Protein ERCC-1 ekscizijskog popravka DNK jest protein koji je kod ljudi kodiran genom ERCC1 sa hromosoma 19. Zajedno sa ERCC4, ERCC1 formira enzimski kompleks ERCC1-XPF koji učestvuje u poprfavku DNK i rekombinaciji DNK.
Mnogi aspekti proizvoda ova dva gena su ovdje opisani zajedno jer su oni partneri tokom popravka DNK. ERCC1-XPF nukleaza je esencijalna aktivnost na putu DNK popravka ekscizijom nukleotida (NER). ERCC1-XPF nukleaza također funkcionira na putevima za popravak prekida dvostrukog lanca u DNK i u popravljanju oštećenja "poprečnog povezivanja" koje štetno povezuje dva lanca DNK.
Ćelije s onemogućujućim mutacijama u ERCC1 su osjetljivije nego normalno na određene agense koji oštećuju DNK, uključujući ultraljubičasto (UV) zračenje i hemikalije koje uzrokuju umrežavanje između lanaca DNK. Genetički modificirani miševi s onemogućujućim mutacijama u ERCC1 imaju defekte u popravku DNK, praćene promjenama u fiziologiji izazvanim metaboličkim stresom koje rezultiraju preranim starenjem. Potpuna delecija ERCC1 nije kompatibilna sa održivošću miševa, a nisu pronađene ljudske individue s potpunom (homozigotnom) delecijom ERCC1. Rijetke osobe u ljudskoj populaciji imaju naslijeđene mutacije koje narušavaju funkciju ERCC1. Kada su normalni geni odsutni, ove mutacije mogu dovesti do ljudskih sindroma, uključujući Cockayneov sindrom (CS) i COFS.
ERCC1 i ERCC4 su imena gena dodijeljena genomima sisara, uključujući i ljudski genom (Homo sapiens). Slični geni sa sličnim funkcijama nalaze se u svim eukariotskim organizmima.
Gen
Genomska DNK za ERCC1 bila je prvi gen za popravak ljudske DNK koji je izolovan molekulskim kloniranjem. Originalni metod bio je prijenos fragmenata ljudskog genoma na mutantne ćelijske linije osjetljive na ultraljubičasto svjetlo (UV), izvedenih iz ćelija jajnika kineskog hrčka. Odražavajući ovaj metod genetičke komplementacije ukrštenih vrsta, gen je nazvan ukrštajuća komplementacija popravka ekscizijom (engleski Excision repair cross-complementing 1) . Izolovano je više nezavisnih komplementarnih grupa ćelija jajnika kineskog hrčka (CHO)., i ovaj gen je obnovio otpornost na UV zračenje ćelijama komplementarne grupe 1.
Ljudski "ERCC1" gen kodira ERCC1 protein od 297 aminokiselina s molekulskom masom od oko 32.500 daltona.
Geni slični ERCC1 sa ekvivalentnim funkcijama (ortolozi) nalaze se u drugim eukariotskim genomima. Neki od najviše proučavanih genskih ortologa uključuju RAD10 u kvascu koji pupa Saccharomyces cerevisiae, i swi10+ u fisionom kvascu Schizosaccharomyces pombe.
Protein thumb|left|280px|Dijagram ERCC1 sa centralnim i heliks-ukosnica-heliks domenom
Po jedna molekulA ERCC1 i XPF se vežu zajedno, formirajući heterodimer ERCC1-XPF 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.
ERCC4/XPF protein sastoji se od dva konzervirana domena odvojena manje konzerviranim regionom u sredini. N-terminalni region ima homologiju sa nekoliko konzerviranih domena DNK-helikaza, koje pripadaju natporodici II, iako XPF nije DNK-helikaza. The C-terminal region of XPF includes the active site residues for nuclease activity. Većina ERCC1 proteina povezana je na nivou sekvence sa C-terminalom XPF proteina, ali ostaci u domenu nukleaze nisu prisutni. DNK vezujući domen „heli-ukosnica-heliks” 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 dvije podjedinice. Takve nukleaze uključuju, naprimjer, MUS81-EME1 nukleazu.
Aminokiselinska sekvenca Dužina polipeptidnog lanca je 297 aminokiselina, a molekulska težina 32.562 Da.
