H2AFX

H2A histooni perekonna liige X (lühendatult H2AX) on teatud tüüpi histoonivalk H2A perekonnast, mida kodeerib H2AFX geen. γH2AX on H2AX-i fosforüülitud vorm, mis moodustub siis, kui tekib DNA kaheahelaline katke. H2AX moodustab kõigst imetajate kromatiinis olevatest H2A histooni variantidest 2-25%.

Struktuur

H2AX on H2A histooni variant, mis mängib olulist rolli nukleosoomi koostises. Nukleosoom on kromatiini struktuurühik, mis koosneb kahes korduses H2A, H2B, H3 ja H4 histoonidest, moodustades oktameeri. DNA keerdub ümber nukleosoomi, mille tulemusel tekib tihedalt pakitud ja hästi struktureeritud kromatiini konfiguratsioon. H2AX-i C-terminaalses osas asub konserveerunud Seriin-139 (S139), mis fosforüülitakse, kui DNA-s tekivad kaheahelalised katked. Selle tagajärjel moodustub γH2AX.

γH2AX teke

H2AX-i 139. seriini fosforüülimise eest vastutavad PI3 perekonna kinaasid ATR, ATM ja DNA-PKcs. See modifikatsioon võib tekkida juhuslikult, kui replikatsioonikahvel kokku kukub, vastusena ioniseerivale kiirgusele või kontrollitud füsioloogiliste protsesside ajal nagu V(D)J rekombinatsioon. γH2AX-i olemasolu üksi ei ole piisavaks tõestuseks, et esineb kaheahelaline katke, sest γH2AX võib tekkida ka vastusena teist tüüpi DNA kahjustustele või vananemisel.

Funktsioon

DDR

Kaheahelaline katke on üks kõige ohtlikumaid DNA kahjustusi, sest see võib tugevalt ohustada genoomi stabiilsust. Pärast katke tekkimist on hädavajalik see kiirelt parandada, et säiliks kromatiini struktuur. DDR (DNA Damage Response) koosneb erinevatest signaaliradadest, mis vastutavad DNA kaheahelalise katke äratundmise, signaalide vahendamise ja parandamise eest.

Pärast kaheahelalise katke tekkimist fosforüülib aktiveeritud ATM kinaas H2AX-i ning tekib γH2AX. γH2AX-i on võimalik tuvastada 20 sekundit pärast rakkude kiiritamist. γH2AX molekulid moodustavad koldeid (ingl γH2AX foci), mis võivad ulatuda 1-2 Mb kaugusele algsest kaheahelalise katke kohast. γH2AX on n-ö platvormiks DNA parandamises osalevatele valkudele. Kõigepealt seondub sellega MDC1 (mediator of DNA damage checkpoint protein). Seejärel seonduvad γH2AX/MDC1 kompleksi külge ubikvitiini ligaasid RNF8 ja RNF168, mis ubikvitineerivad H2A ja H2AX-i. See võimaldab värvata γH2AX/MDC1 juurde valgud BRCA1 ja 53BP1. DNA kaheahelaline katke parandatakse homoloogilise rekombinatsiooni või mittehomoloogste DNA-otste ühendamise (ingl NHEJ - non-homologus end joining) teel. Parandamise järel defosforüülitakse γH2AX fosfataaside PP2A ja WIP1 poolt.

Kromatiini ümberkujundamine

Eukarüootse DNA pakkimine kromatiini takistab ensüümide ligipääsemist. DNA-ga seotud protsesside (näiteks DNA kahjustuse parandamine) algatamiseks on vaja kromatiin ümber kujundada. γH2AX osaleb etappides, mis viivad kromatiini lahtipakkimiseni (dekondenseerumine) pärast DNA kaheahelalist katket. γH2AX ise ei põhjusta kromatiini dekondensatsiooni, aga 30 sekundit pärast ioniseeruvat kiirgust võib tuvastada RNF8 valgu seondumise γH2AX-iga. RNF8 vahendab kromatiini laiaulatuslikku dekondensatsiooni läbi CHD4 interaktsiooni. CHD4 on nukleosoomi ümberkujundamise kompleksi NuRD (Nucleosome Remodelling and Deacetylase) põhikomponent.

Analüüs

Põhimeetodid γH2AX-i kollete tuvastamiseks on voolutsütomeetria, mikroskoopia ja immunoloogiline kapillaarülekanne (ingl western blot).

Kuigi γH2AX tuvastamiseks mõeldud analüüse kasutatakse kaheahelaliste katkete olemasolu tuvastamiseks DNA-s, võib γH2AX moodustuda ka protsesside (replikatsioonistress, apoptoos) tulemusel, mis põhjustavad teist tüüpi DNA kahjustusi. Siiski on γH2AX signaal alati tugevam DNA kaheahelaliste katkete kohal, võrreldes mitte-kahjustunud kromatiiniga.

