La ubiquitinación de Fancd2 recluta Fan1 a las horquillas de replicación detenidas para prevenir la inestabilidad genómica

 

Alberto Moreno de la Gándara

Centre for Gene Regulation and Expression, College of Life Sciences, University of Dundee, Reino Unido

La anemia de Fanconi es una enfermedad autosómica recesiva que entre otros síntomas presenta defectos en la reparación del daño por entrecruzamiento entre las cadenas del ADN, problema que provoca que las dos cadenas no puedan ser separadas durante los procesos de replicación y transcripción (Auerbach AD, 2009). Esta vía de reparación está compuesta de 19 genes, y la mutación en cualquiera de ellos es la causa de esta enfermedad. Además de esto, la monoubiquitinación de Fancd2 en la lisina 561 (Fancd2-Ub) es esencial para la reparación de este tipo de daño, pero los mecanismos son aún desconocidos (Kim H, D’Andrea AD, 2012). La nucleasa Fan1 es reclutada a los sitios donde se ha producido este tipo de daño durante la fase S del ciclo celular a través de su interacción con Fancd2-Ub (Mackay C et al., 2010).

Recientemente, se ha demostrado que mutaciones en Fan1 no conllevan la adquisición del fenotipo de la anemia de Fanconi, aunque en cambio, se ha comprobado que estas mutaciones provocan la adquisición de nefritis intersticial cariomegálica (KIN), lo que sugiere que Fan1 y Fancd2 tienen un papel diferente en la reparación de los entrecruzamientos entre cadenas del ADN (Zhou W et al, 2012).

En este trabajo se ha demostrado que la mutación de Fan1 en el dominio UBZ de interacción con Fancd2, no supone la pérdida de la capacidad de reparación de los entrecruzamientos entre cadenas del ADN. Sin embargo, estos mutantes muestran unos niveles elevados de mutaciones cromosómicas en respuesta a agentes que provocan estrés durante la replicación del ADN como la hidroxiurea. Estos datos sugieren que Fan1 actúa a nivel del control de las horquillas de replicación durante la duplicación del ADN además de estar implicado en la reparación del daño provocado por los enlaces cruzados. Células deficientes de Fancd2 muestran datos similares a nivel de acumulación de mutaciones cromosómicas en respuesta a estrés durante la replicación del ADN, sin mostrar complementación al usar un mutante en el dominio de ubiquitinación. Las células deficientes en Fan1 y Fancd2 presentan los mismos niveles de daño que los mutantes individuales, apoyando la idea de que la interacción entre estas dos proteínas es necesaria para prevenir la acumulación de mutaciones cromosómicas en condiciones de estrés en la replicación del ADN.

Mediante la utilización de ensayos de análisis de fibras de ADN se demuestra que la interacción entre Fan1 y Fancd2-Ub contribuye a la estabilización de las horquillas de replicación, actuando como guardianes del proceso de replicación. En situaciones de estrés durante la replicación del ADN, el complejo formado por Fancd2-Ub y Fan1 actuaría reconociendo estas estructuras dañadas, cortando y contribuyendo a su posterior reparación. Estos datos sugieren que la interacción y la actividad nucleasa de Fan1 son necesarias para prevenir inestabilidad cromosómica cuando hay problemas con las horquillas de replicación, y este efecto es independiente a la reparación de los entrecruzamientos de las cadenas de ADN.

Inestabilidad genómica. Imagen cortesía de Alberto Moreno, Centre for Gene Regulation and Expression, College of Life Sciences, University of Dundee, Reino Unido.

El complejo formado por Fancd2-Ub y Fan1 es necesario para el mantenimiento de la estabilidad del genoma. Mediante el estudio de análisis de fibras de ADN se ha determinado que la interacción entre estas dos proteínas es necesaria para mantener la estabilidad de las horquillas de replicación y el control del proceso de duplicación del ADN con el fin de evitar la acumulación de mutaciones cromosómicas. Imagen cortesía de Alberto Moreno, Centre for Gene Regulation and Expression, College of Life Sciences, University of Dundee, Reino Unido.

La mutación de Fan1 también ha sido asociada con predisposición a formar tumores en ratones. En un 85% de los casos los ratones desarrollaron tumores, principalmente linfomas y carcinomas de pulmón. La mutación M50R de Fan1 se asocia con un alto riesgo de sufrir cáncer de páncreas en humanos (Smith AL et al, 2016), y este mutante presenta deficiencias en el control del progreso de las horquillas de replicación y acumulación de mutaciones cromosómicas. Por tanto, estos datos sugieren que Fan1 actúa como un supresor tumoral a través de su dominio nucleasa.

En resumen, nuestro trabajo publicado recientemente en Science muestra que la interacción entre Fancd2-Ub y Fan1 es necesaria para la protección del ADN y de este modo evitar la acumulación de mutaciones cromosómicas. Además, estos descubrimientos proporcionan un nuevo papel de Fan1 como supresor tumoral, necesario para el mantenimiento de la estabilidad del genoma.

Referencia:

Ubiquitinated Fancd2 recruits Fan1 to stalled replication forks to prevent genome instability. Science. 2016 Jan 21. doi: 10.1126/science.aad5634

Christophe Lachaud1, Alberto Moreno2, Francesco Marchesi3, Rachel Toth1, J. Julian Blow2, John Rouse1*

1 MRC Protein Phosphorylation and Ubiquitination Unit, College of Life Sciences, University of Dundee, Dundee DD1 5EH, UK.

2 Centre for Gene Regulation and Expression, College of Life Sciences, University of Dundee, Dundee DD1 5EH, UK

3 School of Veterinary Medicine, College of Medical, Veterinary and Life ScIences, University of Glasgow, UK

 Bibliografía:

Auerbach AD. Fanconi anemia and its diagnosis. Mutat Res. 2009 Jul 31;668(1-2):4-10. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2009.01.013.

Kim H, D’Andrea AD. Regulation of DNA cross-link repair by the Fanconi anemia/BRCA pathway. Genes Dev. 2012 Jul 1;26(13):1393-408. doi:10.1101/gad.195248.112.

MacKay C, et al. Identification of KIAA1018/FAN1, a DNA repair nuclease recruited to DNA damage by monoubiquitinated FANCD2. Cell. 2010 Jul 9;142(1):65-76. doi: 10.1016/j.cell.2010.06.021.

Zhou W, et al. FAN1 mutations cause karyomegalic interstitial nephritis, linking chronic kidney failure to defective DNA damage repair. Nat Genet. 2012 Jul 8;44(8):910-5. doi: 10.1038/ng.2347.

Smith AL, et al. Candidate DNA repair susceptibility genes identified by exome sequencing in high-risk pancreatic cancer. Cancer Lett. 2016 Jan 28;370(2):302-12. doi: 10.1016/j.canlet.2015.10.030.

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