Complejo MRN

El complejo MRN (complejo MRX en levadura) es un complejo proteico que consta de Mre11 , Rad50 y Nbs1 (también conocido como Nibrina ^[1] en humanos y como Xrs2 en levadura). En eucariotas, el complejo MRN/X desempeña un papel importante en el procesamiento inicial de las roturas de ADN de doble cadena antes de la reparación por recombinación homóloga o unión de extremos no homólogos . El complejo MRN se une ávidamente a las roturas de doble cadena tanto in vitro como in vivo y puede servir para unir los extremos rotos antes de la reparación por unión de extremos no homólogos o para iniciar la resección de los extremos del ADN antes de la reparación por recombinación homóloga. El complejo MRN también participa en la activación de la quinasa de punto de control ATM en respuesta al daño del ADN. ^{[2] [3]} La producción de oligonucleótidos cortos de una sola cadena por la actividad de la endonucleasa Mre11 se ha implicado en la activación de ATM por el complejo MRN. ^[4]

El complejo MRN se ha estudiado principalmente en eucariotas. Sin embargo, trabajos recientes muestran que dos de los tres componentes proteicos de este complejo, Mre11 y Rad50, también se conservan en las arqueas procariotas existentes. ^[5] Este hallazgo sugiere que los componentes clave del complejo MRN eucariota se derivan por descendencia evolutiva de las arqueas. En la arquea Sulfolobus acidocaldarius , la proteína Mre11 interactúa con la proteína Rad50 y parece tener un papel activo en la reparación de daños en el ADN introducidos experimentalmente por la radiación gamma. ^[6] De manera similar, durante la meiosis en el protisto eucariota Tetrahymena, Mre11 es necesaria para la reparación de daños en el ADN, en este caso roturas de doble cadena, ^[7] mediante un proceso que probablemente involucra recombinación homóloga.

En eucariotas, el complejo MRN (a través de la cooperación de sus subunidades) ha sido identificado como un actor crucial en muchas etapas del proceso de reparación de roturas de ADN de doble cadena: detección inicial de una lesión, detención del ciclo celular para permitir la reparación, selección de una vía de reparación específica (es decir, a través de recombinación homóloga o unión de extremos no homólogos ) y provisión de mecanismos para iniciar la reconstrucción de la molécula de ADN (principalmente a través de la yuxtaposición espacial de los extremos de los cromosomas rotos). ^[8] Se cree que la detección inicial está controlada tanto por Nbs1 ^[9] como por MRE11. ^[10] Asimismo, la regulación del punto de control del ciclo celular está controlada en última instancia por la actividad de fosforilación de la quinasa ATM, que es una vía dependiente tanto de Nbs1 ^[11] como de MRE11. ^[10] Se sabe que MRE11 por sí solo contribuye a la selección de la vía de reparación, ^[12] mientras que MRE11 y Rad50 trabajan juntos para alinear espacialmente las moléculas de ADN: Rad50 une dos moléculas de ADN lineales ^[13] mientras que MRE11 afina la alineación uniéndose a los extremos de los cromosomas rotos. ^[14]

Los telómeros mantienen la integridad de los extremos de los cromosomas lineales durante la replicación y los protegen de ser reconocidos como roturas de doble cadena por la maquinaria de reparación del ADN. MRN participa en el mantenimiento de los telómeros principalmente a través de la asociación con la proteína TERF2 del complejo shelterina . ^[15] Estudios adicionales han sugerido que Nbs1 es una proteína componente necesaria para la elongación de los telómeros por la telomerasa. ^[16] Además, se ha demostrado que la eliminación de MRN reduce significativamente la longitud del saliente G en los extremos de los telómeros humanos, ^[17] lo que podría inhibir la formación adecuada del llamado bucle T , desestabilizando el telómero en su conjunto. También se ha demostrado que el alargamiento de los telómeros en las células cancerosas mediante el mecanismo de alargamiento alternativo de los telómeros ( ALT ) depende de MRN, especialmente de la subunidad Nbs1. ^[18] En conjunto, estos estudios sugieren que MRN desempeña un papel crucial en el mantenimiento tanto de la longitud como de la integridad de los telómeros.

Se han identificado mutaciones en MRE11 en pacientes con un trastorno similar a la ataxia-telangiectasia (ATLD). ^[19] Las mutaciones en RAD50 se han relacionado con un trastorno similar al síndrome de rotura de Nijmegen (NBSLD). ^[20] Las mutaciones en el gen NBN, que codifica la subunidad Nbs1 humana del complejo MRN, son causales del síndrome de rotura de Nijmegen . ^[21] Los tres trastornos pertenecen a un grupo de síndromes de inestabilidad cromosómica que se asocian con una respuesta alterada al daño del ADN y una mayor sensibilidad celular a la radiación ionizante. ^[22]

Las funciones del complejo MRN en el desarrollo del cáncer son tan variadas como sus funciones biológicas. Las roturas de doble cadena de ADN, que monitorea y envía señales para su reparación, pueden ser en sí mismas la causa de la alteración genética cancerígena, ^[23] lo que sugiere que MRN proporciona un efecto protector durante la homeostasis celular normal. Sin embargo, se ha documentado la regulación positiva de las subunidades del complejo MRN en ciertas líneas celulares cancerosas en comparación con células somáticas no malignas, ^[24] lo que sugiere que algunas células cancerosas han desarrollado una dependencia de la sobreexpresión de MRN. Dado que las células tumorales tienen tasas mitóticas aumentadas en comparación con las células no malignas, esto no es del todo inesperado, ya que es plausible que una mayor tasa de replicación de ADN requiera niveles nucleares más altos del complejo MRN. Sin embargo, hay cada vez más evidencia de que MRN es en sí mismo un componente de la carcinogénesis , la metástasis y la agresión general del cáncer.

