stringtranslate.com

p14arf

p14ARF (также называемый супрессором опухолей ARF , ARF , p14 ARF ) — это белковый продукт альтернативной рамки считывания локуса CDKN2A ( т . е. локуса INK4a / ARF ). [1] p14ARF индуцируется в ответ на повышенную митогенную стимуляцию, такую ​​как аберрантная сигнализация роста от MYC и Ras (белок) . [2] Он накапливается в основном в ядрышке , где образует стабильные комплексы с NPM или Mdm2 . Эти взаимодействия позволяют p14ARF действовать как супрессор опухолей , ингибируя биогенез рибосом или инициируя p53 -зависимую остановку клеточного цикла и апоптоз , соответственно. [3] p14ARF является атипичным белком с точки зрения его транскрипции, аминокислотного состава и деградации: он транскрибируется в альтернативной рамке считывания другого белка, он является высокоосновным [1] и полиубиквитинирован на N-конце . [4]

Оба p16INK4a и p14ARF участвуют в регуляции клеточного цикла . p14ARF ингибирует mdm2 , тем самым способствуя p53 , который способствует активации p21 , который затем связывает и инактивирует определенные комплексы циклин - CDK , которые в противном случае способствовали бы транскрипции генов , которые перенесли бы клетку через контрольную точку G 1 /S клеточного цикла. Потеря p14ARF из-за гомозиготной мутации в гене CDKN2A ( INK4A ) приведет к повышенным уровням в mdm2 и, следовательно, к потере функции p53 и контроля клеточного цикла.

Эквивалентом у мышей является p19ARF.

Фон

Транскрипт p14ARF был впервые идентифицирован у людей в 1995 году [5] [6] , а его белковый продукт был подтвержден у мышей в том же году. [7] Его генный локус находится на коротком плече хромосомы 9 у людей и в соответствующем месте на хромосоме 4 у мышей. [1] Он расположен рядом с генами тандемных повторов INK4a и INK4b, которые представляют собой белки 16 кДа (p16 INK4a ) и 15 кДа (p15 INK4b ) соответственно. Эти белки INK4 напрямую ингибируют циклин D-зависимые киназы CDK4 и CDK6 . Существуют и другие гены INK4 на других хромосомах, однако они не связаны с раком , и поэтому их функции вряд ли будут перекрываться. Важным циклин-зависимым субстратом является белок ретинобластомы Rb, который фосфорилируется в поздней фазе разрыва 1 ( фаза G1 ), позволяя выход G1. Белок Rb ограничивает пролиферацию клеток , блокируя активность факторов транскрипции E2F , которые активируют транскрипцию генов, необходимых для репликации ДНК . Когда Rb фосфорилируется циклин D и E-зависимыми киназами во время фазы G1 клеточного цикла, Rb не может блокировать E2F-зависимую транскрипцию, и клетка может перейти к фазе синтеза ДНК ( S-фазе ). [8] Таким образом, INK4a и INK4b служат супрессорами опухолей, ограничивая пролиферацию посредством ингибирования CDK, ответственных за фосфорилирование Rb . [7]

В дополнение к белку INK4a, неродственный белок ARF транскрибируется с альтернативной рамки считывания в локусе INK4a/ARF. [1] INK4a и p14ARF мРНК состоят из трех экзонов . Они разделяют экзоны 2 и 3, но есть два разных транскрипта экзона 1, α и β. Экзон 1β (E1β) вставлен между генами INK4a и INK4b. [1] Хотя экзон 1α (E1α) и E1β примерно одинаковы по содержанию и размеру, 5' AUG ( стартовый кодон ) экзона 1β имеет свой собственный промотор и открывает альтернативную рамку считывания в экзоне 2, отсюда и название p14ARF (экзон 3 ARF не транслируется). Из-за этого INK4a и p14ARF имеют неродственные аминокислотные последовательности, несмотря на перекрывающиеся кодирующие области, и имеют различные функции. Такое двойное использование кодирующих последовательностей обычно не наблюдается у млекопитающих, что делает p14ARF необычным белком. [1] Когда был обнаружен β-транскрипт ARF, считалось, что он, вероятно, не будет кодировать белок. [5] [6] У людей ARF транслируется в белок массой 14 кДа, состоящий из 132 аминокислот [[p14 ARF ]], а у мышей он транслируется в белок массой 19 кДа, состоящий из 169 аминокислот p19 Arf . [1] Сегмент белка E1β мышиного и человеческого ARF идентичен на 45%, при общей идентичности ARF 50%, по сравнению с 72% идентичностью между мышиным и человеческим сегментом INK4a E1α и общей идентичностью 65%. [7]

