RAD51

La proteína de reparación del ADN RAD51 homóloga 1 es una proteína codificada por el gen RAD51 . La enzima codificada por este gen pertenece a la familia de proteínas RAD51, que participa en la reparación de roturas de doble cadena del ADN . Los miembros de la familia RAD51 son homólogos a RecA bacteriano , RadA arqueal y Rad51 de levadura . ^{[ 4 ] [ 5 ]} La proteína está altamente conservada en la mayoría de los eucariotas, desde levaduras hasta humanos. ^{[ 6 ]}

El nombre RAD51 deriva de la proteína 51 sensible a la radiación . ^{[ 7 ]}

Se han descrito dos variantes de transcripción de este gen, generadas por empalme alternativo, que codifican proteínas distintas. También existen variantes de transcripción que utilizan señales de poliadenilación alternativas.

En mamíferos , se han identificado siete genes similares a RecA : Rad51, Rad51L1/B , Rad51L2/C , Rad51L3/D , XRCC2 , XRCC3 y DMC1/Lim15 . ^{[ 8 ]} Todas estas proteínas, con la excepción de DMC1, específica de la meiosis, son esenciales para el desarrollo en mamíferos. Rad51 es un miembro de las NTPasas similares a RecA .

En los seres humanos, RAD51 es una proteína de 339 aminoácidos que desempeña un papel fundamental en la recombinación homóloga del ADN durante la reparación de roturas de doble cadena. En este proceso de reparación, se produce un intercambio de cadenas de ADN dependiente de ATP, en el que una cadena molde invade las cadenas apareadas de moléculas de ADN homólogas. RAD51 participa en las etapas de búsqueda de homología y apareamiento de cadenas.

A diferencia de otras proteínas implicadas en el metabolismo del ADN, la familia RecA/Rad51 forma un filamento de nucleoproteína helicoidal sobre el ADN. ^{[ 9 ]}

Esta proteína puede interactuar con la proteína de unión a ssDNA RPA , BRCA2 , PALB2 ^{[ 10 ]} y RAD52 .

La base estructural de la formación de filamentos de Rad51 y su mecanismo funcional aún no se comprenden del todo. Sin embargo, estudios recientes con Rad51 marcado con fluorescencia ^{[ 11 ]} han indicado que los fragmentos de Rad51 se alargan mediante múltiples eventos de nucleación seguidos de crecimiento, y el fragmento completo finaliza cuando alcanza aproximadamente 2 μm de longitud. No obstante, la disociación de Rad51 del ADN bicatenario es lenta e incompleta, lo que sugiere la existencia de un mecanismo independiente que lleva a cabo este proceso.

En los eucariotas, la proteína RAD51 tiene un papel central en la reparación por recombinación homóloga, donde cataliza la transferencia de hebras entre una secuencia rota y su homólogo no dañado, lo que permite la resíntesis de la región dañada (véanse los modelos de recombinación homóloga ).

Numerosos estudios indican que RAD51 se sobreexpresa en diferentes tipos de cáncer (véase la Tabla 1). En muchos de estos estudios, la expresión elevada de RAD51 se correlaciona con una menor supervivencia del paciente. Sin embargo, también existen informes de subexpresión de RAD51 en cánceres (véase la Tabla 1).

Cuando se cuantificó la expresión de RAD51 junto con la expresión de BRCA1 , se encontró una correlación inversa. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Esto se ha interpretado como selección, dado que el aumento de la expresión de RAD51 y, por lo tanto, el aumento de la reparación por recombinación homóloga (HRR) (a través de la vía de respaldo HRR RAD52-RAD51 ^{[ 14 ]} ) puede compensar la acumulación de daño en el ADN resultante de la deficiencia de BRCA1 . ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 15 ]}

Además, muchos cánceres presentan deficiencias epigenéticas en diversos genes de reparación del ADN (véase Frecuencias de epimutaciones en genes de reparación del ADN en cánceres ) que pueden suprimir su expresión, lo que probablemente conlleva un aumento del daño al ADN no reparado. Por lo tanto, la sobreexpresión de RAD51 observada en muchos cánceres podría ser compensatoria (como se observa en la deficiencia de BRCA1 ), lo que resultaría en un aumento de la reparación por recombinación homóloga (HRR) que podría permitir la supervivencia de las células cancerosas al mitigar parcialmente el exceso de daño al ADN.

