TOP1 - TOP1
A topoisomerase 1 do DNA é uma enzima que, em humanos, é codificada pelo gene TOP1 . É uma topoisomerase de DNA , uma enzima que catalisa a quebra transitória e a reintegração de uma única fita de DNA .
Função
Este gene codifica uma topoisomerase de DNA, uma enzima que controla e altera os estados topológicos do DNA durante a transcrição. Essa enzima catalisa a quebra transitória e a reintegração de uma única fita de DNA, o que permite que a fita quebrada gire em torno da fita intacta, alterando assim a topologia do DNA. Este gene está localizado no cromossomo 20 e possui pseudogenes que residem nos cromossomos 1 e 22.
Mecanismo
Conforme revisado por Champoux, as topoisomerases do tipo IB, incluindo TOP1, formam um intermediário covalente no qual a tirosina do sítio ativo fica ligada à extremidade 3 'de fosfato da fita clivada em vez da extremidade 5' de fosfato.
Verificou-se que as topoisomerases I eucarióticas cortam o DNA com preferência por uma sequência de nucleotídeos que se estende das posições -4 a -1 a partir do corte. Os nucleotídeos preferidos na fita a ser cortada são 5 '- (A / T) (G / C) (A / T) T-3' com a enzima ligada covalentemente ao resíduo -1 T, embora às vezes um resíduo C seja encontrado na posição -1.
A proteína TOP1 de humanos foi subdividida em quatro regiões. Os 214 aminoácidos N-terminais são dispensáveis para relaxamento da atividade de superenrolamento in vitro e há quatro sinais de localização nuclear e locais para interação com outras proteínas celulares dentro do domínio N-terminal. O domínio N-terminal é seguido por um domínio central de 421 aminoácidos altamente conservado, contendo todos os resíduos catalíticos, exceto a tirosina do sítio ativo . Isto é seguido por um domínio ligante mal conservado de 77 aminoácidos. Finalmente, há um domínio C-terminal de 53 aminoácidos. O sítio ativo Tyr 723 é encontrado dentro do domínio C-terminal.
Conforme resumido por Pommier e por Seol et al., O TOP1 quebra o DNA por uma reação de transesterificação usando o sítio ativo da tirosina como o nucleófilo que ataca a estrutura do fosfodiéster do DNA. Depois que o TOP1 se liga covalentemente à extremidade 3 'da fita quebrada, o superenrolamento do DNA é relaxado pela rotação controlada do DNA em torno da fita intacta. Então, a extremidade 5 'hidroxila da fita de DNA quebrada pode reverter a ligação fosfotirosila, permitindo a liberação de TOP1 e a religação do DNA. As reações de corte e fechamento são rápidas e cerca de 100 ciclos podem ocorrer por segundo.
Inibição
A estrutura TOP1-DNA covalentemente anexada e ligada na extremidade 3 'de uma fita simples de DNA clivada é chamada de complexo de clivagem TOP1-DNA, ou TOP1cc. O TOP1cc é um alvo específico dos inibidores TOP1 . Um dos primeiros inibidores que têm como alvo o TOP1 é o irinotecano . O irinotecano é um análogo do alcalóide natural citotóxico camptotecina , obtido da árvore chinesa Camptotheca acuminata . O irinotecano é especialmente eficaz por meio de seu produto metabólico SN-38 . O irinotecano e o SN-38 agem capturando um subconjunto de complexos de clivagem TOP1-DNA, aqueles com uma guanina +1 na sequência de DNA. Uma molécula de irinotecano ou SN-38 se empilha contra os pares de bases que flanqueiam o local de clivagem induzida pela topoisomerase e envenena (inativa) a enzima TOP1. O artigo Camptotecina lista outros análogos da camptotecina e o artigo Inibidor da Topoisomerase lista outros compostos que inibem o TOP1.