Хотя белки INK4a и ARF структурно и функционально различны, они оба участвуют в прогрессии клеточного цикла . Вместе их широкая ингибирующая роль может помочь противостоять онкогенным сигналам. Как упоминалось выше, INK4a ингибирует пролиферацию, косвенно позволяя Rb оставаться связанным с факторами транскрипции E2F . ARF участвует в активации p53 , ингибируя Mdm2 (HDM2 у людей). [8] Mdm2 связывается с p53, ингибируя его транскрипционную активность. Mdm2 также обладает активностью убиквитинлигазы E3 по отношению к p53 и способствует его экспорту из ядра клетки в цитоплазму для деградации. Антагонизируя Mdm2, ARF допускает транскрипционную активность p53, которая привела бы к остановке клеточного цикла или апоптозу . Следовательно, потеря ARF или p53 дала бы клеткам преимущество в выживании. [1]

Функция ARF в первую очередь приписывалась его механизму Mdm2/p53. Однако ARF также подавляет пролиферацию в клетках, лишенных p53 или p53 и Mdm2. [9] В 2004 году было обнаружено, что одна из p53-независимых функций ARF заключается в его связывании с нуклеофосмином /B23 (NPM). [9] NPM является кислым рибосомальным шапероном (белком), участвующим в прерибосомальном процессинге и ядерном экспорте независимо от p53, и олигомеризуется с самим собой и p14 ARF . Почти половина p14 ARF находится в комплексах, содержащих NPM, с высокой молекулярной массой (от 2 до 5 МДа). Усиленная экспрессия ARF задерживает ранний процессинг предшественников рРНК 47S/45S и подавляет расщепление рРНК 32S. Это говорит о том, что p14 ARF может связываться с NPM, подавляя процессинг рРНК. [9] Клетки ARF-null имеют увеличенную ядрышковую область, увеличенный биогенез рибосом и соответствующее увеличение синтеза белка . [10] Однако больший размер, возникающий в результате большего количества рибосом и белка, не связан с повышенной пролиферацией, и этот фенотип ARF-null возникает, даже если нормальные базальные уровни Arf обычно низкие. Снижение ARF с помощью siRNA к экзону 1β приводит к увеличению транскриптов рРНК, процессинга рРНК и ядерного экспорта рибосом. Неограниченный биогенез рибосом, наблюдаемый, когда NPM не связан с ARF, не происходит, если NPM также отсутствует. Хотя индукция ARF в ответ на онкогенные сигналы считается первостепенной важности, низкие уровни ARF, наблюдаемые в интерфазных клетках, также оказывают значительное влияние с точки зрения контроля роста клеток. Следовательно, функция базального уровня ARF в комплексе NPM/ARF, по-видимому, заключается в контроле стационарного биогенеза и роста рибосом независимо от предотвращения пролиферации. [10]

Роль в заболевании

Очень часто рак ассоциируется с потерей функции INK4a, ARF, Rb или p53 . [11] Без INK4a Cdk4/6 может неправильно фосфорилировать Rb, что приводит к увеличению транскрипции, зависящей от E2F . Без ARF Mdm2 может неправильно ингибировать p53, что приводит к повышению выживаемости клеток.

Локус INK4a/ARF, как обнаружено, удаляется или подавляется во многих видах опухолей. Например, из 100 первичных карцином молочной железы, приблизительно 41% имеют дефекты p14 ARF . [12] В отдельном исследовании было обнаружено, что 32% колоректальных аденом (нераковых опухолей) имеют инактивацию p14 ARF из-за гиперметилирования промотора . Мышиные модели, у которых отсутствуют p19 Arf , p53 и Mdm2 , более склонны к развитию опухолей, чем мыши без Mdm2 и p53 по отдельности. Это говорит о том, что p19 Arf также имеет независимые от Mdm2 и p53 эффекты. [13] Исследование этой идеи привело к недавнему открытию smARF. [14]

Было обнаружено, что гомозиготные делеции и другие мутации CDK2NA (ARF) связаны с глиобластомой . [15]

смАРФ

До недавнего времени двумя известными эффектами ARF были ингибирование роста за счет взаимодействий NPM и индукция апоптоза за счет взаимодействий Mdm2 . Функция ARF, включающая p53 -независимую смерть, теперь приписывается малой митохондриальной изоформе ARF, smARF. [14] В то время как полноразмерный ARF ингибирует рост клеток путем остановки клеточного цикла или апоптотической смерти типа I, smARF убивает клетки путем аутофагической смерти типа II. Подобно ARF, экспрессия smARF увеличивается при наличии аберрантных сигналов пролиферации. Когда smARF сверхэкспрессируется, он локализуется в митохондриальном матриксе , повреждая потенциал и структуру мембраны митохондрий и приводя к аутофагической смерти клеток. [16]

Трансляция укороченного ARF, smARF, инициируется внутренним метионином (M45) транскрипта ARF в клетках человека и мыши. SmARF также обнаруживается у крыс, хотя внутренний метионин отсутствует в транскрипте крысы. Это говорит о том, что существует альтернативный механизм формирования smARF, что подчеркивает важность этой изоформы . [14] Роль smARF отличается от роли ARF, поскольку у него отсутствует сигнал ядерной локализации (NLS) и он не может связываться с Mdm2 или NPM. [3] Однако в некоторых типах клеток полноразмерный ARF также может локализоваться в митохондриях и вызывать гибель клеток II типа, что говорит о том, что в дополнение к аутофагии , являющейся голоданием или другой реакцией окружающей среды, он также может участвовать в ответе на активацию онкогена . [2]

Биохимия

Экспрессия ARF регулируется онкогенной сигнализацией. Аберрантная митогенная стимуляция, например, MYC или Ras (белком) , увеличит ее экспрессию, как и амплификация мутировавшего p53 или Mdm2 или потеря p53. [8] ARF также может быть вызвана усиленной экспрессией E2F . Хотя экспрессия E2F увеличивается во время клеточного цикла , экспрессия ARF, вероятно, не увеличивается, поскольку для предотвращения ответа ARF на временное увеличение E2F может потребоваться активация второго, неизвестного фактора транскрипции. [11] ARF отрицательно регулируется комплексами Rb-E2F [11] и усиленной активацией p53. [8] Аберрантные сигналы роста также увеличивают экспрессию smARF. [16]

ARF является высокоосновным (pI>12) и гидрофобным белком. [8] Его основная природа объясняется содержанием в нем аргинина; более 20% его аминокислот составляют аргинин, и он содержит мало или совсем не содержит лизина. Из-за этих характеристик ARF, вероятно, будет неструктурированным, если он не связан с другими мишенями. Сообщается, что он образует комплексы с более чем 25 белками, хотя значимость каждого из этих взаимодействий неизвестна. [1] Одно из этих взаимодействий приводит к сумоилирующей активности, что предполагает, что ARF может модифицировать белки, с которыми он связывается. Белок SUMO является небольшим убиквитин -подобным модификатором, который добавляется к лизированным ε-аминогруппам. Этот процесс включает каскад из трех ферментов , аналогичный тому, как происходит убиквитилирование . E1 является активирующим ферментом, E2 является ферментом конъюгации, а E3 является лигазой. ARF ассоциируется с UBC9, единственным известным SUMO E2, что предполагает, что ARF облегчает конъюгацию SUMO. Важность этой роли неизвестна, поскольку сумоилирование участвует в различных функциях, таких как транспортировка белков, интерференция убиквитилирования и изменения экспрессии генов. [1]

