Көкейкеш безгегіне бейімділік тудыратын BRCA1 гені

Кіріспе

Кеуде қатерлі ісігіндегі рөлімен танымал ген.

Кеуде қатерлі ісігіне 1-түрлі сезімталдық ақуызы – адамда BRCA1 (,/b//r//æ//k//ə/'/w//ʌ//n/) генімен кодталатын ақуыз. Гомологтар басқа омыртқалы жануарлардың арасында кең таралған, ал омыртқасыз жануарлардың геномдары одан алыс туысқан генді кодтай алады. BRCA1 – адамның ісікке қарсы гені (күзетуші ген ретінде де белгілі) және ДНК-ны жөндеуге жауапты. BRCA1 және BRCA2 – байланыссыз ақуыздар, бірақ екеуі де кеуде және басқа тіндердің жасушаларында қалыпты түрде 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 жіпті үзілісін қатесіз жөндеуде маңызды рөл атқарады. Егер BRCA1 немесе BRCA2 BRCA мутациясынан зақымданса, зақымдалған ДНК дұрыс жөнделмейді, бұл кеуде қатерлі ісігінің қаупін арттырады. BRCA1 және BRCA2 «кеуде қатерлі ісігіне сезімтал гендер» және «кеуде қатерлі ісігіне сезімтал ақуыздар» деп сипатталған. Басым аллельдің ісікке қарсы функциясы қалыпты, ал осы гендердегі жоғары тежелімді мутациялар ісікке қарсы функцияның жоғалуына әкеледі, бұл кеуде қатерлі ісігінің қаупінің артуымен байланысты. BRCA1 басқа ісікке қарсы гендермен, ДНК зақымдану сенсорларымен және сигнал берушілермен бірігіп, BRCA1 байланысты геномдық бақылау кешені (BASC) деп аталатын үлкен көпбөлімді ақуыз кешенін құрайды. BRCA1 және BRCA2 мутациялары бар науқаста қатерлі ісік даму мүмкіндігін анықтау әдістері Myriad Genetics компаниясына тиесілі немесе олардың бақылауындағы патенттермен қорғалған. Бұл жоғары бағаларға байланысты дау тудырды және басқа диагностикалық зертханалардан екінші пікір алу мүмкін болмады, нәтижесінде Молекулалық патология қауымдастығы Мириад генетикасына қарсы сот процесі болды.

Ашылу

1990 жылы Мэри Клэр Кингтің Калифорния университеті Берклидегі зертханасы сүт безі қатерлі ісігіне қатысуымен байланысты ДНК-ны жөндеу ферментін кодтайтын геннің бар екенін алғаш рет дәлелдеді. Төрт жыл өткен соң, оны табу үшін жүргізілген халықаралық жарыстан кейін, 1994 жылы Юта университетінің, Ұлттық экологиялық денсаулық ғылымдары институтының (NIEHS) және Myriad Genetics ғалымдары бұл генді клондауға қол жеткізді.

ЦИНК РИНГ саусақтары домені

РИНГ мотиві – эукариоттық пептидтерде кездесетін Zn саусағы, 40–60 аминқышқылынан тұрады және сегіз сақталған металл байланыстыру қалдықтарынан, цистеин немесе гистидин қалдықтарының екі квартетінен тұрады, олар екі мырыш атомын үйлестіреді. Бұл мотивте қысқа антипараллель бета-қаптама, екі мырыш байланыстыру орамасы және шағын домендегі орталық альфа-спираль бар. Бұл RING домені, сондай-ақ RING мотивін қамтитын BARD1 сияқты байланысты ақуыздармен өзара әрекеттесіп, гетеродимерді құрайды. BRCA1 RING мотиві BRCA1 ақуызының 8–22 және 81–96 қалдықтарынан құралған альфа-спиральдармен қоршалған. Ол BARD1-дегі гомологтық аймақпен өзара әрекеттеседі, ол да 36–48 және 101–116 қалдықтарынан құрылған екі альфа-спиральмен қоршалған RING саусағынан тұрады. Бұл төрт спираль бірігіп гетеродимеризациялық интерфейсті құрайды және BRCA1 BARD1 гетеродимер кешенін тұрақтандырады. Қосымша тұрақтандыруға бүйірлік аймақтағы жапсарлас қалдықтар арасындағы өзара әрекеттесулер мен гидрофобтық өзара әрекеттесулер арқылы қол жеткізіледі. BARD1/BRCA1 өзара әрекеттесуі BRCA1-дегі ісікті тудыратын аминқышқылдарының алмасуымен бұзылады, бұл осы белоктар арасындағы тұрақты кешеннің қалыптасуы BRCA1 ісігін басудың маңызды аспектісі болуы мүмкін дегенді білдіреді. Ол белоктарға жабысып, оларды жою үшін белгілейді. Убиквитинация BRCA1 фузиялық ақуызы арқылы жүреді және мырыш хелатациясы арқылы жойылады. BRCT-дегі 85–95 аминқышқылдық домендер бір модуль ретінде немесе екі доменді қамтитын бірнеше тандемді қайталау ретінде кездеседі. Бұл екі мүмкіндік те бір ақуызда әртүрлі конформацияда пайда болуы мүмкін. BRCA1-де қос тандемді қайталау BRCT домендері үш өлшемді құрылымда бастан құйрыққа қарай орналастырылған, интерфейсте 1600 Å гидрофобтық, еріткішпен қол жетімді беттік алаңды көміп жатыр. Бұлардың барлығы интерфейсті құрайтын тесіктің құрылымындағы тығыз жиналған түймеге ықпал етеді. Бұл гомологтық домендер ДНК зақымдануына жасушалық жауаптарды басқару үшін өзара әрекеттеседі. Бұл екі белоктың интерфейсіндегі қате мутация жасуша циклін бұзады, нәтижесінде қатерлі ісікке шалдығу қаупі артады.

