RHO GTPASES IN NEURONAL MORPHOGENESIS
Liqun Luo Nature Reviews Neuroscience 1, 173 -180 (2000)
Rho GTPases интенсивно исследовались у фибробластов, где они регулируют динамику актина. Имеется существенное сходство между actin-based структурами в фибробластах и ростовых конусах нейронов.
Большинство клеточных процессов во время развития нейронов связано с регуляцией цитоскелета в ответ на внеклеточные сигналы.
Рассмотрены известные пути сигнальной трансдукции, которые опосредуют эффекты Rho GTPases. Прежде всего, роль внеклеточных сигналов в регуляции активности Rho GTPase. Описываются мезханизмы, с помощью которых Rho GTPases посылают сигналы, чтобы регулировать различные аспекты динамики актиновго цитоскелета.
Идентифицированы некоторые генетические мутации у человека в компонентах пути передачи сигналов Rho GTPase. Некоторые из них затрагивают в первую очередь нервную систему. (Рис.1.) | Rho GTPases as molecular switches.
(Рис.2.) | Actin-based structures in a fibroblast and a neuronal growth cone.
(Рис.3.) | Signalling pathways from Rho GTPases to the actin cytoskeleton that are likely to be used in neurons.
RHO-GTPASES AND
CANCER Erik Sahai
& Christopher J. Marshall Nature Reviews Cancer2,
133-142 (2002)
RAS онкогены являются членами большого семейства малых GTPases, которые связываются с GTP и гидролизуют их до GDP. Эти затем замещаются GTP и цикл повторяется. Переключение между этими двумя состояниями регулируется регулирует широкий круг клеточных поцессов. Ветвью семейства RAS являются RHO белки, такж вовлекемые в канцерогенез
Белки RHO-семейства были первоначально клонированы на основании их сходства с RAS онкогенами. Идентифицировано 18 членов, ельлрые подразделяются в соответствии со своей функцией и последовательностями (Рис. 1 и ).
Подгруппы включают белки те, которые наиболее сходны с RHOA, те, которые наиболее сходны с RAC1 и CDC42, и те, которые не обнаруживают активности GTPase. Подобно белкам RAS, белки RHO-семейства обладают липидными модификациями, которые направляют их в клеточные мембраны и м. совершать цикле между GTP- и GDP-связанными состояниями. Связывание с GTP обеспечивается с помощью RHO guanine nucleotide exchange factors (RHO–GEFs), а GTP гидролиз катализируется RHO–GTPase-activating proteins
(RHO–GAPs; Fig. 2). Анализ последовательностей генома человека показал, что RHO–GEF и RHO–GAP домены находятся во многих белках, это указывает на то, что регуляция RHO белков м.б. важной в некоторых клеточных процессах. Дополнительный уровень регуляции обеспечивается RHO–GDP dissociation inhibitors (RHO–GDIs), которые секвестрируют GDP-связанные RHO белки в цитоплазме вдали от GDP–GTP цикла (Рис. 2.).
Активация рецепторов факторов роста и интегринов м способствовать обмену GDP на GTP на RHO белках, а GTP-связанные RHO белки взаимодействуют с рядом
молекул, чтобы модулировать их активность и локализацию. Регуляция этих эффекторных белков обязательно ведет к измененению клеточного поведения. Большинство RHO эффекторных белков является киназами, которые контролируют клеточные функуии с помощтю фосфорилирования клеточных ми
шеней. Наиболее охарактеризованными эффекторными киназами являются effector kinases p21-activated kinases (PAKs), которые связывают активные CDC42 и RAC1 и RHO-ассоциированные суперспираль-формирующие киназы (ROCKs; называемые также ROKs или RHO киназами), которые связывают активные RHOA. Идентифицированы многочисленные и др. эффекторные киназы
(Табл. 1) RHO proteins, their effectors and functions
.
Др. эффекторы являются поддерживающими белками, которые контролируют клеточные функции с помощью межбелковых взаимодействий (Табл. 1).
