обнаруживают кишечные и нейрологические дефекты преимущественно на C57 BI/6 генетическом фоне (Pritchard et al.,[1996]). Мутантные мыши рождаются и выгядят нормальными, но становятся значительно более мелкими по сравнению выводками дикого типа на 3-1 день после рождения. Они обнаруживают также атетотические движения, аномальную проприоцепцию, ригдиность мускулатуры и выраженное растяжение толстой кишки. Такие мыши погибают между 7 и 21 днем постнатального развития, скорее всего из-за нейрологических и кишечных проблем. Однако этот летальный фенотип может быть нормализован путем поддержания мутантного аллеля на фоне 129/OLA. В данном случае A-Raf-дефицитные мыши достигают до взрослого периода, плодовиты и не имеют кишечных дефектов и обнаруживают лишь немногие нейрологические аномалии (Pritchard et al.,[1996]). Эти наблюдения указывают на то, что генетические модификаторы могут влиять на активность A-Raf и что др. Raf киназы могут компенсировать A-Raf во время развития урогенитальной и желудочно-кишечной системы органов.
(OMIM#*164757). Доминантно-активирующие мутации в
B-Raf сцеплены с широким набором раковых опухолей, включая меланому, колоректальные и глиомные злокачественные опухоли (Basto et al.,[2005]; Poynter et al.,[2006]; Barault et al.,[2008]). Обычные нарушения генов
B-Raf у мышей выявляют неожиданную функцию в развитии сосудов.
B-Raf-дефицитные мыши погибают
in utero между ст. E10.5 и E12.5 из-за тяжелых аномалий сосудов. Мутантные эмбрионы обнаруживают избыточный апоптоз эндотелиальных клеток, приводящий к нерегулярной форме кровеносных сосудов, что ведет к редукции кровообращения и кровоизлияниям в крупные полости тела (Wojnowski et al.,[1997]).
B-Raf-дефицитный фенотип сходен с таковым. наблюдаемым у мышей, лишенных Tie2, рецепторной tyrosine kinase, участвующей в васкулогенезе (Dumont et al.,[1994]). Это указывает на то, что B-Raf может активироваться с помощью передачи сигналов Tie2. Эта связь подтверждается исследованиями, показавшими, что соединение Tie2 со своим лигандом angiopoietin-1 индуцирует активацию MEK1/2 и ERK1/2, сигнальных молекул, стоящих ниже B-Raf (Yoon et al.,[2003]). Хотя ERK1-дефиционые мыши жизнеспособны, ERK2
-/- эмбрионы обнаруживают снижение формирования паттерна кровеносных сосудов в плаценте, что ведет к гибели в середине беременности. Этот фенотип очень сходе с тем, что у
MEK1 нокаутных эмбрионов (Bissonauth et al.,[2006]). Следовательно, B-Raf может действовать как центральная MAP3K, регулирующая формирование паттерна сосудов плаценты. Помимо активации ERK1/2, недавние доказательства указывают на то, что B-Raf может также активировать ERK3 (Fig. 2) (Hoeflich et al.,[2006]). Хотя мало известно о функции ERK3, эта MAPK заметно позитивно регулируется во время развития мышей и миогенной дифференцировки (Turgeon et al.,[2000]; Coulombe et al.,[2003]). Эти находки подтверждают роль B-Raf во время клеточной дифференцировки и формирования эмбриональных сосудов.
