Новая теория рака. 2-ая редакция

[albert52]

Продолжим.

Старение опосредуется двумя основными путями опухолевого супрессора клетки, а именно путями ARF / p53 и INK4a / RB, поэтому индуцированное онкогеном старение есть механизм, сдерживающий рост потенциально опасных клеток. ARF является критическим сенсором онкогенных сигналов, а критическим медиатором, который активирует p53 в ответ на онкогенную передачу сигналов, является каскад передачи сигналов повреждения ДНК, запускаемый аберрантным запуском фактроров репликации.

Клетки, которые стареют с устойчивой передачей сигналов DDR, содержат устойчивые ядерные фокусы, называемые сегментами ДНК с изменениями хроматина, усиливающими старение (DNA-SCARS). Эти очаги содержат активированные белки DDR, включая фосфо-ATM и фосфорилированные ATM / ATR субстраты, и отличимы от временных очагов повреждения. ДНК-SCARS включают дисфункциональные теломеры или очаги, вызванные дисфункцией теломер (TIF).

Предраковые поражения в легких содержали большое количество стареющих клеток, тогда как аденокарциномы легких почти полностью лишены клеток, положительных по маркерам индуцированного онкогеном старения. Точно так же предраковые невусы и аденомы толстой кишки человека содержали клетки, экспрессирующие маркеры старения, включая передачу сигналов SA-β-gal (Senescence-associated beta-galactosidase) и DDR; однако число стареющих клеток заметно уменьшились в злокачественных меланомах и аденокарциномах, которые развиваются из этих поражений.

У людей стареющие клетки были идентифицированы в доброкачественных поражениях кожи, несущих онкогенный мутант BRAF (BRAFE600); в нейрофибромах пациентов с мутантом NF1 - генетический дефект, который приводит к постоянно высоким уровням активности Ras; и при доброкачественных поражениях простаты. Генетические манипуляции, отменяющие реакцию старения, приводят к полномасштабной злокачественной опухоли. Так, после делеции Suv39H1, гена, кодирующего гистоновую H3-лизин-9-метил -трансферазу, которая, как полагают, участвует в образовании de novo ассоциированных со старением гетерохроматиновых фокусов (SAHF), которые заглушают критические пролиферативные гены, развивается злокачественная лимфома.

Умеренные уровни активности Ras запускают гиперплазию молочных желез, но не способны продуцировать опухоли. Более высокие уровни Ras (аналогичные тем, которые обнаруживаются в спонтанных опухолях) запускают старение и приводят к злокачественным опухолям, когда нарушаются пути, вызывающие старение. Эти результаты также распространяются на Raf, решающий нижестоящий эффектор для Ras-индуцированного старения.
В этом смысле химиотерапевтическое вмешательство, направленное на запуск старения, может оказаться эффективным. Так, для некоторых типов опухолей, таких как гепатокарциномы или саркомы мягких тканей, регресс опухоли может достигаться за счет старения.

Факторы, запускающие старение, также запускают апоптоз и покой, что затрудняет анализ вклада каждой из этих реакций на старение. Клеточное старение может влиять на старение посредством двух неисключительных и, возможно, сопутствующих механизмов :
1. Накопление стареющих клеток в тканях может достигать точки, которая ставит под угрозу функциональность ткани;
2. Старение может ограничивать регенеративный потенциал взрослых стволовых клеток (ограничение, которое также может быть вызвано покоем или апоптозом стволовых клеток).

Стареющие клетки, в отличие от нормальных клеток, обеспечивают лучшую среду и стромальную поддержку раковых клеток (см. выше). Согласно этому представлению, пожилые организмы более подвержены раку из-за комбинации двух факторов: накопления онкогенных мутаций и благоприятной среды для роста рака. Так, многие факторы SASP стимулируют фенотипы, связанные с агрессивными раковыми клетками. Например, стареющие фибробласты секретируют амфирегулин и связанный с ростом онкоген (GROα), которые в моделях клеточных культур стимулируют пролиферацию предраковых эпителиальных клеток. Старые клетки также секретируют высокие уровни интерлейкина 6 (IL-6) и IL-8, которые могут стимулировать предраковые и слабо злокачественные эпителиальные клетки к вторжению в базальную мембрану.

