Mutagene Aktivität
2 Pervasivität der AID-Aktivität
Die mutagene Aktivität von AID stellt eine erhebliche Bedrohung für die genomische Integrität von B-Zellen dar. Obwohl B-Zellen eine bemerkenswerte Fähigkeit entwickelt haben, die AID-Aktivität auf die Ig-Loci zu richten, bleibt der Rest des Genoms nicht völlig verschont. Tatsächlich geht die Vorstellung, dass aberrante SHM Mutationen außerhalb der Ig-Gene einführen, der Entdeckung von AID voraus. Eines der frühesten Beispiele, die SHM als Mechanismus für die Einführung von Mutationen in Bystander-Genen implizierten, war die Entdeckung von BCL6-Mutationen in B-Zellen des Keimzentrums (Pasqualucci et al., 1998; Shen, Peters, Baron, Zhu, & Storb, 1998). Später wurde festgestellt, dass zusätzliche Gene, einschließlich MYC, PIM1, PAX5 und CD79B, Mutationen in einem großen Prozentsatz von Keimzentrum-abgeleiteten diffusen großen B-Zell-Lymphomen (DLBCL) enthalten (Gordon, Kanegai, Doerr, & Wall, 2003; Pasqualucci et al., 2001). Ein relativ breiterer Ansatz zur Identifizierung des Ausmaßes von AID-abgeleiteten Mutationen im gesamten B-Zell-Genom lieferte später den Beweis, dass die AID-Aktivität weit weniger eingeschränkt ist als bisher angenommen. Ein-Kilobasen-Segmente der DNA stromabwärts des Haupt-TSS wurden systematisch für ~ 100 exprimierte Gene aus B-Zellen des Keimzentrums der Maus sequenziert (Liu et al., 2008). Überraschenderweise akkumulierten etwa 25 % der in dieser Studie untersuchten Gene statistisch signifikante Mengen an AID-abhängigen Mutationen.
Zusätzlich zu Punktmutationen, die durch aberrante SHM entstehen, weisen humane B-Zell-Lymphome häufig chromosomale Translokationen auf, die Ig-variable und S-Regionen umfassen (Nussenzweig & Nussenzweig, 2010). Viele dieser Translokationen beinhalten eine unsachgemäße DSB-Auflösung, die durch RAG- oder AID-vermittelte Ig-Diversifizierungsprozesse entsteht. Eine häufige Folge ist die Anlagerung von starken Ig-Transkriptionsregulationselementen an Proto-Onkogene enthaltende Loci. Dies führt häufig zu einer Deregulation und/oder Überexpression des beteiligten Proto-Onkogens und damit zu einer zellulären Transformation. Die früheste molekulare Charakterisierung einer Translokation unter Beteiligung von Ig-Loci und einem Proto-Onkogen war die Entdeckung reziproker chromosomaler Rearrangements unter Beteiligung von MYC und IGH beim Burkitt-Lymphom (Dalla-Favera et al., 1982; Taub et al., 1982). Die Bestimmung der Rolle von AID bei der Biogenese von Myc/IgH-Translokationen wurde durch die Entwicklung von Mausmodellen, die dieses spezielle DNA-Rearrangement reproduzierbar hervorrufen konnten, wesentlich unterstützt (Potter & Wiener, 1992). Konkret wurde unter Verwendung eines IL-6-transgenen Mausmodells für die Bildung von Plasmozytomen berichtet, dass Myc/IgH-Translokationen vollständig AID-abhängig sind (Ramiro et al., 2004). Nachfolgende Studien zeigten, dass Ung, ein BER-Protein, das für die DSB-Bildung in der S-Region während der CSR kritisch ist, ebenfalls für die Myc/IgH-Translokation erforderlich ist (Ramiro et al., 2006). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass AID spezifisch für die Bildung von DSBs sowohl an Myc als auch an IgH erforderlich ist (Robbiani et al., 2008), was auf eine direkte Beteiligung von AID an der Myc/IgH-Translokation hinweist.
Neben Myc wurde festgestellt, dass AID DSBs an vielen Nicht-Ig-Loci im gesamten B-Zell-Genom erzeugt (Robbiani et al., 2009; Staszewski et al., 2011). In den letzten Jahren haben zwei unabhängige Gruppen über ihre Versuche berichtet, das Ausmaß der genomweiten AID-abhängigen DSBs und Translokationen mit neuartigen Deep Sequencing-Ansätzen zu katalogisieren (Chiarle et al., 2011; Klein, Resch, et al., 2011). In diesen Experimenten wurden genomische Stellen mit wiederkehrenden AID-abhängigen DSBs und Translokationen identifiziert, darunter viele Gene, die in verschiedenen menschlichen B-Zell-Lymphomen häufig transloziert werden. AID-abhängige Translokationsverbindungen wurden häufig auf transkribierte Genregionen abgebildet (Chiarle et al., 2011; Klein, Resch, et al., 2011). Insbesondere waren AID-abhängige Translokationen signifikant in der Nähe von TSS-Regionen angereichert, oft innerhalb von 2 kb des TSS. Dies stimmt mit der Vorstellung überein, dass TSSs Bereiche der RNAP-II-Akkumulation und ssDNA-Bildung sind, die vermutlich mit AID-Substraten angereichert sind. Überraschenderweise war die Transkription per se unzureichend, um eine wiederkehrende AID-abhängige Translokationsstelle zu erzeugen, da mehrere hoch transkribierte Gene nur schwach an Translokationen beteiligt waren. Dies deutet darauf hin, dass andere mit der Transkription gekoppelte Prozesse entscheidend an der Erzeugung von AID-abhängigen DSBs beteiligt sind, die zu Translokationen führen. Neuere Studien haben begonnen, Variablen aufzudecken, die an wiederkehrenden AID-abhängigen Translokationen beteiligt sind. Unter Verwendung von Chromosomen-Konformationserfassungsexperimenten und genomweiter RPA-Belegung als Indikatoren für die genomische Kontakthäufigkeit bzw. DNA-Schäden wurden die relativen Beiträge von physischer Nähe und AID-generierten DNA-Schäden an wiederkehrenden Translokationsstellen bewertet (Hakim et al., 2012). Diese Studie kam zu dem Schluss, dass in Abwesenheit von AID die räumliche Nähe und die Kernorganisation wichtige Faktoren bei der Bestimmung der Translokationshäufigkeit sind. Im Gegensatz dazu korreliert die DNA-Schädigung, die aus der AID-Aktivität resultiert, stärker mit der Translokationshäufigkeit als die physische Kontakthäufigkeit. Während also sowohl DNA-Schäden als auch Nähe wichtige Variablen bei der Entstehung von Translokationen sind, scheinen durch AID-Aktivität erzeugte Läsionen die treibende Kraft hinter wiederkehrenden B-Zell-Translokationen zu sein.