The RING motif, a Zn finger found in eukaryotic peptides, is 40–60 amino acids long and consists of eight conserved metal binding residues, two quartets of cysteine or histidine residues that coordinate two zinc atoms. This motif contains a short anti parallel beta sheet, two zinc binding loops and a central alpha helix in a small domain. This RING domain interacts with associated proteins, including BARD1, which also contains a RING motif, to form a heterodimer. The BRCA1 RING motif is flanked by alpha helices formed by residues 8–22 and 81–96 of the BRCA1 protein. It interacts with a homologous region in BARD1 also consisting of a RING finger flanked by two alpha helices formed from residues 36–48 and 101–116. These four helices combine to form a heterodimerization interface and stabilize the BRCA1 BARD1 heterodimer complex. Additional stabilization is achieved by interactions between adjacent residues in the flanking region and hydrophobic interactions. The BARD1/BRCA1 interaction is disrupted by tumorigenic amino acid substitutions in BRCA1, implying that the formation of a stable complex between these proteins may be an essential aspect of BRCA1 tumor suppression. It attaches to proteins and labels them for destruction. Ubiquitination occurs via the BRCA1 fusion protein and is abolished by zinc chelation. The 85–95 amino acid domains in BRCT can be found as single modules or as multiple tandem repeats containing two domains. Both of these possibilities can occur in a single protein in a variety of different conformations. In BRCA1 the dual tandem repeat BRCT domains are arranged in a head to tail fashion in the three dimensional structure, burying 1600 Å of hydrophobic, solvent accessible surface area in the interface. These all contribute to the tightly packed knob in hole structure that comprises the interface. These homologous domains interact to control cellular responses to DNA damage. A missense mutation at the interface of these two proteins can perturb the cell cycle, resulting a greater risk of developing cancer.

Функциясы мен механизмі

BRCA1 ДНК-ның қос жіпті үзілуін қалпына келтіретін кешеннің құрамына кіреді. ДНК-ның қос спиралінің тізбектері зақымданғанда үнемі үзіліп тұрады. Кейде тек бір тізбек үзіледі, ал кейде екі тізбек бір уақытта үзіледі. ДНК-ны байланыстыратын агенттер хромосомалық/ДНК зақымдануының маңызды көзі болып табылады. Қос жіпті үзілулер байланыстар алынғаннан кейін аралық ретінде пайда болады, және BRCA1-дің екі аллельдік мутациялары ДНК үзілу агенттеріне жоғары сезімталдықпен байланысты генетикалық ауру – Fanconi анемиясының S тобына (FA S) жауапты екені анықталды. BRCA1 екі тізбек үзілген кезде ДНК-ны қалпына келтіретін белок кешенінің бір бөлігі болып табылады. Мұндай жағдайда, жөндеу механизміне ДНК-ның дұрыс тізбегін қалай алмастыруды «білу» қиын, және жөндеуді орындаудың бірнеше жолы бар. BRCA1 қатысатын қос жіпті жөндеу механизмі – гомологияға бағытталған жөндеу, онда жөндеу белоктары біртекті әпкелік хроматидтен бірдей тізбекті көшіреді. FA S көбінесе жатыр ішіндегі өлімге алып келеді; Ашкенази халқында жоғары тасымалдаушылық жиілігіне қарамастан, әдебиетте BRCA1-дің екі аллельдік мутацияларының тек бірнеше жағдайы ғана сипатталған, және 2013 жылдан бері бірде-бір жағдай тіркелмеген. Көптеген қалыпты жасушалардың ядросында BRCA1 белгісі RAD51-мен ДНК-ның қос жіпті үзілуін қалпына келтіру кезінде өзара әрекеттеседі. Бұл үзілулер табиғи сәулелену немесе басқа да әсерлерден туындауы мүмкін, сонымен қатар хромосомалар генетикалық материалды алмасатын кезде (гомологиялық рекомбинация, мысалы, мейоз кезінде «кроссинговер») пайда болады. BRCA1-ге ұқсас функциясы бар BRCA2 белгісі де RAD51 белігімен өзара әрекеттеседі. Бұл үш белок ДНК зақымдануын қалпына келтіруге әсер ете отырып, адам геномының тұрақтылығын сақтауға көмектеседі. BRCA1 ДНК-ның басқа бір түрін де қалпына келтіруге қатысады, ол сәйкессіздікті қалпына келтіру деп аталады. BRCA1 ДНК-ның сәйкессіздігін қалпына келтіру белгісі MSH2-мен өзара әрекеттеседі. BRCA1 жетіспейтін сүт безі ісігінде MSH2, MSH6, PARP және бір тізбекті жөндеуге қатысатын басқа да белоктардың деңгейі жоғарылағаны хабарланды. Валозин құрайтын белок (VCP, сондай-ақ p97 деп те аталады) зақымдалған ДНК участаларына BRCA1-ді тартуға қатысады. Иондаушы сәулеленуден кейін VCP ДНК зақымдануларына тартылады және DSB-ны тиімді жөндеу үшін сигнал беру кешендерін құрастыру үшін RNF8 убиквитин лигазасымен бірлесіп жұмыс істейді. BRCA1 VCP-мен өзара әрекеттеседі. BRCA1 сонымен қатар c Myc және геномдық тұрақтылықты сақтау үшін маңызды басқа да белоктармен өзара әрекеттеседі. BRCA1 тікелей ДНК-ға байланысады, бұтақталған ДНК құрылымдарына жоғары бейімділік көрсетеді. ДНК-ға байланысу қабілеті MRN кешенінің нуклеазалық белсенділігін, сондай-ақ Mre11 нуклеазалық белсенділігін тежеуге көмектеседі. Бұл BRCA1-дің гомологиялық емес ұштарды қосылу (NHEJ) арқылы төмен дәлдіктегі ДНК жөндеуін ынталандырудағы рөлін түсіндіруге болады. BRCA1 сонымен қатар γ H2AX (серин 139-ға фосфорилденген гистон H2AX) -пен ДНК қос жіпті үзілу ошақтарында орналасады, бұл оның жөндеу факторларын тартуға қатысуы мүмкін екенін көрсетеді. Формальдегид және ацетальдегид – ДНК-ның жиі кездесетін байланыс көздері, олар көбінесе BRCA1-ді қамтитын жолдар арқылы жөндеуді қажет етеді. Бұл ДНК жөндеу функциясы маңызды; екі BRCA1 аллелінде де функциялық мутациялары бар егеуқұйрықтар тірі қалуға жарамсыз, және 2015 жылға дейін екі ересек адам ғана екі аллельде де функциялық мутациялары бар екені белгілі болды (FA S-қа алып келеді); екеуінің де туа біткен немесе даму мәселелері болды, және екеуінің де қатерлі ісік болды. Біреуінің ересек жасқа дейін тірі қалғаны болжалды, себебі BRCA1 мутацияларының бірі гипоморфты болды.