1020304050 MDPGKDKEGVPQPSGPPARKKFVIPLDEDEVPPGVAKPLFRSTQSLPTVD TSAQAAPQTYAEYAISQPLEGAGATCPTGSEPLAGETPNQALKPGAKSNS IIVSPRQRGNPVLKFVRNVPWEFGDVIPDYVLGQSTCALFLSLRYHNLHP DYIHGRLQSLGKNFALRVLLVQVDVKDPQQALKELAKMCILADCTLILAW SPEEAGRYLETYKAYEQKPADLLMEKLEQDFVSRVTECLTTVKSVNKTDS QTLLTTFGSLEQLIAASREDLALCPGLGPQKARRLFDVLHEPFLKVP
Strukturno-specifična nukleaza thumb|DNK supstrati ERCC1-XPF nukleaze 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 urez u dvolančanu DNK na 5′ strani takvog spoja, udaljenog oko dva nukleotida. Ova specifičnost strukture prvobitno je demonstrirana za RAD10-RAD1, ortologe kvasca ERCC1 i XPF.
Hidrofobni motivi heliks–ukosnica–heliks u C-terminalnim regijama ERCC1 i XPF međusobno djeluju kako bi promovirali dimerizaciju dva proteina. U odsustvu dimerizacije, nema katalitske aktivnosti. 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. Vezivanje DNK posredovano domenima heliks-ukosnica-heliks ERCC1 i XPF domeni pozicioniraju heterodimer na spoju između dvolančane i jednolančane DNK.
Popravak ekscizijom nukleotida
Tokom popravke 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. Tokom NER-a, ERCC1 protein stupa u interakciju sa XPA proteinom kako bi koordinirao DNK i vezivanje proteina.
Popravak dvostrukog lanca DNK
Ćelije sisara s mutantnim ERCC1-XPF umjereno su osjetljivije od normalnih ćelija na agense (kao što je ionizirajuće zračenje) koji uzrokuju dvolančane lomove u DNK. Određeni putevi i popravke homologne rekombinacije i nehomolognog spajanja kraja oslanjaju se na ERCC1-XPF funkciju. Relevantna aktivnost ERCC1–XPF za oba tipa popravka dvolančanog prekida je sposobnost uklanjanja nehomolognih 3′ jednolančanih repova sa krajeva DNK prije ponovnog spajanja. Ova aktivnost je potrebna tokom potputa homologne rekombinacije jednolančanog spajanja. Podrezivanje jednolančanog repa od 3’ je također potrebno u mehanički različitom potputu nehomolognog spajanja krajeva, ovisno o Ku proteinima. Homologna integracija DNK, važna tehnika za genetičku manipulaciju, ovisi o funkciji ERCC1-XPF u ćeliji domaćinu.
Popravak međulančanih umreženih veza DNK
Ćelije sisara koje nose mutacije u ERCC1 ili XPF posebno su osjetljive na agense koji uzrokuju umrežavanje međulančanih DNK. Međulančane poprečne veze blokiraju napredovanje replikacija DNK, a strukture na blokiranim replikacijskim viljuškama DNK pružaju supstrate za cijepanje pomoću ERCC1-XPF. Incizije se mogu napraviti sa obje strane ukrštene veze na jednom lancu DNK kako bi se poprečna veza otkačila i započela popravka. Alternativno, dvolančani prekid može biti napravljen u DNK blizu ICL-a, a naknadna popravka homologne rekombinacije može uključivati djelovanje ERCC1-XPF. Iako nije jedina uključena nukleaza, ERCC1–XPF je neophodna za popravak ICL-a tokom nekoliko faza ćelijskog ciklusa.
Klinički značaj
Cerebro-okulo-facio-skeletni sindrom Prijavljeno je nekoliko pacijenata s teško onesposobljavajućim mutacijama ERCC1 koje uzrokuju cerebro-okulo-facio-skeletni sindrom (COFS). COFS sindrom je rijedak recesivni poremećaj u kojem oboljele osobe prolaze kroz brzi neurološki pad i indikacije ubrzanog starenja. Veoma ozbiljan slučaj takvih mutacija koje onemogućavaju je mutacija F231L u tandemskom domenu heliks-ukosnica-heliks ERCC1 na njegovom interfejsu sa XPF-om. Pokazano je da je ova pojedinačna mutacija veoma važna za stabilnost ERCC1-XPF kompleksa. Ovaj ostatak fenilalanina pomaže ERCC1 da se prilagodi ključnom ostatku fenilalanina iz XPF (F894), a mutacija (F231L) remeti ovu funkciju prilagođavanja. Kao posljedica toga, F894 viri van interfejsa i mutantni kompleks se brže disocira u odnosu na nativni. Životni vijek pacijenata sa takvim mutacijama je često oko 1-2 godine.
