Mre11

Nature Communications volume 13, número do artigo: 2374 (2022) Citar este artigo

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O complexo conservado Mre11-Rad50 é crucial para a detecção, sinalização, amarração final e processamento de quebras de fita dupla de DNA. Embora se saiba que a formação de focos Mre11-Rad50 em lesões de DNA acompanha o reparo, os mecanismos subjacentes de montagem molecular e as implicações funcionais permaneceram obscuros. Combinando a reconstituição da via em microscopia eletrônica, ensaios bioquímicos e estudos genéticos, mostramos que S. cerevisiae Mre11-Rad50 com ou sem Xrs2 forma montagens de ordem superior em solução e no DNA. Rad50 medeia tal oligomerização, e mutações em uma folha beta Rad50 conservada aumentam ou interrompem a oligomerização. Demonstramos que a oligomerização Mre11-Rad50-Xrs2 facilita a formação de focos, sinalização de danos ao DNA, reparo e manutenção de telômeros in vivo. A oligomerização Mre11-Rad50 não afeta sua atividade de exonuclease, mas conduz a clivagem endonucleolítica em múltiplos locais na fita 5'-DNA perto das quebras da fita dupla. Curiosamente, as mutações na folha beta RAD50 humana estão ligadas à predisposição hereditária ao cancro e as nossas descobertas podem fornecer informações sobre o seu papel potencial na quimiorresistência.

O mau funcionamento do complexo MRE11-RAD50-NBS1 (MRN) está associado a diversas patologias, incluindo vários cânceres hereditários e esporádicos1. A degradação aberrante do DNA nascente pelo MRE11 foi observada em células deficientes no supressor de tumor BRCA1 / 2, e a anulação da atividade do MRE11 está ligada à resistência ao inibidor de PARP na quimioterapia do câncer . No nível molecular, o MRN humano e a levedura Mre11-Rad50-Xrs2 (MRX) promovem o reparo da quebra da fita dupla do DNA (DSB) por meio de união de extremidades não homólogas (NHEJ) e recombinação homóloga (HR) por meio de amarração de DNA, ativação de componentes da via a jusante e ressecção dependente de ATP das cadeias terminadas em 5′ nos DSBs4. A última função é particularmente relevante para RH e uma variante da via de junção final denominada junção final alternativa (A-EJ)4. O complexo MRN/X também ativa o ponto de verificação de danos no DNA quinase ATM/Tel1, que por sua vez fosforila os alvos para orquestrar a parada do ciclo celular e o reparo do DNA5. Além disso, MRN/X e ATM/Tel1 contribuem para a manutenção do comprimento normal dos telômeros .

O processamento nucleolítico de DSBs por MRN/X é restrito à vizinhança das quebras e, portanto, denominado ressecção final de DNA de curto alcance . A atividade do MRN/X é versátil, pois pode processar DSBs com diversas estruturas secundárias de DNA e blocos proteicos, ambos ligados covalentemente, como complexos de clivagem de topoisomerase, ou associados não covalentemente, como o fator NHEJ Ku8,9,10, 11. Esta preferência pela clivagem de extremidades de DNA bloqueadas por proteínas por homólogos de MR é conservada na evolução de archaea e bactérias para leveduras e humanos .

Na levedura S. cerevisiae, a atividade da nuclease Mre11 é essencial para o processamento de extremidades de DNA bloqueadas por proteínas. Esta atividade pode ser contornada no caso de extremidades de DNA livres por nucleases de longo alcance que normalmente atuam a jusante, incluindo Exo1 e Dna216. NBS1/Xrs2 é essencial para ressecção em humanos, mas amplamente dispensável em leveduras. É, no entanto, necessário para a ativação do Tel1 e importação nuclear do complexo MRX . Devido à necessidade de uma cromátide irmã como modelo homólogo para reparo via HR, a ressecção é limitada à fase S/G2 do ciclo celular, que é alcançada através da estimulação regulada pelo ciclo celular da atividade da endonuclease Mre11 por Sae2 fosforilado (pSae2) . ,19. In vitro, o MR primeiramente incisa a cadeia terminada em 5' ~ 15-35 pb longe da extremidade do DSB com sua função de endonuclease, e então degrada exonucleoliticamente o DNA para trás até o final na direção 3'-5'9,12,15. Nas células, a ressecção dependente de Mre11 pode gerar saliências de 3′ de até ~ 300 nt de comprimento . Não está claro se os tratos de ressecção de curto alcance são gerados pela clivagem do DNA que se afasta gradualmente da extremidade do DNA, como observado in vitro, ou se a RM, na maioria dos casos, primeiro cliva o DNA a distâncias maiores da extremidade do DNA, como observado na meiótica. células20. As saliências de cadeia simples são então alongadas para mais de 1000 nt pela maquinaria de ressecção de longo alcance, incluindo Exo1 ou Dna2-Sgs1 para reparo direcionado por homologia .