MRN複合体

真核生物では、MRN複合体（そのサブユニットの協調作用により）は、二本鎖DNA切断の修復プロセスの多くの段階において重要な役割を担っていることが確認されている。すなわち、損傷の初期検出、修復を可能にするための細胞周期の停止、特定の修復経路の選択（相同組換えまたは非相同末端結合による）、およびDNA分子の再構築を開始するメカニズムの提供（主に切断された染色体の末端の空間的並置による）である。^{[ 8 ]初期検出は、Nbs1 [ 9 ]とMRE11 [ 10 ]}の 両方によって制御されていると考えられている。 同様に、細胞周期チェックポイント制御は、最終的にはATMキナーゼのリン酸化活性によって制御され、これはNbs1 ^{[ 11 ]}とMRE11の両方に依存する経路である。 ^{[ 10 ]} MRE11単独でも修復経路の選択に寄与することが知られているが、^{[ 12 ]} MRE11とRad50は協力してDNA分子を空間的に整列させる。Rad50は2つの線状DNA分子を繋ぎ合わせ^{[ 13 ]}、MRE11は切断された染色体の末端に結合することで整列を微調整する。^{[ 14 ]}

テロメアは、複製中に線状染色体の末端の完全性を維持し、DNA修復機構によって二本鎖切断として認識されないように保護します。MRNは、主にシェルテリン複合体のTERF2タンパク質との結合を介してテロメアの維持に関与しています。^{[ 15 ]} 追加の研究では、Nbs1がテロメラーゼによるテロメア伸長に必要な構成タンパク質であることが示唆されています。^{[ 16 ]} さらに、MRNのノックダウンは、ヒトテロメア末端のGオーバーハングの長さを大幅に減少させることが示されており、^{[ 17 ]}これは、いわゆるTループの適切な形成を阻害し、テロメア全体を不安定化させる可能性があります。がん細胞におけるテロメアの代替伸長（ALT）機構によるテロメア伸長も、MRN、特にNbs1サブユニットに依存することが示されています。^{[ 18 ]} これらの研究を総合すると、MRNはテロメアの長さと完全性の両方の維持に重要な役割を果たしていることが示唆されます。

マウスモデルでは、 MRNのNbs1サブユニットの変異のみ（ヒトのナイメーヘン染色体不安定症候群の表現型類似体を生み出す）では腫瘍形成は起こらなかった。しかし、Nbs1に変異があり、かつp53腫瘍抑制遺伝子も欠損している二重ノックアウトマウスでは、p53野生型対照群よりも有意に早く腫瘍が発生した。^{[ 25 ]} これは、Nbs1変異自体が腫瘍形成に十分であることを示唆している。対照群で悪性腫瘍が見られなかったのは、Nbs1変異の良性ではなく、p53の活性によるものと思われる。拡張研究では、Nbs1変異マウスでp53抑制と相まってB細胞およびT細胞リンパ腫が増加することが確認され、リンパ腫形成におけるp53不活性化の可能性が示唆されている。 ^{[ 26 ]}これはNBS患者でより頻繁に起こる。^{[ 27 ] [ 28 ]}さまざまなヒト癌細胞株におけるMRE11 のノックダウンは、細胞老化を誘導し、その後腫瘍細胞の増殖を停止させる能力を持つp16INK4a腫瘍抑制タンパク質のレベルが 3 倍に増加することとも関連付けられています^{[ 29 ]。}これは主に、 MRE11によるp16INK4プロモーター遺伝子のメチル化の結果であると考えられています。これらのデータは、MRN の完全性と正常な発現レベルを維持することが、腫瘍形成に対する保護効果をもたらすことを示唆しています。

遺伝子操作されたヒト乳がん（MCF7）および骨がん（U2OS）細胞株におけるMRE11発現の抑制は、これらの細胞の遊走能力の低下をもたらしており^{[ 29 ]} 、 MRNががんの転移性拡散を促進する可能性があることを示唆している。浸潤と転移を促進することが知られているMMP-2およびMMP-3マトリックスメタロプロテアーゼの発現低下^{[ 30 ]}は、これらのMRE11ノックダウン細胞で同時に発生した。同様に、ヒト頭頸部扁平上皮癌（HNSCC）サンプルにおけるNbs1の過剰発現は、上皮間葉転換（EMT）を誘導することが示されており、EMT自体ががん転移において重要な役割を果たしている^{[ 31 ]} 。 この同じ研究では、Nbs1レベルは原発腫瘍のサンプルよりも二次腫瘍サンプルで有意に高く、腫瘍細胞の転移性拡散とMRN発現レベルとの間に正の相関があることの証拠を提供している。これらのデータを総合すると、MRNの3つのサブユニットのうち少なくとも2つが腫瘍転移の媒介に役割を果たしており、おそらく過剰発現したMRNと内因性（EMT移行）および外因性（ECM構造）の細胞移動メカニズムとの関連を介していることが示唆される。

がん細胞はほぼ例外なくテロメア維持機構が亢進しており^{[ 32 ]}、これにより無限の複製能力を獲得している。テロメア維持におけるMRN複合体の生物学的役割は、MRNとがん細胞の不死化を結びつける研究を促してきた。ヒトHNSCC細胞株では、Nbs1遺伝子（MRN複合体全体の発現を低下させる）の破壊により、これらの細胞でテロメア長が短縮し、持続的な致死的なDNA損傷が生じた^{[ 33 ]} 。PARP（ポリ（ADP-リボース）ポリメラーゼ）阻害剤（PARPiとして知られる） による治療と組み合わせると、これらの細胞ではテロメア長がさらに大きく短縮し、様々なHNSCC細胞株を移植したマウスモデルを用いたin vitroおよびin vivoの両方で腫瘍細胞の増殖が停止した。 PARPi単独による治療はBRCA変異癌細胞株にアポトーシスを誘導することが知られているが^{[ 34 ]} 、本研究ではMRNのダウンレギュレーションがBRCA機能細胞（BRCA変異を持たない細胞）をPARPi治療に感受性にすることができ、腫瘍の悪性度を制御する代替手段となることを示している。

MRN複合体は、がん幹細胞が化学療法や放射線治療のDNA損傷効果に対して感受性を示さない原因となるいくつかの経路にも関与していることが示唆されており^{[ 35 ]}、これは腫瘍全体の悪性度の原因となっている。具体的には、MRN阻害剤であるミリン（MRE11を阻害）は、二本鎖DNA切断の修復に必要なG2-M DNA損傷チェックポイントを制御するATMキナーゼの能力を阻害することが示されている^{[ 36 ]} 。このチェックポイントの喪失により、がん幹細胞は致死的な遺伝子損傷を修復する能力を失い、DNA損傷治療薬に対して脆弱になる。同様に、HNSCC細胞におけるNbs1の過剰発現は、 PI3K/AKT経路 の活性化の増加と相関しており、この経路自体がアポトーシスを減少させることで腫瘍の悪性度に寄与することが示されている。^{[ 37 ]} 総じて、がん細胞は、現代の化学療法や放射線療法に対する耐性を獲得するために、DNA損傷に対するMRNのシグナル伝達と修復能力に依存しているように見える。