Временная организация стареющего фенотипа : одним из самых ранних событий после остановки роста, является экспрессия IL-1α. Этот цитокин, связанный с клеточной поверхностью, активирует ядерный фактор факторов транскрипции κB (NF-κB) и C / EBPβ, которые необходимы для экспрессии многих белков SASP. Эти действия предшествуют экспрессии белков, которые позволяют иммунной системе убирать стареющие клетки, которые экспрессируют связанные с поверхностью лиганды и молекулы адгезии, на которые нацелены естественные киллеры и другие иммунные клетки, хотя неизвестно, когда эти белки экспрессируются относительно SASP.

Поскольку число стареющих клеток увеличиваются с возрастом, то либо клиренс является неполным (и поэтому стареющие клетки постепенно накапливаются), либо пожилые люди генерируют стареющие клетки быстрее, чем их иммунная система может справиться, либо и то, и другое.
Наконец, стареющие клетки в конечном итоге экспрессируют две микроРНК, mir-146a и mir-146b, которые составляют петлю отрицательной обратной связи для подавления активности NF-κB.
Индукция этих miRNAs может препятствовать тому, чтобы SASP генерировал стойкое острое воспаление, которое, в отличие от хронического воспаления низкого уровня, предназначено для самоограничения. Однако, несмотря на их индукцию, воспалительный ответ может сохраняться, хотя и на низком хроническом уровне, и он может вызывать хронические патологии, связанные со старением.

Расскажем еще о сумоилировании.

SUMOylation - это посттрансляционная модификация, в которой белок из 97 остатков, SUMO (Small Ubiquitin-related Mоdifier) ​​ковалентно присоединяется к специфическим остаткам лизина в белке-мишени. Несмотря на свою ковалентность, это очень кратковременная модификация из-за действия высвобождающих SUMO изопептидаз, названных SENP — SUMO-специфические протеолитические ферменты. Поэтому конъюгация SUMO действует как быстро обратимый переключатель, который может способствовать или ингибировать взаимодействия с белком-субстратом. Статус SUMOylation для все большего числа белков-субстратов играет решающую роль в клеточных реакциях на метаболический и генотоксический стресс, то есть похоже, что повышенное SUMOylation представляет собой клеточную защитную реакцию.

SUMOylation лучше всего охарактеризовано для ядерных белков, участвующих в целостности генома, ядерной структуре и транскрипции, но помимо ядра выяснилось, что SUMOylation играет критическую роль в передаче сигналов, перемещении и модификации цитозольных и интегральных мембранных белков. Так показано, что сумоилирование необходимо для ядерного транспорта в нервной ткани фактора DJ-1, который подавляет транскрипционную активность р53, и мутации в котором зачастую связаны с развитием ранней аутосомно-рецессивной формы болезни Паркинсона.

Есть три подтвержденных паралога SUMO (SUMO-1–3) у позвоночных. SUMO-2 и SUMO-3 идентичны, за исключением трех остатков, но имеют только ~ 48% идентичности последовательности с SUMO-1. Существуют также значительные различия в динамике конъюгации SUMO-1 и SUMO-2/3 и ответах на клеточный стресс. В условиях покоя существует очень мало неконъюгированного SUMO-1, тогда как существует большой свободный пул SUMO-2/3. В целом SUMO-1, по-видимому, участвует в основном в нормальной клеточной физиологии и поддержании, тогда как SUMO-2/3 преимущественно участвует в ответах на клеточный стресс.

Протеолиз белка SUMO осуществляется на С-конце полипептидной цепи, освобождая два остатка аминокислоты глицина — GG. Данная стадия процесса сумоилирования называется «созревание» и осуществляется SUMO-специфическими протеолитическими ферментами — SENP-протеазы у млекопитающих. Далее наш маленький белок SUMO активируется Е1-активирующим ферментом (гетеродимер Aos1/Uba2) и переносится на фермент Е2 (Ubc9). После этапа активации SUMO конъюгируется с субстратом в реакции, которая катализируется ферментами Е3. Как и в случае убиквитинилирования, на молекулу белка-субстрата может переноситься как один остаток SUMO (моносумоилирование), так и несколько (полисумоилирование).
Модификация белков SUMO гораздо реже обнаруживается для большинства белков в клетках по сравнению с модификацией Ub. Основная причина этого различия заключается в том, что модификация SUMO нацелена не на деградацию, а на изменение функции.

[albert52]

Продолжим.

SENP сильно сконцентрированы в ядре. SENP1 и SENP2 демонстрируют дискретное распределение в ядерных порах и субъядерных компартментах. Оба содержат мотивы сигнала ядерной локализации (NLS) и сигнала ядерного экспорта (NES), позволяющие им перемещаться между ядром и цитоплазмой. SENP3 и SENP5 преимущественно локализуются в ядрышке. SENP6 и SENP7 присутствуют в нуклеоплазме, а SENP6 частично совмещается с ядерными тельцами белков промиелоцитарного лейкоза.

