Кіріспе

Сүт безі қатерлі ісігіндегі рөлімен танымал гендер – BRCA2 және BRCA2 (/b/r/æ/k/ə/'/t/uː/) – адам гендері және олардың ақуыз өнімдері. Ресми символ (BRCA2, ген үшін курсивте, ақуыз үшін курсивсіз) және ресми атау (бастапқыда сүт безі қатерлі ісігі 2; қазіргі уақытта BRCA2, ДНК жөндеуімен байланысты) HUGO ген номенклатурасы комитетімен сақталады. FANCD1 деген балама символ оның FANC ақуыз кешенімен байланысын көрсетеді. Brca2 және Brca2 типті ортологтар басқа омыртқалы жануарлардың арасында кең таралған. BRCA2 – барлық адамдарда кездесетін адамның ісікке қарсы гені (нақтырақ айтқанда, күзетші ген); оның ақуызы, сондай-ақ сүт безі қатерлі ісігіне 2-түрлі бейімділік ақуызы деп те аталады, ДНК-ны жөндеуге жауапты. BRCA2 және BRCA1 әдетте сүт безі және басқа тіндердің жасушаларында экспрессияланады, онда олар зақымдалған ДНК-ны қалпына келтіруге көмектеседі немесе ДНК-ны жөндеу мүмкін болмаса, жасушаларды жояды. Олар хромосомалық зақымдануларды жөндеуге қатысады және ДНК-ның екі тізбегінің үзілуін қатесіз жөндеуде маңызды рөл атқарады. Егер BRCA1 немесе BRCA2 BRCA мутациясынан зақымданса, зақымдалған ДНК дұрыс жөнделмейді, бұл сүт безі қатерлі ісігінің қаупін арттырады. BRCA1 және BRCA2 «сүт безі қатерлі ісігіне бейім гендер» және «сүт безі қатерлі ісігіне бейім ақуыздар» деп сипатталған. Басым аллельдің ісікке қарсы функциясы қалыпты, ал осы гендердегі жоғары тежелімді мутациялар ісікке қарсы функцияның жоғалуына әкеледі, бұл сүт безі қатерлі ісігінің қаупінің артуымен байланысты. BRCA2 гені 13-шы хромосоманың ұзын (q) қолда 12.3 позициясында (13q12.3) орналасқан. Адамның BRCA2 референттік гені 27 экзоннан тұрады, ал cDNA-да 3418 аминқышқылынан тұратын ақуызды кодтайтын 10 254 негіз жұбы бар.

Функция

BRCA1 және BRCA2 гендерінің құрылымы өте ерекше болғанымен, кем дегенде кейбір функциялары өзара байланысты. Екі геннің де өндіретін ақуыздары зақымдалған ДНК-ны жөндеу үшін маңызды (рекомбинациялық жөндеу қадамдарының суретіне қараңыз). BRCA2 бір жіпті ДНК-ға байланысып, RAD51 рекомбиназасымен тікелей әрекеттеседі, бұл гомологты рекомбинацияның маңызды қадамы – жіптің инвазиясын ынталандырады және сақтайды. RAD51-дің ДНК-ның екі жіпті үзілісіне орналасуы BRCA1 PALB2 BRCA2 кешенінің қалыптасуын талап етеді. PALB2 (BRCA2 серігі және локализаторы) BRCA2 химерасымен (пикколо немесе piBRCA2 деп аталады) бірлесіп жұмыс істей алады, бұл жіптің инвазиясын одан әрі күшейтеді. Мұндай үзілістер табиғи және медициналық сәулеленудің, сондай-ақ қоршаған ортаның басқа да факторларының салдарынан туындауы мүмкін, сонымен қатар хромосомалардың ерекше жасушалық бөліну кезінде (миоз) генетикалық материал алмасуынан да пайда болады, осы процесте сперматозоидтар мен жұмыртқа жаралады. ДНК-ның өзара байланыстарын жөндеу кезінде де екі жіпті үзілістер пайда болады. Бұл ақуыздар ДНК-ны жөндеу арқылы адам геномының тұрақтылығын сақтап, гематологиялық және басқа да қатерлі ісіктерге алып келуі мүмкін қауіпті гендік өзгерістердің алдын алады. BRCA2 ДНК репликациясы тоқтаған кезде (мутациялар, интеркаляциялық заттар және т.б. сияқты кедергілерден туындаған) пайда болатын кері бұрыштардың MRE11-ге тәуелді нуклеолитикалық ыдырауынан қорғауда маңызды рөл атқаратыны көрсетілген. BRCA1 сияқты BRCA2 да басқа гендердің белсенділігін реттейді және ұрықтың дамуында маңызды рөл атқарады.

