse en concreto a metilación do miARN let-7a-3/let-7b. Isto indica que o let-7a-3/let-7b pode ser reprimido epixeneticamente.

A represión de let-7a pode causar a represión da expresión de ERCC1 por medio dun paso intermedio que implica o xene HMGA2. O miARN let-7a normalmente reprime o xene HMGA2, e en tecidos adultos normais, non está presente case ningunha proteína HMGA2. A redución ou ausencia do miARN let-7a permite unha alta expresión da proteína HMGA2. As proteínas HMGA caracterízanse por ter tres dominios de unión ao ADN, chamados ganchos AT, e unha cola carboxi-terminal ácida. As proteínas HMGA son factores de transcrición arquitecturais da cromatina que regulan tanto positiva coma negativamente a transcrición de diversos xenes. Non mostran unha capacidade de activación transcricional directa, pero regulan a expresión xénica ao cambiaren a conformación local do ADN. A regulación conséguese uníndose a rexións ricas en AT no ADN ou por interacción directa con varios factores de transcrición. A HMGA2 únese e modifica a arquitectura da cromatina no xene ERCC1, reducindo a súa expresión. A hipermetilación do promotor do miARN let-7a reduce a súa expresión e isto permite a hiperexpresión de HMGA2. A hiperexpresión de HMGA2 pode despois reducir a expresión de ERCC1.

Así, hai tres mecanismos que poden ser responsables do baixo nivel de expresión da roteína ERCC1 no 84% ao 100% dos cancros de colon esporádicos. Polos resultados observados en gliomas e na carcinoxénese do cadmio, a metilación do promotor de ERCC1 pode ser un factor. Outro factor pode ser a actuación dun ou máis miARNs que reprimen ERCC1. E o miARN let-7a reducido epixeneticamente que permite a hiperexpresión de HMGA2 podería tamén reducir a expresión da expresión da proteína ERCC1 en cancros de colon. Non se determinou aínda cal é o mecanismo epixenético que ten lugar con máis frecuencia ou se os mecanismos epixenéticos múltiples reducen a expresión da proteína ERCC1 no cancro de colon.

 Envellecemento acelerado 

Os ratos mutantes para Ercc1 deficientes na reparación do ADN mostran numerosas características de envellecemento acelerado, e teñen unha duración da vida limitada.  O envellecemento acelerado nos mutantes implica varios órganos. Os ratos mutantes para Ercc1 son deficientes en varios procesos de reparación do ADN incluíndo a reparación do ADN acoplada a transcrición. Esta deficiencia impide reiniciar a síntese de ARN na febra molde de ADN, causando un dano no ADN que bloquea a transcrición. Tales bloqueos da transcrición parecen promover o envellecemento prematuro, particularmente en órganos non proliferantes ou lentamente proliferantes como o sistema nervioso, fígado e ril.

Cando os ratos mutantes para Ercc1 eran sometidos a restrición da dieta as súas respostas lembraban moito a resposta beneficiosa á restrición dietaria dos ratos de tipo silvestre. As restricións dietarias aumentaron a duración da vida dos ratos mutantes para Ercc1 de 10 a 35 semanas nos machos e de 13 a 39 nas femias. Parece que en ratos mutantes para Ercc1 a restrición dietaria á vez que retarda o envellecemento tamén atenúa a acumulación de danos no ADN en todo o xenoma e preserva o rendemento transcricional, contribuíndo probablemente a mellorar a viabilidade celular.

 Espermatoxénese e ovoxénese 

Tanto en machos coma en femias os ratos deficientes para Ercc1 son estériles. A función de reparación do ADN de Ercc1 parece ser necesaria para as células xerminais de machos e femias en todos os estadios da súa maduración. Os testículos de ratos deficientes para Ercc1 tiñan un nivel incrementado de 8-oxoguanina no seu ADN, o que suxire que Ercc1 pode ter un papel na eliminación dos danos oxidativos no ADN.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Bibliografía 




















 Ligazóns externas 
  GeneReviews/NIH/NCBI/UW entrada sobre Xeroderma pigmentoso

Este artigo contén textos actualizados por un experto externo na wikipedia inglesa, que actualizou o correspondente artigo da wikipedia e publicou un artigo académico de "revisión" revisado por pares na revista "Gene", cuxa referencia é:  Mandira Manandhar, Karen S Boulware (12 June 2015). "The ERCC1 and ERCC4 (XPF) genes and gene products". Gene. 569 (2): 153–161. doi:10.1016/J.GENE.2015.06.026. PMC 4536074. PMID 26074087.

Categoría:Proteínas
Categoría:Reparación do ADN