B ответ на стресс увеличенный SENP1, вероятно, усиливает созревание pro-SUMO, делая более активным SUMO доступным для конъюгации, тем самым облегчая глобальное SUMOylation и, в то же время, на фоне повышенного SUMOylation, селективно деконъюгирует SUMO из определенных белков-субстратов.

Стабильность SENP3 контролируется опухолевым супрессорным белком p19 (ARF), который ускоряет зависящий от убиквитин-протеасомной системы (UPS) оборот SENP3. Карбоксильный конец ubiquitin ligase Hsc70-взаимодействующего белка (CHIP) обеспечивает убиквитинирование SENP3 и последующую деградацию в базовых условиях. В стрессовых условиях, однако, SENP3 ассоциируется с молекулярным шаперонным белком теплового шока 90 (Hsp90), который защищает его от CHIP-обеспечиваемого убиквитинирования, тем самым приводя к увеличению уровней SENP3.

Установлено. что функциональные группы / кластеры / сети белков в определенных субклеточных местоположениях подвергаются одновременному SUMOylation в ответ на клеточный стресс. Это подтверждает теорию "Spray", по которой конъюгация SUMO происходит одновременно на пространственно связанных группах субстратов.

SUMOylation, вероятно, обеспечивает механизм защиты клеток от смертельно низких уровней кислорода и глюкозы. Перекись водорода (H2O2) вызывает окислительный стресс и вызывает сложные изменения в глобальных уровнях конъюгации SUMO. Так, SENP1 недавно был идентифицирован как ген гипоксического ответа. Избыточная экспрессия каталитического домена SENP1 увеличивает гибель нейронов в ответ на ишемию. Однако deSUMOylation с помощью SENP1 было предложено как цитопротективное для H2O2 - индуцированной гибели клеток, а истощение SENP1 либо за счет интерференции RNAi (РНК-интерференция (RNAi) - это средство подавления генов посредством деградации мРНК), либо за счет генетического нокаута способствует гибели клеток. SENP3 увеличивается после травматического повреждения спинного мозга, сопутствующего активации каспазы 3.

Стресс эндоплазматического ретикулума (ER) возникает, когда неправильно свернутые белки накапливаются в просвете ER. Это ведет к сложной серии трансляционных и транскрипционных событий, которые пытаются восстановить правильную функцию ER путем ингибирования общего синтеза белка, но способствуя транскрипции шаперонов ER и ферментов фолдинга для усиления процессинга ER и облегчения агрегации белков. В зависимости от степени стресса, развернутый белковый ответ (UPR) может быть либо про-выживанием, либо про-апоптозом, при этом SUMOylation представляет собой новый компонент UPR, который участвует в определении баланса между выживанием и гибелью клеток.

Вкратце, существует три ветви UPR, которые включают инозитол-требующую киназу 1α (IRE1α), протеинкиназоподобную киназу эндоплазматического ретикулума (PERK) и активирующий фактор транскрипции 6 (ATF6). SUMOylation участвует как в путях IRE1α, так и в путях PERK.
Путь IRE1α незаменим для восстановления сворачивания белков или деградации развернутых белков. IRE1α представляет собой ER-трансмембранный белок с киназным доменом и обладает эндонуклеазной активностью. Автофосфорилирование IRE1α запускает сплайсинг мРНК фактора транскрипции XBP1 в активную форму (XBP1s). XBP1s подвергаются SUMO-1- и SUMO-2/3-илированию, опосредованному SUMO E3 лигазой PIASx, указывая тем самым, что сделан еще один ключевой шаг в активации UPR, а гомеостаз ER регулируется с помощью SUMOylation.

PERK активируется посредством автофосфорилирования, которое, в свою очередь, фосфорилирует и инактивирует eIF2α, который подавляет глобальный синтез белка за счет быстрого снижения инициации трансляции. PERK активируется во время церебральной ишемии и реперфузии in vivo и имеет решающее значение для выживания клеток в условиях крайней гипоксии.

Еще модификация Drp1 (Dynamin-1-like protein) с помощью SUMO-1 может способствовать делению митохондрий, тогда как модификация SUMO-2/3 предотвращает это. Более того, SENP5 и SENP3, по-видимому, по-разному регулируют SUMO-1- и SUMO-2/3-илирование Drp1, соответственно потенциально обеспечивая высокочувствительную и детализированную систему регуляции для контроля динамики митохондрий.