Клиникалық маңызы

BRCA2 генінің белгілі бір түрлері тұқым қуалайтын сүт және жұмыртқа безі қатерлі ісігі синдромының бөлігі ретінде сүт қатерлі ісігіне шалдығу қаупін арттырады. Зерттеушілер BRCA2 генінде жүздеген мутацияны анықтады, олардың көпшілігі қатерлі ісік дамуына себеп болады. BRCA2 мутациялары көбінесе гендегі ДНК негіз жұптарының кішкентай санының енгізілуі немесе жойылуы болып табылады. Осы мутациялардың нәтижесінде BRCA2 генінің ақуыз өнімі бұзылып, қалыпты жұмыс істемейді. Зерттеушілер бұзылған BRCA2 ақуызы геномның барлық бөлігінде пайда болатын ДНК зақымдануын жөндеуге қабілетсіз деп санайды. Соның салдарынан, қатеге бейім транслезиялық синтез арқылы жөнделмеген ДНК зақымдануына байланысты мутациялар көбейеді, ал осы мутациялардың кейбіреулері жасушалардың бақылаусыз бөлінуіне және ісік пайда болуына әкелуі мүмкін. BRCA2 генінің екі мутацияланған көшірмесі бар адамдарда Фанкони анемиясының бір түрі дамиды. Бұл жағдай жасушаларда BRCA2 ақуызының деңгейінің өте төмендеуіне байланысты, бұл зақымдалған ДНК-ның жиналуына мүмкіндік береді. Фанкони анемиясымен ауыратын науқастар лейкемияның (қан жасушаларының қатерлі ісігі) бірнеше түріне, бас, мойын, тері және көбелек мүшелерінің ісіктеріне, сондай-ақ сүйек миының жеткіліксіздігіне (анемияға әкелетін қан жасушаларының өндірісінің төмендеуіне) бейім. BRCA1 немесе BRCA2 геніндегі ақаулықты мұра еткен әйелдерде сүт және жұмыртқа безі қатерлі ісігіне шалдығу қаупі өте жоғары және соншалықты іріктелген сипатта болады, сондықтан көптеген мутация тасымалдаушылар профилактикалық хирургия жасауды таңдайды. Мұндай айқын тіндік ерекшелікті түсіндіру үшін көптеген теориялар ұсынылған. BRCA1 және BRCA2 байланысты тұқым қуалайтын қатерлі ісіктердің қай жерде пайда болатынын анықтайтын маңызды факторлар – қатерлі ісік патогенінің, созылмалы қабынуға әкелетін агенттің немесе канцерогеннің тіндік ерекшелігімен байланысты. Нысаналы тіндерде патогенді қабылдайтын рецепторлар болуы мүмкін, сондай-ақ олар канцерогендерге және инфекциялық процеске әсер етуге бейім болуы мүмкін. Туа пайда болған геномдық кемшілік қалыпты жауап реакцияларын нашарлатады және органдардың ауруға шалдығу сезімталдығын күшейтеді. Бұл теория BRCA1 немесе BRCA2 гендерінен басқа да бірнеше ісікке қарсы гендерге қатысты деректермен де сәйкес келеді. Бұл модельдің басты артықшылығы – ол профилактикалық хирургиядан басқа да нұсқалар бар екенін көрсетеді. Сүт безі қатерлі ісігінен басқа, ерлер мен әйелдерде BRCA2 геніндегі мутациялар жұмыртқа безі, жатыр түтігі, простата және бүйрек безі қатерлі ісігіне шалдығу қаупін де арттырады. Кейбір зерттеулерде геннің орталық бөлігіндегі мутациялар геннің басқа бөліктеріндегі мутацияларға қарағанда жұмыртқа безі қатерлі ісігіне шалдығу қаупінің жоғары болуымен, ал простата қатерлі ісігіне шалдығу қаупінің төмендеуімен байланысты. BRCA2 мутациялары бар кейбір отбасыларда басқа да түрлі қатерлі ісіктер кездеседі. Жалпы алғанда, күшті тұқым қуалайтын гендік мутациялар (BRCA2 мутацияларын қоса алғанда) сүт безі қатерлі ісігінің барлық жағдайларының тек 5-10% құрайды; BRCA2 мутациясын тасымалдаушы кез келген адамның сүт безі немесе басқа қатерлі ісікке шалдығу қаупі көптеген факторларға байланысты.