Период полураспада ARF составляет около 6 часов, [4] в то время как период полураспада smARF составляет менее 1 часа. [3] Обе изоформы разрушаются в протеасоме . [1] [4] ARF нацелен на протеасому путем убиквитинирования N-конца . [4] Белки обычно убиквитинируются по остаткам лизина . Однако человеческий [[p14 ARF ]] не содержит лизинов, а мышиный p19 Arf содержит только один лизин. Если заменить мышиный лизин на аргинин, это не повлияет на его деградацию, что позволяет предположить, что он также убиквитинируется на N-конце. Это добавляет уникальности белкам ARF, поскольку большинство эукариотических белков ацетилируются на N-конце , что предотвращает убиквитинирование в этом месте. Предпоследние остатки влияют на эффективность ацетилирования, поскольку ацетилирование стимулируется кислотными остатками и ингибируется основными. N-концевые аминокислотные последовательности p19 Arf (Met-Gly-Arg) и p14 ARF (Met-Val-Arg) будут обрабатываться метионинаминопептидазой, но не будут ацетилироваться, позволяя убиквинированию продолжаться. Последовательность smARF, однако, предсказывает, что инициирующий метионин не будет расщеплен метионинаминопептидазой и, вероятно, будет ацетилирован, и поэтому будет деградировать протеасомой без убиквинирования. [1]

Полноразмерный ядрышковый ARF, по-видимому, стабилизируется NPM. Комплекс NPM-ARF не блокирует N-конец ARF, но, вероятно, защищает ARF от доступа к деградирующим механизмам. [4] Митохондриальный матричный белок p32 стабилизирует smARF. [16] Этот белок связывает различные клеточные и вирусные белки, но его точная функция неизвестна. Снижение p32 резко снижает уровни smARF за счет увеличения его оборота. Уровни p19 Arf не затрагиваются нокдауном p32, и поэтому p32 специфически стабилизирует smARF, возможно, защищая его от протеасомы или от митохондриальных протеаз . [16]