La expresión reducida de RAD51 provocaría un aumento del daño en el ADN que no se repara. Cuando estas lesiones en el ADN no se reparan, pueden producirse errores de replicación cerca de los sitios dañados (véase síntesis translesional ), lo que conlleva un aumento de las mutaciones y del cáncer.

La reparación de roturas de doble cadena (DSB) mediante recombinación homóloga se inicia con la resección de la cadena de 5' a 3' ( resección de DSB ). En humanos, la nucleasa DNA2 reseca la cadena de 5' a 3' en la DSB para generar un extremo 3' de ADN monocatenario (ssDNA). ^{[ 26 ] [ 27 ]}

En los vertebrados, varios parálogos de RAD51 (véase la figura) son esenciales para el reclutamiento o la estabilización de la proteína RAD51 en los sitios de daño del ADN.

En vertebrados y plantas, cinco parálogos de RAD51 se expresan en células somáticas, incluyendo RAD51B ( RAD51L1 ), RAD51C (RAD51L2), RAD51D ( RAD51L3 ), XRCC2 y XRCC3 . Cada uno comparte aproximadamente un 25% de identidad en la secuencia de aminoácidos con RAD51 y entre sí. ^{[ 28 ]}

Fuera de las plantas y los vertebrados, existe una diversidad mucho más amplia de proteínas parálogas de la recombinasa Rad51. En la levadura en ciernes ( Saccharomyces cerevisiae ), los parálogos Rad55 y Rad57 forman un complejo que se asocia con Rad51 en el ADN monocatenario. El parálogo de la recombinasa rfs-1 se encuentra en el nematodo Caenorhabditis elegans , aunque no es esencial para la recombinación homóloga. Entre las arqueas , los parálogos de las recombinasas RadB y RadC se encuentran en muchos organismos pertenecientes a Euryarchaeota , mientras que en Crenarchaea se encuentra una diversidad más amplia de parálogos de recombinasas relacionados , incluidos Ral1, Ral2, Ral3, RadC, RadC1 y RadC2.

Los parálogos de RAD51 contribuyen a la reparación eficiente de roturas de doble cadena de ADN mediante recombinación homóloga . En consecuencia, la eliminación experimental de estos parálogos suele resultar en una reducción significativa de la recombinación homóloga. ^{[ 29 ]}

Los parálogos forman dos complejos identificados: BCDX2 (RAD51B-RAD51C-RAD51D-XRCC2) y CX3 (RAD51C-XRCC3). Estos dos complejos actúan en dos etapas diferentes de la reparación del ADN por recombinación homóloga . El complejo BCDX2 es responsable del reclutamiento o la estabilización de RAD51 en los sitios de daño. ^{[ 29 ]} El complejo BCDX2 parece actuar facilitando el ensamblaje o la estabilidad del filamento de nucleoproteína RAD51 . El complejo CX3 actúa después del reclutamiento de RAD51 a los sitios de daño. ^{[ 29 ]}

Otro complejo, el complejo BRCA1 - PALB2 - BRCA2 , coopera con los parálogos de RAD51 para cargar RAD51 en el ADN monocatenario recubierto con RPA para formar el intermediario de recombinación esencial, el filamento RAD51-ADN monocatenario. ^{[ 30 ]}

En ratones y humanos, el complejo BRCA2 media principalmente el ensamblaje ordenado de RAD51 en el ADN monocatenario, que es un sustrato activo en el apareamiento homólogo y la invasión de la hebra. ^{[ 31 ]} BRCA2 también redirige RAD51 del ADN bicatenario y evita su disociación del ADN monocatenario. ^{[ 31 ]} Sin embargo, en presencia de una mutación en BRCA2, el RAD52 humano puede mediar el ensamblaje de RAD51 en el ADN monocatenario y sustituir a BRCA2 en la reparación del ADN por recombinación homóloga, ^{[ 32 ]} aunque con menor eficiencia que BRCA2.

Los pasos siguientes se detallan en el artículo Recombinación homóloga .