Тарих

BRCA2 гені 1994 жылы ашылды. 1996 жылы Кеннет Оффит және оның Мемориал Слоан Кеттеринг қатерлі ісік орталығындағы зерттеу тобы ашкенази еврей тегінен шыққан адамдар арасында емшек және жұмыртқа безі қатерлі ісігімен байланысты гендегі ең көп кездесетін мутацияны сәтті анықтады. Бұл генді алғаш рет Myriad Genetics, Endo Recherche, Inc., HSC Research & Development Limited Partnership және Пенсильвания университетінің ғалымдары клондады. BRCA1 және BRCA2 гендерінде мутациясы бар пациентке қатерлі ісік даму мүмкіндігін диагностикалау әдістері Myriad Genetics компаниясына тиесілі немесе олар бақылап отырған патенттермен қорғалған. Myriad компаниясының диагностикалық тесттерді эксклюзивті түрде ұсыну бизнес-моделі 1994 жылы стартап ретінде басталып, 2012 жылы 1200 қызметкері мен шамамен 500 миллион долларлық жылдық кірісі бар акционерлік компанияға айналды. Бұл сонымен қатар тест бағаларының жоғары болуы және басқа диагностикалық зертханалардан екінші пікір алу мүмкін болмауына байланысты дауларға әкелді, нәтижесінде Молекулалық патология қауымдастығының Myriad Genetics компаниясына қарсы сотқа шағымдануына соқтырды.

Мейоз

Arabidopsis thaliana өсімдігінде BRCA2 гомологы AtBRCA2 жоғалуы еркек мейозында да, әйел гаметоцитінің дамуында да ауыр кемшіліктерге алып келеді. AtBRCA2 ақуызы AtZYP1 синаптонемалық кешен ақуызының және AtRAD51 және AtDMC1 рекомбиназаларының дұрыс орналасуы үшін қажет. Сонымен қатар, AtBRCA2 дұрыс мейотикалық синапстың қалыптасуы үшін қажет. Осылайша, AtBRCA2 мейотикалық рекомбинация үшін маңызды болуы мүмкін. AtBRCA2 мейоз кезінде AtRAD51 және AtDMC1 арқылы катализденетін ДНК зақымдануының мейоздық гомологтық рекомбинациялық жөндеуі кезіндегі бір талшықты инвазия кезеңдерін бақылайтын сияқты. Бұл Caenorhabditis elegans құртында және Drosophila melanogaster жеміс шыбынында да байқалады. BRCA2 генінің қысқартылған нұсқаларын өндіретін тышқандар тірі болады, бірақ сүексіз болады. BRCA2 мутантты егеуқұйрықтардың екі жынысында да өсудің тежелуі және сүексіздік фенотипі байқалады. Бұл мутантты егеуқұйрықтарда асперматогенездің болмауы мейоз кезінде гомологты хромосомалардың синапсының бұзылуына байланысты.