Câncer
Desde 1985, o TOP1 é conhecido como um alvo para o tratamento de cânceres humanos. Os análogos da camptotecina, irinotecano e topotecano , que inibem o TOP1, estão entre os agentes quimioterápicos anticâncer mais eficazes aprovados pelo FDA usados na prática clínica. A expressão mais elevada de TOP1 no câncer de pulmão de células não pequenas mutante KRAS e a correlação com a sobrevivência sugerem que os inibidores de TOP1 podem ter aumentado o benefício quando administrados para tratar pacientes com um tumor mutante KRAS.
Letalidade sintética
A letalidade sintética surge quando uma combinação de deficiências na expressão de dois ou mais genes leva à morte celular, ao passo que a deficiência em apenas um desses genes não. As deficiências podem surgir por mutação , alteração epigenética ou pela inibição da expressão de um gene.
A inativação de TOP1 pelo irinotecano parece ser sinteticamente letal em combinação com deficiências na expressão de alguns genes de reparo de DNA específicos.
A inativação de TOP1 por irinotecano foi sinteticamente letal com expressão deficiente do gene WRN de reparo de DNA em pacientes com câncer de cólon. Em um estudo de 2006, 45 pacientes tinham tumores colônicos com promotores do gene WRN hipermetilado ( expressão WRN silenciada ) e 43 pacientes tinham tumores com promotores do gene WRN não metilado , de modo que a expressão da proteína WRN era alta. O irinotecano foi mais fortemente benéfico para pacientes com promotores WRN hipermetilados (sobrevida de 39,4 meses) do que para aqueles com promotores WRN não metilados (sobrevida de 20,7 meses). O promotor do gene WRN é hipermetilado em cerca de 38% dos cânceres colorretais .
A inativação de TOP1 por irinotecano pode ser sinteticamente letal com expressão deficiente do gene de reparo de DNA MRE11 . Um estudo recente foi realizado com 1.264 pacientes com câncer de cólon em estágio III. Os pacientes foram tratados com um bolus adjuvante pós-operatório semanal de 5-fluorouracil / leucovorina (FU / LV) ou irinotecano + FU / LV e foram acompanhados por 8 anos. Onze por cento dos tumores eram deficientes para a enzima de reparo de DNA MRE11 devido a uma deleção de uma cadeia de timidinas na sequência de DNA do gene MRE11 . A adição de irinotecano a FU / LV no protocolo de tratamento resultou em pacientes com deficiência de MRE11 com melhor sobrevida livre de doença em longo prazo do que pacientes com MRE11 do tipo selvagem (embora o efeito fosse pequeno), indicando algum grau de letalidade sintética entre o irinotecano inativação de TOP1 induzida e deficiência de MRE11 .
Existem vários estudos pré-clínicos que indicam a letalidade sintética do irinotecano com outras deficiências de reparo genético ou epigenético do DNA comuns em cânceres. Por exemplo, o gene de reparo de DNA ATM é frequentemente hipermetilado (silenciado) em muitos cânceres (ver hipermetilação de ATM em cânceres ). Um estudo de 2016 mostrou que a baixa expressão da proteína ATM em células de câncer gástrico in vitro e em um modelo de camundongo causou aumento da sensibilidade à inativação pelo irinotecano em comparação com células com alta expressão de ATM. Isso indica letalidade sintética da deficiência de ATM com deficiência de TOP1 mediada por irinotecano.
Outro esforço pré-clínico foi um estudo de triagem para encontrar um composto que seria sinteticamente letal com uma deficiência de expressão do gene 1 regulado a jusante de N-myc ( NDRG1 ). NDRG1 é um gene supressor de metástase no câncer de próstata e parece ter um papel no reparo do DNA. A triagem de 3360 compostos revelou que a deficiência de TOP1 mediada por irinotecano (e um outro composto, brometo de cetrimônio) exibe letalidade sintética com deficiência de NDRG1 em células de câncer de próstata.
Reparo de DNA
A exposição de células HeLA humanas à irradiação UVB estimula especificamente a formação de complexos covalentes entre a topoisomerase I e o DNA . A topoisomerase I parece ter um papel direto no reparo por excisão de nucleotídeos , um processo que remove danos induzidos por UVB e outros danos ao DNA.
Interações
Foi demonstrado que TOP1 interage com: