DNA zədələnməsinə cavab (DDR) genləri nədir? Xərçəngdə əhəmiyyəti və HR genlərindən fərqləri

Bədənimizdə təxminən 37 trilyon insan hüceyrəsi var və eritrositlər, yəni qırmızı qan hüceyrələri istisna olmaqla, bütün hüceyrələr DNA molekulunu daşıyır. DNA həyatın əsas təlimatlarını ehtiva edir və müxtəlif xarici və daxili amillərin təsirindən daim zədələnir. Həyatın kodunu daşıdığı üçün DNA-nın bu zədələrdən qorunması və təmiri həyati əhəmiyyət daşıyır.

DNA niyə zədələnir?

DNA-nın zədələnməsinin bir çox səbəbi var. Bunlara ətraf mühit amilləri, həyat tərzi, piylənmə, hüceyrə metabolizmi prosesləri, başda siqaret olmaqla kimyəvi maddələr və radiasiya daxildir. Məsələn:

• Hüceyrə prosesləri: DNA replikasiyası (surətinin çıxarılması) və hüceyrə bölünməsi zamanı yaranan səhvlər DNA zədələnməsinə səbəb ola bilər. Hüceyrə nə qədər çox bölünürsə, səhvlərə bir o qədər açıq olur. Ən çox bölünən hüceyrələrimiz epitel və qan kök hüceyrələridir. Epitel hüceyrələri süd vəzi və bağırsaq sistemi xərçəngləri, qan kök hüceyrələri isə leykemiya və limfomalarla əlaqəlidir. Yaşlandıqca bu bölünmə prosesi ilə əlaqəli DNA səhvləri toplanır və ya kifayət qədər təmir edilmir; buna görə yaşlılıq xərçəng üçün ən mühüm risk amilidir.
• Sərbəst radikallar: Hüceyrə metabolizmi zamanı yaranan sərbəst radikallar DNA-nı oksidləşdirici zədələnməyə məruz qoya bilər. Piylənmənin hüceyrə metabolizmi vasitəsilə daha çox oksidləşdirici zədələnmə yaratdığı düşünülür.
• Kimyəvi maddələr: Siqaret tüstüsündəki və ya bəzi sənaye kimyəvi maddələri DNA molekullarını zədələyə bilər.
• Ultrabənövşəyi şüalar: Günəş işığının ultrabənövşəyi (UV) komponenti DNA-dakı əsasların dimerləşməsinə səbəb ola bilər.
• Radiasiya: Radioterapiya kimi tibbi müalicələr və ya radioaktiv maddələr DNA-nı zədələyə bilər.

DNA və təmir mexanizmləri

DNA-nın bütövlüyünü qorumaq üçün orqanizmin müxtəlif DNA təmir mexanizmləri var. Bunlar DNA zədəsini aşkarlayır, zədələnmiş sahəni təmir edir və genetik məlumatın düzgün qorunmasını təmin edir. Təmir mexanizmlərinə homoloji rekombinasiya (HR), nukleotid eksiziyasının təmiri və baz eksiziyasının təmiri kimi proseslər daxildir. Aziz Sancar nukleotid eksiziyasının təmirinə dair kəşflərinə görə kimya üzrə Nobel mükafatına layiq görülmüşdü.

DDR genləri nədir?

DNA zədələnməsinə cavab (DDR= DNA damage response) genləri hüceyrələrin DNA zədələnməsinə verdiyi bioloji reaksiyaları tənzimləyən genlər qrupudur. Bunlar DNA molekulundakı zədələri aşkarlayan, zədənin yayılmasının qarşısını alan və təmir proseslərini başladan mexanizmləri əhatə edir. DDR genləri hüceyrələrin genetik materialını qoruyaraq hüceyrə tsiklinə nəzarəti təmin edir və lazım gəldikdə zədələnmiş DNA-nı təmir edir.

Homoloji rekombinasiya (HR) genləri nədir?

Homoloji rekombinasiya (HR) genləri hüceyrənin DNA zədəsini təmir mexanizmlərinin mühüm hissəsidir və DDR genlərinin alt qrupudur. Bu genlər xüsusilə DNA-nın qoşa zəncirli qırıqlarının təmirində mühüm rol oynayır. HR prosesi zədələnmiş DNA-nın homoloji xromosomdan və ya bacı xromatiddən götürülmüş şablonla təmirini əhatə edir. Xüsusilə BRCA1 və BRCA2 ən yaxşı tanınan HR genlərindəndir və süd vəzi, eləcə də yumurtalıq xərçəngi riskində mühüm rol oynayır.

HR gen qüsurlarında HRD adlandırdığımız vəziyyət yaranır və HRD-müsbətlik xüsusilə yumurtalıq xərçəngində müalicə cavabını proqnozlaşdırmaq və dərman seçmək üçün əhəmiyyətlidir. 

35 DDR geni və təmir funksiyaları

Bu bölmədə xərçənglə əlaqəli 35 DDR geni və onların təmir funksiyaları ətraflı izah olunur. Bu genlər baz eksiziyasının təmiri, zədə sensoru, Fanconi anemiyası, homoloji rekombinasiya, uyğunsuzluqların təmiri, nukleotid eksiziyasının təmiri, SWI/SNF xromatinin yenidən qurulması və TP53 yolunda iştirak edir.

Aşağıda DDR genləri və təmirdəki funksiyaları sadalanır:

• Baz eksiziyasının təmiri (əsasın kəsilib çıxarılması ilə təmir): MUTYH, PARP1
• Zədə sensoru (zədənin aşkarlanması): ATM, ATR, CHEK1, CHEK2
• Fanconi anemiyası: FANCA, FANCC, FANCG, FANCL, XRCC2
• Homoloji rekombinasiya (HRR): BARD1, BRCA1, BRCA2, BRIP1, NBN, PALB2, RAD51, RAD51B, RAD51C, RAD51D, RAD52, RAD54L
• Uyğunsuzluqların təmiri (Lynch sindromu ilə əlaqəli səhv cütləşmələrin təmiri): MLH1, MSH2, MSH3, MSH6, PMS2, 
• Nukleotid eksiziyasının təmiri (nukleotidin kəsilib çıxarılması ilə təmir): ERCC4, POLE
• SWI/SNF xromatinin yenidən qurulması: ARID1A, SMARCA4
• TP53 yolu: MDM2, MDM4, TP53

DDR və HR – Oxşarlıqlar və fərqlər

Oxşarlıqlar

• DNA zədəsinin təmirində iştirak: Həm HR, həm də DDR genləri DNA zədəsinin aşkarlanması və təmiri proseslərində iştirak edir.
• Xərçəngin inkişafı ilə əlaqə: Hər iki gen qrupunun funksiyası pozulduqda xərçəng riski arta bilər.
• Hüceyrənin stress cavabına təsir: Hər iki gen qrupu hüceyrələrin stress cavablarında iştirak edir və DNA zədələnməsinə cavab olaraq hüceyrə tsiklini tənzimləyir.

Fərqlər

• Təmir mexanizmləri: HR genləri xüsusilə homoloji rekombinasiya vasitəsilə DNA-nın qoşa zəncir qırıqlarını təmir edir, DDR genləri isə DNA zədələnməsinə cavabın daha geniş spektrini əhatə edir.
• Funksional müxtəliflik: DDR genlərinin DNA zədəsinin aşkarlanması və siqnallaşma kimi daha müxtəlif funksiyaları var.
• Genetik xəstəliklərlə əlaqə: Bəzi xüsusi HR gen mutasiyaları müəyyən xərçəng növləri ilə birbaşa əlaqələndirilmişdir.

DDR genləri necə test edilir?

DDR gen dəyişikliklərini aşkar etmək üçün müxtəlif üsullardan istifadə olunur.

1. İmmunohistokimya (IHK) və flüoressent in situ hibridləşmə (FISH) kimi ənənəvi üsullarla yanaşı, DNA zədələnməsinə cavab (DDR) genlərindəki dəyişiklikləri aşkar etmək üçün daha təkmil texnologiyalar da istifadə olunur. Məsələn, "hərtərəfli genomik profilləşdirmə" (CGP) DDR genlərindəki dəyişiklikləri müəyyənləşdirmək üçün istifadə edilən üsuldur.
2. Son illərdə DDR genlərindəki dəyişiklikləri aşkar etmək üçün "yeni nəsil sekvensləmə" (NGS) texnologiyası geniş istifadə olunur. NGS genetik dəyişiklikləri yüksək həssaslıqla müəyyənləşdirə bilən üsuldur və bu sahədə mühüm alətə çevrilmişdir.
3. Həmçinin DDR gen dəyişikliklərini aşkar etmək üçün "kəmiyyət polimeraza zəncir reaksiyası" (qPCR) və "Southern blotinq" kimi molekulyar üsullar da istifadə olunur.

DDR genləri haqqında 2 diqqətçəkən tədqiqat və nəticələri

1. Məqalə: "Genomic and Molecular Landscape of DNA Damage Repair Deficiency across The Cancer Genome Atlas" – Cell Reports, aprel 2018

Mühüm tapıntılar:

• DNA zədəsinin təmiri (DDR= DNA Damage Repair) genlərində dəyişikliklər bir çox insan xərçəngi növündə geniş yayılmışdır.
• Homoloji rekombinasiya (HR) və birbaşa təmir ən çox dəyişən proseslərdir.
• DDR funksiyasının itməsi xərçəngin genomik anomaliyalarının tezliyi və növləri ilə əlaqəlidir.
• HR funksiyasındakı dəyişikliklər xərçəng növündən asılı olaraq daha yaxşı və ya daha pis nəticələrlə əlaqələndirilə bilər.

Aşağıda bu tədqiqatın qrafik xülasəsini görmək olar:

Xülasə:

• DDR genlərindəki somatik dəyişikliklər xərçəng riskinə, onun irəliləməsinə və müalicəyə cavaba təsir edir.
• TP53 və BRCA1/2 kimi DDR genlərində mutasiya və heteroziqotluğun itməsi geniş yayılmışdır.
• TP53 bütün xərçənglər arasında ən çox dəyişikliyə uğramış DDR geni idi (68,1%).
• EXO5, MGMT və ALKBH3 kimi birbaşa təmir genlərində epigenetik susdurulma təxminən 20% tezlikdə müşahidə olunur.
• HRD bir çox xərçəng növündə, xüsusilə yumurtalıq xərçəngində müxtəlif tezliklərdə mövcuddur.
• Nadir, təkrarlanan DDR mutasiyalarının funksional nəticələri zülal quruluşuna əsaslanan təhlillərlə proqnozlaşdırıla bilər.
• Maşın öyrənməsinə əsaslanan yeni təsnifləndirici zərərli TP53 mutasiyalarını müəyyənləşdirmək üçün hazırlanmışdır.

2. Məqalə: "Relationship among DDR Gene Mutations, TMB and PD-L1 in Solid Tumour Genomes Identified Using Clinically Actionable Biomarker Assays" – Nature Precision Oncology, oktyabr 2023

Mühüm tapıntılar:

• DDR gen mutasiyaları şişin mutasiya yükünü (TMB) artıra bilər; bu, anti-PD-1/PD-L1 immunoterapiyalarından faydanı proqnozlaşdıran biomarkerdir.
• Müəyyən DDR mutasiyaları ilə TMB və PD-L1 ifadəsi arasındakı əlaqə elmi nəticələrin klinikaya tətbiqi strategiyalarını yaxşılaşdırmaq üçün daha yaxşı anlaşılmalıdır.

Xülasə:

• DDR yolundakı tənzimləmə pozuntusu şişin genomik qeyri-sabitliyinin mühüm komponentidir.
• Bu tədqiqat klinik baxımdan mühüm biomarkerlər kimi seçilmiş DDR genlərində genomik dəyişikliklərin tezliyini müəyyənləşdirmişdir.
• SWI/SNF xromatinin yenidən qurulması genləri ARID1A və SMARCA4-dəki mutasiyalar bir neçə şiş növündə yüksək TMB ilə əhəmiyyətli əlaqə göstərmişdir.
• ATR genindəki mutasiyalar kolorektal və prostat xərçənglərində yüksək TMB ilə əlaqələndirilmişdir.
• Ayrı-ayrı DDR mutasiyaları ilə yüksək PD-L1 ifadəsi arasındakı əlaqələr nadirdir və şiş növünə xasdır.
• Yüksək TMB ilə yüksək PD-L1 ifadəsi arasında zəif əlaqə tapılmışdır; bu da onların müstəqil proqnostik biomarkerlər kimi fəaliyyət göstərdiyini vurğulayır.

Bu iki tədqiqat DDR genlərindəki dəyişikliklərin xərçəng biologiyasına və müalicəsinə mühüm təsir göstərdiyini, bu sahədəki araşdırmaların isə xərçəng müalicəsinin gələcəyi üçün həlledici əhəmiyyət daşıdığını göstərir.

*

Şəklin izahı: Yazının şəkli Microsoft Copilot tərəfindən aşağıdakı göstərişlə yaradılmışdır: "DNA-nı təmir edən bioloji robotlar"