BRC қайталау реті

DMC1 (ДНК мейотикалық рекомбиназа 1) – RAD51 мейозға тән гомологы, гомологты рекомбинациялық жөндеу кезінде жіп алмасу процесін қамтамасыз етеді. DMC1 гомологты ДНК молекулалары арасында ДНК жіптерін басып кіретін өнімдердің (бірлескен молекулалардың) пайда болуын ынталандырады. Адамның DMC1 белгісі BRCA2 белгісіндегі қайталанатын тізбектермен (BRC қайталаулары деп аталады) тікелей өзара әрекеттеседі, бұл DMC1 арқылы бірлескен молекулалардың түзілуін стимуляциялайды. BRC қайталаулары барлық BRCA2-ге ұқсас белоктарда кем дегенде бір рет кездесетін, шамамен 35 жоғары консервацияланған аминқышқылынан тұратын мотивке сәйкес келеді. BRCA2 BRC қайталаулары бір жіпті ДНК (ssDNA) пен DMC1 арасындағы өзара әрекеттесуді ынталандыру арқылы бірлескен молекулалардың түзілуін стимуляциялайды. BRCA2 жоғалуы нейрогенезге, әсіресе эмбрионалды және туғаннан кейінгі нейрондық даму кезінде айқын әсер етеді. Бұл неврологиялық кемшіліктер ДНК зақымдануынан туындайды. Кішкентай емес өкпе қатерлі ісігінде BRCA2 промотордың гиперметилденуі арқылы эпигенетикалық түрде реттеледі. Бұл жағдайда промотордың гиперметилденуі геннің гетерозигоздық жоғалуымен емес, мРНК экспрессиясының және белок экспрессиясының төмендеуімен байланысты. Жұмыршық безінің сирек кездесетін қатерлі ісігінде кері нәтиже байқалады. BRCA2 промоторлары мен 5' UTR аймақтарындағы метилирленген CpG динуклеотидтері ісік емес ДНК-мен салыстырғанда азырақ немесе жоққа шығарылады, сондай-ақ гипометилдену мен BRCA2 экспрессиясының >3 есе артуы арасында маңызды корреляция табылды. Бұл BRCA2 промоторы мен 5' UTR аймақтарының гипометилденуі BRCA2 мРНК экспрессиясының артуына әкеледі. Бір есепте miR-146a және miR-148a микроРНК арқылы BRCA2 экспрессиясының эпигенетикалық бақылану мүмкіндігі көрсетілген.

Ракта BRCA2 экспрессиясы

Эукариоттарда BRCA2 ақуызы гомологтық рекомбинациялық жөндеуде маңызды рөл атқарады. Тышқандар мен адамдарда BRCA2 негізінен RAD51 бір тізбекті (ss) ДНК-да дұрыс құрастыруға көмектеседі, бұл форма гомологтық жұптасу және тізбек енуі үшін белсенді. BRCA2 сондай-ақ RAD51 екі тізбекті ДНК-дан қайта бағыттап, ssДНК-дан ажырауын болдырмайды. (кестеге қараңыз). Көптеген қатерлі ісіктерде әртүрлі ДНК жөндеу гендерінде эпигенетикалық жетіспеушіліктер бар (қатерлі ісіктердегі ДНК жөндеу гендеріндегі эпимутациялардың жиілігін қараңыз). Бұл жөндеу жетіспеушіліктері, ДНК зақымдануының көбеюіне ықпал етеді. Көптеген қатерлі ісіктерде байқалатын BRCA2 экспрессиясының жоғарылауы, осындай артық ДНК зақымдануын кем дегенде ішінара жою үшін BRCA2 экспрессиясының өсімімен және гомологтық рекомбинациялық жөндеудің күшеюімен байланысты болуы мүмкін. Эгава және авторлар BRCA2 экспрессиясының жоғарылауын қатерлі ісіктерде жиі кездесетін геномдық тұрақсыздықпен түсіндіруге болады, ол ДНК жөндеу үшін BRCA2 қажеттілігінің артуына байланысты BRCA2 мРНК экспрессиясын ынталандырады. BRCA2 экспрессиясының төмендеуі, жөнделмейтін ДНК зақымдануының көбеюіне әкеледі. Осы зақымданудан кейінгі репликациялық қателер (транслезиялық синтезді қараңыз) мутациялар мен қатерлі ісіктің дамуына себеп болады. + BRCA2 экспрессиясы спорадикалық қатерлі ісіктерде

