Посещений:
РОЛЬ БЕЛКА BVES/POPDC1 ПРИ БОЛЕЗНЯХ ЧЕЛОВЕКА



Механизмы действия

Ten years of research on the role of BVES/ POPDC1 in human disease: a review
Ping Han, Yu Lei, Dongxiao Li, et al.
Onco Targets Ther. 2019; 12: 1279–1291.

Blood vessel epicardial substance (BVES), известен также как Popeye domain-containing protein 1 (POPDC1), принадлежит к семейству POPDC, которое обладает одной и той же структурой Popeye внутри внутриклеточного C-конца.1,2 Семейство POPDC состоит из BVES/ POPDC1, POPDC2 и POPDC3. Эти гены продуцируют эволюционно законсервированные трансмембранные белки и не обнаруживают существенной структурной гомологии с какими-либо идентифицированными белками.2 BVES/POPDC1 состоит из 359 аминокислот и принципиально расположен в плазматической мембране и содержит внеклеточный N конец, три трансмембранных домена и цитоплазматический Popeye домен.3 Внеклеточный N-конец BVES/POPDC1 содержит два неизменных сайта N-гликозилирования, которые, как полагают, несущественны. Однако, они могут участвовать в защите BVES/ POPDC1 от протеолиза и расположения BVES/POPDC1 на мембране.4,5 Внутриклеточный C-конец BVES/POPDC1 включает новый, но очень консервативный домен Popeyen. BVES/POPDC1 белок образует димер или мультимер в клетке внутри домена Popeye domain (Figure 1). Эти BVES-BVES взаимодействия необходимы для поддержания целостности эпителия и стабильности соединений.6

Figure 1 BVES/POPDC1 structure.

Notes: BVES/POPDC1 protein consists of an extracellular N-terminus, a three- pass transmembrane domain, and an intracellular C-terminus containing the highly conserved Popeye domain. BVES/POPDC1 directly binds to cAMP, VAMP3, and Cav3 in the Popeye domain, directly interacts with DNRG4 and PR61? in the intracellular C-terminus outside of Popeye domain, and directly interacts with ZO-1, GEFT, and TREK-1 in the intracellular C-terminus both inside and outside of Popeye domain.

BVES/POPDC1 транскрипты были идентифицированы у ряда эукариот от медоносных пчел, до человека.7 Человеческий BVES/POPDC1 был идентифицирован в сердце, гладких и скелетных мышцах, головном мозге, печени, ЖКТ и различных эпителиях. 2,8-13 BVES/POPDC1 является вновь открытым циклическим 3',5'-adenosine monophosphate (cAMP) эффектором14 и ассоциированным с кавеолами белком, важным для толерантности к внешне-средовым стрессам (земному притяжению, дефициту кислорода и недостаточности питания). Более того, он участвует в регуляции клеточного кальция и пути передачи сигналов жизнеспособности.15,16 Интересно, что клетки, экспрессирующие BVES/POPDC1, обладают общим фенотипом или функцией: они являются клейкими или , по крайней мере, сильно интерактивными по природе.7 Исследования субклеточной локализации показывают, что BVES/POPDC1 в основном расположен в клеточной мембране, особенно в боковой клеточной мембране, клеточных соединениях и плотных соединениях.17 Он перемещается из цитоплазмы в мембрану и является ранним событием возникновения одновременно с межклеточными контактами.17,18 BVES/POPDC1 локализуется в эпителиальных клетках совместно с Occludin и ZO-1 в апикально-латеральном положении относительно z-оси.17 Такой паттерн экспрессии указывает на роль BVES/POPDC1 в клеточных коммуникациях или межклеточных слипчивых соединениях.
Экспрессия BVES/POPDC1 во время эмбриогенеза было изучено на нескольких организмах, включая кур,13 мышей,12 Xenopus laevis,19 и Drosophila.20 В этих исследованиях BVES/POPDC1 был найден во многих типах тканей, возникающих из всех трех зародышевых листков у эмбрионов и взрослых. В 2008, Feng et al 21 впервые связали экспрессию BVES/POPDC1 с non-small-cell lung cancer (NSCLC) у людей. последующие10 лет накопились доказательства, подтверждающие роль и механизм BVES/POPDC1 при болезнях человека, особенно при раке.

BVES/POPDC1 in cancers


Мы суммировали роль BVES/POPDC1 при раковых опухолях у человека в Table 1.
Abbreviations: BC, breast cancer; BS-seq, bisulfite sequencing; CHB, chronic hepatitis B; CRC, colorectal carcinoma; DCIS, ductal carcinoma in situ; EMT, epithelial-mesenchymal transition; GC, gastric cancer; HBV, hepatitis B virus; HCC, hepatocellular carcinoma; ICC, immunocytochemical analysis; IF, immunofluorescence staining; IHC, Immunohistochemistry; LC, liver cirrhosis; MeDIP, methylated DNA immunoprecipitation; NSCLC, non-small-cell lung cancer; qPCR, quantitative PCR; UM, uveal melanoma; WB, Western blot.


BVES/POPDC1 and stem cells


Cтволовые клетки являются важным ресурсом для репарации тканей, регенерации и туморогенеза.56 Недавно изучали роль BVES/POPDC1 в кишечнике мышей после воздействия ионизирующей радиацией.57 В исследовании BVES/POPDC1-/- мыши обнаруживали увеличенные размеры крипт и усиленную пролиферацию и экспрессию маркеров стволовых клеток (напр, Lgr5, Ascl2, Olfm4, Nanog, Sox9, Lrig1 и Bmi1) , а ex vivo BVES/POPDC1-/- enteroid модель обнаруживала увеличение стволовости (stemness) вместе с повышенной эффективностью посева, пропорцией сфероидов стволовых клеток, сохранением структур пузырьков, умножением передачи сигналов WNT и чувствительности к активации WNT.57 BVES/POPDC1 экспрессия была снижена у WT мышей, которые были подвергнуты облучению.57 Более того, после радиации BVES/ POPDC1-/- мыши обнаруживали достоверно более значительную жизнеспособность крипт по сравнению с WT мышами.57 Тем самым подтверждается, что BVES/POPDC1 - не только адгезивная молекула кишечного эпителия - а является ключевым регулятором программирования кишечных стволовых клеток и гомеостаза кишечника. Однако, роль BVES/POPDC1 в раковых стволовых клетках остается неясной.

Potential downstream signaling pathway of BVES/POPDC1


Предыдущие исследования показали, что BVES/POPDC1 является молекулой клеточной адгезии, подавляемой во многих типах солидных опухолей. Однако, было установлено, что BVES/POPDC1 регулирует EMT25,32 и модифицирует проницаемость кишечника58 и программы стволовых клеток,57 и т.д. Определение нижестоящих сигнальных путей BVES/ POPDC1 может предоставить новую информацию для изучения опухолей и для целенаправленного воздействия на BVES/POPDC1. Мы представили возможные вышестоящие и нижестоящие механизмы BVES/ POPDC1 на Figure 2. . Figure 2 The upstream effectors and downstream targets of POPDC1/BVES.
Notes: => represents promotion or elevation; -| represents inhibition or decrease. Abbreviations: ECM, extracellular matrix; EMT, epithelial-mesenchymal transition.


GEFT/Rho signaling


GEFT, известен также как p63RhoGEF или ARHGEF25, принадлежит к семейству Rho guanine nucleotide exchange factor (GEF)59,60 GEFT модулирует активное состояние Rho GTPases путем стимуляции обмена guanosine diphosphate для GTP52,61,62 и далее регулирует клеточную пролиферацию, миграцию, межклеточную адгезию и регулирует клеточный цикл.63-66 Rac1, Cdc42 и RhoA являются основными членами Rho семейства GTPases. эти белки обнаруживаются активированными в опухолях человека, таких как рак груди, семенников, яичников, печени и колоректальные раки и способствуют пролиферации, миграции и инвазии раковых клеток.67-70 GEFT стал первым идентифицированным белком прямо взаимодействующим с BVES/POPDC1. BVES/POPDC1 главным образом расположен в плазматической мембране; поэтому взаимодействие BVES/POPDC1-GEFT заставляет GEFT "задерживаться" в плазматической мембране, приводя к снижению количества и активации GEFT в цитоплазме.71 Экзогенная экспрессия BVES/POPDC1 снижает активность Rac1 и Cdc42; , однако, это не влияет на уровни активного RhoA в NIH 3T3 клетках.71 Др. группа исследователей установила, что усиление экспрессии BVES/POPDC1 в клетках трабекулярной сети и эпителиальных клетках роговицы человека приводит к повышению образования плотных соединений с понижением активации RhoA.49,72 GEF-H1, известен также как ARHGEF2, является ещё одной Rho GTPase.73,74 Исследователи полагают, что BVES/POPDC1 комбинируется с ZO-1 и cingulin, чтобы сформировать комплексы плотных соединений, секвестрировать GEF-H1 в плазматической мембране и модулировать передачу сигналов RhoA.72 Недавно, усиление активности BVES/POPDC1 и инактивация RhoA/Rock пути были отмечены при мезенхимно-эпителиальном переходе (MET) фибробластов свиньи75 и HCC клеток человека.76 Используя метод активации RhoA-GTPase наша группа продемонстрировала, что супрессия BVES/ POPDC1 повышает активность RhoA, способствуя тем самым миграции и инвазии клеток. Напротив, избыточная экспрессия BVES/POPDC1 снижает активность RhoA в HCC клетках.33 Недавно мы наблюдали совместную локализацию BVES/ POPDC1, ZO-1 и GEFT в печеночной ткани и клетках и исчезновение в HCC ткани и клетках (unpublished data). Исходя из этих находок, эта совместная локализация может оказаться механизмом, посредством которого BVES/POPDC1 непосредственно подавляет активность Rho.

WNT signaling


Передача сигналов WNT выполняет центральные роли в эмбриогенезе, тканевом гомеостазе, заживлении ран и при озлокачествлении.77,78 Клеточные адгезивные комплексы, включая плотные соединения и слипчивые соединения, как было установлено, тесно связаны с передачей сигналов WNT.79-81 Слипчивые соединения являются модуляторами канонической передачи сигналов WNT посредством секвестрации β-catenin в клеточной мембране.82,83 Сходным образом, плотные соединения играют фундаментальную роль в outside-in сигнальных каскадах для передачи сигналов WNT.84 BVES/POPDC1 является важным регулятором межклеточных соединений, регулируя экспрессию E-cadherin во многих линиях клеток и опухолях.25,32 У мышей, подвергнутых действию thymosin β4, BVES/POPDC1 оказывается увеличенным и это сопровождается повышенной экспрессией β-catenin.85 Более того, BVES/POPDC1 модулирует локализацию транскрипционной активности β-catenin и WNT в клетках колоректальной карциномы человека. Кроме того, избыточная экспрессия BVES/POPDC1 увеличивает связанную с мембраной локализацию β-catenin, в то же время она снижает цитоплазматическую экспрессию.25 Эти in vitro результаты согласуются с наблюдаемыми in vivo. Цитоплазматические уровни β-catenin были избыточными, а их ядерная локализация в опухолях BVES/POPDC1-/- мышей была выше по сравнению с той. сто наблюдается в опухолях WT мышей.26 Между тем, WNT мишени (т.e., Mmp7, Wisp2 и Rspo4), оказывались активированными в опухолях BVES/POPDC1-/- мышей, подтверждая, что BVES/POPDC1 регулирует путь передачи сигналов WNT.26,57

Protein phosphatase 2A (PP2A)


PP2A является одной из основных serine-threonine phosphatases в клетках млекопитающих. Она состоит из 65 kDa структурной субъединицы A (PP2AA или PR65; α и β изоформ) и 36-kDa каталитической субъединицы C (PP2AC; α и β).86 PP2A является хорошо известным регулятором клеточного цикла и апоптоза благодаря противодействию большинству киназ, управляющих внутриклеточными сигнальными путями.87 PP2A комплексы подавляют митогенные и анти-апоптические сигналы путем дефосфорилирования и инактивирования MEK1 и ERK киназ, снижения стабильности и подавления функции c-MYC и STAT5.88,89 Кроме того, PP2A супрессирует транслокацию онкогенов, таких как MCL1 и c-MYC путем прямого и косвенного дефосфорилирования EIF4E.90 Сходным образом,, PP2A обладает способствующей апоптозу активностью за счет негативной регуляции пути PI3K/Akt посредством непосредственного дефосфорилирования Akt, инактивации анти-апоптического BCL2, и активации факторов BAD и BIM.91 PP2A, как полагают, генетически изменен или функционально инактивирован во многих солидных опухолях92-94 и лейкемиях95-97 и, следовательно, действует как опухолевый супрессор. Недавно, Parang et al установили, что BVES/POPDC1 взаимодействует с PR61α, чтобы способствовать деградации c-Myc посредством yeast- two-hybrid, ко-иммунопреципитации и метода proximity ligation.26 Они идентифицировали фрагмент (15 аминокислот) человеческого BVES/POPDC1, необходимый для взаимодействия BVES/ POPDC1-PR61α и деградации c-Myc. Они также продемонстрировали, что регуляция передачи сигналов WNT и онкогена c-Myc с помощью BVES/POPDC1 является ключевым событием при колитом индуцированном туморогенезе.26 PP2A дефосфорилирует ряд белков мишеней, многие из которых участвуют в туморогенезе. T

Other possible targets and signaling pathways


TWIK-related K+ channel 1 (TREK-1)


TREK-1 принадлежит семейству калиевых каналов с доменом с две поры, которое регулируется с помощью большого количества стимулирующих факторов, таких как pH, растягивание, температура, фосфорилирование и взаимодействующие белки.98 TREK-1 был открыт недавно и выполняет важную роль в раке простаты человека. TREK-1 экспрессируется на высоком уровне в раке простаты, в отличие от здоровой простаты или доброкачественной гиперплазии простаты.99,100 Кроме того, его экспрессия строго коррелирует со степень и стадией рака простаты.100 Избыточная экспрессия TREK-1 в эпителиальных клетках здоровой простаты увеличивает из способность к пролиферации.100 Напротив, нокдаун TREK-1 достоверно подавляет пролиферацию клеток рака простаты.99 Недавно исследование ионных каналов и электрогенных белков в ооцитах Xenopus продемонстрировало, что TREK-1 функционально взаимодействует с BVES/POPDC1.101 Совместная экспрессия BVES/ POPDC1 и TREK-1 стимулирует вдвое более высокий ток, чем при измерении в отсутствии BVES/POPDC1.101 Однако, роль взаимодействия BVES/POPDC1-TREK-1 в раковых опухолях человека следует изучить.

Caveolin-3


Caveolins являются основным конструктивным компонентом кавеол. На сегодня идентифицированы три изоформы кавеолина (Cav1, Cav2 и Cav3).102 Caveolins играют важную роль в трансцитозе молекул в клетки и регуляции сигнальной трансдукции.103,104 Cav3 является мышечно-специфической изоформой, которая располагается на сарколемме скелетных мышечных волокон и в сарколемме и поперечных трубочках в кардиальных миоцитах.105 Однако, его присутствие наблюдается в определённых солидных опухолях. Cav3 часто экспрессируется в seminoma и анаплазированной карциноме.106,107 Генетическое устранение экспрессии Cav3 индуцирует лактогенные микроусловия, которые являются защитными против возникновения опухоли молочных желез.108 Cav3 был недавно идентифицирован как партнер по взаимодействию с BVES/POPDC1.16,101 Это является важным для сохранения структуры кавеол и функциональной интеграции.101Однако, его роль в развитии и прогрессировании рака нуждается в дальнейших исследованиях.