C-Raf (Raf-1)
(OMIM#*164760). C-Raf или Raf-1 является прототипическим членом семейства Raf, экспрессирующимся почти повсеместно. Первоначально считалось, что он является мощным эффектором клеточной пролиферации, сегодня он охарактеризован как регулятор апоптоза (Slater et al.,[2003]; Lamberti et al.,[2007]). C-Raf может фосфорилировать и тем самым инактивировать про-апоптический белок BAD (Kebache et al.,[2007]). Активный C-Raf индуцирует также путь MEK/ERK который усиливает BCL-2-обеспечиваемую резистентность к апоптозу (Fig. 2) (Pardo et al.,[2002]; Kumar et al.,[2007]). Обычные C-Raf нокаутные мыши выглядят нормально на перых стадиях развития вплоть до E11. На этой стадии печень увеличивается и становится главным источником гематопоэтической активности, перенимая функцию желточного мешка. Однако по ходу эмбриогенеза рост C-Raf -/- эмбрионов задерживается и они погибают между E11.5 и E13.5. Это время гибели C-Raf-/- эмбрионов совпадает с периодом, при котором развивающаяся печень становится дифференцированным органом. Мутантные мыши имеют плаценту с бедной сосудистой сетью и усиленный апоптоз в эмбриональных тканях, особенно в печени (Mikula et al.,[2001]). Чтобы проверить роль C-Raf в сердце, Yamaguchi et al. ([2004]) получили специфичную для сердца делецию C-Raf (C-Raf CKO) , используя Cre-recombinase, управляемую с помощью промотора тяжелой цепи α-myosin. C-Raf CKO развиваются до взрослого периода, плодовиты и имеют относительно нормальную продолжительность жизни Однако обнаруживается индукция апоптоза в кардиомиоцитах у мышей между 3 и 5 неделями. Это повышение апоптоза приводит к увеличиению кардиальной мышцы и фиброзу с последующей дисфункцией левого желудочка (Yamaguchi et al.,[2004]). C-Raf CKO мыши также обладают повышенной активностью MEKK5 (ASK1), которая, как было установлено, играет важную роль в индукции нейронального и кардиального апоптоза (Kanamoto et al.,[2000]; Yamaguchi et al.,[2003]). Устранение MEKK5 у C-Raf CKO мышей нормализует фенотип усиленного апоптоза, это указывает на то, что C-Raf способствует выживанию клеток в сердце путем модуляции активности MEKK5. итак, эти наблюдения на активное участие C-Raf в поддержании и функции кардиомиоцитов.
У людей мутации в гене C-Raf участвуют в формировании онтогенетических нарушений, таких как LEOPARD и Noonan синдромы (Pandit et al.,[2007]). Noonan синдром является аутосомно доминантным врожденным заболеванием, характеризующимся низким ростом, лицевой дисморфией и кардиальными аномалиями, такими как pulmonary stenosis, гипертрофическая кардиомиопатия и дефекты атриовентрикулярной перегородки (Sharland et al.,[1992]; Allanson,[2007]). Приблизительно в 50% всех случаев Noonan синдрома имеется мутация в гене PTPN11, который кодирует не рецепторную тирозин фосфатазу Shp2 (Tartaglia et al.,[2004]). Этот энзим является ключевым компонентом в некоторых сигнальных путях, которые контролируют онтогенетические процессы, такие как формирование клапанов и дифференцировка гематопоэтических клеток (Neel et al.,[2003]). У индивидов с Noonan синдромом, которые не имеют мутации в гене PTPN11 , развитие гипертрофической кардиомиопатии (CMH; OMIM#611553) связано с мутациями в гене C-Raf (Pandit et al.,[2007]). Однако только повреждения, которые делают генный C-Raf продукт сверхактивным, приводят к кардиомиопатии, тогда как потеря функции C-Raf не ассоциируется с CMH. Это подчеркивает важность собственно регуляции активности C-Raf для нормального развития и функционирования сердечно-сосудистой системы.
Многие из функций C-Raf, однако, по-видимому, выполняются совместно с др. членами семейства, по крайней мере, во время инициальных стадий развития. У мутантов мышей только с одной из 4-х копий B-Raf и C-Raf (B-Raf-/-/C-Raf-/+ или B-Raf-/+/C-Raf-/-) обнаруживается существенное нарушение роста по сравнению с C-Raf одиночными нокаутами. Компаундные мутанты обнаруживают серьёзное недоразвитие мозга, сердца и конечностей. Это ведет к гибели 90% эмбрионов до E10.5. Полное отсутствие B-Raf и C-Raf ещё больше усиливает задержку развития благодаря отсутствию дифференцировки эмбриональных клонов, это приводит к гибели эмбрионов до E 8.5 (Wojnowski et al.,[2000]). Эти находки указывают на то. что B-Raf и C-Raf обнаруживают существенное перекрывание во время раннего эмбрионального развития. Однако активность обеих молекул Raf является обязательной для нормального развития после стадии бластоциста.
