DDB1

Ljudski gen ERCC4 može ispraviti defekt popravka DNK u specifičnim mutantnim ćelijskim linijama osjetljivim na ultraljubičasto svjetlo (UV) izvedene iz ćelija jajnika kineskog hrčka.^[8] Izolirane su višestruke nezavisne komplementarne grupe ćelija jajnika kineskog hrčka (CHO),^[9] i ovaj gen je obnovio otpornost na UV zračenje na ćelije komplementarne grupe 4. Odražavajući ovaj metod genetičke komplementacije među vrstama, gen je nazvan "unakrsni komplementarni popravak ekscizije 4"^[10]

Ljudski "ERCC4" gen kodira XPF protein od 916 aminokiselina s molekulskom masom od oko 104.000 daltona.

Geni slični ERCC4 sa ekvivalentnim funkcijama (ortolozi) nalaze se u drugim eukariotskim genomima. Neki od najviše proučavanih genskih ortologa uključuju „RAD1“ u pupajućem kvascu Saccharomyces cerevisiae i „rad16+“ u fisijskm kvascu Schizosaccharomyces pombe.

Po jedna molekula ERCC1 i XPF se vežu zajedno, formirajući ERCC1-XPF heterodimer koji je aktivni nukleazni oblik enzima. U ERCC1–XPF heterodimeru, ERCC1 posreduje u interakcijama DNK- i protein-protein. XPF osigurava aktivno mjesto endonukleaze i uključen je u vezivanje DNK i dodatne interakcije protein-protein.^[8]

ERCC4/XPF protein se sastoji od dva konzervirana područja odvojena manje konzerviranim regionom u sredini. N-terminalno područje ima homologiju s nekoliko konzerviranih domena DNK-helikaza koje pripadaju natporodici II, iako XPF nije DNK helikaza.^[11] C-terminalni region XPF-a uključuje ostatke aktivnog mesta za aktivnost nukleaze.^[12] (slika 1).

Većina ERCC1 proteina je povezana na nivou sekvence sa C-terminalom XPF proteina.,^[13] ali ostaci u domenu nukleaze nisu prisutni. DNK-vezujući "heliks-ukosnica-heliks" domen na C-terminalu svakog proteina.

Po primarnoj sekvenci i strukturnoj sličnosti proteina, ERCC1-XPF nukleaza je član šire porodice strukturno specifičnih DNK-nukleaza koje se sastoje od po dvije podjedinice. Takve nukleaze uključuju, na primjer, nukleazu MUS81-EME1.

Dužina polipeptidnog lanca je 916 aminokiselina, a molekulska težina 104.486 Da.^[6]

ERCC1–XPF kompleks je strukturno specifična endonukleaza. ERCC1-XPF ne siječe DNK koja je isključivo jednolančana ili dvolančana, ali cijepa fosfodiestersku kičmu DNK, posebno na spojevima između dvolančane i jednolančane DNK. Uvodi rez u dvolančanu DNK na 5′ strani takvog spoja, udaljenog oko dva nukleotida^[14] (slika 2). Ova specifičnost strukture prvobitno je pokazana za RAD10-RAD1, ortologe kvasca ERCC1 i XPF.^[15]

Hidrofobni motivi heliks–ukosnica–heliks u C-terminalnim regijama ERCC1 i XPF međusobno djeluju kako bi promovirali dimerizaciju dva proteina.^[16][17] Nema katalitske aktivnosti u odsustvu dimerizacije. Zaista, iako je katalitski domen unutar XPF-a i ERCC1 je katalitski neaktivan, ERCC1 je neophodan za aktivnost kompleksa.

Predloženo je nekoliko modela za vezivanje ERCC1–XPF za DNK, na osnovu parcijalnih struktura relevantnih proteinskih fragmenata pri atomskoj rezoluciji.^[16] Vezivanje DNK posredovano domenima heliks-ukosnica-heliks domena ERCC1 i XPF pozicionira heterodimer na spoju između dvolančane i jednolančane DNK.