Қатерлі ісіктер Экспрессияның жоғары немесе төмен болуы Экспрессияның өзгеру жиілігі Бағалау әдісі Сілтеме
Спорадикалық жұмыршық безі қатерлі ісігі Экспрессиядан 80%-ға артық РНК хабаршысы (жоғарыда қарастырылған қатерлі ісіктің қайталануы) Экспрессияның жоғарылауы 71% иммуногистохимия

Домендік архитектура

BRCA2 құрамында 39 аминқышқылының қайталануы бар, олар RAD51 (ДНҚ рекомбинациялық жөндеудегі маңызды белок) байланысуы және метилметансульфонатпен емдеуге төзімділік үшін өте маңызды. BRCA2 спиральді домені спиральді құрылымға ие, ол төрт спиральді кластерлік өзектен (альфа 1, альфа 8, альфа 9, альфа 10) және екі тізбекті бета-шаштықтан (бета 1-ден бета 4-ке дейін) тұрады. Шамамен 50 аминқышқылынан тұратын сегмент төрт қысқа спиральды (альфа 2-ден альфа 4-ке дейін) қамтиды және өзектік құрылымның бетімен айналып өтеді. BRCA2-де альфа 9 және альфа 10 спиральдері BRCA2 OB1 доменімен гидрофобтық және ароматты қалдықтарды қамтитын ван дер Ваальс байланыстары, сондай-ақ тізбек пен тіректегі сутекті байланыстар арқылы байланысады. Бұл домен 70 аминқышқылынан тұратын DSS1 (бөлінген қол/бөлінген аяқ синдромында жойылған) ақуызын байланыстырады, ол бастапқыда тұқым қуалайтын даму аномалиялары синдромында жойылған 1,5 Мб локусқа сәйкес келетін үш геннің бірі ретінде анықталған.

Патенттер, оларды қолдану, сот ісі және даулар

1994 жылы Юта университеті, Ұлттық экологиялық денсаулық ғылымдары институты (NIEHS) және Myriad Genetics компаниясы изоляцияланған BRCA1 гені мен қатерлі ісіктерді тудыратын мутацияларға, сондай-ақ сүт безі қатерлі ісігінің пайда болу мүмкіндігін диагностикалау әдістеріне патенттік өтінім берді; патенттердің мерзімі 2014 жылы бітуге тиіс. Myriad Genetics компаниясының бас директоры Питер Мелдрум, Myriad компаниясының Еуропада "осындай [патенттік] қорғауды қажетсіз ететін басқа да бәсекеге қабілетті артықшылықтары бар" екенін мойындады. BRCA1 және BRCA2 патенттеріне қатысты сот шешімдері генетикалық тестілеу саласына жалпы тұрғысынан әсер етеді. 2013 жылдың маусым айында «Молекулалық патология қауымдастығы v. Myriad Genetics» (№ 12-398) ісі бойынша АҚШ Жоғарғы Соты бірауыздан «Табиғи ДНҚ сегменті табиғаттың өнімі болып табылады және оқшауланғаны үшін ғана патентке жарамсыз» деп шешті, осылайша Myriad компаниясының BRCA1 және BRCA2 гендеріне алған патенттерін күштен шығарды. Алайда, Сот генді манипуляциялау арқылы табиғатта кездеспейтін жаңа нәрсе жасалса, онда патенттік қорғау мүмкін екенін де мәлімдеді. Австралия Федералды соты 2013 жылдың ақпан айында BRCA1 геніне қатысты Myriad Genetics компаниясының австралиялық патентерін жарамды деп таныды, бірақ бұл шешімге шағымдануға болады және шағым қаралысында АҚШ Жоғарғы Сотының шешімі де ескеріледі.