TAK1 (TAK1a, TAK1b, and TAK1c isoforms)
(OMIM#*602614). TGF Activated Kinase-1 (TAK1) экспрессируется в виде трех разных изоформ, среди которых TAK1a наиболее широко распространена. TAK1 являются нижестоящим эффектором TGF, которые играют существенную роль в пролиферации и дифференцировке клеток во время эмбрионального развития (Wagner and Siddiqui,[2007]). Активация TAK1 с помощью TGF мобилизует p38 и JNK посредством фосфорилирования MKK3/6 и MKK4/7, соотв. (Fig. 3) (Dempsey et al.,[2000]). TAK1 также оказывается стоящим ниже лиганды tumor necrosis factor (TNF) и toll-like receptor (TLR) для клеточной жизнеспособности и про-воспалительных реакций. Активация TAK1 с помощью TNF и TLR лигандов индуцирует высвобождение NFB из его цитоплазматического ингибирующего комплекса и и его последующую транслокацию в ядро (Sakurai et al.,[1998]). NFB является ключевым транскрипционным фактором, чьи гены мишени являются важными для воспалительной реакции и клеточной жизнеспособности, особенно в процессе эпителиально-мезенхимного перехода во время органогенеза. Важность TAK1 в превращении сигналов жизнеспособности демонстрируется in vivo в исследованиях по инактивации генов. Interferon-индуцибельная Cre-recombinase обусловленная делеция TAK1 у взрослых мышей приводит к неспособности костного мозга и печени из-за повышенного апоптоза гематопоэтических клеток и гепатоцитов (Tang et al.,[2008]). Кроме того. клетки, лишенные TAK1, неспособны активировать NFB и JNK каскады, указывая тем самым, что TAK1 не способствует клеточной жизнеспособности путем регуляции апоптоза посредством этих путей (Liu et al.,[2006]; Tang et al.,[2008]).
Обычное нарушение гена TAK1 у мышей вызывает летальный фенотип на ст. E11.5 из-за тяжелых сосудистых дефектов и существенной задержки роста. Эти эмбрионы обладают маленькими головами, задержкой развития задних частей и увеличенным перикардом, согласующимся с недостаточностью сердечно-сосудистой системы. Они также обладают чрезвычайной дилятацией и снижением сложности сосудистого ветвления в желточном мешке, а также отсутствием сосудистых гладких мышц (Jadrich et al.,[2006]). Интересно, что мутации потери функции в TGF type I рецепторе Alk1 и в добавочном TGF рецептор endoglin обнаруживают дефекты сосудистого развития, которые сходны м теми. что наблюдаются у TAK1 нулевых мышей (Arthur et al.,[2000]; Urness et al.,[2000]). Эти находки, вместе с исследованиями, показывающими, что TAK1активируется с помощью TGF (Yamaguchi et al.,[1995]) , указывают на то, что TAK1 может быть главным нижестоящим эффектором TGF сигналов. чтобы регулировать развитие сосудов. Также TAK1 активирует SAPK/JNK и в меньшей степени p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) пути, которые. в свою очередь, регулируют транскрипцию генов, участвующих в ангиогенезе (Fig. 5; Moriguchi et al.,[1996]; Shirakabe et al.,[1997]). Более того, повышенные уровни p38, как было установлено, ингибируют активность TAK1, указывая тем самым, что механизм негативной обратной связи вносит вклад в регуляцию пути TAK1/p38 (Cheung et al.,[2003]). Подобно TAK1-дефицитным мышам, MAPK p38 нокаутные мыши также обнаруживают аномалии в сосудистом развитии, хотя ангиогенез желточного мешка, по-видимому, не затрагивается (Adams et al.,[2000]; Mudgett et al.,[2000]). Эти различия в фенотипах между TAK1 и p38 нулевыми мышами могут быть обусловлены перекрыванием активности p38 изоформ в желточном мешке, которые могут компенсировать отсутствие p38 в этой ткани (Ihle,[2000]). Итак, эти исследования подчеркивают важность TAK1 в обеспечении передачи сигналов TGF особенно для сосудистого развития и возможно для поддержания сердечно-сосудистой системы у взрослых.
