stringtranslate.com

PTEN (ген)

Модель заполнения пространства белком PTEN (синий) в комплексе с винной кислотой (коричневый) [5]

Гомолог фосфатазы и тензина ( PTEN ) — это фосфатаза у людей, кодируемая геном PTEN . [6] Мутации этого гена являются шагом в развитии многих видов рака , в частности глиобластомы, рака легких, рака молочной железы и рака простаты. Гены, соответствующие PTEN ( ортологи ) [7], были идентифицированы у большинства млекопитающих , для которых доступны полные данные о геноме.

PTEN действует как ген-супрессор опухолей посредством действия своего продукта белка фосфатазы . Эта фосфатаза участвует в регуляции клеточного цикла , предотвращая слишком быстрый рост и деление клеток. [8] Это цель многих противораковых препаратов.

Белок, кодируемый этим геном, представляет собой фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфат-3-фосфатазу . Он содержит тензиноподобный домен, а также каталитический домен, аналогичный домену тирозиновых протеинфосфатаз с двойной специфичностью . В отличие от большинства тирозиновых протеинфосфатаз, этот белок преимущественно дефосфорилирует фосфоинозитидные субстраты. Он отрицательно регулирует внутриклеточные уровни фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфата в клетках и функционирует как супрессор опухолей, отрицательно регулируя сигнальный путь Akt/PKB . [9]

Функция

Белок PTEN действует как фосфатаза , дефосфорилируя фосфатидилинозитол (3,4,5)-трифосфат (PtdIns (3,4,5) P 3 или PIP 3 ). PTEN специфически катализирует дефосфорилирование 3` фосфата инозитольного кольца в PIP 3 , что приводит к образованию бифосфатного продукта PIP 2 ( PtdIns(4,5)P2 ). Это дефосфорилирование важно, поскольку оно приводит к ингибированию сигнального пути Akt , который играет важную роль в регуляции клеточного поведения, такого как рост клеток, выживание и миграция.

PTEN также обладает слабой активностью протеинфосфатазы , но эта активность также имеет решающее значение для его роли в качестве супрессора опухолей . Активность протеинфосфатазы PTEN может быть вовлечена в регуляцию клеточного цикла , предотвращая слишком быстрый рост и деление клеток. [8] Было описано множество белковых субстратов для PTEN, включая IRS1 [10] и Dishevelled . [11]

PTEN, по-видимому, играет решающую роль в реакции на повреждение ДНК и восстановлении повреждений ДНК , особенно в восстановлении двухцепочечных разрывов и восстановлении эксцизионных нуклеотидов. [12]

Структура

Структура ядра PTEN (определенная с помощью рентгеновской кристаллографии , см. рисунок вверху справа [5] ) показывает, что оно состоит в основном из домена фосфатазы и домена C2 : домен фосфатазы содержит активный сайт , который выполняет ферментативную функцию белка, в то время как домен C2 связывает фосфолипидную мембрану . Таким образом, PTEN связывает мембрану через свои домены фосфатазы и C2, приближая активный сайт к связанному с мембраной PIP 3 для его дефосфорилирования.

Два домена PTEN, домен тирозинфосфатазы белка и домен C2, наследуются вместе как единое целое и, таким образом, составляют супердомен не только в PTEN, но и в различных других белках грибов, растений и животных, например, белках тензина и ауксилина . [13]

Активный сайт PTEN состоит из трех петель, петли TI, петли P и петли WPD, все названы в соответствии с номенклатурой PTPB1. [5] Вместе они образуют необычно глубокий и широкий карман, который позволяет PTEN вмещать объемный субстрат фосфатидилинозитол 3,4,5-трифосфат . Механизм реакции дефосфорилирования PTEN, как полагают, протекает через промежуточный фосфофермент с образованием фосфодиэфирной связи на цистеине активного сайта , C124.

В кристаллической структуре PTEN отсутствует короткая неструктурированная область из 10 аминокислот на N-конце домена фосфатазы (от остатков 6 до 15), известная также как домен связывания PIP2 (PBD) или мотив связывания PIP2 (PBM) [14] [15] [16]. Эта область увеличивает сродство PTEN к плазматической мембране за счет связывания с фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом или, возможно, любым анионным липидом.

Также в кристаллической структуре отсутствует внутренне неупорядоченная С-концевая область (CTR) (охватывающая остатки 353–403). CTR конститутивно фосфорилируется в различных положениях, которые влияют на различные аспекты PTEN, включая его способность связываться с липидными мембранами, а также действовать как белок или липидная фосфатаза. [17] [18]

Кроме того, PTEN также может быть выражен как PTEN-L [19] (известный как PTEN-Long, или PTEN-α [20] ), альтернативный вариант стартового участка лейцинового инициатора, который добавляет дополнительные 173 аминокислоты к N-концу PTEN. Точная роль этого 173-аминокислотного расширения пока неизвестна, либо оно вызывает секрецию PTEN из клетки, либо взаимодействует с митохондриями. Было предсказано, что N-концевое расширение в значительной степени неупорядочено [21], хотя есть доказательства того, что в последних двадцати аминокислотах расширения (наиболее проксимальных к стартовому метионину PTEN) есть некоторая структура. [18]

Клиническое значение

Рак

PTEN является одним из наиболее часто теряемых супрессоров опухолей при раке человека; фактически, по оценкам, до 70% мужчин с раком предстательной железы потеряли копию гена PTEN на момент постановки диагноза. [22] Ряд исследований выявил повышенную частоту потери PTEN в опухолях, которые более заметны при диагностическом сканировании, таком как мпМРТ , что потенциально отражает повышенную пролиферацию и плотность клеток в этих опухолях. [23]

Во время развития опухоли происходят мутации и делеции PTEN, которые инактивируют его ферментативную активность, что приводит к увеличению пролиферации клеток и снижению гибели клеток. Частая генетическая инактивация PTEN происходит при глиобластоме , раке эндометрия и раке простаты ; а сниженная экспрессия обнаруживается во многих других типах опухолей, таких как рак легких и молочной железы. Кроме того, мутация PTEN также вызывает различные наследственные предрасположенности к раку.

Нераковая неоплазия

Исследователи выявили более 70 мутаций в гене PTEN у людей с синдромом Коудена . [ требуется цитата ] Эти мутации могут быть изменениями в небольшом количестве пар оснований или, в некоторых случаях, делециями большого количества пар оснований. [ требуется цитата ] Большинство этих мутаций заставляют ген PTEN производить белок, который не функционирует должным образом или не работает вообще. Дефектный белок неспособен остановить деление клеток или дать сигнал аномальным клеткам к смерти, что может привести к росту опухоли, особенно в груди , щитовидной железе или матке . [24]

Мутации в гене PTEN вызывают несколько других расстройств, которые, как и синдром Коудена, характеризуются развитием нераковых опухолей, называемых гамартомами . К этим расстройствам относятся синдром Баннаяна–Райли–Рувалькабы и синдром Протея . Вместе расстройства, вызванные мутациями PTEN, называются синдромами опухоли гамартомы PTEN , или PHTS. Мутации, ответственные за эти синдромы, приводят к тому, что полученный белок становится нефункциональным или отсутствует. Дефектный белок позволяет клетке делиться неконтролируемым образом и предотвращает гибель поврежденных клеток, что может привести к росту опухолей. [24]

Функция мозга и аутизм

Дефекты гена PTEN считаются потенциальной причиной расстройств аутистического спектра. [25]

При дефекте белок PTEN взаимодействует с белком второго гена, известного как Tp53, чтобы ослабить выработку энергии в нейронах. Этот сильный стресс приводит к всплеску вредных изменений митохондриальной ДНК и аномальным уровням выработки энергии в мозжечке и гиппокампе, областях мозга, критически важных для социального поведения и познания. Когда белка PTEN недостаточно, его взаимодействие с p53 вызывает дефициты и дефекты других белков, которые также были обнаружены у пациентов с трудностями в обучении, включая аутизм . [25] Люди с аутизмом и мутациями PTEN могут иметь макроцефалию (необычно большую голову). [26]

У пациентов с дефектным PTEN могут развиться мозжечковые массовые поражения, называемые диспластическими ганглиоцитомами или болезнью Лермитта-Дюкло . [24]

Регенерация клеток

Тесная связь PTEN с ингибированием роста клеток изучается как возможная терапевтическая цель в тканях, которые традиционно не регенерируют у взрослых животных, таких как центральные нейроны. Недавно было показано, что мутанты с делецией PTEN [27] позволяют регенерировать нервы у мышей. [28] [29]

Как мишень для наркотиков

ингибиторы PTEN

Соединения биспероксованадия могут оказывать нейропротекторное действие после повреждения ЦНС. [30] PTEN ингибируется саркопотериумом . [31]

PTEN является одной из целей онкомиР , MIRN21 . [ 32]

Клеточные линии

Клеточные линии с известными мутациями PTEN включают:

Взаимодействия

Было показано, что PTEN взаимодействует с:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc ENSG00000284792 GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000171862, ENSG00000284792 – Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000013663 – Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ abc Lee JO, Yang H, Georgescu MM, Di Cristofano A, Maehama T, Shi Y и др. (октябрь 1999 г.). «Кристаллическая структура супрессора опухолей PTEN: влияние на его активность фосфоинозитидфосфатазы и ассоциацию с мембраной». Cell . 99 (3): 323–334. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81663-3 . PMID  10555148. S2CID  5624414.
  6. ^ Steck PA, Pershouse MA, Jasser SA, Yung WK, Lin H, Ligon AH и др. (апрель 1997 г.). «Идентификация гена-кандидата на роль супрессора опухолей MMAC1 на хромосоме 10q23.3, который мутирует при множественных запущенных формах рака». Nature Genetics . 15 (4): 356–362. doi :10.1038/ng0497-356. PMID  9090379. S2CID  41286105.
  7. ^ "OrthoMaM филогенетический маркер: последовательность кодирования PTEN". Архивировано из оригинала 2016-12-27 . Получено 2009-12-02 .
  8. ^ ab Chu EC, Tarnawski AS (октябрь 2004 г.). «PTEN регуляторные функции в подавлении опухолей и клеточной биологии». Medical Science Monitor . 10 (10): RA235–RA241. PMID  15448614.
  9. ^ «Ген Энтреза: гомолог фосфатазы и тензина PTEN (мутировавший при множественных запущенных формах рака 1)».
  10. ^ Shi Y, Wang J, Chandarlapaty S, Cross J, Thompson C, Rosen N и др. (июнь 2014 г.). «PTEN — это протеиновая тирозиновая фосфатаза для IRS1». Nature Structural & Molecular Biology . 21 (6): 522–527. doi :10.1038/nsmb.2828. PMC 4167033 . PMID  24814346. 
  11. ^ Шницар И, Башкуров М, Массон ГР, Огунжими АА, Мосесян С, Кабеза ЕА и др. (сентябрь 2015 г.). "PTEN регулирует реснички через Dishevelled". Nature Communications . 6 : 8388. Bibcode :2015NatCo...6.8388S. doi :10.1038/ncomms9388. PMC 4598566 . PMID  26399523. 
  12. ^ Ming M, He YY (июнь 2012 г.). «PTEN в восстановлении повреждений ДНК». Cancer Lett . 319 (2): 125–129. doi :10.1016/j.canlet.2012.01.003. PMC 3326178. PMID  22266095 . 
  13. ^ Haynie DT, Xue B (май 2015 г.). «Супердомены в иерархии структуры белка: случай PTP-C2». Protein Science . 24 (5): 874–882. ​​doi :10.1002/pro.2664. PMC 4420535 . PMID  25694109. 
  14. ^ Кэмпбелл РБ, Лю Ф, Росс АХ (сентябрь 2003 г.). «Аллостерическая активация фосфатазы PTEN фосфатидилинозитолом 4,5-бисфосфатом». Журнал биологической химии . 278 (36): 33617–33620. doi : 10.1074/jbc.C300296200 . PMID  12857747.
  15. ^ Iijima M, Huang YE, Luo HR, Vazquez F, Devreotes PN (апрель 2004 г.). «Новый механизм регуляции PTEN с помощью его фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатного связывающего мотива имеет решающее значение для хемотаксиса». Журнал биологической химии . 279 (16): 16606–16613. doi : 10.1074/jbc.M312098200 . PMID  14764604.
  16. ^ McConnachie G, Pass I, Walker SM, Downes CP (май 2003 г.). «Интерфейсный кинетический анализ фосфатазы-супрессора опухолей, PTEN: доказательства активации анионными фосфолипидами». The Biochemical Journal . 371 (Pt 3): 947–955. doi :10.1042/BJ20021848. PMC 1223325 . PMID  12534371. 
  17. ^ Rahdar M, Inoue T, Meyer T, Zhang J, Vazquez F, Devreotes PN (январь 2009 г.). «Зависимое от фосфорилирования внутримолекулярное взаимодействие регулирует ассоциацию с мембраной и активность супрессора опухолей PTEN». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (2): 480–485. Bibcode : 2009PNAS..106..480R. doi : 10.1073/pnas.0811212106 . PMC 2626728. PMID  19114656 . 
  18. ^ ab Masson GR, Perisic O, Burke JE, Williams RL (январь 2016 г.). «Внутренне неупорядоченные хвосты PTEN и PTEN-L играют различную роль в регуляции субстратной специфичности и мембранной активности». The Biochemical Journal . 473 (2): 135–144. doi :10.1042/BJ20150931. PMC 4700475 . PMID  26527737. 
  19. ^ Hopkins BD, Fine B, Steinbach N, Dendy M, Rapp Z, Shaw J, et al. (Июль 2013 г.). «Секретируемая фосфатаза PTEN, которая проникает в клетки, чтобы изменить сигнализацию и выживание». Science . 341 (6144): 399–402. Bibcode :2013Sci...341..399H. doi :10.1126/science.1234907. PMC 3935617 . PMID  23744781. 
  20. ^ Liang H, He S, Yang J, Jia X, Wang P, Chen X и др. (май 2014 г.). «PTENα, изоформа PTEN, транслируемая посредством альтернативной инициации, регулирует митохондриальную функцию и энергетический метаболизм». Cell Metabolism . 19 (5): 836–848. doi :10.1016/j.cmet.2014.03.023. PMC 4097321 . PMID  24768297. 
  21. ^ Malaney P, Uversky VN, Davé V (ноябрь 2013 г.). «Длинный N-хвост PTEN изначально неупорядочен: повышенная жизнеспособность для терапии PTEN». Molecular BioSystems . 9 (11): 2877–2888. doi :10.1039/c3mb70267g. PMID  24056727.
  22. ^ Chen Z, Trotman LC, Shaffer D, Lin HK, Dotan ZA, Niki M и др. (август 2005 г.). «Решающая роль p53-зависимого клеточного старения в подавлении Pten-дефицитного опухолеобразования». Nature . 436 (7051): 725–730. Bibcode :2005Natur.436..725C. doi :10.1038/nature03918. PMC 1939938 . PMID  16079851. 
  23. ^ Норрис Дж. М., Симпсон Б. С., Парри МА, Аллен К., Болл Р., Фримен А. и др. (Июль 2020 г.). «Генетический ландшафт видимости рака простаты при многопараметрической магнитно-резонансной томографии: систематический обзор и биоинформатический анализ». European Urology Open Science . 20 : 37–47. doi : 10.1016/j.euros.2020.06.006 . PMC 7497895. PMID  33000006 . 
  24. ^ abc Pilarski R, Eng C (май 2004). «Пожалуйста, встаньте (снова) настоящий синдром Коудена? Расширение мутационных и клинических спектров синдрома опухоли гамартомы PTEN». Журнал медицинской генетики . 41 (5): 323–326. doi :10.1136/jmg.2004.018036. PMC 1735782. PMID  15121767 . 
  25. ^ ab Napoli E, Ross-Inta C, Wong S, Hung C, Fujisawa Y, Sakaguchi D и др. (2012). "Митохондриальная дисфункция у мышей с недостаточностью гаплогруппы Pten, социальным дефицитом и повторяющимся поведением: взаимодействие между Pten и p53". PLOS ONE . ​​7 (8): e42504. Bibcode :2012PLoSO...742504N. doi : 10.1371/journal.pone.0042504 . PMC 3416855 . PMID  22900024. 
  26. ^ Чарни Д.С., Склар П.Б., Нестлер Э.Дж., Буксбаум Дж.Д. (2018). Нейробиология психических заболеваний Чарни и Нестлера. Oxford University Press. стр. 846. ISBN 9780190681425.
  27. ^ «Грызун недели: нервы регенерировались после травмы спинного мозга». The Los Angeles Times . 13 августа 2010 г.
  28. ^ Лю К, Лу Й, Ли Дж. К., Самара Р., Вилленберг Р., Сирс-Краксбергер И. и др. (сентябрь 2010 г.). «Удаление PTEN усиливает регенеративную способность взрослых кортикоспинальных нейронов». Nature Neuroscience . 13 (9): 1075–1081. doi :10.1038/nn.2603. PMC 2928871 . PMID  20694004. 
  29. ^ Leibinger M, Hilla AM, Andreadaki A, Fischer D (2019). "GSK3-CRMP2 signaling mediates axonal regeneration induced by Pten knockout". Communications Biology . 2 : 318. doi : 10.1038/s42003-019-0524-1. PMC 6707209. PMID  31453382. 
  30. ^ Walker CL, Walker MJ, Liu NK, Risberg EC, Gao X, Chen J и др. (2012). «Системный биспероксованадий активирует Akt/mTOR, снижает аутофагию и улучшает восстановление после травмы шейного отдела спинного мозга». PLOS ONE . ​​7 (1): e30012. Bibcode :2012PLoSO...730012W. doi : 10.1371/journal.pone.0030012 . PMC 3254642 . PMID  22253859. 
  31. ^ Розенберг К, Смирин П, Сэмпсон СР, Розенцвейг Т (август 2014). «Инсулиносенсибилизирующая и инсулиномиметическая активность экстракта Sarcopoterium spinosum». Журнал этнофармакологии . 155 (1): 362–372. doi :10.1016/j.jep.2014.05.030. PMID  24882728.
  32. ^ Xiong B, Cheng Y, Ma L, Zhang C (2013). «MiR-21 регулирует биологическое поведение через сигнальный путь PTEN/PI-3 K/Akt в клетках колоректального рака человека». Международный журнал онкологии . 42 (1): 219–228. doi : 10.3892/ijo.2012.1707 . PMID  23174819.
  33. ^ ab Li J, Yen C, Liaw D, Podsypanina K, Bose S, Wang SI и др. (март 1997 г.). "PTEN, предполагаемый ген протеинтирозинфосфатазы, мутировавший при раке человеческого мозга, груди и простаты". Science . 275 (5308): 1943–1947. doi :10.1126/science.275.5308.1943. PMID  9072974. S2CID  23093929.
  34. ^ ab Miller SJ, Lou DY, Seldin DC, Lane WS, Neel BG (сентябрь 2002 г.). «Прямая идентификация участков фосфорилирования PTEN». FEBS Letters . 528 (1–3): 145–153. doi : 10.1016/S0014-5793(02)03274-X . PMID  12297295. S2CID  1093672.
  35. ^ Wu Y, Dowbenko D, Spencer S, Laura R, Lee J, Gu Q и др. (июль 2000 г.). «Взаимодействие супрессора опухолей PTEN/MMAC с доменом PDZ MAGI3, новой мембранно-ассоциированной гуанилаткиназы». Журнал биологической химии . 275 (28): 21477–21485. doi : 10.1074/jbc.M909741199 . PMID  10748157.
  36. ^ Yu Z, Fotouhi-Ardakani N, Wu L, Maoui M, Wang S, Banville D и др. (октябрь 2002 г.). «PTEN ассоциируется с частицами свода в клетках HeLa». Журнал биологической химии . 277 (43): 40247–40252. doi : 10.1074/jbc.M207608200 . PMID  12177006.
  37. ^ Wang X, Shi Y, Wang J, Huang G, Jiang X (сентябрь 2008 г.). «Решающая роль C-конца PTEN в противодействии убиквитинированию и деградации PTEN, опосредованному NEDD4-1». The Biochemical Journal . 414 (2): 221–229. doi :10.1042/BJ20080674. PMID  18498243.
  38. ^ Lin HK, Hu YC, Lee DK, Chang C (октябрь 2004 г.). «Регуляция сигнализации андрогеновых рецепторов супрессором опухолей PTEN (гомолог фосфатазы и тензина, удаленный на хромосоме 10) посредством различных механизмов в клетках рака простаты». Молекулярная эндокринология . 18 (10): 2409–2423. doi : 10.1210/me.2004-0117 . PMID  15205473.
  39. ^ Freeman DJ, Li AG, Wei G, Li HH, Kertesz N, Lesche R и др. (февраль 2003 г.). «PTEN-супрессор опухолей регулирует уровни и активность белка p53 через фосфатаза-зависимые и -независимые механизмы». Cancer Cell . 3 (2): 117–130. doi : 10.1016/S1535-6108(03)00021-7 . PMID  12620407.
  40. ^ Tamura M, Gu J, Danen EH, Takino T, Miyamoto S, Yamada KM (июль 1999). «Взаимодействие PTEN с фокальной адгезионной киназой и подавление пути выживания клеток, зависящего от внеклеточного матрикса, фосфатидилинозитол 3-киназы/Akt». Журнал биологической химии . 274 (29): 20693–20703. doi : 10.1074/jbc.274.29.20693 . PMID  10400703.
  41. ^ Haier J, Nicolson GL (февраль 2002 г.). «PTEN регулирует адгезию опухолевых клеток карциномы толстой кишки в динамических условиях потока жидкости». Oncogene . 21 (9): 1450–1460. doi : 10.1038/sj.onc.1205213 . PMID  11857088.

В данной статье использован текст из Национальной медицинской библиотеки США , являющийся общественным достоянием .


Дальнейшее чтение

Внешние ссылки