MRN複合体

MRN複合体（酵母ではMRX複合体）は、Mre11、Rad50、およびNbs1（ヒトではニブリン^[1]、酵母ではXrs2としても知られる）からなるタンパク質複合体である。真核生物では、MRN/X複合体は、相同組換えまたは非相同末端結合による修復前の二本鎖DNA切断の初期処理において重要な役割を果たしている。MRN複合体は、in vitroおよびin vivoの両方で二本鎖切断に熱心に結合し、非相同末端結合による修復前に切断末端をつなぎとめたり、相同組換えによる修復前にDNA末端切除を開始したりする働きがある。MRN複合体は、DNA損傷に反応してチェックポイントキナーゼATMを活性化することにも関与している。 ^{[2] [3]} Mre11エンドヌクレアーゼ活性による短い一本鎖オリゴヌクレオチドの生成は、MRN複合体によるATM活性化に関与している。^[4]

MRN複合体は主に真核生物で研究されてきた。しかし、最近の研究では、この複合体の3つのタンパク質成分のうち2つ、Mre11とRad50は現存する原核古細菌でも保存されていることがわかっている。^[5] この発見は、真核生物のMRN複合体の主要成分が古細菌から進化的に派生したものであることを示唆している。古細菌Sulfolobus acidocaldariusでは、Mre11タンパク質はRad50タンパク質と相互作用し、ガンマ線照射によって実験的に導入されたDNA損傷の修復に積極的な役割を果たしていると思われる。 ^{[6]同様に、真核原生生物}テトラヒメナ の​​減数分裂中、Mre11はDNA損傷（この場合は二本鎖切断）の修復に必要であり、^[7]このプロセスでは相同組み換えが関与している可能性が高い。

真核生物では、MRN複合体（そのサブユニットの協力を通じて）は、二本鎖DNA切断の修復過程の多くの段階で重要な役割を果たしていることが判明している。具体的には、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（すなわち、相同組み換えまたは非相同末端結合による）、DNA分子の再構築を開始するためのメカニズムの提供（主に、切断された染色体の末端の空間的並置による）。^{[8]初期検出は、Nbs1 [9]}とMRE11 の両方によって制御されていると考えられている。^[10] 同様に、細胞周期チェックポイントの調節は、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、その経路はNbs1 ^[11]とMRE11の両方に依存している。^[10] MRE11単独では修復経路の選択に寄与することが知られていますが、^[12] MRE11とRad50は協力してDNA分子を空間的に整列させます。Rad50は2つの線状DNA分子をつなぎ合わせます^[13] MRE11は壊れた染色体の末端に結合して整列を微調整します。^[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重鎖切断として認識されるのを防ぎます。MRNは、主にシェルタリン複合体の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は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、ヒトのテロメア末端のGオーバーハングの長さを大幅に短縮することが示されており、^[17]これにより、いわゆるTループの適切な形成が阻害され、テロメア全体が不安定化します。癌細胞におけるテロメアの代替延長（ALT）メカニズムによるテロメアの延長も、MRN、特にNbs1サブユニットに依存してい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。

MRE11の変異は、毛細血管拡張性運動失調症様疾患（ATLD）の患者で確認されている。^[19] RAD50の変異は、ナイメーヘン切断症候群様疾患（NBSLD）に関連している。^[20] MRN複合体のヒトNbs1サブユニットをコードするNBN遺伝子の変異は、ナイメーヘン切断症候群の原因である。^[21] これら3つの疾患はすべて、DNA損傷応答の障害および電離放射線に対する細胞感受性の増大に関連する染色体不安定性症候群のグループに属している。^[22]

MRN複合体のがん発生における役割は、その生物学的機能と同じくらい多様です。MRN複合体は二本鎖DNA切断を監視し、修復の合図を送りますが、それ自体が発がん性の遺伝子変異の原因である可能性があり^[23]、 MRNが正常な細胞の恒常性において保護効果を発揮することを示唆しています。しかし、MRN複合体サブユニットの上方制御は、非悪性体細胞と比較した場合、特定のがん細胞株で文書化されており^[24]、一部のがん細胞がMRNの過剰発現に依存するようになったことを示唆しています。腫瘍細胞は非悪性細胞と比較して有糸分裂率が高いため、これはまったく予想外のことではありません。DNA複製率の増加には、MRN複合体の核レベルの増加が必要であると考えられます。しかし、MRN自体が発がん、転移、および全体的ながんの攻撃の要素であるという証拠が増えています。