Агрессивный подтип PDAC (рак поджелудочной железы) демонстрирует гиперактивность основного пути SUMO и, таким образом, связывает путь SUMO с менее дифференцированными PDAC - базальным подтипом - и н***агоприятный прогнозом. Так, белок 1, взаимодействующий со Smad ядра (SNIP1), динамически де- и ре-SUMOилировался в ответ на лечение гемцитабином; вообще, нарушение равновесия SUMOylation является обычным явлением для фенотипов PDAC, устойчивых к лекарствам.

Так, ядерные тельца белка промиелоцитарного лейкоза (PML) участвуют в регуляции клеточных процессов, имеющих отношение к подавлению опухоли, таких как репарация ДНК и реакция на повреждение ДНК (DDR). Было показано, что функция этих ядерных органелл зависит от соответствующего SUMOилирования основного структурного компонента PML, а гипосумоилирование PML в клетках PDAC было связано с повышенной активацией пути NFκB для опосредования устойчивости к гемцитабину и повышенной активации пути связывания элемента ответа цАМФ, опосредующий устойчивость к оксалиплатину.

Опухолевые клетки подвергаются ограниченному поступлению питательных веществ и гипоксии. Гипоксия запускает адаптивные сигнальные пути, чтобы гарантировать выживание и перестройку клеточного метаболизма, например, индукцию гликолиза. При этом сверхэкспрессируется SUMO-лигаза E3-типа PIAS4 (белковый ингибитор активированного белка STAT 4) и способствует SUMOylation и инактивации VHL (см. выше), что необходимо для полной стабилизации HIF1α. Участие пути SUMO в контроле DDR может объяснить, как лиганд SUMO-2/3 на наночастицах золота повышает чувствительность раковых клеток к облучению.

Амплификация MYC, которая была обнаружена примерно у 14% пациентов с PDAC, является единственной вариацией числа копий, связанной с плохой выживаемостью пациентов с PDAC. Амплификации MYC положительно выбираются во время прогрессирования опухоли, причем активность MYC связана с базальным подтипом заболевания.

Синтетическая летальность обычно относится к ситуации, в которой индивидуальное нацеливание на каждый ген в паре генов допустимо, но комбинированная инактивация вызывает резкое снижение выживаемости раковых клеток. Синтетическая летальность также может возникать между генами и небольшими молекулами, что подтверждается чувствительностью опухолевых клеток, несущих мутации в гене репарации ДНК BRCA1 / 2, к ингибиторам поли-АДФ-рибозо-полимеразы (PARP) и некоторым химиотерапевтическим препаратам, таким как соединения платины. Действительно, преимущества терапии платиной или ингибирования PARP были продемонстрированы у пациентов с BRCA1 / 2 - мутированной PDAC.

Примечательно, что особый вид синтетической летальности, называемый летальностью синтетической дозы, определяет ситуацию, в которой гиперактивность одного гена порождает зависимость от продукта другого гена, и имеет значение в контексте пути MYC. Так, выявлена синтетическую летальность компонентов пути SUMO SAE1 и SAE2 с MYC, подтвержденная при гематологических злокачественных новообразованиях и мелкоклеточном раке легкого (SCLC).

Повышенная экспрессия MYC приводит к митотическим изменениям и создает уязвимости в делящейся клетке, например, повышенная экспрессия MYC связана с неправильным выравниванием хромосом в метафазе с последующим отставанием хромосом в анафазе. Следовательно, раковые клетки с высокой активностью MYC зависят от защитных путей, чтобы справиться с этим конкретным стрессом. Эти защитные пути, которые включают механизм SUMOylation, позволяют клеткам адаптироваться к митотическому стрессу. Блокирование пути SUMO вызывает остановку клеточного цикла в фазе G2 / M, полиплоидию и последующую гибель клеток.

TPX2 (кинезиноподобный белок 2 Xenopus) необходим для сборки веретена во время митоза, и ген непосредственно активируется с помощью MYC. В то время как нормальным клеткам требуется небольшое количество белка для сборки веретена, раковые клетки с высокой экспрессией MYC зависят от TPX2, чтобы эффективно формировать веретено и прогрессировать через митоз, то есть TPX2 является синтетическим летальным геном, ассоциированным с MYC. Вообще, многие белки, несущие множественные сайты SUMO, являются митотическими белками, и все BIRC5, EG5 и TPX2 могут быть SUMOylated.