BRCA1 is part of a complex that repairs double strand breaks in DNA. The strands of the DNA double helix are continuously breaking as they become damaged. Sometimes only one strand is broken, sometimes both strands are broken simultaneously. DNA cross linking agents are an important source of chromosome/DNA damage. Double strand breaks occur as intermediates after the crosslinks are removed, and indeed, biallelic mutations in BRCA1 have been identified to be responsible for Fanconi Anemia, Complementation Group S (FA S), a genetic disease associated with hypersensitivity to DNA crosslinking agents. BRCA1 is part of a protein complex that repairs DNA when both strands are broken. When this happens, it is difficult for the repair mechanism to "know" how to replace the correct DNA sequence, and there are multiple ways to attempt the repair. The double strand repair mechanism in which BRCA1 participates is homology directed repair, where the repair proteins copy the identical sequence from the intact sister chromatid. FA S is almost always a lethal condition in utero; only a handful cases of biallelic BRCA1 mutations have been reported in literature despite the high carrier frequencies in the Ashkenazim, and none since 2013. In the nucleus of many types of normal cells, the BRCA1 protein interacts with RAD51 during repair of DNA double strand breaks. These breaks can be caused by natural radiation or other exposures, but also occur when chromosomes exchange genetic material (homologous recombination, e. g., "crossing over" during meiosis). The BRCA2 protein, which has a function similar to that of BRCA1, also interacts with the RAD51 protein. By influencing DNA damage repair, these three proteins play a role in maintaining the stability of the human genome. BRCA1 is also involved in another type of DNA repair, termed mismatch repair. BRCA1 interacts with the DNA mismatch repair protein MSH2. MSH2, MSH6, PARP and some other proteins involved in single strand repair are reported to be elevated in BRCA1 deficient mammary tumors. A protein called valosin containing protein (VCP, also known as p97) plays a role to recruit BRCA1 to the damaged DNA sites. After ionizing radiation, VCP is recruited to DNA lesions and cooperates with the ubiquitin ligase RNF8 to orchestrate assembly of signaling complexes for efficient DSB repair. BRCA1 interacts with VCP. BRCA1 also interacts with c Myc, and other proteins that are critical to maintain genome stability. BRCA1 directly binds to DNA, with higher affinity for branched DNA structures. This ability to bind to DNA contributes to its ability to inhibit the nuclease activity of the MRN complex as well as the nuclease activity of Mre11 alone. This may explain a role for BRCA1 to promote lower fidelity DNA repair by non homologous end joining (NHEJ). BRCA1 also colocalizes with γ H2AX (histone H2AX phosphorylated on serine 139) in DNA double strand break repair foci, indicating it may play a role in recruiting repair factors. Formaldehyde and acetaldehyde are common environmental sources of DNA cross links that often require repairs mediated by BRCA1 containing pathways. This DNA repair function is essential; mice with loss of function mutations in both BRCA1 alleles are not viable, and as of 2015 only two adults were known to have loss of function mutations in both alleles (leading to FA S); both had congenital or developmental issues, and both had cancer. One was presumed to have survived to adulthood because one of the BRCA1 mutations was hypomorphic.

