Roślinne homologii genów związanych z dziedziczną predyspozycją do raka piersi i jajnika

• Authors: Krzysztof Domagalski , Andrzej Tretyn

Title variants

EN

Plant homologs of genes associated with hereditary predisposition to breast and ovarian cancers

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Zaburzenia mechanizmów odpowiedzi i naprawy uszkodzeń DNA powodują wzrost niestabilności genomu i predysponują do nowotworów. Krytyczną rolę w utrzymaniu stabilności genomu odgrywają geny TP53 i BRCA1/2, których mutacje germinalne predysponują do nowotworów piersi i jajnika. Białka BRCA1/2 są znanymi czynnikami podatności na nowotwory piersi, które biorą udział w utrzymanie stabilności genomu poprzez zaangażowanie w procesy naprawy dwuniciowych pęknięć DNA na drodze rekombinacji homologicznej. Białko p53, produkt genu TP53, określane jako "strażnik genomu" odpowiedzialne jest za utrzymanie integralności genomu uczestnicząc w mechanizmach odpowiedzi na uszkodzenie DNA takich jak: zatrzymanie cyklu komórkowego, indukcja procesów naprawy DNA lub apoptozy w przypadku gdy uszkodzenia nie mogą być skutecznie naprawione. p53 i BRCA1/2 dzięki swoim funkcjom należą do jednych z najszerzej badanych białek ludzkich. Niemniej homologi białek BRCA1/2 są także obecne u roślin wyższych. Analizy roślinnych i zwierzęcych białek BRCA1/2 ujawniają wysoką homologię w regionach domen odpowiedzialnych za zakonserwowane funkcje tych białek. Do tej pory badania funkcji BRCA1/2 u roślin przeprowadzono wyłącznie na rzodkiewniku pospolitym (A thaliana). W genomie tej rośliny odkryto dwa geny homologiczne do BRCA2 (AtBRCA2), których produkty białkowe podobnie jak u zwierząt uczestniczą w reperacji dwuniciowych pęknięć na drodze rekombinacji homologicznej, a także odgrywają ważną rolę w rekombinacji mejotycznej. Z kolei pojedynczy homolog BRCA1 obecny u rzodkiewnika (AtBRCA1) uczestniczy w kontroli cyklu komórkowego i reperacji DNA. Mutanty roślinne w genach BRCA1/2 wykazują wrażliwość na substancje powodujące uszkodzenia DNA reperowane drogą rekombinacji homologicznej. Dotychczasowe wyniki badań wskazują na funkcjonalną konserwację genów BRCA1/2 u roślin. W odróżnieniu do genów z rodziny BRCA, homologii białka p53 nie zostały zidentyfikowane u roślin co wskazuje, że jeśli istnieje funkcjonalny roślinny odpowiednik białka p53 to nie dzieli on zakonserwowanych sekwencji ze zwierzęcymi p53.

EN

Defects in DNA damage response and repair mechanism increase genome instability and predispose to cancer. Critical roles in the maintenance of genome stability play TP53 and BRCA1/2 genes, inherited germline mutations of which predispose to breast and ovarian cancers. BRCA1/2 are a breast tumor susceptibility factors with functions in maintaining genome stability through ensuring efficient double-strand DNA break (DSB) repair by homologous recombination. p53 protein known as a "guardian of the genome" is involved in maintenance of genomic integrity by several major DNA damage response mechanisms including cell cycle arrest, DNA repair or induction of apoptosis when damage is excessive. By a role in preserving genomic integrity, BRCA1, BRCA2 and p53 belong to the most thoroughly analyzed human proteins. Surprisingly, BRCA1 as well as BRCA2 homologs are also present in higher plants. The homology between human BRCA genes and their plant homologs is mainly conserved in the region of their functional domains. To date, functions of plant BRCA-like genes have only been studied for Arabidopsis thaliana. In the Arabidopsis genome two BRCA2-like genes (AtBRCA2) were found. Their products are essential for DSB repair in somatic cells and have a role in meiotic recombination. In the absence of functional AtBRCA2, plants were sterile owing to a failure to repair meiotic DSBs and chromosomal instability. Genetic studies of one Arabidopsis BRCA1-like gene (AtBRCA1) have shown their involvement in cell-cycle control and DNA repair. Arabidopsis mutant plants defective for the AtBRCA1 or BRCA2 are sensitive to DNA cross-linking reagents, such as mitomycin C, and to DSB inducing treatments, such as exposure to the radiomimetic bleomycin. Taken together, these studies provided the first physiological evidence that BRCA genes functions were conserved in plants. In contrast to BRCA genes, homolog of the p53 protein has not yet been identified in plants, suggesting that, if a p53 plant gene exists, it might share little sequence homology with its human counterpart.