En modelos de ratones, las mutaciones en la subunidad Nbs1 de MRN por sí sola (que produce el análogo fenotípico del síndrome de rotura de Nijmegen en humanos) no han logrado producir tumorogénesis. Sin embargo, los ratones doblemente knock out con Nbs1 mutado que también carecían del gen supresor de tumores p53 mostraron la aparición de tumores significativamente antes que sus controles p53 de tipo salvaje. ^[25] Esto implica que las mutaciones de Nbs1 son en sí mismas suficientes para la tumorogénesis; la falta de malignidad en el control parece atribuible a la actividad de p53, no a la benignidad de las mutaciones de Nbs1. Los estudios de extensión han confirmado un aumento de los linfomas de células B y T en ratones con mutación de Nbs1 junto con la supresión de p53, lo que indica una posible inactivación de p53 en la linfomagénesis, ^[26] que ocurre con mayor frecuencia en pacientes con NBS. ^{[27] [28]} La eliminación de MRE11 en varias líneas celulares de cáncer humano también se ha asociado con un aumento de 3 veces en el nivel de la proteína supresora de tumores p16INK4a , ^[29] que es capaz de inducir la senescencia celular y posteriormente detener la proliferación de células tumorales. Se cree que esto es principalmente el resultado de la metilación del gen promotor p16INK4 por MRE11 . Estos datos sugieren que mantener la integridad y los niveles de expresión normales de MRN proporciona un efecto protector contra la tumorigénesis.

La supresión de la expresión de MRE11 en líneas celulares de cáncer de mama ( MCF7 ) y hueso (U2OS) humanas modificadas genéticamente ha dado como resultado una capacidad migratoria reducida de estas células, ^[29] lo que indica que MRN puede facilitar la propagación metastásica del cáncer. La expresión reducida de las metaloproteinasas de matriz MMP-2 y MMP-3 , que se sabe que facilitan la invasión y la metástasis, ^[30] ocurrió concomitantemente en estas células con MRE11 inactivado. De manera similar, se ha demostrado que la sobreexpresión de Nbs1 en muestras de carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello (HNSCC) humano induce la transición epitelial-mesenquimal (EMT), que en sí misma desempeña un papel crítico en la metástasis del cáncer. ^[31] En este mismo estudio, los niveles de Nbs1 fueron significativamente más altos en muestras de tumores secundarios que en muestras del tumor primario, lo que proporciona evidencia de una correlación positiva entre la propagación metastásica de las células tumorales y los niveles de expresión de MRN. En conjunto, estos datos sugieren que al menos dos de las tres subunidades de MRN desempeñan un papel en la mediación de la metástasis tumoral, probablemente a través de una asociación entre la sobreexpresión de MRN y los mecanismos migratorios celulares endógenos (transición EMT) y exógenos (estructura ECM).

Las células cancerosas poseen casi universalmente mecanismos de mantenimiento de telómeros regulados positivamente ^[32], lo que les permite un potencial replicativo ilimitado . El papel biológico del complejo MRN en el mantenimiento de los telómeros ha impulsado la investigación que vincula el MRN con la inmortalidad de las células cancerosas. En las líneas celulares de HNSCC humanas, la interrupción del gen Nbs1 (que regula negativamente la expresión de todo el complejo MRN), ha dado como resultado una longitud de telómero reducida y un daño letal persistente del ADN en estas células. ^[33] Cuando se combinó con el tratamiento del inhibidor de PARP (poli (ADP-ribosa) polimerasa) (conocido como PARPi), estas células mostraron una reducción aún mayor en la longitud de los telómeros, deteniendo la proliferación de células tumorales tanto in vitro como in vivo a través de modelos de ratón injertados con varias líneas celulares de HNSCC. Si bien se sabe que el tratamiento con PARPi solo induce apoptosis en líneas celulares de cáncer con mutaciones de BRCA , ^[34] este estudio muestra que la regulación negativa de MRN puede sensibilizar a las células competentes para BRCA (aquellas que no poseen mutaciones de BRCA) al tratamiento con PARPi, lo que ofrece una forma alternativa de controlar la agresión tumoral.

El complejo MRN también ha sido implicado en varias vías que contribuyen a la insensibilidad de las células madre cancerosas a los efectos dañinos del ADN de la quimioterapia y el tratamiento de radiación , ^[35] que es una fuente de agresión tumoral general. Específicamente, se ha demostrado que el inhibidor de MRN Mirin (inhibidor de MRE11) altera la capacidad de la quinasa ATM para controlar el punto de control de daño del ADN G2-M , que es necesario para la reparación de roturas de ADN de doble cadena. ^[36] La pérdida de este punto de control elimina la capacidad de las células madre cancerosas para reparar lesiones genéticas letales, haciéndolas vulnerables a agentes terapéuticos que dañan el ADN. Asimismo, la sobreexpresión de Nbs1 en células HNSCC se ha correlacionado con una mayor activación de la vía PI3K/AKT , que a su vez ha demostrado contribuir a la agresión tumoral al reducir la apoptosis. ^[37] En general, las células cancerosas parecen depender de las capacidades de señalización y reparación de MRN en respuesta al daño del ADN para lograr resistencia a las modernas terapias de quimioterapia y radiación.

• Recombinación homóloga
• MRE11A
• Rad50