TOP1

TOP1
Tillgängliga strukturer
PDB	Ortologisk sökning:
Lista över PDB-id-koder
Identifierare
	, TOPI, topoisomeras (DNA) I, DNA topoisomeras I
Externa IDs
Genplacering ( Human )
Chr.
Slutet
Genplacering ( Mus )
Chr.
Slutet
RNA uttrycksmönster
	n/a
Genontologi
Molekylär funktion
Cellkomponent
Biologisk process
	Källor: Amigo / QuickGO
Ortologer
	Wikidata
Visa/redigera människa	Visa/redigera mus

DNA-topoisomeras 1 är ett enzym som hos människor kodas av TOP1 -genen . Det är ett DNA-topoisomeras , ett enzym som katalyserar det övergående brytandet och återförenandet av en enkel DNA- sträng .

Fungera

Denna gen kodar för ett DNA-topoisomeras, ett enzym som kontrollerar och ändrar de topologiska tillstånden av DNA under transkription. Detta enzym katalyserar det övergående brytandet och återförenandet av en enkel DNA-sträng som låter den brutna strängen rotera runt den intakta strängen, vilket förändrar DNA-topologin. Denna gen är lokaliserad till kromosom 20 och har pseudogener som finns på kromosom 1 och 22.

Mekanism

Som granskats av Champoux bildar topoisomeraserna av typ IB, inklusive TOP1, en kovalent mellanprodukt i vilken tyrosinet på det aktiva stället binds till 3'-fosfatänden av den kluvna strängen snarare än 5'-fosfatänden.

De eukaryota topoisomeraserna I befanns hacka DNA:t med en preferens för en sekvens av nukleotider som sträcker sig från positionerna -4 till -1 från hacket. De föredragna nukleotiderna i strängen som ska skäras är 5'-(A/T)(G/C)(A/T)T-3' med enzymet kovalent bundet till -1 T-resten, även om ibland en C-rest är hittas på -1-positionen.

TOP1-proteinet hos människor har delats in i fyra regioner. De N-terminala 214 aminosyrorna är nödvändiga för avslappning av supercoiling -aktivitet in vitro och det finns fyra nukleära lokaliseringssignaler och platser för interaktion med andra cellulära proteiner inom den N-terminala domänen. Den N-terminala domänen följs av en mycket konserverad kärndomän med 421 aminosyror som innehåller alla de katalytiska resterna utom tyrosinet på det aktiva stället . Detta följs av en dåligt konserverad länkdomän med 77 aminosyror. Slutligen finns det en C-terminal domän med 53 aminosyror. Det aktiva stället Tyr 723 finns inom den C-terminala domänen.

Som ytterligare sammanfattats av Pommier och av Seol et al., bryter TOP1 DNA:t genom en transesterifieringsreaktion med användning av tyrosin på det aktiva stället som nukleofilen som angriper DNA-fosfodiesterryggraden. Efter att TOP1 kovalent fäster vid 3'-änden av den brutna strängen, avslappnas supercoiling av DNA:t genom kontrollerad rotation av DNA runt den intakta strängen. Sedan kan 5'-hydroxyländen av den trasiga DNA-strängen vända fosfotyrosylbindningen, vilket möjliggör frisättning av TOP1 och religering av DNA:t. Hacknings- och stängningsreaktionerna är snabba och cirka 100 cykler kan inträffa per sekund.

Hämning

Den kort bundna, kovalent bundna TOP1-DNA-strukturen vid 3'-änden av en klyvd DNA-enkelsträng kallas ett TOP1-DNA-klyvningskomplex, eller TOP1cc. TOP1cc är ett specifikt mål för TOP1- hämmare . En av de första hämmarna som har visat sig vara inriktade på TOP1 är irinotekan . Irinotekan är en analog till den cytotoxiska naturliga alkaloiden camptothecin , erhållen från det kinesiska trädet Camptotheca acuminata . Irinotecan är särskilt effektivt genom sin metaboliska produkt SN-38 . Irinotecan och SN-38 verkar genom att fånga en undergrupp av TOP1-DNA-klyvningskomplex, de med en guanin +1 i DNA-sekvensen. En irinotekan- eller SN-38-molekyl staplas mot basparen som flankerar det topoisomerasinducerade klyvningsstället och förgiftar (inaktiverar) TOP1-enzymet. Artikeln Camptothecin listar andra analoger av camptothecin och artikeln Topoisomerase inhibitor listar andra föreningar som hämmar TOP1.

Cancer

Sedan 1985 har TOP1 varit känt som ett mål för behandling av cancer hos människor. Kamptotecinanaloger irinotekan och topotekan , som hämmar TOP1, är bland de mest effektiva FDA-godkända kemoterapeutiska medlen mot cancer som används i klinisk praxis. Högre uttryck av TOP1 i KRAS-mutant icke-småcellig lungcancer och korrelation till överlevnad tyder på att TOP1-hämmare kan ha ökad nytta när de administreras för att behandla patienter med en KRAS-mutant tumör.

Syntetisk dödlighet

Syntetisk dödlighet uppstår när en kombination av brister i uttrycket av två eller flera gener leder till celldöd, medan en brist i endast en av dessa gener inte gör det. Bristerna kan uppstå genom mutation , epigenetisk förändring eller genom hämning av en gens uttryck.

Irinotekaninaktivering av TOP1 verkar vara syntetiskt dödlig i kombination med brister i uttryck av vissa specifika DNA-reparationsgener.

Irinotekan-inaktivering av TOP1 var syntetiskt dödlig med bristfälligt uttryck av DNA-reparations- WRN- genen hos patienter med tjocktarmscancer. I en studie från 2006 hade 45 patienter kolontumörer med hypermetylerade WRN- genpromotorer (tystade WRN -uttryck), och 43 patienter hade tumörer med ometylerade WRN -genpromotorer, så att WRN-proteinuttrycket var högt. Irinotekan var mer fördelaktigt för patienter med hypermetylerade WRN- promotorer (39,4 månaders överlevnad) än för de med ometylerade WRN -promotorer (20,7 månaders överlevnad). WRN - genpromotorn är hypermetylerad i cirka 38% av kolorektal cancer .

Irinotekaninaktivering av TOP1 kan vara syntetiskt dödlig med bristfälligt uttryck av DNA-reparationsgenen MRE11 . En nyligen genomförd studie genomfördes med 1 264 patienter med stadium III tjocktarmscancer. Patienterna behandlades med en postoperativ veckovis adjuvant bolus av 5-fluorouracil/leucovorin (FU/LV) eller med irinotekan+FU/LV och följdes upp i 8 år. Elva procent av tumörerna hade brist på DNA-reparationsenzym MRE11 på grund av en deletion av en sträng av tymidiner i DNA-sekvensen av MRE11 -genen. Tillägget av irinotekan till FU/LV i behandlingsprotokollet resulterade i att MRE11 -brist hade bättre långtidssjukdomsfri överlevnad än patienter med vildtyp MRE11 (även om effekten var liten), vilket tyder på en viss grad av syntetisk dödlighet mellan irinotekan- inducerad TOP1-inaktivering och MRE11 -brist.

Det finns ett antal prekliniska studier som indikerar syntetisk dödlighet av irinotekan med andra genetiska eller epigenetiska DNA-reparationsbrister som är vanliga vid cancer. Till exempel är DNA-reparationsgenen ATM ofta hypermetylerad (tystad) i många cancerformer (se hypermetylering av ATM i cancer ). En studie från 2016 visade att lågt uttryck av ATM-proteinet i magcancerceller in vitro och i en musmodell orsakade ökad känslighet för inaktivering av irinotekan jämfört med celler med högt uttryck av ATM. Detta indikerar syntetisk dödlighet av ATM-brist med irinotekan-medierad TOP1-brist.

En annan preklinisk ansträngning var en screeningstudie för att hitta en förening som skulle vara syntetiskt dödlig med en brist på N-myc nedströms reglerad gen 1 ( NDRG1 ) uttryck. NDRG1 är en metastas-suppressorgen i prostatacancer och verkar ha en roll i DNA-reparation. Screening av 3360 föreningar visade att irinotekan-medierad TOP1-brist (och en annan förening, cetrimoniumbromid) uppvisar syntetisk dödlighet med NDRG1-brist i prostatacancerceller.

DNA-reparation

Exponering av mänskliga HeLA-celler för UVB- strålning stimulerar specifikt bildningen av kovalenta komplex mellan topoisomeras I och DNA . Topoisomeras I verkar ha en direkt roll i reparation av nukleotidexcision , en process som tar bort UVB-inducerade och andra DNA-skador.