TOPBP1

TOPBP1
Tillgängliga strukturer PDB Ortologisk sökning: Lista över PDB-id-koder
Identifierare
	, TOP2BP1, topoisomeras (DNA) II bindande protein 1, DNA topoisomeras II bindande protein 1, Dpb11
Externa IDs
Genplacering ( Human ) Chr. Band Start Slutet
Genplacering ( Mus ) Chr. Band Start Slutet
RNA uttrycksmönster Bgee Mänsklig Mus (ortolog) BioGPS
Genontologi Molekylär funktion Cellkomponent Biologisk process Källor: Amigo / QuickGO
Ortologer Arter Mänsklig Mus Entrez Ensembl UniProt RefSeq (mRNA) RefSeq (protein) Plats (UCSC) PubMed -sökning
Wikidata
Visa/redigera människa Visa/redigera mus

DNA-topoisomeras 2-bindande protein 1 (TOPBP1) är ett ställningsprotein som hos människor kodas av TOPBP1 -genen .

TOPBP1 identifierades först som en proteinbindande partner för DNA- topoisomeras-IIβ av en jäst 2-hybridscreening , vilket gav den dess namn. TOPBP1 är involverad i en mängd olika nukleära specifika händelser. Dessa inkluderar reparation av DNA-skador , DNA-replikation , transkriptionsreglering och aktivering av cellcykelkontrollpunkt . TOPBP1 reglerar primärt DNA-skadareparationssvaret genom sin förmåga att aktivera skaderesponskinas, ataxi-telangiektasi muterad och RAD3-relaterad (ATR) . Det spelar också en avgörande roll i DNA-replikationsinitiering och reglering av cellcykeln. Förändringar i TOPBP1-genuttryck är associerade med pulmonell hypertoni , bröstcancer , glioblastom , icke-småcellig lungcancer och sarkom .

Strukturera

Struktur för TOPBP1 organiserad av dess BRCT-domäner. BRCT-domäner 0 + 1 + 2 (6HM5), BRCT-domäner 4 + 5 ( 3UEO), BRCT-domän 6 (3JVE), BRCT-domäner 7 + 8 (3AL2).

BRCT-domäner

TOPBP1-genen kodar för ett ställningsprotein som underlättar interaktioner mellan olika proteiner vid specifika tidpunkter och platser. Den åstadkommer dessa interaktioner med andra proteinpartners genom sina bröstcancerassocierade gen 1 C-terminus ( BRCT ) domäner. En BRCT-domän definieras strukturellt av ett 4-medlems β-ark som är bokslutet av en α-helix (α2) och två andra α-helixar (α1 och α3). Aminosyraresterna som utgör dessa kärnegenskaper är mycket konserverade, med proteinspecifika avvikelser som förekommer i slingorna som förbinder dessa subenheter. BRCT-domäner agerar kanoniskt i par, där en domän fungerar som acceptor för fosforylerade bindningspartners och den andra domänen har ett bindningsmotiv som ger specificitet. Dessa par är separerade av en länksekvens som varierar beroende på protein. De parade domänerna associeras genom hydrofoba packningsinteraktioner som sker mellan den N-terminala BRCT-domänens α2-helix och den C-terminala BRCT-domänens α1- och α3-helixer. Dessa interaktioner underlättar BRCT-domänbindning med fosforylerade bindningspartners. Däremot kan BRCT-domäner också existera som antingen enstaka domäner eller som en fusion av två olika domäner.

Human TOPBP1 har nio unika BRCT-domäner, varav fyra konserverade från den spirande jästhomologen Dpb11 (dvs. BRCT1,2 och BRCT4,5). I human TOPBP1 existerar BRCT0-, BRCT1- och BRCT2-domänerna unikt i trippeldomänform, vilket är i motsats till den kanoniska dubbeldomänen Dpb11 från jäst. Endast BRCT3- och BRCT6-domänerna existerar som enstaka domäner och kanske inte kan binda fosfoproteinpartner TOPBP1 innehåller också en ATR-aktiveringsdomän (AAD) som är belägen mellan BRCT6- och BRCT7-domänerna. Genom dessa BRCT-specifika interaktioner förmedlar TOPBP1 reparation av DNA-skador, DNA-replikation, transkription och mitos.

TOPBP1 interagerande proteiner

	DNA reparation	DNA-replikation	Transkriptionsreglering	Cellcykel
BRCT0/1/2	BRCA1 , MDC1 , Rad9	Treslin, CDC45		Rad9 , 53BP1
BRCT4/5	BLM , BRCA1			MDC1 , 53BP1
BRCT6		CDC45	E2F-1 , PARP1 , SPBP, E2
BRCT7/8	BRCA1 , PLK1 , TOP2A	RecQ4	TOPBP1, p53 , Mizl , E2	FancJ , TOP2A
AAD	ATR			ATR
N/A	SLX4			SLX4

För att reglera dess aktivitet har TOPBP1 visat sig självoligomerisera vid BRCT7/8-domänerna, eftersom det svarar på replikativ stress.

Fungera

Reparation av DNA-skador

TOPBP1 identifierades först som ett DNA-skadeprotein genom dess association med BRCAl , som är ett protein som är starkt involverat i bröstcancerpatologi. TOPBP1 hittades i komplex med BRCA1 på platser oberoende av replikationsgafflar (dvs identifieras av DNA-replikationsklämmans prolifererande cellkärnantigen ) under normal S-fas . När DNA-skada inducerades vid högre nivåer av y-bestrålning , var det en ökning av TOPBP1/BRCA1 på platser borta från replikationsgafflar. Däremot, när replikationsgafflar stoppades av hydroxiurea för att generera DNA-replikationsstress , hittades TOPBP1/BRCA1 vid replikationsgafflarna. Detta visade en DNA-skadaspecifik roll för TOPBP1-rekrytering vid både replikationsställen och icke-replikationsställen. För att förmedla dessa aspekter av DNA-reparation, befanns TOPBP1 associera med Rad9 , som bildar ett komplex med Radl och Hus1 , härmed benämnt 9-1-1 DNA-reparationsklämman. TOPBP1 binder till Rad9 med dess BRCT0/1/2-domäner. BRCT1-domänen visade sig vara direkt ansvarig för att mediera den fosforyleringsberoende interaktionen med Rad9.

Reparation av DNA-skador initieras och upprätthålls av två kinaser, ataxi-telangiectasia mutated (ATM) och ATR , där ATR visar sig vara viktigare för att upprätthålla genomet. TOPBP1 har visat sig vara en aktivator av ATR, vilket leder till en ökning av kinasaktiviteten hos ATR. Efter fall av DNA-skada som leder till dubbelsträngade brott (DSB) och efterföljande reparationsmedierad resektion, kommer det att exponeras långa sekvenser av enkelsträngat DNA (ssDNA). Detta ssDNA kommer att beläggas med replikationsprotein A (RPA) . ATR finslipas framgångsrikt till RPA-belagt ssDNA genom ATR-interagerande protein (ATRIP). Kopplingen mellan RPA-belagd ssDNA och intakt dubbelsträngat DNA (dsDNA) är där TOPBP1 och 9-1-1-klämman rekryteras. Förutom TOPBP1 har ATR också visat sig vara aktiverad av det ssDNA-specifika, RPA-interagerande proteinet ETAA1.

TOPBP1 Aktivering av ATR i DNA Damage Response

TOPBP1/9-1-1-rekrytering utförs oberoende av ATRIP/ATR som fungerar som en reglerande mekanism som förhindrar både för tidig och ospecifik aktivering av DNA-skada-responsvägen. TOPBP1 interagerar med ATR genom dess ATR-aktiverande domän (AAD), som är belägen mellan BRCT-domänerna 6 och 7. AAD-domänen för TOPBP1 enbart är tillräcklig för att aktivera ATR-kinasaktivitet in vitro. Nedbrytningar av TOPBP1-genuttryck leder till en minskning av fosforylering av nedströms ATR-kinasmål. Den specifika aktiveringsmekanismen för ATR är fortfarande okänd, men man tror att TOPBP1-bindning till ATR inducerar en konformationsförändring som främjar katalys över baslinjekinasaktivitet. Efter ATR-aktivering kan den fosforylera nedströms DNA-skada associerade faktorer, där den primära effektorn är kinaset Chk1.

Rekombinant TOPBP1-protein är tillräckligt för ATR-aktivering, vilket betyder att reglering av TOPBP1-aktivitet inte sker genom post-translationella modifieringar . Således tros det regleras av antingen subcellulär lokalisering (dvs rörelse till kärnan för aktivering) och/eller proteinkoncentration. Detta stöds ytterligare av det faktum att TOPBP1 minskar Km för ATR för _dess olika substrat. Dessutom kan TOPBP1 fosforyleras av ATM, vilket ökar effektiviteten av TOPBP1-medierad aktivering av ATR.

DNA-replikation

När cellen går in i S-fasen laddas MCM-komplexet på dubbelsträngat DNA i väntan på replikation. Treslin fosforyleras av cellcykelns kontrollpunkt kinas CDK2, vilket gör att det kan interagera med TOPBP1. Treslin-TOPBP1-komplexet rekryterar CDC45 till MCM-komplexet och DNA-replikering inleds officiellt.

Human TOPBP1 krävs för initiering av DNA-replikation genom dess association med proteinerna Treslin, CDC45 och RecQ4 . I jäst har TOPBP1-homologen Dpb11 visats rekrytera DNA-polymeras ε (Polε) och GIN-komplexet till replikationsursprunget som har förladdats med komplexet för underhåll av minkromosomer ( MCM) . Den åstadkommer detta genom att binda till Sld2 (Polε-associerad faktor) och Sld3 (CDC45-associerad faktor) på ett cyklinberoende kinas (CDK) fosforyleringsberoende sätt. Detta leder till bildandet av pre-initieringskomplexet, dvs CDC45–MCM–GINS (CMG) replikativ helikas. Sammanfattningsvis fungerar TOPBP1 som ett byggnadsställningsprotein som underlättar de interaktioner som är nödvändiga för att bilda DNA-replikationspre-initieringskomplexet. Hos människor är mekanismen inte helt klarlagd ännu, men TOPBP1 interagerar med RecQ4 (Sld2) och Treslin (Sld3).

TOPBP1 har också visat sig interagera med ett annat DNA-helikas, DNA-helikas B (HELB), som är en del av 1B-helikas-superfamiljen och är involverat i både DNA-replikation och reparation. Denna interaktion mellan TOPBP1 och HELB har också varit inblandad i CDC45-medierad initiering av DNA-replikation.

Transkriptionsreglering

Efter DNA-skada fosforyleras TOPBP1 av Akt och självoligomeriserar vid BRCT7/8-domänerna. Oligomer TOPBP1 kan binda till E2F-1 och rekrytera kromatinremodelleringsmaskiner (t.ex. HDAC) för att undertrycka E2F-1-drivet genuttryck.

TOPBP1 reglerar gentranskription genom dess direkta interaktioner med transkriptionsfaktorer, t.ex. E2F-1 och Miz1. E2F - familjen av transkriptionsfaktorer förmedlar uttrycket av en mängd gener involverade i en mängd olika funktioner. Dessa inkluderar cellproliferation, utveckling, DNA-skadarespons och apoptos. Det är starkt inblandat i DNA-replikationsvägen genom dess reglering av gener i retinoblastom (Rb) tumörsuppressorvägen. Ett sådant exempel är E2F-1 , som förmedlar övergången från Gl- till S-fas. När DNA-skada detekteras kommer TOPBP1 att binda till E2F-1 genom sin BRCT6-domän. Detta kommer att hämma förmågan hos E2F-1 att både inducera transkriptionsmedierad apoptos och övergången till S-fas. Induktionen av ett repressivt transkriptionstillstånd i apoptotiska relaterade gener tros vara från den TOPBP1-medierade rekryteringen av kromatinremodelleringsmaskiner, t.ex. histondeacetylaser (HDAC). TOPBP1-bindning till E2F-1 är beroende av både Akt- medierad fosforylering av Ser1159 på TOPBP1- och TOPBP1-oligomerisering vid dess 7 och 8 BRCT-domäner.

Cellcykel

Replikationsstress uppstår när replikeringsgaffeln stannar och inte kan fortsätta. Detta fenomen kan orsakas av onkogen inducerad aktivering, svåra att replikera strukturer, transkriptions-/replikationskollisioner, polymerasavkoppling, dNTP- svält och andra källor. I dessa fall kommer celler att utvecklas till mitos innan replikeringen är klar. I ett försök att avsluta den kvardröjande DNA-replikationen kommer cellen att initiera mitotisk DNA-syntes (MiDAS). TOPBP1 är ansvarig för att rekrytera MiDAS essentiella ställningsproteinet SLX4 , som bildar ett stort nukleaskomplex . De föreslagna mekanismerna för TOPBP1/SLX4-medierad MiDAS är antingen replikationsgaffelomstart och/eller upplösningen av homologa rekombinationsintermediärer som var ansvariga för att avsluta replikeringen. När mitosen fortskrider minskar mängden DNA-associerad TOPBP1, vilket tyder på reparerat DNA.

Under mitos kan systerkromatider trassla in sig och kan inte separeras när normal anafas börjar . Dessa intrasslade strukturer kallas kromatinbryggor och om de lämnas olösta kan de leda till aneuploidi . En specifik undergrupp av dessa intrasslade kromatider är ultrafina anafasbryggor (UFB). De kännetecknas av brist på histoner och oförmåga att detekteras med konventionella DNA-färgningsmetoder. Det finns bevis för att topoisomeras II-α (TOP2A) kan lösa UFB vid centromeren , eftersom utarmning av TOP2A leder till fler UFB efter mitos. Dessa centromera UFB:er påträffas normalt under mitos men kommer att minska när cellcykeln fortskrider normalt. Detta tyder på att UFB är ett normalt resultat av mitos och att TOP2A kan spela en roll för att lösa dem innan cellen lämnar cellcykeln och därigenom förhindra negativa utfall TOPBP1 befanns lokaliseras till både UFB och samlokaliseras med TOP2A, som är en konserverad interaktion som finns i jästhomologen Dpb11. Eftersom TOPBP1 är ett känt ställningsprotein verkar det rekrytera TOP2A till UFB:erna för deras eventuella upplösning. TOPBP1-bindning till UFB visade sig verka genom den mycket konserverade lysin 704-resten i BRCT5-domänen. Det är dock fortfarande inte känt exakt hur TOPBP1 sedan rekryterar TOP2A till UFB:erna. Det har visats att BRCT7/8-domänerna i TOPBP1 interagerar med TOP2A, men dessa domäner finns inte i jästhomologen Dpb11, så det antas att länkregionen som finns mellan BRCT7 och BRCT8 kan vara ansvarig för TOP2A-rekrytering.

Klinisk betydelse

Cancer

Förändringar i TOPBP1-genuttryck är associerade med bröstcancer , glioblastom , icke-småcellig lungcancer och sarkom . I en studie fann man ökade TOPBP1-proteinnivåer i 46 av 79 (58,2 %) av primära bröstcancerprover som utvärderades, med denna ökning i uttryck förknippad med en minskning av patientöverlevnad (40 jämfört med 165 månader; p = 0,003) och en ökning av cancerns histologiska grad (66,7 % mot 35,5 % grad; p = 0,007). I frisk bröstvävnad kunde TOPBP1-proteinuttryck endast detekteras i 2 av 47 (4,26%) prover som samlades in. I motsats till detta fynd fann en annan studie en minskning av genuttrycket av TOPBP1 genom RT-PCR hos 127 bröstcancerpatienter. Även om TOPBP1-proteinuttrycket var oförändrat i denna kohort. Dessutom fann denna studie att TOPBP1 uttrycktes avvikande i cytoplasman i denna kohort av familjär bröstcancerpatienter. Nivåerna av cytoplasmatisk TOPBP1 var positivt korrelerade med den histologiska graden av tumören.

TOPBP1-överuttryck är associerat med sarkom i framskridet stadium, lungmetastaser och kemoresistens mot platinamedel (t.ex. cisplatin ).

En heterozygot polymorfism i TOPBP1 (Arg309Cys-mutation mellan BRCT2 och BRCT3) hittades i en kohort av 125 finska familjer med bröst- och/eller äggstockscancer (15,2 % hade mutationen, 7 % av kontrollerna hade mutationen). Även om en större kohortstudie av tyska bröstcancerpatienter inte hittade ett samband mellan denna polymorfism och risken för bröstcancer.

Pulmonell hypertoni

Genom att använda allmänt tillgängliga datauppsättningar av hel-exomsekvensering hittades en koppling mellan TOPBP1-mutationer och pulmonell hypertoni (PAH). Tre PAH-specifika TOPBP1-mutantalleler identifierades: p.S817L, p.N1042S och p.R309C. Även om p.R309C-allelen förutspåddes vara potentiellt sjukdomsframkallande, hade alla tre sjukdomsassocierade alleler fortfarande höga frekvenser i kontrollpopulationen, så TOPBP1-mutationer skulle sannolikt inte vara den enda orsaken till PAH. I uppföljningsstudier ledde nedbrytning av TOPBP1 av siRNA till en ökning av detekterbar DNA-skada och apoptos i friska lungendotelceller. En räddning med TOPBP1-bärande plasmider ledde till en återhämtning av endotelcellernas hälsa. Detta implicerar DNA-skada i PAH-patologin.

Se även

• Reparation av DNA-skador
• Ataxi-telangiektasi muterad och RAD3-relaterad (ATR)
• BRCA1
• DNA-replikation
• Kromatinbryggor
• Topoisomeras II-α (TOP2A)

Vidare läsning

•   Yamane K, Tsuruo T (september 1999). "Konserverade BRCT-regioner av TopBP1 och av tumörsuppressorn BRCAl binder strängbrott och ändarna av DNA" . Onkogen . 18 (37): 5194–5203. doi : 10.1038/sj.onc.1202922 . PMID 10498869 .
•   Mäkiniemi M, Hillukkala T, Tuusa J, Reini K, Vaara M, Huang D, et al. (augusti 2001). "BRCT-domäninnehållande protein TopBP1 fungerar i DNA-replikation och skadesvar" . Journal of Biological Chemistry . 276 (32): 30399–30406. doi : 10.1074/jbc.M102245200 . PMID 11395493 .
•   Honda Y, Tojo M, Matsuzaki K, Anan T, Matsumoto M, Ando M, et al. (februari 2002). "Samarbete mellan HECT-domänen ubiquitinligas hHYD och DNA-topoisomeras II-bindande protein för DNA-skada svar" . Journal of Biological Chemistry . 277 (5): 3599–3605. doi : 10.1074/jbc.M104347200 . PMID 11714696 .
•    Yamane K, Wu X, Chen J (januari 2002). "Ett DNA-skadereglerat BRCT-innehållande protein, TopBP1, krävs för cellöverlevnad" . Molekylär och cellulär biologi . 22 (2): 555–566. doi : 10.1128/MCB.22.2.555-566.2002 . PMC 139754 . PMID 11756551 .
•   Boner W, Taylor ER, Tsirimonaki E, Yamane K, Campo MS, Morgan IM (juni 2002). "En funktionell interaktion mellan transkriptions-/replikationsfaktorn E2 för humant papillomvirus 16 och DNA-skaderesponsproteinet TopBP1" . Journal of Biological Chemistry . 277 (25): 22297–22303. doi : 10.1074/jbc.M202163200 . PMID 11934899 .
•   Herold S, Wanzel M, Beuger V, Frohme C, Beul D, Hillukkala T, et al. (september 2002). "Negativ reglering av däggdjurs UV-svar av Myc genom association med Miz-1" . Molekylär cell . 10 (3): 509–521. doi : 10.1016/S1097-2765(02)00633-0 . PMID 12408820 .
•    Nakayama M, Kikuno R, Ohara O (november 2002). "Protein-proteininteraktioner mellan stora proteiner: tvåhybridscreening med ett funktionellt klassificerat bibliotek bestående av långa cDNA. " Genomforskning . 12 (11): 1773–1784. doi : 10.1101/gr.406902 . PMC 187542 . PMID 12421765 .
•    Liu K, Lin FT, Ruppert JM, Lin WC (maj 2003). "Reglering av E2F1 genom BRCT-domäninnehållande protein TopBP1" . Molekylär och cellulär biologi . 23 (9): 3287–3304. doi : 10.1128/MCB.23.9.3287-3304.2003 . PMC 153207 . PMID 12697828 .
•    Xu ZX, Timanova-Atanasova A, Zhao RX, Chang KS (juni 2003). "PML samlokaliserar med och stabiliserar DNA-skaderesponsproteinet TopBP1" . Molekylär och cellulär biologi . 23 (12): 4247–4256. doi : 10.1128/MCB.23.12.4247-4256.2003 . PMC 156140 . PMID 12773567 .
•   Yamane K, Chen J, Kinsella TJ (juni 2003). "Både DNA-topoisomeras II-bindande protein 1 och BRCA1 reglerar G2-M-cellcykelns kontrollpunkt". Cancerforskning . 63 (12): 3049–3053. PMID 12810625 .
•   Greer DA, Besley BD, Kennedy KB, Davey S (augusti 2003). "hRad9 binder snabbt DNA som innehåller dubbelsträngsbrott och krävs för skadeberoende topoisomeras II beta-bindande protein 1 fokusbildning". Cancerforskning . 63 (16): 4829–4835. PMID 12941802 .
•    Manke IA, Lowery DM, Nguyen A, Yaffe MB (oktober 2003). "BRCT upprepas som fosfopeptidbindande moduler involverade i proteinmålinriktning". Vetenskap . 302 (5645): 636–639. Bibcode : 2003Sci...302..636M . doi : 10.1126/science.1088877 . PMID 14576432 . S2CID 21866417 .
•    Yu X, Chini CC, He M, Mer G, Chen J (oktober 2003). "BRCT-domänen är en fosfoproteinbindande domän". Vetenskap . 302 (5645): 639–642. Bibcode : 2003Sci...302..639Y . doi : 10.1126/science.1088753 . PMID 14576433 . S2CID 29407635 .
•    Liu K, Luo Y, Lin FT, Lin WC (mars 2004). "TopBP1 rekryterar Brg1/Brm för att undertrycka E2F1-inducerad apoptos, en ny pRb-oberoende och E2F1-specifik kontroll för cellöverlevnad" . Gener & utveckling . 18 (6): 673–686. doi : 10.1101/gad.1180204 . PMC 387242 . PMID 15075294 .
•    Reini K, Uitto L, Perera D, Moens PB, Freire R, Syväoja JE (maj 2004). "TopBP1 lokaliseras till centrosomer i mitos och till kromosomkärnor i meios". Kromosom . 112 (7): 323–330. doi : 10.1007/s00412-004-0277-5 . PMID 15138768 . S2CID 30094 .
•    Hassel S, Eichner A, Yakymovych M, Hellman U, Knaus P, Souchelnytskyi S (maj 2004). "Proteiner associerade med typ II benmorfogenetisk proteinreceptor (BMPR-II) och identifierade genom tvådimensionell gelelektrofores och masspektrometri". Proteomik . 4 (5): 1346–1358. doi : 10.1002/pmic.200300770 . PMID 15188402 . S2CID 6773754 .
•   Yoshida K, Inoue I (augusti 2004). "Uttryck av MCM10 och TopBP1 regleras av cellproliferation och UV-bestrålning via E2F-transkriptionsfaktorn" . Onkogen . 23 (37): 6250–6260. doi : 10.1038/sj.onc.1207829 . PMID 15195143 .