Kliiniline olulisus

DNA kaheahelalised katked põhjustavad genoomi ebastabiilsust, mis võib viia vähi tekkeni. Jämesoolevähi korral seostatakse γH2AX-i kõrget taset vähirakkudes agressiivsema vähivormiga, mistõttu võib γH2AX olla haiguse progressi ennustamiseks oluline indikaator.

Paradoksaalsel kombel saab DNA kaheahelaliste katkete tekke indutseerimist kasutada vähiravis, sest see aktiveerib neis rakkudes surmarajad. Mõõtes γH2AX-i taset, saab hinnata DNA kahjutuse ulatust ja ravi efektiivsust.

Viited

  1. 1 2 Rogakou EP, Pilch DR, Orr AH, Ivanova VS, Bonner WM (1998). “DNA double-stranded breaks induce histone H2AX phosphorylation on serine 139”. J. Biol. Chem. 273 (10): 5858–68. doi:10.1074/jbc.273.10.5858
  2. 1 2 3 “Prabhu KS, Kuttikrishnan S, Ahmad N jt (2024). “H2AX: A key player in DNA damage response and a promising target for cancer therapy”. Biomed Pharmacother. 175:116663. doi:10.1016/j.biopha.2024.116663
  3. 1 2 Scully R, Xie A (2013). “Double strand break repair functions of histone H2AX”. Mutat. Res. 750 (1–2): 5–14. doi:10.1016/j.mrfmmm.2013.07.007
  4. ↑ Cleaver JE, Feeney L, Revet I (2011). “Phosphorylated H2Ax is not an unambiguous marker for DNA double strand breaks”. Cell Cycle. 10 (19): 3223–4. doi:10.4161/cc.10.19.17448
  5. ↑ Firsanov DV, Solovjeva LV, Svetlova MP (2011). "H2AX phosphorylation at the sites of DNA double-strand breaks in cultivated mammalian cells and tissues". Clin Epigenet 2, 283–297. doi:10.1007/s13148-011-0044-4
  6. ↑ Mah L-J, El-Osta A, Karagiannis TC (2010). "γH2AX as a molecular marker of aging and disease". Epigenetics, 5(2), 129–136. doi:10.4161/epi.5.2.11080
  7. ↑ Mah, L-J, El-Osta A, Karagiannis T (2010). “γH2AX: a sensitive molecular marker of DNA damage and repair”. Leukemia 24, 679–686. doi:10.1038/leu.2010.6
  8. ↑ Furuta T, Takemura H, Liao ZY jt (2003). “Phosphorylation of histone H2AX and activation of Mre11, Rad50, and Nbs1 in response to replication-dependent DNA double-strand breaks induced by mammalian DNA topoisomerase I cleavage complexes”. J. Biol. Chem. 278 (22): 20303–12. doi:10.1074/jbc.M300198200
  9. ↑ Paull TT, Rogakou EP, Yamazaki V jt (2000)."A critical role for histone H2AX in recruitment of repair factors to nuclear foci after DNA damage". Curr Biol. 2000;10(15):886-95. doi:10.1016/s0960-9822(00)00610-2
  10. ↑ Mailand N, Bekker-Jensen S, Faustrup H, Melander F, Bartek J, Lukas C, Lukas J (2007). “RNF8 ubiquitylates histones at DNA double-strand breaks and promotes assembly of repair proteins”. Cell. 131 (5): 887–900. doi:10.1016/j.cell.2007.09.040
  11. ↑ Luijsterburg MS, Acs K, Ackermann L jt (2012). “A new non-catalytic role for ubiquitin ligase RNF8 in unfolding higher-order chromatin structure”. EMBO J. 31 (11): 2511–27. doi:10.1038/emboj.2012.104
  12. ↑ Rothkamm K, Barnard S, Moquet J jt (2015). “DNA damage foci: Meaning and significance”. Environ. Mol. Mutagen. 56 (6): 491–504. doi:10.1002/em.21944
  13. ↑ Meyer B, Voss KO, Tobias F jt (2013). “Clustered DNA damage induces pan-nuclear H2AX phosphorylation mediated by ATM and DNA-PK”. Nucleic Acids Res. 41 (12): 6109–18. doi:10.1093/nar/gkt304
  14. 1 2 Bonner W, Redon C, Dickey J jt (2008). “γH2AX and cancer”. Nat Rev Cancer 8, 957–967. 10.1038/nrc2523]
  15. ↑ Oka K, Tanaka T, Enoki T jt (2010). "DNA damage signaling is activated during cancer progression in human colorectal carcinoma". Cancer Biol Ther. 2010 Feb 25;9(3):246–252. doi:10.4161/cbt.9.3.10751