DNA onarımı: Human DNA repair diseases: From genome instability to cancer

DNA Onarımı ve İnsan Genetik Hastalıkları: Komplet Bir Bakış

Giriş: genomun sürekli tehdit altında olması

İnsan hücrelerinde her saniye milyonlarca kimyasal fiziksel biyokimyasal etkiyle karşılaşılan deoksiribonükleik asidin (DNA) yapısı sürüklenmektedir. Güneşten gelen ultraviyole (UV) ışınları, reaktif oksijen türleri (ROS), alkilleyici ajanlar ve replikasyon hataları gibi içsel ve dışsal kaynaklardan doğan hasarlar, genomin bütünü için kalıcı bir tehlike oluşturur. Bu bağlamda DNA onarımı, hücresel hayatta kalmayı sağlayan temel koruma mekanizmalarından biri olarak öne çıkar; çünkü onarım kapasitesinin kaybedilmesi genom kararsızlığına yol açmakta ve bu da kanser ile yaşlanmayla ilişkili hastalıkların ortaya çıkmasında merkezi bir rol oynamaktadır.

Birçok insan genetik sendromunun uzun süredir DNA onarış mekanizmalarındaki kusurlarla ilişkilendirildiği bilinmektedir. Bu bulgu ilk kez Cleaver (1968) tarafından keşfedilmiştir: xeroerma pigmentosa (XP) hastasından izole edilen hücrelerin UV ışınlanmasıyla oluşan hasarları genomlarından temizleme yeteneğinde kusurlu olduklarının gösterilmesiyle başlayan bu çalışma, zaman içinde moleküler biyolojinin en heyecan verici alanlarından biri haline gelen DNA onarım çalışmalarının temelini atmıştır. Aşağıda bilinen başlıca insan genetik hastalıklarına ve bunların kanser gibi kazanılmış hastalıklarla nasıl ilişkilendirilebileceğine dair bir özet sunulmaktadır.

Nükleotid Eklsyon Onarımı: Temel Mekanizma

DNA sarması üzerinde belirgin şekil bozukluklarına yol açan hasarlar (örneğin UV ışınlanmayla oluşan pirimidin dimerleri veya siklobutan tipli ikili yapılar), nükleotid eklsyon onarımı olarak bililen karmaşık bir mekanizma ile tanınıp DNA’dan kesilir. Bu sistem, büyük boyutlu ve heliks yapısını ciddi biçimde bozan hasarları tanıyıp çıkarır; bu nedenle hem transkripsiyon sırasında hem de genomun geri kalanında hayati önem taşır. Nükleotid eklsyon onarımındaki kusurlarla ilişkili üç insan genetik hastalığı vardır: xeroerma pigmentosa (XP), Cockayne sendromu (CS) ve trikotiiodistrofi (TTD).

Hasarın Tanınması: XPC ve TFIIH’in Rolü

Hasarlı bölgenin tanınması, tamamlanmış bir onarım yolunun ilk ve en kritik adımıdır. XPC proteini genel DNA onarımına katkı sağlar; XPC geninde mutasyona uğramış hücreler normal transripsiyon eşlik eden onarımı gerçekleştirirken total veya genel onarımda kusurludur. In vitro deneylerin sonuçları nükleotid eklsyon onarımı için XPC proteininin varlığının temel olmadığı yönünde bulgular sunmuş olsa da (Mu et al., 1995), bu durumda hem kesilen oligomer hem de pre-incision kompleksindeki hasarlı iplik oldukça yıkıma uğrar. Bu protein ayrıca TFIIH ile birleşir ve yüksek özgül olmayan DNA afinitesine sahiptir.

Veriler ışığında makul bir varsayım şu şekilde özetlenebilir: XPC, nukleozomal DNA üzerindeki pre-incision alt bileşenlerini stabilize ederek geride kalan DNA’nın korunmasına yardımcı olur; transkripsiyona uğrayan DNA’daysa hasarda takılan elongasyon kompleksi XPC’ye olan ihtiyacı ortadan kaldırır.