マウスモデルでは、 MRNのNbs1サブユニットのみの変異（ヒトのナイメーヘン破壊症候群の表現型類似体を生成する）では腫瘍形成は起こらなかった。しかし、変異Nbs1を持ち、かつp53腫瘍抑制遺伝子も欠損しているダブルノックアウトマウスでは、p53野生型コントロールよりも有意に早期に腫瘍発現が見られた。^[25] これは、Nbs1変異自体が腫瘍形成に十分であることを意味しており、コントロールにおける悪性腫瘍の欠如は、Nbs1変異の良性ではなく、p53の活性に起因すると思われる。延長研究では、 Nbs1変異マウスでp53抑制と相まってB細胞リンパ腫およびT細胞リンパ腫が増加することが確認されており、リンパ腫形成におけるp53不活性化の可能性を示唆しており^[26] 、これはNBS患者でより頻繁に発生する。^{[27] [28]様々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こと^ができるp16INK4a腫瘍抑制タンパク質のレベルの3倍の増加とも関連している。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る。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で、腫瘍形成に対する保護効果が得られることを示唆している。

遺伝子組み換えヒト乳がん（MCF7）および骨がん（U2OS）細胞株におけるMRE11発現の抑制は、これらの細胞の移動能力の低下をもたらし、 ^[29] MRNががんの転移拡散を促進する可能性があることを示している。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の低下は、これらのMRE11ノックダウン細胞で同時に起こった^{[30] 。同様に、ヒト}頭頸部扁平上皮がん（HNSCC）サンプルにおけるNbs1の過剰発現は、それ自体ががんの転移に重要な役割を果たす上皮間葉転換（EMT）を誘導することが示され^[31] 。 同じ研究で、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、腫瘍細胞の転移拡散とMRN発現レベルの間に正の相関関係があるという証拠を示した。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、過剰発現した MRN と内因性 (EMT 遷移) および外因性 (ECM 構造) の細胞移動メカニズムの両方との関連を介して、腫瘍転移を媒介する役割を果たしていることが示唆されます。

がん細胞はほぼ普遍的に上方制御されたテロメア維持機構を有し^[32]、それが無限の複製能を可能にしている。テロメア維持におけるMRN複合体の生物学的役割は、MRNとがん細胞の不死を関連付ける研究を促した。ヒト頭頸部扁平上皮癌（HNSCC）細胞株では、Nbs1遺伝子（MRN複合体全体の発現を下方制御する）を破壊すると、これらの細胞でテロメア長が短縮し、致死的なDNA損傷が持続する。^[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） の治療と組み合わせると、これらの細胞はテロメア長がさらに短縮し、さまざまな頭頸部扁平上皮癌（HNSCC）細胞株を移植したマウスモデルを用いて、in vitroおよびin vivoの両方で腫瘍細胞の増殖が停止した。 PARPi単独の治療はBRCA変異癌細胞株でアポトーシスを誘導することが知られていますが、 ^[34]この研究では、MRNのダウンレギュレーションによりBRCA感受性細胞（BRCA変異を持たない細胞）がPARPi治療に対して感受性になり、腫瘍の攻撃性を制御するための代替手段を提供できることが示されています。

MRN複合体は、化学療法や放射線治療のDNA損傷効果に対する癌幹細胞の不応性に寄与するいくつかの経路にも関与しており、^[35]これが全体的な腫瘍の攻撃性の原因となっている。具体的には、MRN阻害剤ミリン（MRE11を阻害する）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わかっている。 ^{[36]このチェックポイントの喪失は、癌幹細胞の致死的な遺伝子損傷を修復する能力を奪い、DNAを損傷する治療薬に対して脆弱になる。同様に、頭頸部扁平上皮癌細胞における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、それ自体がアポトーシスを減少させることで腫瘍の攻撃性に寄与することが示されている。^[37] 全体的に、癌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です。

• 相同組換え
• ＭＲＥ１１Ａ
• ラド50