[albert52]

Вставка.
FoxO и клеточный цикл

Факторы FoxO регулируют ряд клеточных процессов, участвующих в принятии решений о судьбе клеток, в зависимости от типа клеток и окружающей среды, включая метаболизм, дифференцировку, апоптоз и пролиферацию. Ключевым механизмом, с помощью которого FoxO определяет судьбу клеток, является регуляция аппарата клеточного цикла, и поэтому клеточные последствия дерегуляции FoxO часто проявляются в нарушении клеточного цикла. Следовательно, нарушение регуляции факторов FoxO вовлечено в развитие множества пролиферативных заболеваний, в частности рака.

Семейство FoxO является продуктом увеличения сложности, необходимой для развития высших организмов. К настоящему времени идентифицированы четыре изоформы FoxO (FoxO1, FoxO3a, FoxO4 и FoxO6) в клетках млекопитающих (у людей было идентифицировано по крайней мере 17 подклассов факторов транскрипции Fox).

Клеточная пролиферация включает в себя вход в клеточный цикл из состояния покоя (фаза G0) и успешное прохождение через G1 (фаза паузы 1), S (синтез ДНК), G2 (фаза паузы 2) и M (митоз) клеточного цикла. Фазовые переходы клеточного цикла находятся под строгим контролем сложного набора регуляторных белков клеточного цикла, а прохождение каждой фазы клеточного цикла контролируется в первую очередь совместной активностью специфических циклин-зависимых киназ (CDK) и их регуляторных функций на субъединицы - циклины. Одной из первых функций, обнаруженных для белков FoxO млекопитающих, была их способность регулировать фазовый переход G1 / S .

Развитие клеточного цикла от фазы G1 к фазе S зависит в первую очередь от активации факторов транскрипции E2F посредством последовательного гиперфосфорилирования белков семейства ретинобластомы (pRB) (то есть pRB, p107 и p130), опосредованного циклин-D / комплекс Е-CDK. Во время ранней фазы G1 уровни экспрессии циклинов D-типа активируются митогенными сигналами, что приводит к повышенным уровням активных комплексов циклин D-типа-CDK4 / 6.
Фактически, циклины D-типа являются первыми компонентами аппарата клеточного цикла, которые индуцируются в ответ на митогенную стимуляцию, тем самым обеспечивая связь между пролиферативными сигналами и клеточным циклом. Эти холоферменты циклин D-CDK4 / 6, как полагают, имеют решающее значение для продвижения клеток через точку рестрикции, место в поздней фазе G1, после которой клетки часто становятся независимыми от факторов роста и невосприимчивыми к подавляющим сигналам.

Было показано, что сверхэкспрессия конститутивно активной ядерной формы FoxO1 или FoxO3a подавляет активность CDK4 и вызывает остановку клеточного цикла в фазе G1. Еще не доказано, что белки FoxO подавляют экспрессию циклинов D-типа посредством прямого связывания с промоторами их генов; однако белки FoxO могут их опосредованно подавлять за счет усиления транскрипции Bcl-6, известного репрессора транскрипции гена циклина D2. Также стоит упомянуть, что сигнальный путь PI3K – АКТ непосредственно участвует как в транскрипции гена циклина D1 , так и в стабилизации белка.
Таким образом, повышенный уровень активности PI3K-AKT в сочетании с сопутствующей инактивацией FoxO будет индуцировать циклин D1 на нескольких уровнях, что приводит к аномально высоким уровням активности циклина D1-CDK4 / 6 и быстрому переходу в S-фазу.

Регуляция фазового перехода G1 / S с помощью FoxO также в значительной степени зависит от ингибиторов циклин-зависимых киназ (CKI). Существует два различных класса CKI: семейство Cip / Kip (то есть p21 Cip1 , p27 Kip1 и p57 Kip2 ) и семейство INK4 (то есть p15 INK4b , p16 INK4a , p18 INK4c и p19 1NK4d ). В то время как члены семейства Cip / Kip образуют ингибирующие гетеротримерные комплексы с циклин-CDK, члены INK4 образуют комплекс только с CDK4 и CDK6.
Было показано, что белки FoxO непосредственно повышают регуляцию транскрипции p21 Cip1 и p27 Kip1 членов Cip / Kip и таким образом, могут ингибировать активность CDK-циклинов A, E и D. Два специфических ингибиторов CDK4 / 6, p15 INK4b и p19 INK4d, также оказались мишенями FoxO в индукции остановки клеточного цикла G1.

Функциональным следствием FoxO-опосредованного нарушения образования комплекса циклин-CDK является снижение фосфорилирования белков семейства pRB и, следовательно, транскрипционной активности E2F. Однако FoxO может также напрямую нацеливаться на членов семейства pRB p107 и p130 (также называемых pRB2); FoxO3a и FoxO4 млекопитающих непосредственно активируют транскрипцию гена p130 , который может побуждать клетки к остановке клеточного цикла и переходу в состояние покоя.

Было показано, что во время вступления в клеточный цикл киназа циклин D-CDK4 / 6 запускает частичное фосфорилирование белка pRB, что приводит к дерепрессии небольшого количества генов E2F, включая циклин E. Затем экспрессия циклина E активирует CDK2 для дальнейшего фосфорилирования белков pRB, что приводит к экспрессии полного набора регулируемых E2F регуляторных генов клеточного цикла. Следовательно, FoxO-опосредованная репрессия циклина D-типа, активация CKI и p130 в конечном итоге приведет к подавлению всех регулируемых E2F регуляторов клеточного цикла, необходимых для входа в клеточный цикл.

Остановка клеточного цикла в контрольной точке G2 / M является критическим компонентом стрессовой реакции в клетке, позволяя восстановить повреждение ДНК. Более того, недостатки в контроле контрольных точек фазы G2 / M часто связаны с геномной нестабильностью и онкогенезом. Факторы транскрипции FoxO, как сообщается, также играют роль в поздних фазах клеточного цикла млекопитающих. Так, активация FoxO3a во время S-фазового перехода будет вызывать остановку клеточного цикла G2 / M. Более того, было показано, что в ответ на повреждение ДНК FoxO3a активирует экспрессию гена остановки роста и ответа на повреждение ДНК GADD45a, чтобы опосредовать остановку клеточного цикла G2 / M и запускать репарацию ДНК .

Суперсемейство цитокинов трансформирующего фактора роста β (TGFβ) регулирует широкий спектр клеточных функций, включая прогрессирование клеточного цикла, и нарушение регуляции этого пути связано с онкогенезом. Например, TGFβ ингибирует пролиферацию первичных злокачественных эпителиальных клеток, вызывая остановку клеточного цикла за счет активации группы факторов транскрипции Smad, которые часто мутируют в опухолях. При этом ключевым компонентом передачи сигналов TGFβ является образование комплекса Smad-FoxO3a, который необходим для индукции экспрессии гена p21 Cip1.
Таким образом, FoxO представляет собой точку конвергенции пути PI3K-АКТ с сигнальным каскадом TGFβ, чтобы регулировать прогрессию клеточного цикла. Интересно, что индукции экспрессии p21 Cip1 комплексами FoxO-Smad противостоит FoxG1, тканеспецифический паттерн экспрессии которого, в первую очередь обнаруживаемый в ткани мозга, указывает на сценарий, при котором клеточное происхождение влияет не только на результат, но и на регуляцию передачи сигналов FoxO (например, в глиомах).

Также экспрессия гена FoxM1 может негативно регулироваться целевым геном FoxO3a Mxi1. Кроме того, индуцированная FoxO3a экспрессия CKI может ингибировать комплексы CDK-циклин, которые необходимы для активации и ядерной локализации FoxM1. FoxM1 выполняет критическую функцию в переходе G2 и M, регулируя экспрессию различных регуляторных генов клеточного цикла G2 / M, включая поло-подобную киназу, циклин B , циклин A , CDC25B и CDC2, а потеря FoxM связана с остановкой контрольной точки G2 / M и потерей целостности митотического веретена. Сверхэкспрессия FoxM1 посредством хромосомной амплификации или активации транскрипции, например, через Gli-1, связана с развитием и прогрессированием многих типов рака, включая рак груди, печени, простаты, мозга и легких.

С точки зрения продолжительности жизни эукариотического многоклеточного организма FoxO вызывает остановку клеточного цикла, но в то же время увеличивает продолжительность жизни клетки. Возможно, самый интригующий вопрос возникает из-за параллелей между p53 и FoxO, оба которых подавляют развитие опухолей, но баланс активности которых может частично контролироваться петлей отрицательной обратной связи между двумя белками. Действительно, p53 может индуцировать экспрессию киназы, фосфорилирующей и исключающей из ядра FoxO3a, а FoxO3a в свою очередь может ингибировать опосредованную p53 репрессию экспрессии SIRT1, которая связывает и деацетилирует p53.