Трансформирующий белок RhoA - Transforming protein RhoA
Преобразование белка RhoA , также известный как Расы гомолога члена семьи А ( RhoA ), является небольшой ГТФазой белком в семье Rho из ГТФаз , что у людей , кодируемый RHOA ген . Хотя эффекты активности RhoA не все хорошо известны, она в первую очередь связана с регуляцией цитоскелета, в основном с образованием актиновых стрессовых волокон и сократительной способностью актомиозина. Он действует на несколько эффекторов. Среди них лучше всего описаны ROCK1 (Rho-ассоциированная, спиральная спираль, содержащая протеинкиназа 1) и DIAPH1 (диафанный гомолог 1, также известный как hDia1, гомолог mDia1 у мышей, прозрачный у дрозофилы ). RhoA и другие Rho GTPases являются частью более крупного семейства родственных белков, известных как суперсемейство Ras , семейство белков, участвующих в регуляции и времени деления клеток . RhoA - одна из старейших GTPаз Rho, гомологи которой присутствуют в геномах уже 1,5 миллиарда лет. Как следствие, RhoA каким-то образом участвует во многих клеточных процессах, возникших на протяжении эволюции. В частности, RhoA рассматривается как важный регуляторный фактор в других функциях, таких как регуляция динамики цитоскелета, транскрипция, развитие клеточного цикла и трансформация клеток.
Состав
Специфический ген, кодирующий RhoA, RHOA , расположен на хромосоме 3 и состоит из четырех экзонов, которые также были связаны как возможный фактор риска атеротромболического инсульта.
Подобно другим GTPases, RhoA представляет вставку Rho в своей первичной последовательности в домене GTPase. RhoA также содержит четыре сайта вставки или удаления с дополнительным спиральным субдоменом; эти сайты характерны для многих GTPases семейства Rho. Что наиболее важно, RhoA содержит две области переключения, Switch I и Switch II, конформационные состояния которых изменяются после активации или инактивации белка. Оба переключателя имеют характерную складку, соответствуют определенным участкам катушки RhoA и равномерно стабилизированы за счет водородных связей. Конформации доменов Switch изменяются в зависимости от связывания GDP или GTP с RhoA. Природа связанного нуклеотида и последующая конформационная модификация доменов Switch диктует способность RhoA связываться или нет связываться с белками-партнерами (см. Ниже).
Последовательности первичных белков членов семейства Rho в основном идентичны, причем N-конец содержит большую часть белка, кодирующего связывание и гидролиз GTP. С-конец RhoA модифицируется посредством пренилирования , закрепляя ГТФазу в мембранах, что важно для ее роли в росте клеток и организации цитоскелета. Ключевые аминокислоты, которые участвуют в стабилизации и регуляции гидролиза GTP, консервативны в RhoA как Gly14, Thr19, Phe30 и Gln63.
Правильная локализация белков RhoA сильно зависит от С-конца; во время пренилирования закрепление пренильной группы важно для стабильности, ингибирования и синтеза ферментов и пролиферации. RhoA изолируется ингибиторами диссоциации (RhoGDI), которые удаляют белок с мембраны, предотвращая его дальнейшее взаимодействие с другими нижестоящими эффекторами.
Механизм активации
RhoA приобретает как неактивные GDP-связанные, так и активные GTP-связанные конформационные состояния; эти состояния чередуются между активным и неактивным состояниями посредством обмена GDP на GTP (осуществляемого одновременно через факторы обмена гуаниновых нуклеотидов и фактор активации GTPase). RhoA активируется в первую очередь факторами обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) посредством фосфорилирования; из-за большой сети перекрывающегося фосфорилирования множество GEF используются для включения определенных сигнальных путей. Эти структурные механизмы обеспечивают сайты взаимодействия, которые могут взаимодействовать с эффекторами и гуаниновыми факторами, чтобы стабилизировать и сигнализировать о гидролизе GTP. Уровни активации RhoA и связанных GEF измеряются с использованием анализов RhoA и GEF pull down, в которых используются шарики Rhotekin и мутантный RhoA G17A соответственно.
Участие в клеточных процессах
RhoA в первую очередь участвует в следующих действиях: организация актина, сократимость миозина, поддержание клеточного цикла, морфологическая поляризация клеток, развитие клеток и контроль транскрипции.
Актиновая организация
RhoA преобладает в регуляции формы, полярности и передвижения клеток посредством полимеризации актина, сократимости актомиозина, клеточной адгезии и динамики микротрубочек. Кроме того, считается, что RhoA действует в первую очередь на тыльную часть ( уропод ) мигрирующих клеток, способствуя отслоению, подобно процессу прикрепления и отсоединения, обнаруженному в механизме фокальной адгезии. Пути передачи сигнала, регулируемые через RhoA, связывают рецепторы плазматической мембраны с образованием очаговой адгезии и последующей активацией соответствующих актиновых стрессовых волокон. RhoA напрямую стимулирует полимеризацию актина через активацию диафано-родственных форминов, тем самым структурно изменяя мономеры актина на филаменты. Киназы ROCK индуцируют основанную на актомиозине сократительную способность и фосфорилируют TAU и MAP2, участвующие в регуляции миозинов и других актин-связывающих белков, чтобы способствовать миграции и отсоединению клеток. Согласованное действие ROCK и Dia необходимо для регуляции полярности клеток и организации микротрубочек. RhoA также регулирует целостность внеклеточного матрикса и потерю соответствующих межклеточных адгезий (в первую очередь, сращений и плотных контактов), необходимых для миграции эпителия. Роль RhoA в посредничестве передачи сигнала также приписывается установлению тканевой полярности в эпидермальных структурах из-за его полимеризации актина для координации везикулярного движения; движение внутри актиновых филаментов образует сети, которые движутся вместе с везикулярным линейным движением. В результате мутации, присутствующие в генах полярности, указывают на то, что RhoA имеет решающее значение для полярности ткани и направленного внутриклеточного движения.
Развитие клетки
RhoA необходим для процессов, включающих развитие клеток, некоторые из которых включают рост, дорсальное закрытие, формирование костей и миогенез. Утрата функции RhoA часто объясняется неудачной гаструляцией и неспособностью к миграции клеток. В более широком смысле, RhoA, как было показано, функционирует как промежуточный переключатель в общем механически опосредованном процессе связывания и дифференцировки стволовых клеток. Например, мезенхимальные стволовые клетки человека и их дифференциация в адипоциты или остеоциты являются прямыми результатами воздействия RhoA на форму клеток, передачу сигналов и целостность цитоскелета. Форма клетки действует как первичный механический сигнал, который управляет активностью RhoA и последующей эффекторной активностью ROCK для контроля приверженности стволовых клеток и поддержания цитоскелета. Опосредованные трансформирующим фактором роста (TGF) пути, которые контролируют прогрессирование и идентичность опухоли, также часто считаются RhoA-зависимыми механизмами. Известно, что TGF-β1, фактор роста, подавляющий опухоль, регулирует рост, дифференцировку и эпителиальную трансформацию при онкогенезе. Вместо того, чтобы блокировать рост, TGF-β1 непосредственно активирует RhoA в эпителиальных клетках, блокируя его нижележащую мишень, p160; в результате активированные RhoA-зависимые пути вызывают образование стрессовых волокон и последующие мезенхимальные свойства.
Транскрипционный контроль
Активированный RhoA также участвует в регуляции транскрипционного контроля над другими путями передачи сигнала через различные клеточные факторы. Белки RhoA при активации способствуют усилению транскрипции независимо от факторов тройного комплекса, одновременно модулируя последующую внеклеточную сигнальную активность. Также было показано, что RhoA опосредует сигнальные пути, индуцированные сывороткой, LPA и AIF4, в дополнение к регуляции транскрипции промотора c-fos, ключевого компонента в формировании тройного комплекса, продуцирующего сывороточные и тройные факторы. Передача сигналов RhoA и модуляция полимеризации актина также регулируют экспрессию Sox9 посредством контроля транскрипционной активности Sox9. Экспрессия и транскрипционная активность Sox9 напрямую связаны с потерей активности RhoA и иллюстрируют, как RhoA участвует в транскрипционном контроле экспрессии специфического белка.
Поддержание клеточного цикла
Установлено, что RhoA, а также некоторые другие члены семейства Rho играют роль в регуляции цитоскелета и деления клеток. RhoA играет ключевую роль в прогрессировании клеточного цикла G1, прежде всего посредством регуляции экспрессии циклина D1 и циклин-зависимых ингибиторов киназы (p21 и p27). Эти пути регуляции активируют протеинкиназы, которые впоследствии модулируют активность фактора транскрипции. RhoA специфически подавляет уровни p21 в нормальных и трансформированных линиях клеток посредством независимого от p53 механизма транскрипции, в то время как уровни p27 регулируются с помощью эффекторных Rho-ассоциированных киназ. Цитокинез определяется сокращением на основе актомиозина. RhoA-зависимые диафано-родственные формины (DRF) локализуются в борозде расщепления во время цитокинеза, одновременно стимулируя локальную полимеризацию актина, координируя микротрубочки с актиновыми филаментами в месте сократительного кольца миозина. Различия в эффекторном связывании отличают RhoA от других родственных Ras гомологов GTPases. Интегрины могут модулировать активность RhoA в зависимости от состава внеклеточного матрикса и других соответствующих факторов. Сходным образом стимуляция RhoA активности киназы PKN2 регулирует межклеточную адгезию посредством образования и разборки апикальных соединений. Хотя RhoA легче всего узнать по его уникальному вкладу в сократительную способность актин-миозина и формирование стрессовых волокон, новые исследования также определили его как ключевой фактор в опосредовании взъерошивания мембран, образования ламелл и пузырей на мембранах. Большая часть этой активности происходит в переднем крае клеток во время миграции в координации с выступами на мембране карциномы молочной железы.
Путь RhoA
Молекулы действуют на различные рецепторы, такие как NgR1, LINGO1 , p75 , TROY и другие неизвестные рецепторы (например, CSPG), что стимулирует RhoA. RhoA активирует ROCK (киназу RhoA), которая стимулирует киназу LIM, которая затем ингибирует кофилин , который эффективно реорганизует актиновый цитоскелет клетки. В случае нейронов активация этого пути приводит к коллапсу конуса роста, следовательно, ингибирует рост и восстановление нервных путей и аксонов. Ингибирование этого пути его различными компонентами обычно приводит к некоторому улучшению ремиелинизации. После глобальной ишемии гипербарический кислород (по крайней мере, 3 АТА), по-видимому, частично подавляет экспрессию RhoA в дополнение к белку Nogo ( ретикулон 4 ) и субъединице его рецептора Ng-R. Сигнальный путь MEMO1-RhoA-DIAPH1 играет важную роль в ERBB2-зависимой стабилизации микротрубочек в коре клеток. Недавнее исследование показывает, что передача сигналов киназы RhoA-Rho опосредует повреждение мозга, вызванное тромбином.
p75NTR служит регулятором сборки актина. Член семейства гомологов Ras (RhoA) заставляет актиновый цитоскелет становиться жестким, что ограничивает подвижность конуса роста и ингибирует удлинение нейронов в развивающейся нервной системе. p75NTR без связанного лиганда активирует RhoA и ограничивает сборку актина, но связывание нейротрофина с p75NTR может инактивировать RhoA и способствовать сборке актина. p75NTR связывается с ингибитором диссоциации Rho GDP (RhoGDI) , а RhoGDI связывается с RhoA. Взаимодействие с Nogo может усилить связь между p75NTR и RhoGDI. Нейротрофин связывание с p75NTR ингибирует ассоциацию RhoGDI и p75NTR, тем самым подавляя высвобождение RhoA и продвижение конуса роста (удлинение ингибирующее RhoA актина подавления).
Взаимодействия
Было показано, что RHOA взаимодействует с:
Клиническое значение
Рак
Учитывая, что его сверхэкспрессия обнаруживается при многих злокачественных новообразованиях, активность RhoA была связана в нескольких приложениях для лечения рака из-за его значительного участия в сигнальных каскадах рака. Факторы сывороточного ответа (SRF), как известно, опосредуют рецепторы андрогенов в клетках рака простаты, в том числе роли, варьирующиеся от различения доброкачественной предстательной железы от злокачественной и выявления агрессивного заболевания. RhoA опосредует андроген-чувствительность этих генов SRF; в результате было показано, что вмешательство с RhoA предотвращает андрогенную регуляцию генов SRF. При применении экспрессия RhoA заметно выше в клетках злокачественного рака простаты по сравнению с клетками доброкачественной простаты, причем повышенная экспрессия RhoA связана с повышенной летальностью и агрессивной пролиферацией. С другой стороны, подавление RhoA снижает жизнеспособность клеток, регулируемых андрогенами, и затрудняет миграцию клеток рака простаты.
Было также обнаружено, что RhoA гиперактивируется в клетках рака желудка; как следствие, подавление активности RhoA частично обращает вспять фенотип пролиферации клеток рака желудка посредством подавления пути Diaphanous 1 RhoA-млекопитающих. Доксорубицин часто называют многообещающим противораковым препаратом, который также используется при химиотерапевтическом лечении; однако, как и почти со всеми химиотерапевтическими средствами, остается проблема лекарственной устойчивости. Сведение к минимуму или отсрочка этой резистентности дало бы необходимую дозу для искоренения опухоли, таким образом уменьшая токсичность лекарства. Последующее снижение экспрессии RhoA также было связано с повышенной чувствительностью к доксорубицину и полной реверсией устойчивости к доксорубицину в некоторых клетках; это показывает устойчивость RhoA как постоянного индикатора противораковой активности. Помимо стимулирования активности по подавлению опухолей, RhoA также оказывает неотъемлемое влияние на эффективность лекарств в отношении функциональности рака и может быть применен к протоколам генной терапии в будущих исследованиях.
Было установлено, что экспрессия белка RhoA в опухолевой ткани яичка значительно выше, чем в неопухолевой ткани; Экспрессия белка для RhoA, ROCK-I, ROCK-II, Rac1 и Cdc42 была выше в опухолях более высоких стадий, чем в опухолях более низких стадий, что совпадает с более выраженным лимфатическим метастазированием и инвазией в рак верхних мочевых путей. Хотя и RhoA, и RhoC белки составляют значительную часть Rho GTPases, которые связаны с содействием инвазивному поведению карцином молочной железы, приписывание специфических функций этим отдельным членам было трудным. Мы использовали стабильный подход к интерференции ретровирусной РНК для создания клеток инвазивной карциномы молочной железы (клетки SUM-159), в которых отсутствует экспрессия RhoA или RhoC. Анализ этих клеток позволил нам сделать вывод, что RhoA препятствует, а RhoC стимулирует инвазию. Неожиданно этот анализ также выявил компенсаторную взаимосвязь между RhoA и RhoC на уровне как их экспрессии, так и активации, а также реципрокную взаимосвязь между активацией RhoA и Rac1. Хронический миелоидный лейкоз (ХМЛ), заболевание стволовых клеток, которое препятствует правильному функционированию миелоидных клеток, связывают с полимеризацией актина. Сигнальные белки, такие как RhoA, регулируют полимеризацию актина. Из-за различий белков между нормальными и пораженными нейтроцитами, RhoA стал ключевым элементом; Дальнейшие эксперименты также показали, что пути, ингибирующие RhoA, предотвращают общий рост клеток CML. В результате RhoA имеет значительный потенциал в качестве терапевтической мишени в методах генной терапии для лечения ХМЛ. Таким образом, роль RhoA в пролиферации фенотипов раковых клеток является ключевым приложением, которое может быть применено для таргетной терапии рака и разработки фармацевтических препаратов.
Приложения для лекарств
В июне 2012 года исследователи из детской больницы Цинциннати синтезировали новый кандидат на лекарство под названием «Росин», лекарство, полностью направленное на подавление распространения рака и ускорение регенерации нервных клеток. Этот ингибитор специфически нацелен на Rho GTPases, чтобы предотвратить рост клеток, связанных с раком. При тестировании на клетках рака молочной железы Rhosin подавлял рост и рост сфер молочной железы дозозависимым образом, действуя как мишень для RhoA, одновременно поддерживая целостность нормальных клеточных процессов и нормальных клеток груди. Эти многообещающие результаты указывают на общую эффективность Rhosin в предотвращении распространения рака груди посредством нацеливания на RhoA.
Возможная цель для лекарств от астмы и диабета
Физиологические функции RhoA связаны с сокращением и миграцией клеток, которые проявляются как симптомы как при астме, так и при диабете (т.е. ограничение воздушного потока и гиперчувствительность, десенсибилизация и т. Д.). Из-за патофизиологического перекрытия RhoA и Rho-киназы при астме, как RhoA, так и Rho-киназа стали многообещающими новыми молекулами-мишенями для фармакологических исследований с целью разработки альтернативных форм лечения астмы. Механизмы киназ RhoA и Rho связаны с диабетом из-за повышенной экспрессии мишеней у животных с диабетом 1 и 2 типа. Ингибирование этого пути предотвращало и улучшало патологические изменения при диабетических осложнениях, что указывает на то, что путь RhoA является многообещающей мишенью для терапевтических разработок в лечении диабета.
использованная литература
дальнейшее чтение
- Ramakers GJ (апрель 2002 г.). «Ро-белки, умственная отсталость и клеточные основы познания». Тенденции в неврологии . 25 (4): 191–9. DOI : 10.1016 / S0166-2236 (00) 02118-4 . PMID 11998687 . S2CID 13941716 .
- Чанг З.Ф., Ли Х.Х. (март 2006 г.). «Передача сигналов RhoA при апоптозе, индуцированном сложным эфиром форбола» . Журнал биомедицинских наук . 13 (2): 173–80. DOI : 10.1007 / s11373-005-9056-4 . PMID 16496227 .
внешние ссылки
- rhoA + Protein в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)
- Информация RHOA со ссылками в шлюзе миграции ячеек
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P61586 (человеческий трансформирующий белок RhoA) в PDBe-KB .
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : Q9QUI0 (мышиный трансформирующий белок RhoA) в PDBe-KB .