RHO proteins in tumorigenesis
Ранее было показано, что RHO белки регулируют клеточную морфологию и actin цитосклет. однако, теперь ясно, что онитакже влияют на экспрессию генов, пролиферацию и выживаемость клеиток (Табл. 1). Эти клеточные функции важны в туморогенезе, становитися ясным. как RHO белки вносят вклад в дерегуляцию этих процессов.
Ингибирующие мутанты RHOA, RHOG, RAC1, TC10 и CDC42 предупреждаеют RAS трансформации , а активирующие мутанты этих белков являются трансформирующими, правда слабее по сравнению с RAS онкогенами. Показано также, что RAC2 необходим для гиперпролиферации питающих клеток, которые имеют активный RAS, т.к. они теряют опухолевый супрессор neurofibromatosis 1 (NF1), который обычно функционирует как негативный регулятор RAS активности.
Помимо участия RHO в RAS трансформациях, многие RHO–GEFs были изолированы при скрининге на трансфрмрующие гены. Более того, RHO–GEFs были обнаружены ассоциированными с лейкемическими которые дают в результате BCR–ABL и MLL–LARG. Укороченные части LARG — обнаруженные в MLL–LARG транслокациях —
сохраняют RHO–GEF активность и м. кооперировать с RAF, чтобы трансформровать фибробласты.
RHOH генетически изменен в опухолях миэлоидного происхождения;
он часто перестороен во multiple myeloma и в , что возможно ведет к его избыточной экспрессии, а нетранслируемая область гена RHOH gene приобретает точковые мутации в B-клетках лимфом, которые м. влиять на его экспрессию. В отличие от RAS, не описано мутантных, конституитивно активных форм RHO белков в опухолях. Однако, недавно было покзано, что некоторые избыточно экспрессируются в опухолях человека и что в рнекоторых случаях, это коррелирует с клинирческими исходами(Табл. 2). При и , уровни экспрессии RHOA позитивно коррелируют с заболеваниями. RHOC избыточно экспрессируется в и при воспалительном раке груди. Более того имеется причинная связь между избыточной экспрессией RHOC и воспалительным раком груди. В дополнение, альтернативный сплайс-вариант RAC1 экспрессируется на высоком уровне в карциномах молочной железы и colon . Корреляция между избыточной экспрессией RHO-белка и клиническим исходом открывает возможность, что уровни экспрессии RHO-белка м.б. использованы в качестве прогностического показателя.
(Табл. 1) Aberrant regulation of RHO proteins in cancer
.
Многие факторы роста, которые обнаружены в опухолевой среде, также должны активировать RHO белки; сюда входят epidermal growth factor (EGF), hepatocyte growth factor (HGF), lysophosphatidic acid (LPA), platelet-derived growth factor () и transforming growth factor-β (). как было установлено, активирует RHOA, а вдр. исследовании было показано, что RHO белки вовлечены в WNT–adenomatous polyposis coli (APC)–β-catenin онкогенный сигнальный путь: RHO–GEF ассоциирует с белком-супрессором опухолей человека APC, передача сигналов WNT способствует экспрессии членов RHO-семействаWRCH1,
и RHO белки необходимы для аспектов передачи сигналов wingless (Wnt) у Drosophila и Xenopus.
Учитывая, что передача сигналов RHO-белков важна для детрминации поведения опухолевых клеток, оказалось сюрпризом то, что GTPase-дефектные мутанты — аналогичные тем, что у oncogenic RAS — не обнаруживаются в опухолях. Фактически, несколько линий доказательств указывают на то, что цикл RHO белков между GTP- и GDP-связанным состоянием м.б. важным для трансформации. Исследования In vitro покзали, что RHO–GEFs являются более мощными онкогенами, чем GTPase-дефектные RHO белки, и что быстрый цикл GTP–GDP мутантов CDC42 обнаруживает более высокую трансформирующую способность, чем GTPase-defective мутанты. Более того, сплайс-вариант RAC1, который обнаруживает очень высокую избытонуюд экспрессию при раке груди и толстого кишеника имеет повышенну скорость GTP–GDP cycling in vitro. Потребность в cycling между GDP- и GTP-связанным состоянием м. отражать циклическую природу процессов, которые регулируются с помощью RHO белков при туморогенезе; это м.б. ремоделирование цитоскелета и транспорт пузырьков.
Изучение взаимоотношений между RAS и RHO белкамипоказало, что RAS м. активировать RAC1,который м., в свою очередь, активировать RHOA. Это ведет к предположению, что каскад активации GTPase оперирует в RAS-трансформировнных клетках. Однако, долговременные исследования с использованием трансфоримрованных клеток не солгалуются с этой моделью. В RAS-трансформированных фибробластах и , уровни RAC1-GTP редуцированы, а RHOA–GTP уровни увеличены . Эти изменения в RHOA и RAC1 активности не приложимы ко всем трансформированным клеткам: линии клеток карциномы молочной железы имеют повышенную RAC3 активность, а RAS-трансформированные эпителиальные клетки груди имеют повышенную RAC1 активность. Изменение активности или экспрессии RHO белков в трансформированных или опухолевых клетках м.б. избирательным для индивидуальных опухолей скорее, чем прямым следствием специфическго онкогенного пути передачи сигналов. В этой модели различные изменения белков RHO-семейства являются благоприятными для роста на различных клеточных или генетических фонах, так что по ним идет отбор в индивидуальных опухолях.Это м.объяснить различия в активности RHO-белков, которые обнаруживаются у трансформировнных клеток.
RHO proteins in invasion and metastasis
Помимо дерегуляции пролиферации, опухолевые клетки обладают измененными морфологическими характеристиками и в случае метастазов, они приобретают способность пересекать тканевые границы. Ясно, что GTPases RHO-семейства вовлекаются в контроль морфологии и подвижности нетрансформированных клеток. CDC42 важен для вытягивания богатых актином шипов (spikes) — называемых филоподиями — котрые, как полагают, воспринимают тактильные сигналы и впоследствии придают направленность движению. Богатые актином гофрированные манжетки (ruffles) — называемые lamellipodia — затем собираются на ведущем крае клетки RAC-зависимым способом. RHOA вовлекается в продукцию контрактильных сил и в движение тела и хвоста клетки за ведущим краем. Все 3 эти белка вовлекаются также в формирование базирующихся на интегрине контактах клетка- (ECM).
Учитывая роль RHO белков в регуляции клеточной подвижности в норме и их аберантную регуляцию в опухолевых клетках (Рис.3), становится очевидным, что RHO участвуют в подвижности клеток; однако, трудно экстраполировать эти исследования на опухолевую среду. RHOC и его эффектор ROCK точно участвуют в моделях in vivo метастазирования опухолевых клеток.
(Рис.3.) | Involvement of RHO proteins at different stages of tumour progression.
RHO вовлечены в потерю эпителиальной полярности, это обнаруживается даже в злокачественных опухолях и, как полагают, важно для ? который ингода наблюдается у более агрессивных опухолей. Нормальные эпителиальные слои характеризуются клеточной полярностью и хорошо-организованным расположением специализированных межклеточных соединений — таких как и (Рис. 3а).Повышенные уровни RND3/RHOE, который противодействуе функции RHOA, м. спомобствовать потере полярности и многослойности эпителия. Напротив, ингибирование RAC1 ведет к потере полярности благодаря неспособности откладывать компонент ECM асимметрично(Рис. 3b). Ассоциация RAC1 с ортологами млекопитающих, Caenorhabditis elegans генами клеточной полярности par3 и par6 м. также участвовать в контроле полярности эпителиальных клеток. Более того, подавление активности RAC1 в RAS-трансформированных или в phorbol-ester-stimulated Madin–Darby canine kidney (MDCK) клетках ведет к потере соединений эпителиальных клеток и большинства мезенхимных и потере мобильного фенотипа (Рис. 3c).
В некоторых клетках, активация RHO белков м. вносить вклад в потерю слипчивых соединений; собственно, способность TGF-β вызывать потерю слипчивых соединений зависит от функции RHO и ROCK. В кератиноцитах активный RAC1 вызывает разборку слипчивых соединений, и функция RAC необходима для потери слипчивых соединений, вызываемой онкоренными RAS. Важен эффект RAC1на слипчивые соединения для выполнения его роли в ECM. In vitro, изменения ECM, с которым клетки контактируют, м. переключать эффект RAC1 с обеспечения на противодействие межклеточной адгезии; это м. частично объяснить эффекты RAC на слипчивые соединения.
Помимо нарушений клеточной полярности и межклеточных соединений, повышенная подвижность и способность ремоделировать ECM необходима опухолевым клеткам чтобы стать локально инвазивными (Рис. 3c). RHOA и RAC1 м. регулировать функцию ezrin, и radixin: эти родственные белки способствуют клеточной подвижности путем связывания актинового цитосклета с плазматической мембраной (оболочкой) посредством располагающихся в мембране ECM рецепторов CD44. RHOA м. обеспечивать фосфорилирование ezrin с помощью ROCK, что ведет к его повышенной асоциации с цитосклетом, в то время как RAC1 обеспечивает фосфорилирование и ингибирование антогониста ezrin, neurofibromatosis 2 (NF2).
Это важно для прогрессии опухоли: ezrin и CD44 часто обнаруживают избыточную экспрессию в метастазирующих опухолевых клетках, а NF2 является опухоль-супрессирующим геном, делеция которого дает высоко инвазивные опухоли. RHOA и RAC1 м. модулировать деградацию и ремоделировать ECM или путем регуляциции уровней матричных металлопротеиназ (), которые разрушают ECM , или путем регуляции уровней ее антогонистов, tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs).
Способность проникать в кровеносные или лимфатические сосуды необходима опухолевым клеткам для метастазирования на большие расстояния (Рис. 3d). RHOA и ROCK необходимы как в эндотелиальных, так и мигрирующих клетках для прохождения сквозь сосудистый эндотелий. Избыточная экспрессия RHOC ведет к усилению экспрессии ангиогенных факторов в эпителиальных клетках груди, что м. вести к усилению васкуляризации опухоли и повышению вероятности проникновения опухолевых клеток в кровоток. Избыточная экспрессия RHOC также способствует меланомным клеткам проникать в кровь и колонизировать легкие, а добавление мутантов — которые секвестрируют RHO–GEFs от эндогенных RHO — к RHOA и CDC42 предупреждает T-cell гибридомы от обычного проникновения в кровь и колонизации печени.
Описаны противоречивые роли RHO белков. Эти роли м. б. согласованы, если RHO белки выполняют разные функции на разных стадиях опухолевого развития. Так, мыши без Rac-GEF Tiam1 обнаруживают снижение чувствительности к инициации опухолей химическими канцерогенами, но опухоли, которые уже сформированы, оказываются более агрессивными. Это м. вести к компромису обоснованности ингибирования функции RHO-белков, как противоопухолевой стратегии. Помимо большого количества RHO–GEFs и RHO–GAPs указывается, что активность RHO-белков нуждается в очень специфической регуляции и возможно, что механизм субклеточной локализации активации RHO-белков меняет его функцию. Др. факторы м. также влиять на то, как RHO белки затрагивают поведеение клеток; ECM м. переключать эффект RAC1 с обеспечения межклеточной адгезии на усиление подвижности, и это определенно важный фактор в опухолевой среде. Пока трудно предсказать роль RHO белков в инвазивности и метасазировании опухолей; избыточная экспрессия RHOA и RHOC определенно способствует этим процессам.
RHO proteins and cell-cycle control
Изменение потребности в митогенных сигналах является характерным для опухолевых клеток и многие исследования выявляют связь RHO белков с дерегуляцией этого процесса. Активность cyclin-dependent kinases (CDKs) является ключевым фактором, определяющим, будет ли клетка пролиферировать. Активность CDK4 и/или CDK6 является критической для коммитирования клеток к пролиферации, а активность CDK2 необходима для репликации ДНК. Активность CDKs регулируется с помощью уровней их партнеров по связыванию, которые включают активаторы, такие как циклины, и ингибиторы, такие как CDK ингибиторы (). Ассоциация с необходима для активности CDK4 и CDK6, а - и A-type cyclins необходимы для активности CDK2 activity. CDKIs
и p27KIP1 также обнаруживаются в комплексах с CDKs и модулируют их активность — на высоких уровнях они ингибируют активность CDK2, на на низком уровне они способствуют сборке активных CDK4 комплексов.
Upregulation of cyclin D1.
Cyclin D1 является критическим для пролиферации и туморогенеза; его экспрессия повышается, когда клетка вступает в клеточный цикл, и обнаруживается его избыточная экспрессия в различных опухолях. Множественные пути, по-видимому, связывают RHO белки с контролем уровней cyclin-D1 (Рис. 4). Многие из них используют активацию протеин киназ, что ведет к последующей модуляции активности транскрипционных факторов. Транскрипция cyclin D1 контролируется с помощью , AP-1 и ядерного фактора-κB (NF-κB) транскрипционных фаторов, идентифицированы и пути, с помощью которых RAC1 и CDC42 связываю транскрипционные факторы.
(Рис.4.) | Possible links between RHO-family GTPases and the cell-cycle machinery.
AP-1 является гетеродимерным транскрипционным фактором, который состоит из димеров семейства, JUN семейства и транскрипционных факторов. Активация JUN N-terminal kinase () и с помощью RAC1 и CDC42 м. вести к усилению фосфориляции и активности AP-1 компонентов JUN и ATF. Много RAC1 и CDC42 эффекторов участвует в активации JNK и p38; сюда входят PAKs, mixed-lineage kinases (), MAPK kinase kinases () и поддерживающий белок. богатый SH3 доменами (POSH).
В одном исследовании активация PAK с помощью RAC1 коррелировала с транскрипцией cyclin D1, хотя промежуточные компоненты не были идентифицированы. RHOA м. активировать транскрипционные факторы, myocyte-enhancer factor 2C (MEF2C) и serum response factor (SRF), которые увеличивают транскрипцию AP-1 компоенентов, JUN и FOS, соотв. Путь, который связывает RHOA с MEF2C, b возможно увеличивает уровень JUN, использует p38 γ MAPK и является необходимым для трансформации фибробластов с помощью RHOA, но не RAS. Повышенная активность AP-1 м. также способствовать инвазивному потенциалу опухолевых клеток путем обеспечения активности различных MMPs и генов, которые вовлекаются в подвижность клеток.
Др. механизмом, с помощью которого RHO белки м. поддерживать уровни cyclin D1, является, как полгают, активация двух др. MAPKs — extracellular-signal-regulated kinases ( и 2). Этот каскад активируется с помощью RAS онкогенов и способствует транскрипции cyclin D1 через активацию ETS и AP-1. Некоторые исследования обнаруживают участие RHO белков в регуляции ERK1/2; в таких случаях, это укникально, что RHO белки единственные или даже главные активаторы ERK1/2 — они скорее всего детерминируют величину или продолжительность активации ERK1/2 в ответ на активацию RAS, которая индуцируется или онкогенными мутациями или стимуляцией ростовыми факторами. RAC1 и CDC42 м. способствовать активации ERK1/2 посредством PAKs, котора м. непосредственно фосфорилировать и способствовать активности kinases RAF и MEK, ведущих к повышенной активности ERK1/2. Др. исследования показали, что вовлекается много косвенных механизмов с участием передачи сигналов интегринов, ведущих к увеличению активности ERK1/2. Активность как RHO , так и ROCK необходима для сборки интегринов в фокальные адгезии. Эти комплексы м. впоследствии способствовать активации ERK1/2 посредством ряда механизмов, таких как активация SRC или focal adhesion kinase (FAK) тирозин киназ, которые ведут к активации RAS.