Жазба көшірмесі

BRCA1 гела экстракттердегі адам РНК полимераза II голоферментімен бірге тазалатыны анықталды, бұл оның голоферменттің құрамдас бөлігі екенін білдіреді. Алайда кейінгі зерттеулер бұл болжамға қайшы келіп, HeLa жасушаларындағы BRCA1 кешенін қамтитын басым кешеннің SWI/SNF құрайтын 2 мегадальтондық кешен екенін көрсетті. SWI/SNF – хроматин қайта құру кешені. BRCA1 генінің кейбір түрлері тұқым қуалайтын сүт және жұмыртқа безі қатерлі ісігі синдромының бір бөлігі ретінде сүт қатерлі ісігінің пайда болу қаупін арттырады. Зерттеушілер BRCA1 генінде жүздеген мутацияларды анықтады, олардың көбі қатерлі ісікке шалдығу қаупімен байланысты. BRCA1 немесе BRCA2 гендері аномалиясы бар әйелдерде 90 жасқа дейін сүт безі қатерлі ісігіне шалдығу қаупі 80%-ға дейін жетеді; BRCA1 мутациясы бар әйелдерде жұмыртқа безі қатерлі ісігіне шалдығу қаупі шамамен 55%, ал BRCA2 мутациясы бар әйелдерде 25% шамасында. Бұл мутациялар ДНК-ның құрылыс блоктары болып табылатын бір немесе аздаған ДНК негіздерінің жұптарындағы өзгерістер болуы мүмкін және оларды ПТР және ДНК тізбектеу арқылы анықтауға болады. Кейде ДНК-ның үлкен сегменттері қайта орналасады. Бұл үлкен сегменттер, сондай-ақ үлкен қайта орналасулар деп аталады, гендегі бір немесе бірнеше экзондардың жойылуы немесе дубликациялануы болуы мүмкін. Мутацияларды анықтаудың классикалық әдістері (тізбектеу) осы типтегі мутацияларды анықтауға қабілетсіз. Басқа әдістер ұсынылды: дәстүрлі сандық ПТР, мультиплексті лигацияға тәуелді зондты күшейту (MLPA) және қысқа флуоресцентті фрагменттердің сандық мультиплексті ПТР (QMPSF). Жақында жаңа әдістер ұсынылды: көп капиллярлы электрофорез арқылы гетеродуплекстік талдау (HDA) немесе салыстырмалы геномдық гибридтеуге негіделген арнайы олигонуклеотидтер массиві (array CGH). Кейбір нәтижелер кейбір қатерлі ісіктерде тіркелген BRCA1 промоторының гиперметилденуі BRCA1 экспрессиясын инактивациялау механизмі ретінде қарастырылуы мүмкін екенін көрсетеді. BRCA1 генінің мутациясы әдетте дұрыс жұмыс істемейтін белокты жасайды. Зерттеушілер бұзылған BRCA1 белгісі басқа гендердегі ДНК зақымдануын жөндеуге қабілетсіздікке әкеледі деп санайды, бұл мутациялардың жиналуына және жасушалардың бақылаусыз өсуіне және бөлінуіне, содан кейін ісіктің пайда болуына әкелуі мүмкін. Осылайша, BRCA1 белсенділігін жоғалтатын мутациялар қатерлі ісікке бейімделуге әкеледі. BRCA1 mRNA 3' UTR миРНК, Mir 17 микроРНК арқылы байланыса алады. Бұл миРНК және Mir 30 микроРНК-ның өзгеруі аналық сүт безі қатерлі ісігіне бейімделуге әкелуі мүмкін деген болжам бар. Сүт безі қатерлі ісігінен басқа, BRCA1 геніндегі мутациялар жұмыртқа безі және простата қатерлі ісігінің қаупін де арттырады. Сонымен қатар, аналық түтіктің ішіндегі қатерлі ісік алды зақымданулары (дисплазия) BRCA1 генінің мутацияларымен байланысты. BRCA1 және BRCA2 бар модельдік жолдың кез келген жеріндегі патогендік мутациялар лейкемиялар мен лимфомалардың белгілі бір тобына шалдығу қаупін арттырады. Жоғарыда айтылғандай, BRCA1 генінің биаллельді және гомозиготалық мұралануы FA S-қа әкеледі, бұл әдетте эмбриональды өлімге әкелетін жағдай.

BRCA1 was shown to co purify with the human RNA Polymerase II holoenzyme in HeLa extracts, implying it is a component of the holoenzyme. Later research, however, contradicted this assumption, instead showing that the predominant complex including BRCA1 in HeLa cells is a 2 megadalton complex containing SWI/SNF. SWI/SNF is a chromatin remodeling complex. Artificial tethering of BRCA1 to chromatin was shown to decondense heterochromatin, though the SWI/SNF interacting domain was not necessary for this role.]] Certain variations of the BRCA1 gene lead to an increased risk for breast cancer as part of a hereditary breast–ovarian cancer syndrome. Researchers have identified hundreds of mutations in the BRCA1 gene, many of which are associated with an increased risk of cancer. Females with an abnormal BRCA1 or BRCA2 gene have up to an 80% risk of developing breast cancer by age 90; increased risk of developing ovarian cancer is about 55% for females with BRCA1 mutations and about 25% for females with BRCA2 mutations. These mutations can be changes in one or a small number of DNA base pairs (the building blocks of DNA), and can be identified with PCR and DNA sequencing. In some cases, large segments of DNA are rearranged. Those large segments, also called large rearrangements, can be a deletion or a duplication of one or several exons in the gene. Classical methods for mutation detection (sequencing) are unable to reveal these types of mutation. Other methods have been proposed: traditional quantitative PCR, multiplex ligation dependent probe amplification (MLPA), and Quantitative Multiplex PCR of Short Fluorescent Fragments (QMPSF). Newer methods have also been recently proposed: heteroduplex analysis (HDA) by multi capillary electrophoresis or also dedicated oligonucleotides array based on comparative genomic hybridization (array CGH). Some results suggest that hypermethylation of the BRCA1 promoter, which has been reported in some cancers, could be considered as an inactivating mechanism for BRCA1 expression. A mutated BRCA1 gene usually makes a protein that does not function properly. Researchers believe that the defective BRCA1 protein is unable to help fix DNA damage leading to mutations in other genes. These mutations can accumulate and may allow cells to grow and divide uncontrollably to form a tumor. Thus, BRCA1 inactivating mutations lead to a predisposition for cancer. BRCA1 mRNA 3' UTR can be bound by an miRNA, Mir 17 microRNA. It has been suggested that variations in this miRNA along with Mir 30 microRNA could confer susceptibility to breast cancer. In addition to breast cancer, mutations in the BRCA1 gene also increase the risk of ovarian and prostate cancers. Moreover, precancerous lesions (dysplasia) within the fallopian tube have been linked to BRCA1 gene mutations. Pathogenic mutations anywhere in a model pathway containing BRCA1 and BRCA2 greatly increase risks for a subset of leukemias and lymphomas. As aforementioned, biallelic and homozygous inheritance of the BRCA1 gene leads to FA S, which is almost always an embryonically lethal condition.