Vesicle-associated membrane protein 3 (VAMP3)


VAMP3 является везикулярным транспортным белком, регулирующим рециклинг transferrins, transferrin рецепторов и интегринов.109,110 Он также участвует в секреции MMPs, деградации внеклеточного матрикса (ECM), инвазивности клеток фибросаркомы человека.111 Потеря функции VAMP3 способствует миграции и адгезии раковых клеток поджелудочной железы человека.112 BVES/POPDC1, как было установлено, непосредственно взаимодействует с VAMP3, а потеря функции BVES/POPDC1 ухудшает VAMP3-обеспечиваемый везикулярный транспорт путем нарушения рециклинга transferrin и β-1-integrin в MDCK эпителиальных клетках.113 Более того, экспрессия мутантного BVES/POPDC1 нарушает функции интегринов, приводя к нарушению их потребления во время движения клеток и нарушению распространения и адгезии клеток.113 Исходя из этих находок, роль BVES/POPDC1-VAMP3 при раке может быть связана с новым механизмом передачи сигналов BVES/POPDC1.

N-myc downstream regulated gene 4 (NDRG4)


Потеря функции BVES/POPDC1 или NDRG4, как было установлено, приводит к нарушениям клеточных движений.37,114,115 используя SPOTs и pull-down анализ, Benesh et al116 установили, что NDRG4 непосредственно соединяется с BVES/POPDC1 C-концом, который находится вне законсервированного домена Popeye. Взаимодействие BVES/POPDC1/NDRG4 важно для регуляции направленной миграции эпикардиальных клеток, а разрушение этого взаимодействия приводит к случайному паттерну миграции.116 Более того, BVES/POPDC1 и NDRG4 специфически обеспечивают транспорт интернализованного фибронектина посредством "аутокринного отложения ECM" пути рециклинга фибронектина.116 BVES/POPDC1/NDRG4 взаимодействие также регулирует слияние пузырьков, связанных с клеточной поверхностью.116 Эти данные подтверждают, что BVES/POPDC1 может выполнять множественные роли в клеточном поведении, влияя на развитие, репарацию и инвазивность рака.

Bnip3


Bnip3 является одним из семейства Bcl-2 регуляторных факторов клеточной гибели, который действует путем активации Bax/Bak и открытия проницаемости проходных пор.117 Экспрессия Bnip3 увеличивается во время стрессов, таких как гипоксия посредством зависимого от гипоксии индуцирующего фактора-1 или независимых механизмов, таких как регулируемых транскрипцией с помощью RB1-E2F1, TP53, FOXO3, NF-κB и др. транскрипционных факторов, имеющих отношение к опухолям.117 Bnip3 хорошо изучен при клеточной гибели, аутофагии и митофагии.118 Недавно Kliminski et al15 установили, что нокдаун BVES/POPDC1 в кардиомиоцитах новорожденных крыс в без-сывороточной среде снижает жизнеспособность клеток, способствует митохондриальным повреждениям и усиливает активность Bnip3. Далее они установили, что BVES/ POPDC1 регулирует экспрессию Bnip3 путем модификации конкурентного связывания FoxO3 и NFκB транскрипционных факторов с промотором Bnip3.15 Необходимы дальнейшие исследования.119
cAMP является вторичным мессенджером, который участвует во многих нормальных физиологических функциях и патологических состояниях у людей.120 Имеются 4 эффектора, которые непосредственно связывают cAMP в клетках млекопитающих, а именно, protein kinase A (PKA), белок обмена непосредственно активируемый с помощью cAMP (Epac), cyclic nucleotide рецептор, участвующий в функционировании спермиев (CRIS), и cyclic nucleotide-gated ion (CNG) каналы.120 POPDC белки, как было установлено, являются новым классом cAMP эффекторных белков в поперечно-полосатых мышцах, Popeye домен действует как высокого сродства сайт связывания cAMP, а связывающая активность ~10-раз выше, чем у Epac и на том же уровне, что и у PKA.14 Amunjela et al37 недавно продемонстрировали, что BVES/ POPDC1 иммунопреципитируется совместно с cAMP в линиях рака груди. Интересно, что cAMP повышает уровни белка BVES/POPDC1 в этих клетках. Кроме того, cAMP, как полагают, негативно модулирует взаимодействиеTREK-1 с POPDC белками.37 Необходимы дальнейшие исследования для определения роли BVES/POPDC1- cAMP при раке.