Tokom popravka ekscizijom nukleotida, nekoliko proteinskih kompleksa sarađuje kako bi prepoznali oštećenu DNK i lokalno odvojili spiralu DNK na kratku udaljenost s obje strane mjesta oštećenja DNK. ERCC1–XPF-nukleaza urezuje oštećeni lanac DNK na 5′ strani lezije.^[14] Tokom NER-a, ERCC1 protein stupa u interakciju sa XPA proteinom, kako bi koordinirao DNK i vezivanje proteina.

Ćelije sisara sa mutiranim ERCC1–XPF umjereno su osjetljivije od normalnih ćelija na agense (kao što je ionizirajuće zračenje) koji uzrokuju dvolančane lomove u DNK.^[18][19] Određeni putevi i popravke homologne rekombinacije i nehomolognog spajanja kraja oslanjaju se na funkciju ERCC1-XPF.^[20][21] Relevantna aktivnost ERCC1–XPF za oba tipa popravke dvolančanog prekida je sposobnost uklanjanja nehomolognih 3′ jednolančanih repova sa krajeva DNK prije ponovnog spajanja. Ova aktivnost je potrebna tokom podputa homologne rekombinacije jednolančanog izduživanja. Podrezivanje jednolančanih repova od 3’ je također potrebno u mehanički različitom podputu nehomolognog spajanja krajeva, neovisno o Ku-proteinima.^[19][22] Homologna integracija DNK, važna tehnika za genetičku manipulaciju, ovisi o funkciji ERCC1-XPF u ćeliji domaćinu.^[23]

Ćelije sisara koje nose mutacije u ERCC1 ili XPF posebno su osjetljive na agense koji uzrokuju međulančane umrežavanje DNK (ICL)^[24] Međulančane umrežene veze blokiraju napredovanje replikacija DNK, a strukture na blokiranim viljuškama replikacije DNK obezbjeđuju supstrate za cijepanje pomoću ERCC1-XPF.^[20][25] Incizije se mogu napraviti sa obe strane ukrštene veze na jednom lancu DNK, kako bi se poprečna veza otkačila i započela popravka. Alternativno, dvolančani prekid može biti napravljen u DNK u blizini ICL-a, a naknadna popravkahomologne rekombinacije uključuje djelovanje ERCC1-XPF. Iako nije jedina uključena nukleaza, ERCC1–XPF je neophodan za popravak ICL-a tokom nekoliko faza ćelijskog ciklusa.^[26][27]

Neke osobe s rijetkim nasljednim sindromom xeroderma pigmentosum imaju mutacije u ERCC4. Ovi pacijenti su klasifikovani kao XP komplementaciona grupa F (XP-F). Dijagnostičke karakteristike XP-a su suha ljuskava koža, abnormalna pigmentacija kože na područjima izloženim suncu i teška fotosenzibilnost, praćena velikim od 1.000 puta povećanim rizikom od razvoja karcinoma kože izazvanog UV-zračenjem.^[5]

|Većina pacijenata s XP-F pokazuje umjerene simptome XP-a, ali nekoliko pokazuje dodatne simptome Cockayneovog sindroma.^[28] Pacijenti s Cockayneovim sindromom (CS) pokazuju fotosenzitivnost, a također imaju razvojne nedostatke i neurološke simptome.^[5][7]

Mutacije u genu ERCC4 mogu rezultirati vrlo rijetkim XF-E sindromom.^[29] Ovi pacijenti imaju karakteristike XP i CS, kao i dodatne neurološke, hepatobilijarne, muskuloskeletne i hematopoetske simptome.

Nekoliko ljudi sa simptomima Fanconijeve anemije(FA) ima uzročne mutacije u ERCC4 genu. Fanconijeva anemija je složena bolest koja uključuje glavne hematopoetske simptome. Karakteristična oznaka FA je preosjetljivost na agense koji uzrokuju umrežavanje međulančanih DNK. FA pacijenti sa ERCC4 mutacijama klasifikovani su kao pripadnici Fanconijeve anemije komplementarne grupe Q (FANCQ).^[28][30]