Ссылки

  1. ^ abcdefghijkl Sherr CJ (сентябрь 2006 г.). «Развод ARF и p53: нерешенный случай». Nat. Rev. Cancer . 6 (9): 663–73. doi :10.1038/nrc1954. PMID  16915296. S2CID  29465278.
  2. ^ ab Abida WM, Gu W (январь 2008 г.). "p53-зависимая и p53-независимая активация аутофагии ARF". Cancer Res . 68 (2): 352–7. doi :10.1158/0008-5472.CAN-07-2069. PMC 3737745. PMID  18199527 . 
  3. ^ abc Sherr CJ (май 2006). «Аутофагия от ARF: краткая история». Mol. Cell . 22 (4): 436–7. doi : 10.1016/j.molcel.2006.05.005 . PMID  16713573.
  4. ^ abcde Kuo ML, den Besten W, Bertwistle D, Roussel MF, Sherr CJ (август 2004 г.). "N-концевое полиубиквитинирование и деградация супрессора опухолей Arf". Genes Dev . 18 (15): 1862–74. doi :10.1101/gad.1213904. PMC 517406. PMID  15289458 . 
  5. ^ ab Stone S, Jiang P, Dayananth P, et al. (Июль 1995). «Сложная структура и регуляция локуса P16 (MTS1)». Cancer Res . 55 (14): 2988–94. PMID  7606716.
  6. ^ ab Mao L, Merlo A, Bedi G, et al. (Июль 1995). "Новая транскрипта p16INK4A". Cancer Res . 55 (14): 2995–7. PMID  7541708.
  7. ^ abc Quelle DE, Зинди Ф., Ашмун Р.А., Шерр CJ (декабрь 1995 г.). «Альтернативные рамки считывания гена-супрессора опухоли INK4a кодируют два неродственных белка, способных индуцировать остановку клеточного цикла». Клетка . 83 (6): 993–1000. дои : 10.1016/0092-8674(95)90214-7 . PMID  8521522. S2CID  14839001.
  8. ^ abcde Sherr CJ (октябрь 2001 г.). «Сеть INK4a/ARF в подавлении опухолей». Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 2 (10): 731–7. doi :10.1038/35096061. PMID  11584300. S2CID  26220426.
  9. ^ abc Bertwistle D, Sugimoto M, Sherr CJ (февраль 2004 г.). "Физические и функциональные взаимодействия белка-супрессора опухолей Arf с нуклеофосмином/B23". Mol. Cell. Biol . 24 (3): 985–96. doi : 10.1128 /MCB.24.3.985-996.2004. PMC 321449. PMID  14729947. 
  10. ^ ab Apicelli AJ, Maggi LB, Hirbe AC ​​и др. (февраль 2008 г.). «Роль базального p14ARF как неопухолевого супрессора в поддержании структуры и функции ядрышка». Mol. Cell. Biol . 28 (3): 1068–80. doi : 10.1128/MCB.00484-07. PMC 2223401. PMID  18070929. 
  11. ^ abc Lowe SW, Sherr CJ (февраль 2003 г.). «Подавление опухолей с помощью Ink4a-Arf: прогресс и головоломки». Curr. Opin. Genet. Dev . 13 (1): 77–83. doi :10.1016/S0959-437X(02)00013-8. PMID  12573439.
  12. ^ Yi Y, Shepard A, Kittrell F, Mulac-Jericevic B, Medina D, Said TK (май 2004 г.). "p19ARF определяет баланс между нормальной скоростью пролиферации клеток и апоптозом во время развития молочной железы". Mol. Biol. Cell . 15 (5): 2302–11. doi : 10.1091/mbc.E03-11-0785. PMC 404024. PMID  15105443. 
  13. ^ Weber JD, Jeffers JR, Rehg JE и др. (сентябрь 2000 г.). "p53-независимые функции супрессора опухолей p19ARF". Genes Dev . 14 (18): 2358–65. doi :10.1101/gad.827300. PMC 316930. PMID  10995391 . 
  14. ^ abc Reef S, Zalckvar E, Shifman O, et al. (май 2006). «Короткая митохондриальная форма p19ARF индуцирует аутофагию и каспазо-независимую смерть клеток». Mol. Cell . 22 (4): 463–75. doi : 10.1016/j.molcel.2006.04.014 . PMID  16713577.
  15. ^ Cancer Genome Atlas Research, Network (23 октября 2008 г.). «Комплексная геномная характеристика определяет гены и основные пути человеческой глиобластомы». Nature . 455 (7216): 1061–8. Bibcode :2008Natur.455.1061M. doi :10.1038/nature07385. PMC 2671642 . PMID  18772890. 
  16. ^ abcd Reef S, Shifman O, Oren M, Kimchi A (октябрь 2007 г.). «Аутофагический индуктор smARF взаимодействует с митохондриальным белком p32 и стабилизируется им». Онкоген . 26 (46): 6677–83. doi : 10.1038/sj.onc.1210485 . PMID  17486078.

Чжан, И., И. Сюн и В. Г. Ярбро. ARF способствует деградации MDM2 и стабилизирует p53: делеция локуса ARF-INK4a нарушает пути подавления опухолей Rb и p53. Cell 1998, 92(6):725-34.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки