BRCA1 (em inglês, breast cancer 1, early onset) é um gene humano pertencente a classe dos genes supressores de tumor conservado nos mamíferos é responsável pela síntese da proteína de mesmo nome BRCA1. Foi primeiramente mencionado como um gene localizado na região 21 do braço longo do cromossomo 17 (17q21) em 1990 pelo laboratório da professora Mary-Claire King, porém somente em 1994 o gene BRCA1 foi devidamente identificado pelo grupo do professor Mark Skolnick da Universidade de Utah através da realização de clonagem do gene BRCA1.
Mutações no gene BRCA1 em células germinativas tem sido associada a um aumento significativo da predisposição ao câncer de mama e de ovário. O BRCA1 é associado ao câncer principalmente devido a sua enorme diversidade de atuações nos processos celulares, participando em processos de reparo de DNA, controle do ciclo celular, remodelamento de cromatina, ubiquitinização e muitos outros. Além desses dois tipos de câncer mutações nesses genes também vem sendo associados ao aumento do risco do desenvolvimento de câncer de pâncreas, câncer de próstata, câncer das tubas uterinas, câncer pancreático, câncer colorretal, câncer endometrial e melanoma. Entretanto, a expressão da proteína BRCA1 não é adequada como biomarcador prognóstico no câncer de próstata primário, mas pode ser mais relevante em doenças avançadas.
Localização e estrutura do gene miniaturadaimagem|307x307px|Localização citogenética do gene BRCA1 no cromossomo 17. (17q21.31)O gene BRCA1 localiza-se no braço longo do cromossomo 17 na posição 21.31 (17q21.31) e é composto por 24 exons . Apresenta na sua região promotora dois sítios de início de transcrição distintos, um localizado no exon-1A e o outro no exon-1B. A síntese do mRNA no entanto sempre é iniciado a partir da sequência ATG do exon-2. Suas coordenadas genômicas compreende-se entre as posições 43,044,295 e 43,125,483 do cromossomo 17.
Estrutura da proteína miniaturadaimagem|307x307px|Estrutura do BRCA1, proteínas de interação e localização dos aglomerados de mutações associados ao câncer de mama e de ovário. O gene BRCA1 codifica uma proteína de 1863 aminoácidos denominada BRCA1. Essa proteína contém na sua região amino (N) terminal um domínio RING (RING finger domain) rico em cisteínas, que constitui um domínio zinco (zinc-binding domain) encontrado em uma variedade de proteínas regulatórias; e em sua região carboxi (C) terminal um domínio BRCT em tandem, que constitui um domínio fosfopeptídeo de reconhecimento que se liga a peptídeos contendo um padrão fosfo-SXXF (S para Serina, F para Fenilalanina e X para variável). Há também o domínio chamado Coiled Coil em BRCA1, por meio do qual este interage com BRCA2 por intermédio da proteínas PALB2 (partner and localizer of BRCA2) durante o reparo por recombinação homólogo.
Mutações encontradas no gene do BRCA1 miniaturadaimagem|500x500px|Espectro de mutações deletérias em BRCA1 (n=57) e BRCA2 (n=56) em mulheres jovens com câncer de mama unilateral (em amarelo) e contralateral (em vermelho). As deleções foram colocadas na ordem 5’-3’. Logo após a identificação do BRCA1 vários pesquisadores passaram a realizar estudos, em diversas populações, visando a identificação das mutações associadas a esse gene. Uma das primeiras populações estudadas foi a judaica. Nessa população foi encontrado duas mutações associadas ao gene BRCA1, uma deleção dos nucleotídeos AG na posição 185 e uma inserção de uma C na posição 5382, e uma mutação associada ao gene BRCA2.
Atualmente as mutações encontradas no gene BRCA1 são inúmeras e são encontradas ao longo de toda a sua sequência codificadora espalhada em seus 24 exons. A maioria dessas mutações consistem em inserções, deleções ou mutações nonsense ,que levam a formação de um códon de parada prematuro que consequentemente leva à uma proteína truncada não funcional; grandes deleções , associadas a ausência de síntese da proteína; e mutações missense, associada a formação de uma proteína BRCA1 não funcional. Um exemplo de mutação missense consiste no caso dos povos afro-americanos. Basicamente essa população apresentava uma mutação missense que acarretava na substituição de uma cisteína por uma glicina em uma região importante da proteína , conhecida como domínio ring, dificultando a capacidade de estabelecimento de ligação da proteína BRCA1.
Regiões de aglomerados de mutações associadas ao câncer de mama (BCCRs - breast cancer cluster regions) foram encontradas para três regiões de BRCA1 (de acordo com a posição nucleotídica): c.179-c.505, c.4328-c.4945 e c.5261-c.5563. Para o câncer de ovário (OCCR - ovarian cancer cluster region) foi encontrado na região entre c.1380 e c.4062 (região do exon 11, aproximadamente).
Uma pesquisa realizada em 2010 a respeito das mutações nos genes BRCA 1 e 2 em 2103 mulheres jovens com câncer de mama unilateral e contralateral, identificou 113 mutações deletérias diferentes, das quais 57 ocorrem em BRCA1 (figura 1).
Função e mecanismo A proteína BRCA1 apresenta diversas funções no organismo. O principal motivo dessa diversidade deve-se ao fato de que BRCA1 possui capacidade de interagir com inúmeros tipos de proteínas, o que permite a formação de diferentes complexos proteicos.
BRCA1 apresenta participação no reparo do DNA. BRCA1 apresenta participação no reparo de quebras em fita dupla de DNA e no reparo pós replicacional do DNA. Sabe se que quebras em fita dupla de DNA são lesões extremamente danosas, para o seu reparo existem duas vias, a união terminal não-homóloga (em inglês, Non-Homologous End-Joining - NHEJ) e a recombinação homóloga (em inglês, homologous recombination). A determinação de qual via será utilizada depende de diversos fatores, dentre eles temos como fator a ocorrência ou não do processo de ressecções na região de quebra do DNA. Basicamente Ressecções, tanto na extremidade 3’ quanto na extremidade 5’, tornam a NHEJ ineficiente favorecendo a ocorrência da recombinação homóloga. BRCA1 apresenta um importante participação para a ocorrência dessa ressecção, visto que promove a remoção da proteína 53BP1. Fundamentalmente durante a fase G1 a proteína 53BP1 sofre fosforilação, formando um complexo proteico que se posiciona na região de quebra da fita dupla de DNA, inibindo a ressecção tumoral. Durante a fase S/G2 do ciclo celular BRCA1 é liberado formando o complexo BRCA1-CtIP-MRN, que retira 53BP1 da região de quebra promovendo a ocorrência da ressecção do DNA.
Uma outra participação do BRCA1 no reparo de quebras da fita dupla do DNA se encontra na sua participação no complexo protéico BRCA1/BRAD1. Basicamente a proteína BRCA1 apresenta na região amino terminal um domínio RING (RING finger domain) que permite a associação a BARD1. Esse complexo BRCA1/BARD1 interage com RAD51, importante componente do reparo do DNA pelo método de recombinação homóloga, aumentando a sua atividade de recombinasse. Para o reparo pós replicacional do DNA temos que o BRCA1 é capaz de modular a transcrição de vários genes envolvidos no reparo por excisão de nucleotídeo, através da interação com o complexo haloenzima RNA polimerase II. miniaturadaimagem|552x552px|Funções e vias regulatórias associadas a BRCA1 e seu local de atuação. O complexo BRCA1/BARD1 também participa da ubiquitinação. Além de participar no reparo de DNA o complexo proteico BRCA1/BARD1 é capaz de associar ubiquitinas a proteínas do centrossomo, especialmente γ-Tubulina, promovendo a sua degradação. Durante a fase M do ciclo celular o BRCA1 do complexo BRCA1/BARD1 é inativado através da sua fosforilação, como consequência γ-Tubulina não é ubiquitinada e é recrutada para a região dos centrossomos auxiliando na determinação do local e do tempo de polimerização dos microtúbulos.
Um outro complexo que apresenta participação do BRCA1 é o complexo proteico conhecido como BASC (BRCA1-associated genome surveillance complex). Esse complexo é constituído por mais do que 15 subunidades, entre estas temos vários supressores tumorais e proteínas de reparo de DNA como o MSH2, MSH6, MLH1, ATM, BLM, complexo proteico RAD50-MRE11-NBS1 e o fator de replicação c (RFC). Entre as possíveis funções temos que o BASC funciona como um sensor de estruturas anormais no DNA, como um regulador do processo de reparo pós replicacional do DNA e como um controle para o ponto de checagem do ciclo celular.
BRCA1 também é capaz de se associar através de seu domínio BRCT, a diferentes tipos proteicos formando outros complexos como o complexo BRCA1-RAP80, BRCA1-CtIP e BRCA1-BACH1 que assim como BASC participam como um ponto de checagem do cilo celular. Todos esses complexos são necessários para a ativação do processo de revisão e progressão do ciclo celular. Os complexos BRCA1-RAP80 e BRCA1-CtIP atuam na transição entre as fases G2 e M, e BRCA1-BACH1, na fase S durante a replicação.
Além dessas funções já foi descrito a participação do BRCA1 no complexo proteico composto por SW1 e SNF, proteínas de remodelamento da cromatina, e no envolvimento do silenciamento da transcrição da heterocromatina, através de sua ação como ubiquitina ligase.
Regulação da expressão de BRCA1 Estrogênio é essencial para a modulação da expressão do BRCA1. O gene BRCA1 apresenta na sua região promotora dois sítios de início de transcrição distintos, um localizado no éxon-1A e o outro no éxon-1B. O estrogênio é capaz de recrutar proteínas AP1 e o complexo receptor de estrogênio α /p300 a um sítio AP 1 adjacente ao sítio de início de transcrição do éxon 1B e de recrutar proteínas Sp (Sp1 e Sp4) há regiões próximas do sítio Ap1. Quando ocorre a ligação do estrogênio ao complexo receptor de estrogênio α /p300 há um desencadeamento de eventos de fosforilação que culminam na fosforilação do próprio complexo e de proteínas Sp que modulam a interação proteína-proteína do promotor do gene BRCA1.
O AhR (Aromatic hydrocarbon Receptor) é um outro importante receptor nuclear que atua na regulação da expressão de BRCA1 através de ligação direta em sua região promotora ou de forma indireta por intermédio de receptor estrogênio. Foi proposto que para que haja ativação da transcrição em BRCA1 por estrogênio, seria necessário a ocupação da região promotora de BRCA1 pelo receptor AhR sem ligante. Quando AhR está acoplado a um ligante, como por exemplo dioxina ou benzo(a) pireno, ocorreria o recrutamento de AhR ativo aos elementos xenobióticos responsivos localizados no promotor de BRCA1 e consequente inibição da expressão de BRCA1 mediada por estrogênio. Adicionalmente a esse evento, haveria uma redução na ocupação de fatores envolvidos na ativação transcricional e associação de fatores que levam à repressão transcricional de BRCA1.
Outra proteína reguladora é o P53. P53 inibe a expressão de BRCA1 através do impedimento da liberação de E2F, fator de transcrição capaz de se ligar a um sítio de ligação localizado no promotor de BRCA1. Em contrapartida a proteína supressora de p53 (53BP1) inibe a ação de p53 e ativa a expressão de BRCA1.
Além disso o próprio BRCA1 apresenta um mecanismo de autorregulação da transcrição, no qual BRCA1 se associa a complexos contendo E2F1 e RB e age como um repressor da transcrição de BRCA1 e já foi registrado casos da epigenética regulando o BRCA1, através da hipermetilação da sua região promotora. Vários outros ativadores transcricionais e co-repressores participam na regulação da expressão do BRCA1. Como ativadores transcricionais podemos ter CBP e p300 já como co-repressores temos HDAC 1/2, CtIP, Id4, HMGA1.
BRCA1 e o câncer