ERCC4 (XPF) je normalno eksprimiran na visokom nivou u ćeliji jedrima unutar unutrašnje površine debelog crijeva (pogledajte sliku, panel C). Unutrašnja površina debelog crijeva obložena je jednostavnim stubastim epitelom sa invaginacijama. Invaginacije se nazivaju crijevne žlijezde ili kripte debelog crijeva. Kripte debelog crijeva su oblikovane kao mikroskopske epruvete sa debelim zidovima sa centralnom rupom niz dužinu epruvete (kripta lumena). Kripte su dugačke oko 75 do 110 ćelija. Popravka DNK, koja uključuje visoku ekspresiju ERCC4 (XPF), PMS2 i ERCC1 proteina, izgleda da je vrlo aktivna u kriptama debelog crijeva u normalnom epitelu debelog crijeva koji nije neoplazijaski.

Ćelije se stvaraju u bazi kripte i migriraju prema gore duž ose kripte prije nego što se prebace u lumen debelog crijeva dan kasnije.^[32] U bazama kripti postoji 5 do 6 matičnih ćelija.^[32] Postoji oko 10 miliona kripti duž unutrašnje površine prosečnog ljudskog debelog crijeva.^[31] Ako matične ćelije u bazi kripte eksprimiraju ERCC4 (XPF), općenito će svih nekoliko hiljada ćelija kripte također eksprimirati ERCC4 (XPF). Ovo je naznačeno smeđom bojom koja se vidi imunobojanjem ERCC4 (XPF) u skoro svim ćelijama u kripti na panelu C slike u ovom odeljku. Slična ekspresija PMS2 i ERCC1 javlja se u hiljadama ćelija u svakoj normalnoj kripti debelog creva.

Odsječak tkiva na slici prikazanoj ovdje također je kontrabojenjem obojen hematoksilinom, kako bi se DNK u jedrima obojila u plavo-sivu boju. Ćelijska jedra u lamina propria, ćelije koje se nalaze ispod i okružuju epitelne kripte, hematoksilinom uglavnom pokazuju plavo-sivu boju i imaju malu ekspresiju PMS2, ERCC1 ili ERCC4 (XPF). Osim toga, ćelije na samim vrhovima kripti obojene na PMS2 (panel A) ili ERCC4 (XPF) (panel C) imaju niske razine ovih proteina za popravku DNK, tako da takve ćelije također pokazuju plavo-sivu boju DNK.^[31]

ERCC4 (XPF) je deficitaran u oko 55% karcinoma debelog crijeva i u oko 40% kripti debelog crijeva u epitelu unutar 10 cm u blizini karcinoma (u defektima polja iz kojih su karcinomi vjerovatno nastali).^[31] Kada je ERCC4 (XPF) smanjen u kriptama debelog crijeva u defektu polja, to je najčešće povezano sa smanjenom ekspresijom enzima za popravak DNK ERCC1 i PMS2, kao što je ilustrovano u slika u ovom odeljku. Čini se da su nedostaci ERCC1 (XPF) u epitelu debelog crijeva posljedica epigenetičkog potiskivanja.^[31] Nedostatak ERCC4 (XPF) bi doveo do smanjene popravke oštećenja DNK. Kao što ukazuju Harper i Elledge,^[33] defekti u sposobnosti pravilnog reagovanja i popravljanja oštećenja DNK leže u osnovi mnogih oblika raka. Česta epigenetička redukcija ERCC4 (XPF) kod defekta polja koji okružuju karcinom debelog crijeva, kao i kod karcinoma (zajedno sa epigenetičkim smanjenjem ERCC1 i PMS2) ukazuje da takva smanjenja često mogu imati centralnu ulogu u progresiji do raka debelog crijeva.

Iako je epigenetičko smanjenje ekspresije ERCC4 (XPF) često kod karcinoma debelog crijeva kod ljudi, mutacije u ERCC4 (XPF) su rijetke kod ljudi.^[34] However, a mutation in ERCC4 (XPF) causes patients to be prone to skin cancer.^[34] Čini se da je naslijeđeni polimorfizam u ERCC4 (XPF) važan i kod raka dojke.^[35] Ove rijetke mutacijske promjene naglašavaju vjerovatnu ulogu nedostatka ERCC4 (XPF) u progresiji do raka.

• GeneReviews/NIH/NCBI/UW entry on xeroderma pigmentosum