Сүт және жұмыртқа безі қатерлі ісіктерінде BRCA1 экспрессиясының төмендігі

BRCA1 экспрессиясы жоғары дәрежелі, түтікшелі сүт безі қатерлі ісіктерінің көпшілігінде төмендейді немесе анықталмайды. BRCA1 белсенділігінің жоғалтуы, гендік мутациялар немесе ген экспрессиясының төмендеуі арқылы, белгілі бір нысаналы тіндерде ісіктің пайда болуына әкелетіні бұрыннан мәлім. Атап айтқанда, BRCA1 экспрессиясының төмендеуі спорадикалық және тұқым қуалайтын сүт безі ісігінің прогрессиясына ықпал етеді. BRCA1 экспрессиясының төмендеуі туморогендік болып табылады, себебі ол ДНК зақымдануын, әсіресе екі жіпті үзілістерді, гомологтық рекомбинацияның қатесіз потенциалды жолы арқылы жақсартуда маңызды рөл атқарады. BRCA1 протеині жетіспейтін жасушалар ДНК зақымдануын көбінесе қатеге бейім басқа механизмдер арқылы жақсартады, сондықтан осы протеиннің төмендеуі немесе үндеуі мутациялар мен ірі хромосомалық өзгерістерге алып келуі мүмкін, бұл сүт безі қатерлі ісігіне әкелуі мүмкін. Жұмыртқа безінің серозды карциномасында, ЭЖҚ-ның шамамен 2/3 бөлігін құрайтын субкатегорияда, BRCA1 экспрессиясының төмендеуі жағдайлардың 50% астамда байқалады. Боутелл BRCA1 жетіспеушілігінен туындаған гомологтық рекомбинация жөндеуінің жетіспеушілігінің туморогендік екенін көрсететін әдебиеттерді қарастырды. Атап айтқанда, бұл жетіспеушілік жоғары дәрежелі серозды жұмыртқа безі қатерлі ісігінің эволюциясын қалыптастыратын және терапияға жауабын анықтайтын молекулалық оқиғалардың тізбегін бастайды. BRCA1 жетіспеушілігінің туморигенезге BRCA1 мутациясы немесе BRCA1 экспрессиясының жетіспеушілігін тудыратын кез келген басқа оқиғаға себеп болуы мүмкін екені ерекше атап өтілді. ДНК зақымдануын жақсарту рөлінен басқа, BRCA1 жасушалардағы апоптозды ынталандырады, егер жасушалар ДНК зақымдануын тудыратын иондаушы сәулелену сияқты факторларға ұшыраса. ДНК зақымдануын жөндеу және апоптоз – адам геномының тұтастығын сақтау үшін қажетті екі ферменттік процесс. ДНК жөндеуі бұзылған жасушалар ДНК зақымдануын жинақтайды, ал апоптоз да бұзылған жасушалар тіпті ДНК зақымдануының артық болуына қарамастан тірі қалуға бейім. Мұндай жасушаларда ДНК репликациясы мутацияларға алып келеді, ал бұл мутациялар қатерлі ісікке әкелуі мүмкін. Осылайша, BRCA1 қатерлі ісіктің алдын алуға қатысты екі рөл атқарады: бірі – нақты зақымдану класын жақсарту, екіншісі – егер ДНК зақымдану деңгейі жасушаның жөндеу қабілетінен асып кетсе, апоптозды тудыру. Сонымен қатар, BRCA1 мутациялары жұмыртқа безі қатерлі ісігінің шамамен 18% ғана көрінеді (13% гендік мутациялар және 5% соматикалық мутациялар). Осылайша, BRCA1 экспрессиясы осы қатерлі ісіктердің көпшілігінде төмен болғанымен, BRCA1 мутациясы экспрессияның төмендеуінің негізгі себебі емес. Сүт безі қатерлі ісігінде жиі анықталатын кейбір жасырын вирустар BRCA1 генінің экспрессиясын төмендетіп, сүт безі ісігінің дамуына себеп болуы мүмкін.

BRCA1 expression is reduced or undetectable in the majority of high grade, ductal breast cancers. It has long been noted that loss of BRCA1 activity, either by germ line mutations or by down regulation of gene expression, leads to tumor formation in specific target tissues. In particular, decreased BRCA1 expression contributes to both sporadic and inherited breast tumor progression. Reduced expression of BRCA1 is tumorigenic because it plays an important role in the repair of DNA damages, especially double strand breaks, by the potentially error free pathway of homologous recombination. Since cells that lack the BRCA1 protein tend to repair DNA damages by alternative more error prone mechanisms, the reduction or silencing of this protein generates mutations and gross chromosomal rearrangements that can lead to progression to breast cancer. In serous ovarian carcinomas, a sub category constituting about 2/3 of EOCs, low BRCA1 expression occurs in more than 50% of cases. Bowtell reviewed the literature indicating that deficient homologous recombination repair caused by BRCA1 deficiency is tumorigenic. In particular this deficiency initiates a cascade of molecular events that sculpt the evolution of high grade serous ovarian cancer and dictate its response to therapy. Especially noted was that BRCA1 deficiency could be the cause of tumorigenesis whether due to BRCA1 mutation or any other event that causes a deficiency of BRCA1 expression. In addition to its role in repairing DNA damages, BRCA1 facilitates apoptosis in breast and ovarian cell lines when cells are stressed by agents, including ionizing radiation, that cause DNA damages. Repair of DNA damages and apoptosis are two enzymatic processes essential for maintaining genome integrity in humans. Cells that are deficient in DNA repair tend to accumulate DNA damages, and when such cells are also defective in apoptosis they tend to survive even with excess DNA damage. Replication of DNA in such cells leads to mutations and these mutations may cause cancer. Thus BRCA1 appears to have two roles related to the prevention of cancer, where one role is to promote repair of a specific class of damages and the second role is to induce apoptosis if the level of such DNA damage is beyond the cell’s repair capability Similarly, BRCA1 mutations are only seen in about 18% of ovarian cancers (13% germline mutations and 5% somatic mutations). Thus, while BRCA1 expression is low in the majority of these cancers, BRCA1 mutation is not a major cause of reduced expression. Certain latent viruses, which are frequently detected in breast cancer tumors, can decrease the expression of the BRCA1 gene and cause the development of breast tumors.

BRCA1 промоторларының гиперметилденуі сүт безі мен жұмыртқа безі қатерлі ісігінде

BRCA1 промоторларының гиперметилденуі тек 13% іріктелмеген алғашқы сүт безі карциномаларында ғана анықталды. Сол сияқты, BRCA1 промоторларының гиперметилденуі ЭОК (яйқапты без қатерлі ісігі) жағдайларының тек 5%-15%-нда кездеседі. Сүт безі қатерлі ісіктері рецепторлық статусы немесе гистологиялық ерекшеліктері бойынша жіктелуі мүмкін: үш теріс (15%-25% сүт безі қатерлі ісіктері), HER2+ (15%-30% сүт безі қатерлі ісіктері), ER+/PR+ (шамамен 70% сүт безі қатерлі ісіктері) және инвазивті лобулярлық карцинома (инвазивті сүт безі қатерлі ісіктерінің шамамен 5%-10%). Сүт безі қатерлі ісігінің барлық төрт түрінде де miR 182 деңгейі қалыпты сүт тінімен салыстырғанда шамамен 100 есе жоғары болды. Сүт безі қатерлі ісігі жасушаларында BRCA1 ақуызының деңгейі мен miR 182 экспрессиясы арасында кері байланыс байқалды. Осылайша, miR 146a және/немесе miR 146b 5p үш теріс сүт безі қатерлі ісіктерінде BRCA1 экспрессиясының төмендеуіне де себеп болуы мүмкін.

БРСА1 микроРНК-ның басуы жұмыртқа безі қатерлі ісігінде

Серозды түтікшелік эпителиялық карциномада (жоғары дәрежелі серозды жұмыртқа безінің карциномына (HG SOC) дейінгі алғырғы зақымдану) және HG SOC-ның өзінде miR 182 шамамен 70% жағдайдың 70% - ында артық экспрессияланады. miR 182 экспрессиясы жоғары жасушаларда BRCA1 деңгейі иондаушы сәулеленуге (әдетте BRCA1 экспрессиясын арттырады) ұшырағаннан кейін де төмен қалады. ДНК жөндеу қабілетінің жетіспеушілігі көптеген қатерлі ісіктердің себебі болып табылады. ДНК жөндеу қабілеті нашар болса, ДНК зақымдануы жинақталады. ДНК-ның мұндай артық зақымдануы қатеге бейім транслезиялық синтез салдарынан ДНК репликациясы кезінде мутациялық қателердің көбеюіне әкелуі мүмкін. ДНК-ның артық зақымдануы ДНК жөндеу кезіндегі қателерге байланысты эпигенетикалық өзгерістерді де арттыруы мүмкін. Мұндай мутациялар мен эпигенетикалық өзгерістер қатерлі ісікке алып келуі мүмкін. Сүт және жұмыртқа безі қатерлі ісіктерінде жиі кездесетін микроРНК-тың BRCA1 тапшылығын тудыруы осы ісіктердің прогрессиясына ықпал етеді.

Әйелдердің құнарлылығы

Әйелдер жасы ұлғайған сайын, репродуктивті қабілеті төмендейді, бұл менопаузаға алып келеді. Бұл төмендеу жұмыртқалық фолликулаларының санының азаюымен байланысты. Адамның жұмыртқалығында туған кезде шамамен 1 миллион ооцит болады, бірақ олардың шамамен 500-і ғана (шамамен 0,05%) овуляциялайды. Жұмыртқалық резервінің азаюы жасқа қарай үнемі жеделдейтін сияқты, және шамамен 52 жасқа келгенде резервтің толықтай таусылуына әкеледі. Жұмыртқалық резерві мен фертильділік жасқа қарай төмендегенде, жүктіліктің сәтсіздігі мен мейоздық қателер де артады, нәтижесінде хромосомалық аномалиялары бар ұрықтанулар пайда болады. BRCA1 геніндегі ұрықтық мутациясы бар әйелдерде, қалыпты қартаюға қарағанда, ооцит резерві азайған және фертильділік төмендеген болып көрінеді. Сонымен қатар, BRCA1 мутациясы бар әйелдер ертерек менопаузаға түседі. BRCA1 ДНК-ны жөндеудің маңызды протеині болғандықтан, бұл зерттеулер BRCA1 ақаулары бар әйелдерде ооциттердегі табиғи ДНК зақымдары тиімсіз жөнделетінін және бұл жөндеудің тиімсіздігі ерте репродуктивті сәтсіздікке әкелетінін көрсетеді. Алғашқы фолликулалар мейоздың аралық (профаза I) сатысындағы ооциттерді қамтиды. Мейоз – эукариотты организмдерде жыныс жасушаларының қалыптасуының жалпы процесі және бұл, мүмкін, жыныс жасушалары ДНК-сынан, әсіресе қос тізбекті үзілістерден зақымдарды жоюға бейімделу болып табылады. (Сондай-ақ, «Мейоз» мақаласын қараңыз). BRCA1 қолданысымен гомологиялық рекомбинациялық жөндеу, әсіресе мейоз кезінде күшейеді. Адам мен егежктердің ооциттерінде ДНК-ның қос тізбекті үзілістерін гомологиялық рекомбинациялық жөндеу үшін қажетті төрт маңызды геннің экспрессиясы (BRCA1, MRE11, RAD51 және ATM) жасқа қарай төмендейтіні анықталды. Бұл корреляция қатерлі ісіктегі BRCA1 деңгейінің төмендігі және салдарынан ДНК жөндеуінің төмендеуі, қатерлі ісікті ДНК байланыстыратын агенттермен емдеуге осалдығын тудырады. BRCA1 деңгейінің жоғары болуы платиналық препараттар ДНК-ға енгізген зақымдарды жоятын механизм арқылы қатерлі ісік жасушаларын қорғай алады. Осылайша, BRCA1 экспрессиясының деңгейі өкпе қатерлі ісігін емдеуде химиотерапияны жекешелендіру үшін маңызды құрал болып табылады.

As women age, reproductive performance declines, leading to menopause. This decline is tied to a reduction in the number of ovarian follicles. Although about 1 million oocytes are present at birth in the human ovary, only about 500 (about 0.05%) of these ovulate. The decline in ovarian reserve appears to occur at a constantly increasing rate with age, and leads to nearly complete exhaustion of the reserve by about age 52. As ovarian reserve and fertility decline with age, there is also a parallel increase in pregnancy failure and meiotic errors, resulting in chromosomally abnormal conceptions. Women with a germ line BRCA1 mutation appear to have a diminished oocyte reserve and decreased fertility compared to normally aging women. Furthermore, women with an inherited BRCA1 mutation undergo menopause prematurely. Since BRCA1 is a key DNA repair protein, these findings suggest that naturally occurring DNA damages in oocytes are repaired less efficiently in women with a BRCA1 defect, and that this repair inefficiency leads to early reproductive failure. Primordial follicles contain oocytes that are at an intermediate (prophase I) stage of meiosis. Meiosis is the general process in eukaryotic organisms by which germ cells are formed, and it is likely an adaptation for removing DNA damages, especially double strand breaks, from germ line DNA. (Also see article Meiosis). Homologous recombinational repair employing BRCA1 is especially promoted during meiosis. It was found that expression of four key genes necessary for homologous recombinational repair of DNA double strand breaks (BRCA1, MRE11, RAD51 and ATM) decline with age in the oocytes of humans and mice, This correlation implies that low BRCA1 in cancer, and the consequent low level of DNA repair, causes vulnerability of cancer to treatment by the DNA cross linking agents. High BRCA1 may protect cancer cells by acting in a pathway that removes the damages in DNA introduced by the platinum drugs. Thus the level of BRCA1 expression is a potentially important tool for tailoring chemotherapy in lung cancer management.

