Войти
ДНК-топоизомераза 1 - это фермент, который у человека кодируется геном TOP1 . Это ДНК-топоизомераза, фермент, который катализирует временное разрушение и повторное соединение одной цепи ДНК.
Этот ген кодирует топоизомеразу ДНК, фермент, который контролирует и изменяет топологические состояния ДНК во время транскрипции. Этот фермент катализирует временное разрушение и повторное соединение одной цепи ДНК, что позволяет разорванной цепи вращаться вокруг интактной цепи, тем самым изменяя топологию ДНК. Этот ген локализован на хромосоме 20 и имеет псевдогены, которые находятся на хромосомах 1 и 22.
Как было рассмотрено Шампу, топоизомеразы типа IB, включая TOP1, образуют ковалентный промежуточный продукт, в котором тирозин активного центра присоединяется к 3'-фосфатному концу расщепленной цепи, а не к 5'-фосфатному концу.
Было обнаружено, что эукариотические топоизомеразы I разрывают ДНК с предпочтением последовательности нуклеотидов, которая простирается от положений -4 до -1 от разрыва. Предпочтительными нуклеотидами в цепи, которую нужно разрезать, являются 5 '- (A / T) (G / C) (A / T) T-3' с ферментом, ковалентно присоединенным к остатку -1 T, хотя иногда остаток C находится в позиции -1.
Белок TOP1 человека разделен на четыре области. N-концевой 214 аминокислот незаменимы для релаксации активности суперспирализации in vitro, и имеется четыре сигнала ядерной локализации и сайта для взаимодействие с другими клеточными белками в N-концевом домене. За N-концевым доменом следует высококонсервативный центральный домен из 421 аминокислоты, содержащий все каталитические остатки, за исключением активного центра тирозина. За ним следует плохо консервативный линкерный домен из 77 аминокислот. Наконец, имеется С-концевой домен из 53 аминокислот. активный сайт Tyr 723 находится в С-концевом домене.
Как далее подытожили Поммье и Сеол и др., TOP1 разрушает ДНК посредством реакции переэтерификации с использованием тирозина в активном центре в качестве нуклеофила, который атакует ДНК. фосфодиэфирный остов. После того, как TOP1 ковалентно присоединяется к 3'-концу разорванной цепи, суперспирализация ДНК расслабляется посредством контролируемого вращения ДНК вокруг интактной цепи. Тогда 5'-гидроксильный конец разорванной цепи ДНК может обратить фосфотирозильную связь, обеспечивая высвобождение TOP1 и лигирования ДНК. Реакции закрывания и закрывания бывают быстрыми, и может происходить около 100 циклов в секунду.
Кратковременно присоединенная ковалентно связанная структура TOP1-ДНК на 3'-конце расщепленной одиночной цепи ДНК называется комплексом расщепления TOP1-ДНК или TOP1cc. TOP1cc является специфической мишенью ингибиторов TOP1 . Одним из первых ингибиторов, нацеленных на TOP1, является иринотекан. Иринотекан представляет собой аналог цитотоксического природного алкалоида камптотецина, полученного из китайского дерева Camptotheca acuminata. Иринотекан особенно эффективен благодаря своему метаболическому продукту SN-38. Иринотекан и SN-38 действуют путем улавливания подмножества комплексов расщепления TOP1-ДНК, содержащих гуанин +1 в последовательности ДНК. Одна молекула иринотекана или SN-38 складывается против пар оснований, фланкирующих сайт расщепления, вызванного топоизомеразой, и отравляет (инактивирует) фермент TOP1. В статье Камптотецин перечислены другие аналоги камптотецина, а в статье Ингибитор топоизомеразы перечислены другие соединения, которые ингибируют TOP1.
С 1985 года TOP1 известен как мишень для лечения рака человека. Аналоги камптотецина иринотекан и топотекан, которые ингибируют TOP1, являются одними из наиболее эффективных одобренных FDA противоопухолевых химиотерапевтических средств, используемых в клинической практике. Более высокая экспрессия TOP1 при немелкоклеточном раке легкого с мутантным KRAS и корреляция с выживаемостью предполагают, что ингибиторы TOP1 могут иметь повышенный эффект при введении для лечения пациентов с мутантной опухолью KRAS.
Синтетическая летальность возникает, когда комбинация недостаточности экспрессии двух или более генов приводит к гибели клеток, тогда как дефицит только одного из этих генов этого не делает. Недостатки могут возникать в результате мутации, эпигенетического изменения или ингибирования экспрессии гена.
Инактивация иринотеканом TOP1 оказалась синтетически летальной в сочетании с недостаточностью экспрессии некоторых специфических генов репарации ДНК.
Инактивация иринотеканом TOP1 была синтетически летальной при недостаточной экспрессии гена репарации ДНК WRN у пациентов с раком толстой кишки. В исследовании 2006 года у 45 пациентов были опухоли толстой кишки с гиперметилированными промоторами гена WRN (подавление экспрессии WRN), а у 43 пациентов были опухоли с неметилированными промоторами гена WRN, так что экспрессия белка WRN была высоко. Иринотекан был более эффективен для пациентов с гиперметилированными промоторами WRN (выживаемость 39,4 месяца), чем для пациентов с неметилированными промоторами WRN (выживаемость 20,7 месяцев). Промотор гена WRN гиперметилирован примерно в 38% колоректального рака..
Инактивация иринотеканом TOP1 может быть синтетически летальной при недостаточной экспрессии гена репарации ДНК MRE11. Недавнее исследование было проведено с участием 1264 пациентов с раком толстой кишки III стадии. Пациенты получали послеоперационный еженедельный адъювант болюс 5-фторурацила / лейковорина (FU / LV) или иринотекан + FU / LV и наблюдались в течение 8 лет. Одиннадцать процентов опухолей имели дефицит фермента репарации ДНК MRE11 из-за делеции цепочки тимидинов в последовательности ДНК гена MRE11. Добавление иринотекана к FU / LV в протоколе лечения привело к тому, что пациенты с дефицитом MRE11 имели лучшую долгосрочную выживаемость без болезни, чем пациенты с MRE11 дикого типа (хотя эффект был небольшим), что указывает на некоторую степень синтетической летальности между иринотеканом и индуцированная инактивация TOP1 и дефицит MRE11.
Существует ряд доклинических исследований, показывающих синтетическую летальность иринотекана с другими генетическими или эпигенетическими дефицитами репарации ДНК, часто встречающимися при раке. Например, ген репарации ДНК ATM часто гиперметилирован (заглушается) при многих раковых заболеваниях (см. гиперметилирование ATM при раке ). Исследование 2016 года показало, что низкая экспрессия белка ATM в клетках рака желудка in vitro и на модели мыши вызывает повышенную чувствительность к инактивации иринотеканом по сравнению с клетками с высокой экспрессией ATM. Это указывает на синтетическую летальность дефицита ATM с иринотеканом-опосредованным дефицитом TOP1.
Другой доклинической попыткой было скрининговое исследование с целью найти соединение, которое было бы синтетически летальным при дефиците регулируемого нижестоящего гена 1 N-myc ( NDRG1 ) выражение. NDRG1 является геном-супрессором метастазов при раке простаты и, по-видимому, играет роль в репарации ДНК. Скрининг 3360 соединений показал, что иринотекан-опосредованный дефицит TOP1 (и еще одного соединения, цетримония бромида) проявляет синтетическую летальность с дефицитом NDRG1 в клетках рака простаты.
TOP1, как было показано, взаимодействуют с:
