Советуем для ознакомления:

Онкология:

Популярные разделы сайта:

Транскрипционные факторы NF-кВ и р53 в апоптозе (гибели) клеток

NF-кВ является транскрипционным фактором, регулирующим транскрипцию более 150 генов, продукты которых вовлечены в важнейшие процессы, связанные с формированием иммунного ответа, пролиферации, апоптоза и выживания в стрессовых ситуациях. NF-кВ контролирует экспрессию как антиапоптогенных (IAPs- и Bcl-2-подобные белки), так и проапоптогенных (Fas и FasL) факторов на транскрипционном уровне. NF-кВ синтезируется в форме неактивного предшественника (р105), который после моноубиквитинирования подвергается ограниченному гидролизу в протеасомах.

Зрелый транскрипционный фактор представляет собой гомо- или гетеродимер из различных сочетаний пяти типов субъединиц - NF-kB1 (p50), NF-kB2 (p52), c-Rel, RelB и Re-1А (р65), конститутивно присутствует в цитозоле в форме неактивного комплекса с ингибитором из семейства 1кВ (Inhibitors of NF-кВ) и активируется при диссоциации комплекса после протеинкиназа-зависимого фосфорилирования и дальнейшей убиквитинзависимой деградации 1кВ. Диссоциация фосфорилированного ингибитора открывает на молекуле NF-кВ ранее экранированный сигнал ядерной локализации, что является причиной его транслокации в ядро и связывания с соответствующими сайтами ДНК.

Специфичность NF-кВ в отношении респонсивных генов определяется его субъединичным составом, а также, по-видимому, длительностью его нахождения в клеточном ядре. В 2004 г. в октябрьском номере Science опубликованы сенсационные результаты совместных исследований семи британских лабораторий (Nelson D. E. et al. // Science). Наглядно продемострирован маршрут миграции молекул NF-кВ, флюоресцентно меченных белком DsRed (p50/RelA-DsRed), и переодический характер биосинтеза молекул 1кВ, меченных белком GFP (Green fluorescence protein): на протяжении 800 мин наблюдения после стимуляции клеток лигандом смерти TNFa транскрипционный фактор трижды перемещался в ядро, где активировал экспрессию ряда генов, в том числе — собственного ингибитора 1кВ, после чего возвращался в цитозоль (или разрушался в протеасомах), задерживаясь в ядре в каждом цикле на разные периоды времени.

Авторы делают вывод о возможности внутриклеточной передачи сигналов по типу азбуки Морзе, за счет пространственных асинхронных осцилляций белковых молекул.

начало апоптоза

Выше упоминалось, что активация NF-кВ может являться следствием связывания лигандов смерти с рецепторами суперсемейства TNFRSF в результате RIP- или TRAF-опосредованных сигнальных каскадов. Кроме того, активация NF-кВ происходит в ответ на действие ИЛ-1, форболовых эфиров, липополисахарида и ряда других факторов клеточного стресса. Затруднение активации NF-кВ при экспрессии в клетках недеградабильной формы 1кВ, а также гиперэкспрессия 1кВ «дикого типа» и применение ингибиторов протеосом, одним из субстратов которых является 1кВ, повышает чувствительность опухолевых клеток к TNFa-индуцированному апоптозу.

Опухолевый супрессор р53 часто называют «стражем генома» по причине его исключительной роли в осуществлении надзора за сохранностью генетической информации клетки. При возникновении генетических дефектов (генотоксическом стрессе) или активации онкогенов р53 блокирует пролиферативную экспансию поврежденных клеток путем остановки клеточного цикла для выполнения репарации повреждений.

Периодический контроль за состоянием собственного генома осуществляется делящейся клеткой в так называемых сверочных точках (англ. — check-points) клеточного цикла. Известно по крайне мере четыре сверочных точки, в которых происходит анализ правильной последовательности событий репликативного цикла. Три из них (при переходе из фазы G1 в фазу S; собственно в S-фазе; при переходе G2 в М) связаны с контролем отсутствия повреждений в молекуле ДНК непосредственно перед репликацией (G1-S и S), адекватности (S) и полноты (G2-M) ее репликации и пострепликативной репарации. Четвертая предназначена для проверки ахроматинового веретена деления (Spindle-assembly check-point, метафаза митоза).

Именно в этих точках может быть осуществлен обратимый или необратимый «арест пролиферации» — типичный результат применения цитостатических и цитотоксических химических соединений, предшествующий активации программы клеточной гибели.

программирование апоптоза

Ключевым компонентом первых трех точек является белковый продукт гена ТР53 — сравнительно коротко живущий белок, способный к многочисленным посттрансляционным модификациям: он имеет пятнадцать сайтов потенциального фосфорилирования и три сайта ацетилирования, модификация которых регулирует его полифункциональность. Например, активируясь при возникновении повреждений ДНК вследствие фосфорилирования специфическими киназами ATM (Ataxia telangiectasia mutated) и СНК1/2 (Checkpoint kinase 1/2), белок р53 трансактивирует респонсивные гены, в частности, сигнальных белков p21WAF1 и GADD45 (Growth Arrest and DNA Damage-induced), шаперона 14-3-3, ферментов репарации BRCA1/2, компонентов сигнальных путей апоптоза (CD95/Fas/APO-l, FasL, TRAIL, Вах, Bcl-X, PUMA и др.) и белка Mdm2, контролирующего активность самого р53. Одновременно он является транскрипционным репрессором антиапоптогенных белков (Bcl-2, Bcl-XL, IAPs).

Активация сигнального пути p53-p21WAF1 ингибирует циклинзависимую киназу-2 (CDK2), в норме фосфорилирующую белок Rb для активации начала репликации ДНК (начало S-фазы).

Ингибирование CDK2 вызывает остановку клеточного цикла в сверочной точке G1-S. В сверочной точке G2-M белки p21WAF1 и GADD45 ингибируют циклинзависимую киназу-1, предотвращая вступление клетки в митоз. Арест клеточной пролиферации в сверочной точке сопровождается попыткой репарации обнаруженного повреждения молекулы ДНК. Если эта попытка оказалась удачной и корректную структуру ДНК удалось восстановить, арест отменяется и клетка продолжает цикл деления. На молекулярном уровне отмена ареста пролиферации связана с протеасомной деградацией активированного белка р53 после его убиквитинирования белком Mdm2. Если дефект не ликвидирован, вследствие накопления «стрессовой» формы белка р53 (дополнительно фосфорилированной и ацетилированной в сравнении с его активированной формой) происходит либо необратимый арест пролиферации, либо транскрипционно активируются проапоптогенные гены Bax, PUMA, AIP1 и др. с последующим включением митохондриального сигнального пути апоптоза.

Интересно, что р53 активирует транскрипцию гена Mdm2, белковый продукт которого является его собственной убиквитинпротеинлигазой, чем обеспечивает механизм обратной связи в регуляции активности своей исключительно важной, но коротко живущей молекулы.

Возникновение инактивирующих мутаций в гене ТР53 или полное прекращение его экспрессии (нокаут гена) сопряжены с дестабилизацией генома: формируется так называемый мутаторный фенотип клетки, при котором частота появления и накопления мутаций резко возрастает. Мутации гена ТР53 часто сопровождают опухолевый рост, хотя неясно, являются ли они причиной или следствием опухолевой трансформации. Специфический ингибитор белка р53 пифитрин-а предотвращает индукцию апоптоза радиочувствительных клеток ионизирующим облучением, однако способствует опухолевой трансформации клеток в отдаленные после облучения сроки. Около половины всех исследованных злокачественных опухолей человека несут в гене ТР53 значимую мутацию, однако вторая половина опухолей экспрессирует белок р53 «дикого типа», что, впрочем, не мешает составляющим их клеткам быть злокачественно трансформированными.

- Читать "Протеасомы в апоптозе (гибели) клеток"

Оглавление темы "Апоптоз клеток":
  1. Роль каспаз в апоптозе клетки. Функции каспаз
  2. Рецепторы смерти клетки при апоптозе. Функции рецепторов смерти
  3. Роль митохондрий в апоптозе (гибели) клеток
  4. Роль факторов роста в апоптозе (гибели) клеток
  5. Роль гранзимов в апоптозе (гибели) клеток
  6. Белки теплового шока (HSPs — heat-shock proteins) в апоптозе (гибели) клеток
  7. Транскрипционные факторы NF-кВ и р53 в апоптозе (гибели) клеток
  8. Протеасомы в апоптозе (гибели) клеток
  9. Cигнальные системы гибели и выживания клетки при апоптозе
  10. Программированная гибель клеток (апоптоз) в цитостатической терапии