Complexe MRN - MRN complex
Le complexe MRN ( complexe MRX chez la levure) est un complexe protéique composé de Mre11 , Rad50 et Nbs1 (également connu sous le nom de Nibrin chez l'homme et sous le nom de Xrs2 chez la levure). Chez les eucaryotes, le complexe MRN/X joue un rôle important dans le traitement initial des cassures d'ADN double brin avant la réparation par recombinaison homologue ou jonction d'extrémités non homologues . Le complexe MRN se lie avidement aux cassures double brin à la fois in vitro et in vivo et peut servir à attacher les extrémités cassées avant la réparation par jonction d'extrémités non homologues ou à initier la résection d'extrémités d'ADN avant la réparation par recombinaison homologue. Le complexe MRN participe également à l'activation du point de contrôle kinase ATM en réponse à des dommages à l'ADN. La production d'oligonucléotides monocaténaires courts par l'activité de l'endonucléase Mre11 a été impliquée dans l'activation de l'ATM par le complexe MRN.
Ascendance évolutive et fonction biologique
Le complexe MRN a été principalement étudié chez les eucaryotes. Cependant, des travaux récents montrent que deux des trois composants protéiques de ce complexe, Mre11 et Rad50, sont également conservés dans les archées procaryotes existantes. Cette découverte suggère que les composants clés du complexe MRN eucaryote sont dérivés par descendance évolutive des archées. Chez l'archéon Sulfolobus acidocaldarius , la protéine Mre11 interagit avec la protéine Rad50 et semble avoir un rôle actif dans la réparation des dommages à l'ADN introduits expérimentalement par les rayonnements gamma. De même, pendant la méiose chez le protiste eucaryote Tetrahymena Mre11 est requis pour la réparation des dommages à l'ADN, dans ce cas des cassures double brin, par un processus qui implique probablement une recombinaison homologue.
Fonction biologique
Réparation des cassures d'ADN double brin
Chez les eucaryotes, le complexe MRN (par la coopération de ses sous-unités) a été identifié comme un acteur crucial dans de nombreuses étapes du processus de réparation des cassures de l'ADN double brin : détection initiale d'une lésion, arrêt du cycle cellulaire pour permettre la réparation, sélection d'une voie de réparation spécifique (c'est-à-dire via une recombinaison homologue ou une jonction d'extrémités non homologues ) et fournissant des mécanismes pour initier la reconstruction de la molécule d'ADN (principalement via la juxtaposition spatiale des extrémités de chromosomes cassés). On pense que la détection initiale est contrôlée à la fois par Nbs1 et MRE11. De même, la régulation du point de contrôle du cycle cellulaire est finalement contrôlée par l'activité de phosphorylation de la kinase ATM, qui dépend à la fois de Nbs1 et de MRE11. MRE11 seul est connu pour contribuer à la sélection des voies de réparation, tandis que MRE11 et Rad50 travaillent ensemble pour aligner spatialement les molécules d'ADN : Rad50 attache deux molécules d'ADN linéaires ensemble tandis que MRE11 affine l'alignement en se liant aux extrémités des chromosomes cassés.
Entretien des télomères
Les télomères maintiennent l'intégrité des extrémités des chromosomes linéaires pendant la réplication et les protègent contre la reconnaissance de cassures double brin par la machinerie de réparation de l'ADN. Participe à télomères MRN entretien principalement par association avec la TERF2 protéines du shelterin complexe. Des études supplémentaires ont suggéré que Nbs1 est une protéine composant nécessaire pour l'allongement des télomères par la télomérase. De plus, il a été démontré que le knockdown du MRN réduit considérablement la longueur du porte-à-faux G aux extrémités des télomères humains, ce qui pourrait inhiber la formation appropriée de la soi-disant boucle en T , déstabilisant le télomère dans son ensemble. Il a également été démontré que l'allongement des télomères dans les cellules cancéreuses par le mécanisme d'allongement alternatif des télomères ( ALT ) dépend de la MRN, en particulier de la sous-unité Nbs1. Ensemble, ces études suggèrent que le MRN joue un rôle crucial dans le maintien de la longueur et de l'intégrité des télomères.
Rôle dans la maladie humaine
Des mutations dans MRE11 ont été identifiées chez des patients présentant un trouble de type ataxie-télangiectasie (ATLD). Des mutations de RAD50 ont été liées à un trouble semblable au syndrome de rupture de Nijmegen (NBSLD). Des mutations dans le gène NBN, codant pour la sous-unité humaine Nbs1 du complexe MRN, sont à l'origine du syndrome de rupture de Nijmegen . Les trois troubles appartiennent à un groupe de syndromes d'instabilité chromosomique qui sont associés à une altération de la réponse aux dommages à l'ADN et à une sensibilité cellulaire accrue aux rayonnements ionisants.
Rôle dans le cancer humain
Les rôles du complexe MRN dans le développement du cancer sont aussi variés que ses fonctions biologiques. Les cassures de l'ADN double brin, qu'il surveille et signalent la réparation, peuvent elles-mêmes être la cause d'une altération génétique cancérigène, suggérant que le MRN fournit un effet protecteur pendant l'homéostasie cellulaire normale. Cependant, la régulation à la hausse des sous-unités du complexe MRN a été documentée dans certaines lignées cellulaires cancéreuses par rapport aux cellules somatiques non malignes, suggérant que certaines cellules cancéreuses ont développé une dépendance à la surexpression de MRN. Étant donné que les cellules tumorales ont des taux mitotiques accrus par rapport aux cellules non malignes, cela n'est pas tout à fait inattendu, car il est plausible qu'un taux accru de réplication de l'ADN nécessite des niveaux nucléaires plus élevés du complexe MRN. Cependant, il existe de plus en plus de preuves que le MRN est lui-même une composante de la cancérogenèse , des métastases et de l'agression globale du cancer.
Tumorogenèse
Dans les modèles murins, les mutations de la sous-unité Nbs1 du MRN seul (produisant l'analogue phénotypique du syndrome de casse de Nimègue chez l'homme) n'ont pas réussi à produire la tumorigenèse. Cependant, les souris à double knock-out avec Nbs1 muté qui étaient également nulles du gène suppresseur de tumeur p53 présentaient l'apparition de la tumeur significativement plus tôt que leurs témoins de type sauvage p53. Cela implique que les mutations Nbs1 sont elles-mêmes suffisantes pour la tumorigenèse ; un manque de malignité dans le contrôle semble attribuable à l'activité de p53, pas de la bénignité des mutations Nbs1. Des études d'extension ont confirmé une augmentation des lymphomes à cellules B et T chez les souris mutées par Nbs1 en conjonction avec la suppression de p53, indiquant une inactivation potentielle de p53 dans la lymphomagenèse, qui survient plus souvent chez les patients NBS. La suppression de MRE11 dans diverses lignées cellulaires cancéreuses humaines a également été associée à une augmentation de 3 fois du niveau de la protéine suppresseur de tumeur p16INK4a , qui est capable d'induire la sénescence cellulaire et d'arrêter par la suite la prolifération des cellules tumorales. On pense avant tout à être le résultat de la méthylation du p16INK4 gène par promotor MRE11 . Ces données suggèrent que le maintien de l'intégrité et des niveaux d'expression normaux de MRN fournit un effet protecteur contre la tumorigenèse.
Métastase
La suppression de l' expression de MRE11 dans des lignées cellulaires de cancer du sein humain ( MCF7 ) et des os (U2OS) génétiquement modifiés a entraîné une diminution de la capacité de migration de ces cellules, ce qui indique que le MRN peut faciliter la propagation métastatique du cancer. Une diminution de l'expression des métalloprotéinases matricielles MMP-2 et MMP-3 , qui sont connues pour faciliter l'invasion et la métastase, s'est produite simultanément dans ces cellules knockdown MRE11. De même, il a été démontré que la surexpression de Nbs1 dans des échantillons de carcinome épidermoïde humain de la tête et du cou (HNSCC) induit une transition épithéliale-mésenchymateuse (EMT), qui elle-même joue un rôle essentiel dans les métastases cancéreuses. Dans cette même étude, les niveaux de Nbs1 étaient significativement plus élevés dans les échantillons de tumeurs secondaires que dans les échantillons de la tumeur primaire, fournissant la preuve d'une corrélation positive entre la propagation métastatique des cellules tumorales et les niveaux d'expression de MRN. Prises ensemble, ces données suggèrent qu'au moins deux des trois sous-unités de la MRN jouent un rôle dans la médiation des métastases tumorales, probablement via une association entre la MRN surexprimée et les mécanismes de migration cellulaire à la fois endogène (transition EMT) et exogène (structure ECM).
Agression
Les cellules cancéreuses possèdent presque universellement des mécanismes de maintien des télomères régulés à la hausse , ce qui permet leur potentiel de réplication illimité . Le rôle biologique du complexe MRN dans l'entretien des télomères a suscité des recherches liant le MRN à l'immortalité des cellules cancéreuses. Dans les lignées cellulaires humaines HNSCC, la perturbation du gène Nbs1 (qui régule à la baisse l'expression de l'ensemble du complexe MRN) a entraîné une réduction de la longueur des télomères et des lésions létales persistantes de l'ADN dans ces cellules. Lorsqu'elles sont combinées avec un traitement d' inhibiteur de PARP (poly (ADP-ribose) polymérase) (connu sous le nom de PARPi), ces cellules ont montré une réduction encore plus importante de la longueur des télomères, arrêtant la prolifération des cellules tumorales à la fois in vitro et in vivo via des modèles murins greffés avec divers HNSCC lignées cellulaires. Alors que le traitement avec PARPi seul est connu pour induire l'apoptose dans les lignées cellulaires cancéreuses mutées par BRCA , cette étude montre que la régulation négative du MRN peut sensibiliser les cellules compétentes en BRCA (celles qui ne possèdent pas de mutations BRCA) au traitement avec PARPi, offrant un moyen alternatif de contrôler l'agression tumorale .
Le complexe MRN a également été impliqué dans plusieurs voies contribuant à l'insensibilité des cellules souches cancéreuses aux effets néfastes de la chimiothérapie et de la radiothérapie sur l'ADN , qui sont une source d'agression tumorale globale. Plus précisément, il a été démontré que l'inhibiteur de MRN Mirin (inhibant MRE11) perturbe la capacité de la kinase ATM à contrôler le point de contrôle des dommages à l'ADN G2-M , qui est nécessaire à la réparation des cassures d'ADN double brin. La perte de ce point de contrôle réduit la capacité des cellules souches cancéreuses à réparer les lésions génétiques mortelles, les rendant vulnérables aux agents thérapeutiques endommageant l'ADN. De même, la surexpression de Nbs1 dans les cellules HNSCC a été corrélée à une activation accrue de la voie PI3K/AKT , qui elle-même s'est avérée contribuer à l'agression tumorale en réduisant l'apoptose. Dans l'ensemble, les cellules cancéreuses semblent s'appuyer sur les capacités de signalisation et de réparation de MRN en réponse aux dommages à l'ADN afin d'obtenir une résistance aux chimiothérapies et radiothérapies modernes.