MDC1

A MDC1 (proteína mediadora do punto de control de danos no ADN 1) é unha proteína de 2080 aminoácidos de longo que nos humanos está codificada no xene MDC1 situado no brazo curto (p) do cromosoma 6^[1][2][3] A proteína MDC1 é un regulador dos puntos de control do ciclo celular intra-fase S e G2/M e recruta proteínas de reparación no sitio dos danos no ADN. Está implicada en determinar a supervivencia celular en asociación coa proteína supresora de tumores p53. Esta proteína tamén ten o nome de Factor nuclear con dominio BRCT 1 (NFBD1).

PDB 2ado
Identificadores
Símbolo	MDC1
Símbolos alt.	NFBD1, mediator of DNA damage checkpoint 1
Entrez	9656
RefSeq	NP_055456
UniProt	Q14676
Outros datos
Locus	Cr. 6 6p21.33(30.7 – 30.72 Mb)

Función

Papel na resposta aos danos no ADN

O xene MDC1 codifica a proteína nuclear MDC1, que parte da vía de resposta aos danos no ADN (DDR), o mecanismo por medio do cal as células eucariotas responden aos danos no ADN, concretamente ás roturas de dobre febra (DSB) no ADN que son causadas pola radiación ionizante ou clastóxenos químicos.^[4] A DDR das células de mamíferos está a cargo de quinases e factores mediadores/adaptadores.^[5] Nas células de mamíferos a DRR é unha rede de vías formadas por proteínas que funcionan como quinases ou mediadores/adaptadores que recrutan as quinasas nas súas dianas de fosforilación, estes factores funcionan xuntos para detectar os danos no ADN, e sinalizan o mecanismo de reparación e activan os puntos de control do ciclo celular.^[5] O papel da MDC1 na DDR é funcionar como proteína mediadora/adaptadora mediando un complexo doutras proteínas da DDR no sitio dos danos no ADN^[5] e repara ditos danos por medio do seu dominio PST.^[6]

Cando unha célula se expón a radiación ionizante, a súa cromatina pode quedar danada pola formación de roturas de dobre febra, o que desencadea a DDR que empeza polo recrutamento polo complexo MRN da quinase ATM nas histonas expostas H2AX do ADN danado. A ATM fosforila o C-terminal da histona H2AX (as histonas H2AX fosforiladas nótanse xeralmente como γH2AX), e convértese nunha bandeira epixenética que anuncia o sitio onde se produciu o dano no ADN. O dominio SDT da proteína MDC1 é fosforilado pola caseína quinase 2 (CK2), o que lle permite unirse a outro complexo MRN, a proteína MDC1 pode percibir os danos no ADN ao unirse á bandeira γH2AX polo seu dominio BRCT e trae o complexo MRN unido ao sitio do ADN danado e facilita o recrutamento e retención doutra quinase ATM. A segundo quinase ATM fosforila o dominio TQXF da MDC1, o cal permite que esta recrute a E3 ubiquitina ligase RNF8, que ubiquitinará as histonas preto da rotura de dobre febra, o cal inicia ulteriores ubiquitinacións da cromatina situada arredor do sitio do dano feitas por outros factores da DDR. Esta agregación de factores da DDR e a concentración de histonas fosforiladas e ubiquitinadas denomínase focos de danos no ADN ou focos inducidos por radiación ionizante^[5] e o principal papel da MDC1 é coordinar a creación destes focos de danos no ADN. Esta proteína cómpre para activar os puntos de control do ciclo celular intra-fase S e fase G2/M en resposta aos danos no ADN.

Papel na apoptose

A MDC1 ten propiedades antiapoptóticas ao inhibir directamente a actividade apoptótica da proteína supresora de tumores p53. Os danos no ADN poden inducir a apoptose cando a quinase ATM e Chk2 fosforilan p53 nos seus residuos Ser-15 e Ser-20, o cal activa p53 e estabilízao ao permitir que se disocie da E3 ubiquitina proteína ligase MDM2.^[7] A MDC1 pode executar a súa actividade antiapoptótica inhibindo p53 de dúas maneiras. A MDC1 pode unirse ao N-terminal de p53 por medio do seu dominio BRC1, o cal bloquea o dominio de transactivación de p53. A MDC1 pode tamén inactivar p53 reducindo os niveis de fosforilación dos residuos serina-15 de p53 necesarios para a actividade apoptótica de p53. Estudos feitos en liñas de cancro de pulmón (células A549) mostraron un incremento na apoptose en resposta a axentes xenotóxicos cando os niveis da proteína MDC1 foron reducidos con ARN interferente pequeno.^[7]

Perda da proteína MDC1

A inhibición ou perda da proteína MDC1 en estudos feitos con ARN interferente pequeno en células humanas ou estudos de knockout de xenes en ratos mostraron varios defectos tanto a nivel celular coma de organismo. Os ratos carentes de MDC1 son máis pequenos, teñen machos infértiles, son radiosensibles e son máis susceptibles aos tumores. As células de rato con knockout para MDC1 e as células humanas silenciadas eran radiosensibles, non conseguían iniciar os puntos de control do ciclo celular intra-fase S e G2/M, non formaban focos inducidos por radiación ionizante, tiñan unha escasa fosforilación feita por quinases da DRR (ATM, CHK1, CHK2), e presentabn defectos na recombinación homóloga. As células humanas con silenciamento de MDC1 tamén mostraban unha integración de plásmidos aleatoria, unha apoptose reducida, e unha mitose máis lenta.^[5]