Cockayneov sindrom
Jedan pacijent sa Cockayneovim sindromom (CS) tipa II označen kao CS20LO pokazao je homozigotnu mutaciju u egzonu 7 ERCC1, proizvodeći mutaciju F231L.
Relevantnost u hemoterapijama
Mjerenje aktivnosti ERCC1 može biti korisno u kliničkoj medicini raka jer je jedan mehanizam rezistencije na lijekove za hemoterapiju sa platinom u korelacijama s visokom aktivnošću ERCC1. Popravak ekscizijom nukleotida (NER) je primarni mehanizam popravka DNK koji uklanja terapeutske adukte platina-DNK iz DNK tumora. Nivoi aktivnosti ERCC1, koji su važan dio zajedničkog konačnog puta NER-a, mogu poslužiti kao marker općeg protoka NER-a. Ovo je preporučeno za pacijente sa želučanim, jajničnčkim i rakom mokraćne bešike. U raku pluća nemalčih ćelija (NSCLC), hirurški uklonjeni tumori koji ne primaju daljnju terapiju imaju bolje preživljavanje ako su ERCC1-pozitivni nego ako su ERCC1-negativni. Dakle, ERCC1 pozitivnost je povoljan prognostički marker, koji se odnosi na to kako će se bolest odvijati ako se dalje ne liječi. ERCC1-pozitivni NSCLC tumori nemaju koristi od adjuvantne hemoterapija platinom. Međutim, ERCC1-negativni NSCLC tumori, prognostički lošiji bez liječenja, imaju značajnu korist od adjuvantne hemoterapije zasnovane na cisplatinu. Visok ERCC1 je stoga negativan prediktivni marker, koji se odnosi na to kako će reagirati na određeni tip liječenja. U kolorektumskom karcinomu, klinička ispitivanja nisu pokazala prediktivnu sposobnost ERCC1 u liječenju baziranom na oksaliplatinu. Stoga Evropsko društvo za medicinsku onkologiju (ESMO) nije preporučilo testiranje ERCC1 prije upotrebe oksaliplatina u rutinskoj praksi. Genotipizacija ERCC1 kod ljudi pokazala je značajan polimorfizam kodona 118. Ovi polimorfizmi mogu imati različite efekte na oštećenje platine i mitomicina.
Nedostatak kod kancera
Ekspresija proteina ERCC1 je smanjena ili odsutna u 84% do 100% slučajeva kolorektumskog karcinoma, a prijavljeno je da je niža ekspresija ERCC1 povezana s nepovoljnom prognozom kod pacijenata koji su podvrgnuti liječenju oksaliplatinom. Promotor ERCC1 je metiliran u 38% glioma, što rezultira smanjenom ekspresijom iRNK i ekspresije proteina. Promotor ERCC1 bio je lociran u DNK 5 kilobaza uzvodno od regiona koji kodira protein. Učestalost epigenetičkog smanjenja devet drugih gena za popravku DNK procijenjena je kod različitih karcinoma i kreće se od 2% (OGG1 kod papilarnog karcinoma štitnjače) do 88% i 90% (MGMT kod karcinoma želuca i debelog crijeva. Dakle, smanjenje ekspresije proteina ERCC1 u 84% do 100% karcinoma debelog crijeva ukazuje da je smanjeni ERCC1 jedno od najčešćih smanjenja proizvoda gena za popravak DNK uočeno kod raka. Čini se da je nedostatak ekspresije proteina ERCC1 rani događaj u karcinogenezi, debelog crijeva, budući da je otkriveno da ERCC1 nedostaje u 40% kripta unutar 10 cm sa svake strane debelog crijeva adenokarcinoma (unutar ranih defekata polja iz kojih su kanceri vjerovatno nastali).
Kadmij (Cd) i njegovi spojevi su dobro poznati ljudski kancerogeni. Tokom Cd-indukovane maligne transformacije, promotorski regioni ERCC1, kao i hMSH2, XRCC1 i hOGG1, bili su jako metilirani i i RNK i proteini ovih gena za popravku DNK su progresivno smanjeni. Oštećenje DNK se također povećalo sa transformacijom izazvanom kadmijem. Smanjenje ekspresije proteina ERCC1 u progresiji do sporadičnog karcinoma nije verovatno zbog mutacije. Dok mutacije zametne linije (porodične) u genima za popravak DNK uzrokuju visok rizik od raka (pogledajte naslijeđeno oštećenje popravka DNK povećava rizik od raka), somatske mutacije u Geni za popravku DNK, uključujući ERCC1, javljaju se samo na niskim nivoima kod sporadičnih (neporodičnih) karcinoma.