• Journal: Kosmos
• Year: 2011
• Volume: 60
• Issue: 3-4
• Pages: 345-356

Dates

published

2011

Contributors

author

Krzysztof Domagalski

• Katedra Fizjologii Roślin i Biotechnologii UMK, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Gagarina 9, 87-100 Toruń, Polska

author

Andrzej Tretyn

• Katedra Fizjologii Roślin i Biotechnologii UMK, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Gagarina 9, 87-100 Toruń, Polska

References

• Abe K., Osakabe K., Ishikawa Y., Tagiri A., Yamanouchi H., Takyuu T., Yoshioka T., Ito T., Kobayashi M., Shinozaki K., Ichikawa H., Toki S., 2009. Inefficient double-strand DNA break repair is associated with increased fasciation in Arabidopsis BRCA2 mutants. J. Exp. Bot. 60, 2751-2761.
• Billack B., Monteiro A. N., 2005. BRCA1 in breast and ovarian cancer predisposition. Cancer Lett. 227, 1-7.
• Bleuyard J. Y., Gallego M. E., White C. I., 2006. Recent advances in understanding of the DNA double-strand break repair machinery of plants. DNA Repair (Amst.) 5, 1-12.
• Block-Schmidt A. S., Dukowic-Schulze S., Wanieck K., Reidt W., Puchta H., 2010. BRCC36A is epistatic to BRCA1 in DNA crosslink repair and homologous recombination in Arabidopsis thaliana. Nucleic Acids Res. 3, 1-9.
• Bordoli L., Netsch M., Luthi U., Lutz W., Eckner R., 2001. Plant orthologs of p300/CBP: conservation of a core domain in metazoan p300/CBP acetyltransferase-related proteins. Nucleic Acids Res. 29, 589-597.
• Chao C., Saito S., Kang J., Anderson C. W., Appella E., Xu Y., 2000. p53 transcriptional activity is essential for p53-dependent apoptosis following DNA damage. EMBO J. 19, 4967-4975.
• Connor F., Bertwistle D., Mee P. J., Ross G. M., Swift S., Grigorieva E., Tybulewicz V. L., Ashworth A., 1997. Tumorigenesis and a DNA repair defect in mice with a truncating Brca2 mutation. Nat Genet 17, 423-430.
• Cruz-Garcia F., 1998. Effect of stimulating maize germination on cell cycle proteins. Physiol. Plant. 102, 573-581.
• Czajkowski R., Drewa T., Olszewska D., Wozniak A., 2000. Zaburzenia kontroli fazy G1 cyklu komórkowego podczas onkogenezy. Post Bioch 46, 309-317.
• De Veylder L., Beeckman T., Inze D., 2007. The ins and outs of the plant cell cycle. Nat Rev Mol. Cell. Biol. 8, 655-665.
• Dornan D., Bheddah S., Newton K., Ince W., Frantz G. D., Dowd P., Koeppen H., Dixit V. M., French D. M., 2004a. COP1, the negative regulator of p53, is overexpressed in breast and ovarian adenocarcinomas. Cancer Res. 64, 7226-7230.
• Dornan D., Wertz I., Shimizu H., Arnott D., Frantz G. D., Dowd P., O'rourke K., Koeppen H., Dixit V. M., 2004b. The ubiquitin ligase COP1 is a critical negative regulator of p53. Nature 429, 86-92.
• Dray E., Siaud N., Dubois E., Doutriaux M. P., 2006. Interaction between Arabidopsis Brca2 and its partners Rad51, Dmc1, and Dss1. Plant Physiol. 140, 1059-1069.
• Francis D., 2007. The plant cell cycle-15 years on. New Phytol. 174, 261-278.
• Georgieva E., 1994. Maize embryo germination II. Proteins related to nuclear proto- oncogene- and tumor suppressor gene-products. Planta 192, 125-129.
• Grzelakowska-Sztabert B., 2000. Apoptoza i nowotwory. Post. Biol. Kom. 27, 9-43.
• Gudmundsdottir K., Ashworth A., 2004. BRCA2 in meiosis: turning over a new leaf. Trends Cell Biol. 14, 401-404.
• Hanahan D., Weinberg R. A., 2000. The hallmarks of cancer. Cell 100, 57-70.