Фактор транскрипции NF-κB является важным для транскрипции циклина D1. RAC1 м. активировать NF-κB, а мутационные исследования показали, что это коррелирует со способностью обеспечивать продукцию superoxide. RAC1 м. регулировать активность ингибитора κB киназы (), которая фосфорилирует и направляет IκB — ингибирующего партнера NF-κB — на деградацию. PAKs м. активировать NF-κB, но это, по-видимому, через отдельный механизм без участия IKK. Более того, комплекс, представленный RAC1 и CDC42, геном клеточной полярности PAR6 и ATYPICAL PROTEIN KINASE C изоформами (), м. также активировать NF-κB, т.к. некоторые исследования обнаружили связь между атипической РКС и NF-κB. Образование этого комплекса необходимо для трансформации с помощью RAC1. CDC42-родственное RHO-семейство GTPase TC10 м. также активировать NF-κB с помощью пути, который отличен от того, что используется CDC42. Т.к. с AP-1, активация NF-κB v/ способствовать туморогенезу др. способом, так что увеличиваетс транскрипция MMPs и анти-апоптических генов. Более того, транскрипционная регуляция является не только механизмом, который связывает RAC1 с циклином D1; RAC1 активация нижестоящего интегрина ангажирует ECM компонент fibronectin, ведущего к посттранскрипционной активации циклина D1.
Выявляются множественные потенциальные молекулярные связи между RAC1, CDC42 и cyclin D1 (Рис. 4); однако, однако нет согласия об относительном значении индивидуальных путей.
Downregulation of CDKIs.
Передача сигналов RHOA модулирует уровни CDKIs p21WAF1 и p27KIP1(Рис.4). Подавление уровня p21WAF1 с помощью активного RHOA является критическим для онкогенных RAS, чтобы обеспечить вступление в клеточный цикл. Стоящие ниже RHOA, ROCK киназы являются важными для дерегуляции роста опухолевых клеток и RAS-трансформированных фибробластов; кроме того, ezrin был идентифицирован как важная мишень для ROCK в фибробластах, которые трансформируются с помощьюRHO–GEFs. Однако, ингибирование ROCK не регулирует непосредственно уровни p21WAF1 или p27KIP1, это указывает на то, что имеется несколько путей, с помощью которых RHOA м. регулировать пролиферацию. Одно указывает, как RHOA м. регулировать уровни p21WAF1, это находка, что активность RHOA влияет на фосфорилирование SP1 транскрипционных факторов, которые регулируют транскрипцию с p21WAF1 промотора.
Подавление p27KIP1, по-видимому, нуждается в активности RHOA, но неясно это прямой эффект или осуществляется через эффекты cyclin-E–CDK2 комплексов, которые м. способствовать деградации p27KIP1. Молекулярные события, которые связывают RHO с или p27KIP1 или с cyclin E неизвестны. Интересно, что RAC1 и, в меньшей степени, RHOA и CDC42, увеличивают уровни MYC, которые м. приводить к увеличению уровней циклина E и повышению активности cyclin-E–CDK2. Возможно также, что имеются посттранскрипционные механизмы регуляции p21WAF1 и p27KIP1.
Др. интригующая возможность, которая м.б. объяснить эффекты RHO белков на пролиферацию клеток, это то, что они м. модулировать активность путей, регулируемых ростовыми факторами, путем регуляции транспорта и обмена рецепторов ростовых факторов. и его эффектор PKC-related kinase 1 (PRK1), затрагивающие кинетику интернализации рецептора эпидермального фактора роста () после стимуляции лигандом и потребность в γCOP coatomer белке для трансформации с помощью CDC42, м.б. объяснены изменениями в распределении рецепторов факоров ростов. RHOA и RAC1 вовлечены, как полагают, в эндоцитоз, а регулирует динамику эндосом. RAC1 м. действовать путем связывания synaptojanin 2, phosphatidylinositol phosphate, который участвует в регуляции эндоцитоза, а RHOA, RHOG, RAC1 и CDC42 связывают kinectin, который участвует в закреплении пузырьков на микротрубочках.
Итак, RHO белки м. координированно регулировать движение пузырьков вдоль сети микрофиламент. Изменение распределения рецепторов ростовых факторов д. затрагивать их доступность для лигандов и тем самым их спосоность передавать сигналы и способствовать росту.
Потенциальные механизмы, связывающие RHO белки с контролем пролиферации, завели эту область исследования в противоречивое состояние (Рис. 4). Во многих исследованиях, проведенны in vitro с использованием фибробластов , которые редо становятся канцерогенными. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, какй из путей необходим для клеточной пролиферации in vivo. Одним общим свойством является то, что RHO белки действуют позитивно, обеспечивая дерегуляцию пролиферации.
Is RHO signalling a cytoskeletal checkpoint?
Тот факт, что RHO белки связаны с клеточным циклом, не подвергается сомнению, но почему должны белки, которые регулируют цитоскелет в качестве своей прямой функции, быть связаны с пролиферацией? Известно, что нетрансформировнные клетки в культуре нуждаются в химических сигналах, таких как факторы роста, и в физических сигналах, таких как адгезия и неполное слияние (subconfluence), чтобы пролиферировать (Рис. 5). In vivo, эти потребности, по-видимому, гарантируют, что клетки будут пролиферировать только, когда корректные физические условия и только когда присутствуют соотв. ростовые факторы. Одни физические сигналы вряд ли достаточны для пролиферации, еще д.б. физические КПП клеточного цикла (cell-cycle checkpoints), чтобы гаранитировать, что клетки будут пролиферировть только в корректных условиях. Актин- и MAPK-зависимая G2/M checkpoint недавно описаны у дррожжей. Актиновсть белков RHO регулируется с помощью различных физических сигналов, включая аганжемент интегринов,
слиние и образование слипчивых соединений, поэтому RHO белки прекрасные кандидаты на роль белков, которые передают информацию о физических условиях machinery клеточного цикла. Стоя ниже пердачи сигналов fibronectin-activated integrin, RHOA подавляет p21WAF1, а RAC1 действует, усиливая уровни циклина D1. Аберрантная активация или избыточная экспрессия RHO белков м. воспроизводить физические сигналы, в которых клетка обычно нуждается, чтобы пролиферировать, и это ведет к несоответствующему росту опухолевых клеток (Рис. 5). Кроме того, RHO м. функционировать, обеспечивая образование интегриновых комплексов, которые инициируют передачу сигналов от физических импульсов.
(Рис.5.) | Role of physical cues and RHO-family GTPases in proliferation.
RHO proteins and apoptosis
Потребность в сигналах для выживания, чтобы предупредить апоптоз в нормальных клетках, редуцирована в опухолевцх клетках. RHO белки участвуют как в про-, так и в антиапоптичской сигнализации и в самих апоптических процессах. Более существенно то, что они участвуют в принятии решений перехода к апоптозу; эктопическая экспрессия активного RAC1 м. обеспечивать сигналами для выживания и защищать линии опухолевых клеток или трансформированных фибробластов от апоптоза. Повышенная продукция superoxides и последующая активация NF-κB является наиболее вероятным мханизмом, с помощью которго клетки защищаются от апоптоза; однако, предложен и механизм, который использует фосфорилирование апоптического регулятора с помощью PAK. Описаны и др. механизмы, которые связывают RHO белки с жизнеспособностью клеток, в нетрансфоримрованных гематопоэтических клетках; RAC2 необходим для акивации pro-survival kinase AKT в поддерживающих клетках, а функция RHO предупреждает p53-зависимый апоптоз во время развития T-клеток. В др. контексте, RHO белки м. способствовать передаче про-апоптических сигналов. RHOB необходим для индукции апоптоза с помощью ДНК-повреждающих агентов и farnesyltransferase ингибиторов, но не др. цитотоксическими воздействиями, а RAC необходим для FAS-индуцированного апоптоза.
RHO proteins as therapeutic targets
RHO белки определенно вовлечены в процесс туморогенеза, но возможно ли взаимодействие с их функцией противоопухолевых эффектов лекарств? Имеется несколько путей, с помощью которых RHO белки м.б. целью для фармакологических агентов ((Рис. 6). RHO белки нуждаются в липидных модификациях своих С-концов и известны соединения, которые предупреждают эти модификации (Рис. 6а). RHO мутанты, которые titrate RHO–GEFs в нефункциональные комплексы, прочь от эндогенных RHO белков, также были использованы в экспреиментальных стратегиях для влияния на функцию RHO белков (Рис. 6b). Сходным образом, RHO-protein-binding домены были использованы для титрации RHO белков в нефункциональные комплексы (Рис. 6c). Влияние на RHO-белковые взаимодействия с их активаторами или эффекторами м., следовательно, терапевтической стратегией. Небольшие пептиды м. секвестрировать RAC1-взаимодействующие белки в нефункциональные комплексы и вмешиваться в биологическую функцию RAC1. Пептиды непригодны для использования in vivo, но есть надежда, что успехи химии приведут к созданию более эффективных миметиков пептидов, пригодных для использования in vivo. Токсин грибов brefeldin A взаимодействует с малой GTPase ARF1 путем связывания с и стабилизации ARF1–ARF-GEF комплекса, путем секвестрации ARF в нефункциональные комплексы; это открывает возможность создать лекарство, нацеленное на процесс guanine nucleotide exchange. Некоторые из эффекторов RHO-белков м.б. использованы также в качестве мишеней для лекарств; особенно, эффекторы киназ, таких как PAK и ROCK (Рис. 6d).
(Рис.6.) | Methods of interfering with RHO-protein
function.
Теперь ясно, что лекарства, которые первоначально использовались для нахождения RAS онкопротеинов и влияния на их липидную модификацию, влвияют также и на RHO белки. В частности, изменения липидных модификаций RHOB важны для эффекта на ингибиторы farnesyltransferase. Интересно, что эти соединения м. вызывать не нокаут функции RHOB, а избыточность функции, т.к. клетки без RHOB нечувствительны к ингибиторам farnesyltransferase. Ингибиторы Geranylgeranyltransferase, которые взаимодействуют с липидными модификациями большинства RHO белков, м. ингибировать рост опухолевых клеток in vitro и обнаруживают противоопухолевые эффекты на мышиных моделях.
Ингибирование киназной активности RHO эффектора ROCK снижает метастатический потенциал опухолевых клеток; на животных моделях применение фармакологического ингибитора активности ROCK предупреждает внутриперитонеальное осеменение клетками гепатоцеллюлярной карциномы и вызывает реверсию их экспансивности и менее агрессивный рост в печени. Потребность в передаче сигналов RHO/ROCK в эндотелиальных клетках для клеток, пересекающих барьер из эндотелиальных клеток, открывает возможность того, что RHO белки м.б. также использоваться как противоопухолевые мишени в сторомальных клетках; это дает определенные преимущества, т.к. эти клетки генетически нормальные и не склонны к лекарственно резистентности.
Ясно, что функция RHO-белков вносит вклад как в потерю контроля роста, так и в инвазивный фенотип некоторых опухолевых клеток. Итак, RHO белки м.б. особенно привлекательными мишенями для терапии, т.к. онизатрагивают многие аспекты туморогенеза. Однако, некоторые исследования отмечают, что снижение функции RHO-белков ведет к морфологическим изменениям, наблюдаемым в опухолевых клетках; это открывает чудовищную возможность, что ингибирование RHO белков м. способствовать более агрессивному опухолевому фенотипу. Даже если это так для некоторых типов опухолей, то противодействие RHO функции м. блокировать пролиферацию опухолевых клеток и, следовательно, давать улучшение клиники.
Future directions
Теперь ясно, что RHO белки участвуют почти на каждой стадии туморогенеза. In vitro выявлены многоступенчатые механизмы, с помощью которых RHO белки м. способствовать клеточной прлиферации. В разных контекстах м. усиливаться или ослабляться передача сигналов RHO, что м. увеличивать подвижность метастазирование опухолевых клеток. Отсутствие общего согласия на то, сколь важны различные механизмы, которые связывают RHO белки с туморогенезом, говорит о том, что насущной задачей является определить критические пути, которые связывают RHO белки с раком.
