ADN-PKcs

La subunidad catalítica de la proteína quinasa dependiente de ADN , también conocida como DNA-PKcs , es una enzima que desempeña un papel crucial en la reparación de roturas de doble cadena del ADN y tiene varias otras funciones de mantenimiento del ADN. ^{[ 5 ]} En humanos, está codificada por el gen denominado PRKDC o XRCC7 . ^{[ 6 ]} DNA-PKcs pertenece a la familia de proteínas quinasas relacionadas con la fosfatidilinositol 3-quinasa . La proteína DNA-PKcs es una proteína quinasa de serina/treonina que consta de una única cadena polipeptídica de 4128 aminoácidos. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

DNA-PKcs es la subunidad catalítica de una proteína quinasa de serina/treonina dependiente de ADN nuclear llamada DNA-PK. El segundo componente es el autoantígeno Ku . Por sí sola, DNA-PKcs es inactiva y depende de Ku para dirigirla a los extremos del ADN y activar su actividad quinasa. ^{[ 9 ]} DNA-PKcs es necesaria para la vía de reparación del ADN de unión de extremos no homólogos (NHEJ) , que une roturas de doble cadena. También es necesaria para la recombinación V(D)J , un proceso que utiliza NHEJ para promover la diversidad del sistema inmunitario.

Se han identificado muchas proteínas como sustratos de la actividad quinasa de DNA-PK. La autofosforilación de DNA-PKcs parece desempeñar un papel clave en NHEJ y se cree que induce un cambio conformacional que permite a las enzimas de procesamiento de extremos acceder a los extremos de la rotura de doble cadena. ^{[ 10 ]} DNA-PK también coopera con ATR y ATM para fosforilar proteínas involucradas en el punto de control del daño del ADN .

El daño al ADN parece ser la causa subyacente principal del cáncer, ^{[ 15 ]} y las deficiencias en los genes de reparación del ADN probablemente subyacen a muchas formas de cáncer. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Si la reparación del ADN es deficiente, el daño al ADN tiende a acumularse. Este exceso de daño al ADN puede aumentar las mutaciones debido a la síntesis translesional propensa a errores . El exceso de daño al ADN también puede aumentar las alteraciones epigenéticas debido a errores durante la reparación del ADN. ^{[ 18 ] [ 19 ]} Estas mutaciones y alteraciones epigenéticas pueden dar lugar al cáncer .

Se encontraron mutaciones en PRKDC (ADN-PKcs) en 3 de cada 10 cánceres de ovario asociados a endometriosis, así como en los defectos de campo de los que surgieron. ^{[ 20 ]} También se encontraron en el 10 % de los cánceres de mama y páncreas. ^{[ 21 ]}

La disminución de la expresión de los genes de reparación del ADN (generalmente causada por alteraciones epigenéticas) es muy común en los cánceres, y suele ser incluso más frecuente que los defectos mutacionales en dichos genes. La expresión de DNA-PKcs se redujo entre un 23 % y un 57 % en seis tipos de cáncer, como se indica en la tabla.

No está claro qué causa la reducción de la expresión de DNA-PKcs en los cánceres. El microARN-101 actúa sobre DNA-PKcs uniéndose a la región 3'-UTR del ARNm de DNA-PKcs y reduce eficazmente los niveles de proteína de DNA-PKcs. ^{[ 28 ]} Sin embargo, en los cánceres, el miR-101 suele estar disminuido, en lugar de aumentado. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

La proteína HMGA2 también podría tener un efecto sobre DNA-PKcs. HMGA2 retrasa la liberación de DNA-PKcs de los sitios de roturas de doble cadena, interfiriendo con la reparación del ADN por unión de extremos no homólogos y causando aberraciones cromosómicas. ^{[ 31 ]} El microARN let-7a normalmente reprime el gen HMGA2 . ^{[ 32 ] [ 33 ]} En los tejidos adultos normales, casi no hay proteína HMGA2 presente. En muchos cánceres, el microARN let-7 está reprimido. Como ejemplo, en los cánceres de mama la región promotora que controla el microARN let-7a-3/let-7b está frecuentemente reprimida por hipermetilación. ^{[ 34 ]} La reducción epigenética o la ausencia del microARN let-7a permite una alta expresión de la proteína HMGA2 y esto conduciría a una expresión defectuosa de DNA-PKcs.

La DNA-PKcs puede ser regulada positivamente por condiciones de estrés como en la gastritis asociada a Helicobacter pylori . ^{[ 35 ]} Después de la radiación ionizante, la DNA-PKcs aumentó en las células supervivientes de los tejidos de carcinoma de células escamosas orales. ^{[ 36 ]}

La proteína ATM es importante en la reparación por recombinación homóloga (HRR) de roturas de doble cadena de ADN. Cuando las células cancerosas son deficientes en ATM, se vuelven "dependientes" de DNA-PKcs, importante en la vía alternativa de reparación de roturas de doble cadena de ADN, la unión de extremos no homólogos (NHEJ). ^{[ 37 ]} Es decir, en células mutantes de ATM , un inhibidor de DNA-PKcs provoca altos niveles de muerte celular apoptótica . En células mutantes de ATM , la pérdida adicional de DNA-PKcs deja a las células sin ninguna de las vías principales (HRR y NHEJ) para la reparación de roturas de doble cadena de ADN.

La expresión elevada de DNA-PKcs se encuentra en una gran fracción (del 40% al 90%) de algunos cánceres (la fracción restante de cánceres a menudo tiene una expresión reducida o ausente de DNA-PKcs). Se cree que la elevación de DNA-PKcs refleja la inducción de una capacidad compensatoria de reparación del ADN, debido a la inestabilidad del genoma en estos cánceres. ^{[ 38 ]} (Como se indica en el artículo Inestabilidad del genoma , dicha inestabilidad del genoma puede deberse a deficiencias en otros genes de reparación del ADN presentes en los cánceres). Se cree que la expresión elevada de DNA-PKcs es "beneficiosa para las células tumorales", ^{[ 38 ]} aunque sería a expensas del paciente. Como se indica en una tabla que enumera 12 tipos de cáncer reportados en 20 publicaciones, ^{[ 38 ]} la fracción de cánceres con sobreexpresión de DNA-PKcs a menudo se asocia con una etapa avanzada del cáncer y un tiempo de supervivencia más corto para el paciente. Sin embargo, la tabla también indica que, para algunos tipos de cáncer, la fracción de cánceres con niveles reducidos o ausentes de DNA-PKcs también se asocia con una etapa avanzada y una baja tasa de supervivencia del paciente.

La unión de extremos no homólogos (NHEJ) es el principal proceso de reparación del ADN que utilizan las células somáticas de los mamíferos para hacer frente a las roturas de doble cadena que ocurren continuamente en el genoma. La DNA-PKcs es uno de los componentes clave de la maquinaria NHEJ. Los ratones deficientes en DNA-PKcs tienen una esperanza de vida más corta y muestran una aparición más temprana de numerosas patologías relacionadas con el envejecimiento que sus hermanos de camada de tipo silvestre. ^{[ 39 ] [ 40 ]} Estos hallazgos sugieren que la incapacidad para reparar eficazmente las roturas de doble cadena del ADN da como resultado un envejecimiento prematuro, en consonancia con la teoría del daño del ADN en el envejecimiento . (Véase también Bernstein et al. ^{[ 41 ]} )

Se ha demostrado que DNA-PKcs interactúa con:

AZD7648, ^{[ 57 ]} M3814 (peposertib), ^{[ 58 ]} M9831 (VX-984) ^{[ 59 ]} y BAY-8400 ^{[ 60 ]} se han descrito como inhibidores potentes y selectivos de DNA-PKcs.