ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΓΕΝΝΗΣΗ, ΘΑΝΑΤΟΣ, ΠΟΙΚΙΛΙΑ ΚΑΙ ΡΗΞΕΙΣ ΤΟΥ DNA ΣΤΟ ΝΕΥΡΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ

ΚΕΦ. (2) ΛΙΓΚΑΣΗ 4 ΚΑΙ ΧRCC4

Δύο πρωτεΐνες είναι υπεύθυνες στο τελικό βήμα του ανασυνδυασμού του DNA και είναι η λιγκάση 4 και το XRCC4 που συμπληρώνουν την επιδιόρθωση της διπλής έλικος του DNA με το να κλείνουν τα DSB (ρήξεις διπλής αλυσίδας DNA).

Κατά τους Gilmore et al (2000), σε πλήρη ρήξη του DNA μια σειρά από πρωτεΐνες αναγνωρίζουν τα ελεύθερα άκρα του DNA και προάγουν την επισκευή του μέσω του ενζύμου λιγκάση που καταλύει το σχηματισμό φωσφοδιεστερικού δεσμού που προσδίδει πλήρη ακεραιότητα στο χρωμοσωμιακό DNA.

Ποντίκια με έλλειψη στη λιγκάση 4 ή στο XRCC4 παρουσιάζουν όμοιους φαινοτύπους που οφείλονται στην αδυναμία της επιδιόρθωσης του DNA, και τα έμβρυα της μετάλλαξης είναι μη βιώσιμα. Στην εμβρυϊκή περίοδο συμβαίνει χονδρικά θάνατος των μετα-μιτωτικών νευρώνων στο ΚΝΣ και αυτό συμβαίνει κατά και λίγο μετά τη μετανάστευσή τους. Αξίζει να αναφερθεί ότι τα κύτταρα ποντικών με έλλειψη στη λιγκάση 4 ή στο XRCC4 είναι ανίκανα να επιδιορθώσουν το DNA μετά από ακτινοβόληση με ακτίνες - γ και επίσης είναι ανίκανα να κάνουν τον V(D)J ανασυνδυασμό στις ανοσοσφαιρίνες.

Η επίπτωση στην έλλειψη λιγκάσης 4 και XRCC4 στην ανάπτυξη των λεμφοκυττάρων δεν προκαλεί έκπληξη, δεδομένης της αναπτυξιακής εξάρτησης των λεμφοκυττάρων από τον μη ομόλογο ανασυνδυασμό. Σε ό,τι αφορά όμως τα νευρικά κύτταρα, ο μαζικός θάνατος κατά την ανάπτυξη και διαφοροποίηση είναι αναπάντεχος. Το φαινόμενο αφορά τον εγκέφαλο και σχετίζεται με κύτταρα που μεταναστεύουν ή έχουν μόλις εισέλθει στον φλοιό.

Το DSB συμβαίνει κατά ή αμέσως μετά τον τελικό κυτταρικό κύκλο και αφορά κάποιες περιοχές του ΚΝΣ νωρίτερα από κάποιες άλλες, και μπορεί να αφορά περιορισμένους κυτταρικούς πληθυσμούς σε κάποιες επηρεασμένες περιοχές, για παράδειγμα ο κυτταρικός θάνατος στον πρώιμα αναπτυσσόμενο ρομβοειδή εγκέφαλο στα Knockout ποντίκια ελαττώνεται από τον Ε15 παράγοντα, αν και υπάρχουν πολλοί επιβιώσαντες νευρώνες στην περιοχή.

Το ΧRCC4 αναγνωρίστηκε, καθώς προήγαγε την επιβίωση μιας κυτταρικής σειράς που ήταν ευαίσθητη στην ιονίζουσα ακτινοβολία και ελλειμματική στην επιδιόρθωση του DNA έπειτα από V(D)J ανασυνδυασμό στις ανοσοσφαιρίνες. Η λιγκάση 4 αναγνωρίστηκε δια της ομολογίας της με άλλες λιγκάσες θηλαστικών. Το XRCC4 δρα άμεσα με το να ενεργοποιεί τη λιγκάση 4 και αυτό οδηγεί στην υπόθεση ότι συμμετέχει στην επιδιόρθωση των DSBs. Το XRCC4 και η λιγκάση 4 είναι απαραίτητα στην φυσιολογική ανάπτυξη των νευρώνων (και εν τέλει του ΚΝΣ) και την επιδιόρθωση βλαβών του DNA, καθώς και τον V(D)J ανασυνδυασμό στις ανοσοσφαιρίνες.

Οι Rag πρωτεΐνες απαιτούνται για το ``σχίσιμο΄΄ του αρχικού DNA και αφήνουν ένα άκρο του DNA ενωμένο στον εαυτό του σχηματίζοντας αγκύλη. Το γονίδιο της Rag1 πρωτεΐνης εκφράζεται σε πολλούς τύπους νευρικών κυττάρων, αλλά τα ποντίκια χωρίς το Rag1 γονίδιο δεν έχουν νευρωνικό φαινότυπο. Αυτό μπορεί να δείχνει ότι η λιγκάση 4 και το XRCC4 έχουν όχι ειδικό επιδιορθωτικό ρόλο στο DSB κατά τη νευρωνική ανάπτυξη.

Από την άλλη, μπορεί να δείχνει ότι ο ειδικός ανασυνδυασμός του DNA είναι μέρος της φυσιολογικής νευρωνικής ανάπτυξης, όπως και της διαφοροποίησης των λεμφοκυττάρων. Σημειώνεται επίσης ότι το XRCC4 είναι ικανό να ενώνει άμεσα το DNA και έτσι ενδεχομένως δεν χρειάζεται τις πρωτεΐνες Ku και DNA -PKcs πρωτεϊνική κινάση για την επιδιόρθωση του DNA.

Σημειώνεται ότι οι Ku70 και Ku80 πρωτεΐνες αναγνωρίζουν και προσδένονται στα ελεύθερα άκρα του DNA, προφανώς προστατεύοντάς το από εκφυλισμό. Επίσης, οι Κu πρωτεΐνες είναι ικανές να σχηματίζουν αγκύλες με ελεύθερα άκρα του DNA, προφανώς με το να τα φέρνουν μαζί και να ενεργοποιούν τη σύνδεση του DNA. Επίσης, οι συνδεδεμένες με το DNA Ku πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με τα εξαρτώμενη από το DNA καταλυτική υπομονάδα της πρωτεϊνικής κινάσης (DNA - PKcs) που οδηγεί στην ενεργοποίηση της πρωτεϊνικής κινάσης.

Η λιγκάση 4 και το XRCC4 είναι απαραίτητα στην επιβίωση περιορισμένων κυτταρικών πληθυσμών των πρώιμων μεταμιτωτικών νευρώνων στο ΚΝΣ. Αυτό εγείρει ερωτήματα και έρευνα στην δυνητική κυτταρογεννητική και ιστογεννητική σημασία των DSBs στους ίδιους νευρωνικούς πληθυσμούς. Προβάλλονται 2 υποθέσεις: πρώτον ότι το DSB μεσολαβεί στον κυτταρικό θάνατο σε μερικούς πληθυσμούς, και δεύτερον, ότι ο θάνατος των νευρώνων είναι μέρος της κυτταρογεννητικής ακολουθίας που σχετίζεται με την εξειδίκευση ποικίλων μορφών νευρώνων που συναντώνται σε νευρωνικές δομές που παράγονται από τους πολλαπλασιαζόμενους πληθυσμούς.

Σε έρευνα των Gao et al (1998) o ΧRCC4 αναγνωρίστηκε μέσω συμπληρωματικής κλωνικής μεθόδου που χρησιμοποίησε κυτταρική σειρά χάμστερ που ήταν ακτινοευαίσθητη. Με την γονιδιακή μετάλλαξη αποδείχτηκε ότι η έλλειψη του XRCC4 σε κύτταρα ποντικών οδήγησε σε αναπτυξιακές ανωμαλίες, πρώιμο γήρας, ακτινοευαισθησία και αδυναμία για V(D)J ανασυνδυασμό στις ανοσοσφαιρίνες.

Σε ποντίκια, η έλλειψη του XRCC4 προκάλεσε όψιμη εμβρυϊκή θνησιμότητα σε συνδυασμό με μη αποτελεσματική λεμφογέννεση και νευρογέννεση υποδηλούμενη από υπερβολική απόπτωση προσφάτων μεταμιτωτικών νευρικών κυττάρων. Όμοιες νευρωνικές αναπτυξιακές ελλείψεις ανεβρέθηκαν σε έμβρυα (ποντικών) με έλλειψη DNA λιγκάσης4, μια XRCC4 σχετιζόμενη πρωτεΐνη. Άρα, διαφοροποιούμενα λεμφοκύτταρα και νευρώνες απαιτούν αυστηρά την DNA λιγκάση4 και τον XRCC4, πρωτεΐνες που ενώνουν τα άκρα του DNA.

Το γονίδιο του ubiquitination παράγοντα Ε4Α (UBE4A) κωδικοποιεί την U- BOX - TYPE UBIQUITIN λιγκάση. Το γονίδιο του UBE4A βρίσκεται στο χρωμόσωμα 11q23.3, περιοχή που σχετίζεται και με καρκίνους όπως το νευροβλάστωμα. Σε έρευνα των Contino et al (2004) βρέθηκε ο UBE4A σε κυτταρικό επίπεδο στον πυρήνα και στο κυτταρόπλασμα νευρώνων του φλοιού και του ήπατος και στον πυρήνα κυττάρων των νεφρικών σωληναρίων και η έρευνα κατέληξε στο ότι ο UBE4A εκφράζεται σε διαφορετικούς ιστούς σε πρότυπο που φαίνεται ανεξάρτητο από τον κυτταρικό κύκλο και επίσης το UBE4A μπορεί να έχει ειδικό ρόλο σε διαφορετικές βιοχημικές διαδικασίες από το ubiquitination, συμπεριλαμβανομένων της ανάπτυξης και της διαφοροποίησης.