• Jasińska A., Krzyżosiak W. J., 2001. Funkcja genów BRCA1 i BRCA2 związanych z dziedziczną predyspozycją do raka piersi. Post. Bioch. 47, 146-159.
• Kawai-Yamada M., Ohori Y., Uchimiya H., 2004. Dissection of Arabidopsis Bax inhibitor-1 suppressing Bax-, hydrogen peroxide-, and salicylic acid-induced cell death. Plant Cell 16, 21-32.
• Klosterman S. C. J. H. L., 2000. Programmed cell death is not mediated by a p53 homolog in Pisum sativum. Physiol. Mol. Plant Pathol. 56, 197-206.
• Korthout H. A., Caspers M. P., Kottenhagen M. J., Helmer Q., Wang M., 2002. A tormentor in the quest for plant p53-like proteins. FEBS Lett. 526, 53-57.
• Lafarge S., Montane M. H., 2003. Characterization of Arabidopsis thaliana ortholog of the human breast cancer susceptibility gene 1: AtBRCA1, strongly induced by gamma rays. Nucleic Acids Res. 31, 1148-1155.
• Nedelcu A. M., 2006. Evidence for p53-like-mediated stress responses in green algae. FEBS Lett. 580, 3013-3017.
• Nowacka-Zawisza M., Krajewska W. M., 2009. Rola białek BRCA1, BRCA2 i RAD51 w zachowaniu stabilności genomu. Post. Biol. Kom. 36, 679-694.
• Popławski T., Błasiak J., 2006. Naprawa DNA przez rekombinację homologiczną w komórkach ssaków. Post. Bioch. 52, 180-193.
• Reidt W., Wurz R., Wanieck K., Chu H. H., Puchta H., 2006. A homologue of the breast cancer-associated gene BARD1 is involved in DNA repair in plants. EMBO J. 25, 4326-4337.
• Rosen E. M., Fan S., Ma Y., 2006. BRCA1 regulation of transcription. Cancer Lett. 236, 175-185.
• Sharan S. K., Morimatsu M., Albrecht U., Lim D. S., Regel E., Dinh C., Sands A., Eichele G., Hasty P., Bradley A., 1997. Embryonic lethality and radiation hypersensitivity mediated by Rad51 in mice lacking Brca2. Nature 386, 804-810.
• Sharan S. K., Pyle A., Coppola V., Babus J., Swaminathan S., Benedict J., Swing D., Martin B. K., Tessarollo L., Evans J. P., Flaws J. A., Handel M. A., 2004. BRCA2 deficiency in mice leads to meiotic impairment and infertility. Development 131, 131-142.
• Siaud N., Dray E., Gy I., Gerard E., Takvorian N., Doutriaux M. P., 2004. Brca2 is involved in meiosis in Arabidopsis thaliana as suggested by its interaction with Dmc1. EMBO J. 23, 1392-1401.
• Starita L. M., Parvin J. D., 2003. The multiple nuclear functions of BRCA1: transcription, ubiquitination and DNA repair. Curr. Opin. Cell. Biol. 15, 345-350.
• Stratton M. R., Rahman N., 2008. The emerging landscape of breast cancer susceptibility. Nat. Genet. 40, 17-22.
• Szemraj J., Rozponczyk E., Bartkowiak J., Greger J., Oszajca K., 2005. Znaczenie białka MDM2 w cyklu komórkowym. Post. Bioch. 51, 44-51.
• Szumel I., 2003. Układ nadzorujący genom. Post. Biol. Kom. 30, 359-374.
• Ting N. S., Lee W. H., 2004. The DNA double-strand break response pathway: becoming more BRCAish than ever. DNA Repair (Amst.) 3, 935-944.
• Tutt A., Ashworth A., 2002. The relationship between the roles of BRCA genes in DNA repair and cancer predisposition. Trends Mol. Med. 8, 571-576.
• Venkitaraman A. R., 2002. Cancer susceptibility and the functions of BRCA1 and BRCA2. Cell 108, 171-182.
• Whittle C. A., Beardmore T., Johnston M. O., 2001. Is G1 arrest in plant seeds induced by a p53-related pathway? Trends Plant Sci. 6, 248-251.
• Yi C., Deng X. W., 2005. COP1 - from plant photomorphogenesis to mammalian tumorigenesis. Trends Cell Biol. 15, 618-625.