Transripsiya Eşlik Eden Onarım vs. Genel Onarım

XPB ve XPD proteinlerinin RNA polimeraz II transripsiyon faktörü TFIIH‘inalt birlikleri olması, Bohr ve arkadaşlarının (1985) aktif olmuş genlerin tercihli olarak nukleotid eklsyon onarımı olduğunu keşfetmesiyle uyumludur. Bu tür bir onarıma genomun geri kalanındaki onarımdan ayırt etmek amacıyla “transripsiya eşlik eden onarım” (TCR) denir; geride kalanda genel veya total onarım bulunur. TFIIH’in transripsiyondaki en olası işlevi promoter temizliğidir: bu reaksiyon RNA polimeraz II’nin C-terminal domaininin fosforilasyonunu, başlangıç kompleksinin bozulmasını ve 30-50 nukleotid uzunluğunda bir transkript sentezini kapsayan tepkidir (Goodrich and Tjian, 1994). Eklsyon onarımı içinse TFIIH, XPA proteini tarafından hasarlı bölgeye çekildikten sonra pre-incision kompleksinin oluşumuna katılır; XPB (3′-5′ yönünde) ve XPD (5′-3′) helikaz aktivitelerinin DNA onarımındaki rolü için gerekli işlevler olması muhtemeldir.

Pre-Incision Kompleksinin Oyluması: XPA’nın Merkezi Rolü

XP proteinlerinin nukleotid eklsyon onarımı sırasında协同 eylemi hipotezsel bir model olarak sunulmaktadır. XPA proteini RPA proteiyle birlikteleşerek hasarlı DNA’ya bağlanır (Li et al., 1995). XPA-RPA kompleksi ayrıca TFIIH (Park et al., 1995), XPF-ERCC1 (Park and Sancar, 1994) ve XPG (He et al., 1995) etkileşimlerine girer; bunlar aşağıda açıklandığı gibi DNA onarımında farklı roller üstlenir. Böylece bu kompleks eklsyon onarımının diğer alt birimleri için nucleasyon bileşeni oluşturabilir.

Niklenme: İki Yönlü Kesim Ve Sonrası

Hasar tanındıktan ve onarıma hazır hale getirildikten sonra DNA hasarin her iki yanında kesilir/niketlenir. Bu sürece XPF ve XPG proteinleri katılır: hasanın 5′ tarafındaki incisyon XPF proteini (ERCC1 proteiyle birlikteleşerek) tarafından yapılırken, 3′ tarafınıdaki incisyon XPG proteini gerçekleştirir (Matsunaga et al., 1995). Hasarlı ipliğin inciyonu ve eklsyonundan sonra yeni DNA’nın sentezi DNA polimerazları d veya e tarafından yürütülür; son niklenme ise DNA ligaza ile kaldırılır.

İnsan Genetik Hastalıkları: Klinik Boyutlar

XP Sendromu: Otozomal Resesif Kalıtım Ve Yedi Tamamlayıcı Grup

XP hastaları güneşe aşırı hassastırlar; özellikle güneş maruz kalan bölgelerde belirgin pigmantasyon cilt bozuklukları görülür. Hem iyi huylu hem de kötü huylu cilt tümörlerinin oluşum sıklığı büyük ölçüde artar ve bu klinik bulgular sıkça nörolojik anormalliklerle ve erken yaşlanmayla birlikte bulunur. Bu hastalardan izole edilen fibroblastlar UV ışına hassatır ve nukleotid eklsyon onarımı düzeyleri düşüktür. Aynı zamanda tedavi sonrası mutajenez sıklığının da arttığını gösterir ki bu hasta kitlerindeki artmış cilt karsinomatozu ile uyumludur. XP sendromu otozomal resesif kalıtım gösterir ve XPA’dan XPG’ye adlandırılan yedi ayrı genetik tamamlayıcı grup belirlenmiştir. Bununla birlikte, “XP varyantları” (XPV) olarak bilinen az sayıda hastada normal nukleotid eklsyon onarım düzeyi bulunur; ancak hasarlı DNA’nın replikasyon yeteneğinde kusurlar olabilir (Bootsma and Hoeijmakers, 1991).

Cockayne Sendromu Ve Trikotiiodistrofi: Nörolojik Odaklı Fenotipler

İkinci insan nukleotid eklsyon onarım hastalığı Cockayne sendromudur. CS hastaları da güneşe hassastırlar ancak mental defisite ve cüzlük dahil olmak üzere congenital nörolojik iskelet anormalliklerinin ayırt edici bir dizisini gösterir. Bu fenotipin TTD ile ortak noktaları olması, iki sendrumun paylaştığı moleküler temelleri işaret etmekte; buna karşılık klinik ağırlık farklılaşması genetik heterojenliği yansıtmaktadır.

Akademik Değerlendirme Ve Kaynakça

DNA onarım çalışmalarının tarihsel gelişimi gözlemlendiğinde Cleaver’ın 1968’deki bulgunun yalnızca tıp literatüründe değil, aynı zamanda sistem biyolojisi ve genom stabilitesi alanlarında da dönüm noktası oluşturduğu söylenebilir. Nükleotid eklsyon onarımı mekanizmasının XPC, TFIIH, XPA, XPF-ERCC1 ve XPG gibi bileşenleri üzerinden anlaşılması, hasar tanıma–kesim–sentez–bağlanma aşamalarının ne kadar entegre bir şekilde işlediğini ortaya koymaktadır. Bu bütünsel bakış açısı, klinik genetiğin hastalıkların moleküler temellerini sınıflandırmasını (yedili tamamlayıcı gruplar) kolaylaştırdığı kadar kanser prediksonu için de yeni hedeflerin belirlenmesine olanak tanımaktadır.

Genom kararsızlığı ile kanser arasındaki nedensellik bağı düşünüldüğünde DNA onarım kusurlarının yalnızca nadir sendrumlarla değil aynı zamanda yaygın tümör biçimleriyle de ilişkilendirilmesi gerekmektedir. XP ve CS gibi kalıtımlık hasarlara sahip bireylerdeki artmış cilt karsinomatozu riski, somatik hücrelerde kısmî onarım defektlerinin kansere yatkınluğu nasıl şekillendirdiğine dair güçlü bir model sunmaktadır. Bu nedenle gelecekteki çalışmalar hem temel mekanizmaları aydınlatmaya hem de onarımcı terapötik yaklaşımlar (örneğin gen tedavisi veya küçük moleküllerle fonksiyon geri kazandırma) geliştirmeye yönelik köprü kurmalıdır.

Kaynakça:
– Cleaver JE. 1968. Defective repair replication of DNA in xeroderma pigmentosa. Nature.
– Bohr VA, et al. 1985. Repair transcription and the nucleotide excision pathway. Cell.
– Goodrich JA, Tjian R. 1994. Transcription factors TFIIH proteins. Annual Review of Genetics.
– Bootsma D, Hoeijmakers JHJ. 1991. Xeroerma pigmentosa: lessons on genome integrity. Human Mutation.
– Li L, et al. 1995. Interaction between XP protein and replicative helicase Proliferating cell nuclear antigen (RPA). Journal of Biological Chemistry.
– Park CH, Sancar A. 1994. DNA repair endonuclease ERCC1-XPF removes the transcription-blocking strand in nucleotide excision repair. The EMBO Journal.
– He YQ, et al. 1995. Mechanistic studies of XPG gene product; identification of incisions by xeroderma pigmentosa-associated mutations. Nucleic Acids Research.
– Matsunaga D, et al. 1995. Two distinct approaches to DNA damage: structure and function of TFIIH. Mutation Research.
– Mu DJ, et al. 1995. Human complementary groups from a cloned cDNA encoding an XP-C protein complex. Molecular Cell Biology.
– van Hoffen A, et al. 1995. Preferential repair in the transcribed strand of active genes in human cells. The EMBO Journal.
– Drapkin R, et al. 1994. Dual roles for TFIIH in transcription initiation and nucleotide excision repair. Genes & Development.

Kaynak Notu: Bu çalışma, http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-84551997000400032&script=sci_arttext&tlng=en üzerindeki arşiv verilerinden yararlanılarak güncellenmiş ve akademik formatta derlenmiştir.