Rad51 tiene una función crucial en la profase meiótica en ratones, y la eliminación de Rad51 conduce a un agotamiento de los espermatocitos de profase I tardía . ^{[ 33 ]}

Durante la meiosis , las dos recombinasas, Rad51 y Dmc1 , interactúan con el ADN monocatenario para formar filamentos especializados adaptados para facilitar la recombinación entre cromosomas homólogos . Tanto Rad51 como Dmc1 poseen una capacidad intrínseca de autoagregación. ^{[ 34 ]} La presencia de Dmc1 estabiliza los filamentos adyacentes de Rad51, lo que sugiere que la interacción entre estas dos recombinasas podría afectar sus propiedades bioquímicas.

En mujeres mayores y tratadas con quimioterapia , los ovocitos y folículos se agotan por apoptosis (muerte celular programada), lo que conduce a insuficiencia ovárica . La apoptosis de los ovocitos inducida por daño en el ADN depende de la eficiencia de la maquinaria de reparación del ADN, que a su vez disminuye con la edad. La supervivencia de los ovocitos tras la quimioterapia o el envejecimiento puede mejorarse mediante una mayor expresión de Rad51. ^{[ 35 ]} La resistencia de los ovocitos a la apoptosis inducida por Rad51 probablemente se deba al papel central de Rad51 en la reparación por recombinación homóloga del daño en el ADN.

En los mamíferos, los microARN (miARN) regulan aproximadamente el 60 % de la actividad transcripcional de los genes que codifican proteínas. ^{[ 36 ]} Algunos miARN también sufren silenciamiento asociado a la metilación en las células cancerosas. ^{[ 37 ] [ 38 ]} Si un miARN represor se silencia por hipermetilación o deleción, entonces el gen al que normalmente se dirige se sobreexpresa.

Se han identificado al menos ocho miRNAs que reprimen la expresión de RAD51 , cinco de los cuales parecen ser relevantes en el cáncer. Por ejemplo, en los cánceres de mama triple negativos (TNBC), se informó que la sobreexpresión de miR-155 coincidía con la represión de RAD51 . ^{[ 39 ]} Un estudio posterior demostró que la transfección de células de cáncer de mama con un vector que sobreexpresa miR-155 reprime la expresión de RAD51 , lo que resulta en una disminución de la recombinación homóloga y una mayor sensibilidad a la radiación ionizante. ^{[ 39 ]}

Cuatro miRNAs adicionales que reprimen RAD51 (miR-148b* y miR-193b*, ^{[ 40 ]} miR-506, ^{[ 41 ]} y miR-34a ^{[ 42 ]} ) se expresan en niveles bajos en cánceres, lo que presumiblemente conduce a la inducción de la expresión de RAD51 , y la expresión baja de miR-148b y miR-193b causa una inducción observada de la expresión de RAD51 . ^{[ 40 ]} Además, las deleciones de miR-148b* y miR-193b* en tumores ováricos serosos se correlacionan con un aumento de las pérdidas de heterocigosidad (LOH), que pueden ser carcinogénicas. Se cree que esto surge de una mayor expresión de RAD51 que puede impulsar una recombinación excesiva. ^{[ 40 ]}

La subexpresión de miR-506 se asocia tanto con una recurrencia más rápida del cáncer como con una menor supervivencia en pacientes con cáncer epitelial de ovario . ^{[ 43 ]}

La metilación del promotor de miR-34a, que conduce a la subexpresión de miR-34a, se observa en el 79% de los cánceres de próstata y en el 63% de los melanomas primarios . ^{[ 44 ]} También se ha observado una expresión reducida de miR-34a en el 63% de los cánceres de pulmón de células no pequeñas , ^{[ 45 ]} y en el 36% de los cánceres de colon , ^{[ 46 ]} y generalmente también se encuentra subexpresada en los neuroblastomas primarios . ^{[ 47 ]}

La Tabla 2 resume estos cinco microARN y la naturaleza de su expresión alterada en los cánceres donde se ha observado.

Se han identificado otros tres microARN, según diversos criterios, como posibles represores de RAD51 (miR-96, ^{[ 48 ]} miR-203, ^{[ 49 ]} y miR-103/107 ^{[ 50 ]} ). Estos microARN se probaron mediante su sobreexpresión en células in vitro , y se comprobó que efectivamente reprimen RAD51 . Esta represión se asoció generalmente con una disminución de la recombinación homóloga (RH) y una mayor sensibilidad de las células a los agentes que dañan el ADN.

Se ha demostrado que RAD51 interactúa con:

• Proteína RAD51+ en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.