Interaccións

MDC1 presenta interaccións con:

• APC/C,
• ATM,
• CHEK2,^[8]
• γH2AX,
• H2AFX,^[2][9]
• MRE11A,^[9]
• NBS1,
• RAD51,
• RNF8,
• TOPOα,
• p53, e
• MDM2

MDC1 tamén se une a ARNm ou ARN poliadenilado no núcleo.^[10]

Estrutura da proteína

A proteína MDC1 contén os seguintes dominios ordenados desde o extremo N-terminal ao C-terminal:

• Dominio asociado a forkhead (FHA), dominio N-terminal situado entre os residuos de aminoácidos 54 e 105
• SDT (ou SDTD). Este dominio está localizado entre os aminoácidos 218 e 460.
• TQXF. Este dominio está localizado entre os aminoácidos 699 e 768.
• PST. Este dominio encóntrase entre os residuos de aminoácidos 114 e 1662.
• Dominio BRCA 1 C-terminal (BRCT), situado entre os aminoácidos 1891 e 2082.

Dominio FHA

A diferenza dos dominios FHA doutros factores DRR, o dominio FHA da MDC1 non está ben caracterizado. Está implicado na reparación de roturas de dobre febra, nos puntos de control intra-fase S e G2/M, pero o seu mecanismo específico non se coñece. O dominio FHA non ten supostos factores que interaccionen con MDC1-FHA, como a ATM, CHK2 e RAD51.^[5]

Dominio SDT

Cando o dominio SDT se fosforila pode unirse ao complexo MRN (composto por MRE11/RAD50/NBS1)^[11] e é responsable de manter asociado o complexo MRN coas roturas de dobre febra da cromatina.^[12][13][14] Este dominio, xunto co NBS1 do complexo MRN, é necesario para a activación dos puntos de control do ciclo celular da intra-fase S e G2/M, aínda que o seu papel nos mecanismos moleculares do funcionamento dos puntos de control non foi aínda dilucidado.^[5]

Dominio TQXF

Este dominio caracterízase por ter catro treonina-glutamina seguida dunha fenilalanina na posición 3+.^[5] A ATM fosforila este dominio permitíndolle que se una a RNF8, unha E3 ubiquitina ligase. Este acoplamento MDC1/RNF8 facilita despois o recrutamento doutros factores da DDR como RNF168, 53BP1 e BRCA1.^[5] TQXF é importante para o paso correcto polo punto de control G2/M, pero o mecanismo molecular por medio do cal MDC1 e RNF8 regulan o punto de control G2/M aínda non se coñece.

Dominio PST

O dominio PST está composto de repeticións dun motivo prolina-serina-treonina. Este dominio xoga un papel na reparación do ADN por recombinación homóloga e unión de extremos non homólogos, pero o mecanismo polo que facilita a reparación do ADN danado non se coñece.^[6]

Dominio BRCT

O dominio BRCT de MDC1 únese directamente ás γH2AX da cromatina danada. O dominio BRCT crea un pregamento α/β, que se estende desde o C-terminal da MDC1 a través dunha rexión de enlace. Únese preferencialmente a residuos de serina fosforilados seguidos de ácido glutámico e tirosina, motivo que se encontra nas γH2AX.^[15] Este dominio tamén se une ao complexo promotor da anafase (APC/C), que é unha E3 ubiquitina ligase, que degrada as ciclinas.^[16] O dominio BRCT está implicado na regulación do punto de control de descatenación ao final da replicación ao unirse a Topo IIα e isto detén a célula na fase do ciclo G2 ata que a febra de cromatina irmá se separa completamente.^[17] O dominio BRCT tamén interactúa co supresor de tumores p53 e inhibe p53 ao bloquear o seu dominio de transactivación, e tamén axuda á inactivación por MDM2 de p53.^[7]

Regulación

A MDC1 é regulada á baixa indirectamente polo oncoxene AKT1. O AKT1 activa a expresión do microARN-22 (miR-22) que ten como diana o extremo 3' do ARNm de MDC1, inhibindo a súa tradución. A sobreexpresión anormal de AKT1, que se onbserva en varios cancros como os de mama, pulmón e próstata, ten como resultado a redución da produción de MDC1 e a subseguinte desestabilización do xenoma e o incremento da tumoroxenicidade.^[18]

Papel no cancro

A MDC1 é un suposto supresor de tumores. Os estudos de knockout en ratos mostran un incremento no desenvolvemento de tumores cando se perde MDC1. A redución dos niveis da proteína MDC1 observouse nun gran número de cancros de mama e de pulmón.^[19][20] Diversos estudos en varias lñas celulares humanas, incluíndo a liña de carcinoma de pulmón humano célula A549,^[7] múltiples liñas celulares de cancro esofáxico (TE11, YES2 ,YES5),^[21] e liñas de cancro de cervix uterino (HeLa, SiHa e CaSki)^[22] mostraron un incremento da sensibilidade a fármacos anticancerosos (adriamicina e cisplatino), cando os niveis endóxenos da proteína MDC1 foron sometidos a knockdown con ARN interferente pequeno. Debido á implicación de MDC1 en varias vías que están a miúdo alteradas nas células cancerosas, como os puntos de control do ciclo celular, as roturas de dobre febra, e o supresor de tumores p53, os tratamentos do cancro que teñen como diana MDC1 teñen a potencialidade de ser uns potentes radiosensibilizadores e quimiosensibilizadores.