Патенттер, оларды қолдану, сот ісі және даулар

Юта университеті, Ұлттық қоршаған орта денсаулығы институты (NIEHS) және Myriad Genetics 1994 жылы оқшауланған BRCA1 гені мен жоғарыда талқыланған қатерлі ісіктерге себеп болатын мутацияларға қатысты патенттік өтінімді ұсынды; келесі жылы Myriad (Endo Recherche, Inc., HSC Research & Development Limited Partnership және Пенсильвания университетінің зерттеушілерімен бірлесіп) BRCA2 генін оқшаулап, секциялады және маңызды мутацияларды анықтады, ал алғашқы BRCA2 патенты 1995 жылы Myriad және басқа да мекемелермен АҚШ-та тіркелді. Myriad компаниясы осы патенттердің эксклюзивті лицензиары болып табылады және оларды АҚШ-та клиникалық диагностикалық зертханаларға қарсы қолданып келді. Патенттердің мерзімі 2014 жылы басталып, тоқтады. 2010 жылы Genetic Medicine журналында жарияланған мақалада: «АҚШ-тан тыс патенттік жағдай күрделірек. Мысалы, патенттер алынған, бірақ Канададағы провинциялық денсаулық сақтау жүйелері оларды ескермейді. Австралия мен Ұлыбританияда Myriad компаниясының лицензиаттары денсаулық сақтау жүйелерінде пайдалануға рұқсат берді, бірақ 2008 жылдың тамызында жоспарларын өзгертетінін хабарлады. Myriad компаниясының жалғыз еуропалық патенты бойынша бір ғана мутацияға патент берілген, ал кейбір патенттер әлі де наразылық процесінде қаралып жатыр. Шын мәнінде, Myriad компаниясының күшті патенттік позициясы жалғыз жеткізуші мәртебесін берген жалғыз юрисдикция – АҚШ». Myriad Genetics компаниясының бас директоры Питер Мелдрум Myriad компаниясының Еуропада «мұндай [патенттік] күш қолдануды қажетсіз ететін басқа да бәсекеге қабілетті артықшылықтары бар» екенін мойындады. Кез келген ген сияқты, BRCA1 геніндегі өзгерістерді табу да қиын емес. Нағыз құндылық – әлдебір белгілі бір варианттың клиникалық салдары қандай екенін түсінуде. Myriad компаниясының мұндай генотип-фенотип байланыстарының үлкен, құпия деректер қоры бар. Оған жауап ретінде ашық дереккөздік базалар жасалып жатыр. BRCA1 және BRCA2 патенттеріне қатысты заңдық шешімдер генетикалық тестілеу саласына жалпы әсер етеді. 2013 жылдың маусым айындағы «Молекулярлық патология қауымдастығы Мириад генетикасына қарсы» (No. 12 398) ісінде АҚШ Жоғарғы Сотының «Табиғи түрде пайда болатын ДНК сегменті табиғаттың өнімі болып табылады және оқшауланғандықтан ғана патентке жарамсыз» деген бірауыздан қабылданған шешімі келтірілді, бұл Myriad компаниясының BRCA1 және BRCA2 гендеріне қатысты патенттерін жарамсыз деп таныды. Алайда, Сот сондай-ақ генді манипуляциялау арқылы табиғатта кездеспейтін жаңа нәрсе жасау патенттік қорғауға жарамды болуы мүмкін екенін мәлімдеді. Австралияның Федералды соты 2013 жылдың ақпан айында BRCA1 геніне қатысты австралиялық Myriad Genetics патентының жарамдылығын растап, кері шешім шығарды. Федералды сот 2014 жылдың қыркүйек айында да шағымды қабылдамады. Ивон Д'Арси АҚШ-та орналасқан Myriad Genetics биотехнология компаниясына қарсы Австралияның Жоғарғы сотындағы істі жеңіп алды. 2015 жылдың 7 қазанындағы бір ауыздан қабылданған шешімде «Жоғарғы сот оқшауланған нуклеин қышқылының, BRCA1 белгісін кодтайтын, нормадан ерекшеліктері бар және сүт безі мен жұмыртқа безі қатерлі ісігіне бейімділікті көрсететін ерекшеліктері бар, «патентке жарамды өнертабыс» емес екенін анықтады».

A patent application for the isolated BRCA1 gene and cancer promoting mutations discussed above, as well as methods to diagnose the likelihood of getting breast cancer, was filed by the University of Utah, National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) and Myriad Genetics in 1994; over the next year, Myriad, (in collaboration with investigators at Endo Recherche, Inc., HSC Research & Development Limited Partnership, and University of Pennsylvania), isolated and sequenced the BRCA2 gene and identified key mutations, and the first BRCA2 patent was filed in the U. S. by Myriad and other institutions in 1995. Myriad is the exclusive licensee of these patents and has enforced them in the US against clinical diagnostic labs. The patents began to expire in 2014. According to an article published in the journal, Genetic Medicine, in 2010, "The patent story outside the United States is more complicated For example, patents have been obtained but the patents are being ignored by provincial health systems in Canada. In Australia and the UK, Myriad's licensee permitted use by health systems but announced a change of plans in August 2008. Only a single mutation has been patented in Myriad's lone European wide patent, although some patents remain under review of an opposition proceeding. In effect, the United States is the only jurisdiction where Myriad's strong patent position has conferred sole provider status." Peter Meldrum, CEO of Myriad Genetics, has acknowledged that Myriad has "other competitive advantages that may make such [patent] enforcement unnecessary" in Europe. As with any gene, finding variation in BRCA1 is not hard. The real value comes from understanding what the clinical consequences of any particular variant are. Myriad has a large, proprietary database of such genotype phenotype correlations. In response, parallel open source databases are being developed. Legal decisions surrounding the BRCA1 and BRCA2 patents will affect the field of genetic testing in general. A June 2013 article, in Association for Molecular Pathology v. Myriad Genetics (No. 12 398), quoted the US Supreme Court's unanimous ruling that, "A naturally occurring DNA segment is a product of nature and not patent eligible merely because it has been isolated," invalidating Myriad's patents on the BRCA1 and BRCA2 genes. However, the Court also held that manipulation of a gene to create something not found in nature could still be eligible for patent protection. The Federal Court of Australia came to the opposite conclusion, upholding the validity of an Australian Myriad Genetics patent over the BRCA1 gene in February 2013. The Federal Court also rejected an appeal in September 2014. Yvonne D'Arcy won her case against US based biotech company Myriad Genetics in the High Court of Australia. In their unanimous decision on October 7, 2015, the "high court found that an isolated nucleic acid, coding for a BRCA1 protein, with specific variations from the norm that are indicative of susceptibility to breast cancer and ovarian cancer was not a 'patentable invention.'"