MEKK1
(OMIM#*600982). MEKK1/ по-видимому, преобразует сигналы для активации JNK и ERK1/2 с помощью про-воспалительных стимулов и ростовых факторов (Fig. 4; Yujiri et al.,[1998]; Xia et al.,[2000]). MEKK1 является ключевой MAP3K, регулирующей миграцию клеток. Онтогенетически, MEKK1-нокаутные мыши характеризуются нарушенной миграцией эпителиальных клеток, приводящей к нераскрытию век. Несмотря на этот минорный эффект, животные плодовиты и жизнеспособны при нормальных условиях (Yujiri et al.,[2000]). В зависимости от онтогенетических сигналов, MEKK1-индуцированные движения эпителиальных клеток во время смыкания век активируются с помощью TGF и activin, двух важных онтогенетических факторов (Zhang et al.,[2003]). Дальнейшие исследования этих мышей показали, что MEKK1 посредством JNK MAPK активности защищает от перегрузок давления в сердцеt (Sadoshima et al.,[2002]). В этой связи один гетеротримерный G-белок, Gq, вносит вклад в начало кардиальной гипертрофии, запускаемой с помощью seven-трансмембранных рецепторов (Minamino et al.,[2002]). Некоторые факторы, включая Angiotensin II, endothelin и адренергические агонисты, как известно индуцируют такого типа гипертрофию (Simpson,[1983]; Shubeita et al.,[1990]; Sadoshima and Izumo,[1993]; Glennon et al.,[1995]). MEKK1 нокаутные мыши и кардиальные миоциты, происходящие из таких животных резистентны к Gq-обеспечиваемой гипертрофической реакции (Minamino et al.,[2002]). Это указывает на то. что MEKK1 обязательно участвует в развитии гипертрофической болезни сердца. Phenylephrine-индуцированная гипертрофия обусловливается с помощью активации MEKK1; однако ингибирование Ras способно частично блокировать эффект в системе
in vitro (Aoki et al.,[2000]) , указывая тем самым. что MEKK1 является не единственным игроком в гипертрофической реакции. Также MEKK1 взаимодействует непосредственно с c-Raf, MEK1 и ERK2 (Karandikar et al.,[2000]), каждый из которых важен для жизнеспособности клеток и гипертрофической реакции (Ueyama et al.,[2000]; Harris et al.,[2004]). Известно также, что передача сигналов MEKK1 посредством JNK и ERK MAPKs увеличивает клеточную жизнеспособность эмбриональных фибробластов (Yujiri et al.,[1998]). Более того, эмбриональные кардиальные миоциты, лишенные MEKK1 очень чувствительны к окидативному стресс-индуцируему апоптозу. MEKK1 способствует выживанию миоцитов путем негативной регуляции продукции TNF (Minamino et al.,[1999]). Т.о., манипуляции с активностью MEKK1 могут быть пригодны для защиты сердца от ишемических повреждений и reperfusion нарушений. Помимо гипертрофии и клеточной жизнеспособности, имеются доказательства, указывающие на вовлечение MEKK1-JNK в миграцию эпителиальных клеток для повторной эпителизации поврежденных тканей, как это наблюдается у
MEKK1 мутанных мышей с делецией киназного домена (MEKK1KD/KD; Deng et al.,[2006]). В др. исследовании Gallagher et al. ([2007]) было установлено, что мыши, дефицитные по киназной активности MEKK1, имеют уменьшенные количества B клеток. В частности, пролиферация B клеток позитивно регулируется с помощью CD40-зависимой мобилизации MEKK1-JNK/p38 сигнала, указывая на то. что активность MEKK1 вносит вклад в развитие клональных популяций B клеток. Безусловным доказательством роли MEKK1 в клеточной подвижности и диссеминации получены Cuevas et al. ([2006]), показавшими, что MEKK1 контролирует начало метастазирования опухолей молочных желез у polyoma middle T antigen мышей (MMTV-PyMT). MEKK1
-/- PyMT-мыши обнаруживают нарушенную деградацию базальных мембран ECM с помощью urokinase-type plasminogen activator (uPA), это замедляет начало миграции опухолевых клеток и метастазирование. Хотя MEKK1 не нужна для роста первичных PyMT-опухолей, эта MAP3K способствует миграции опухолевых клеток и диссеминации удаленных мест, чтобы сформировать метастатические фокусы. Итак, эти наблюдения подчеркивают функцию MEKK1 по прямому или косвенному обеспечению клеточной миграции, Эта активность затрагивает защиту от апоптоза, способствует гипертрофии, пролиферации В клеток и диссеминиации клеток рака груди.
MEKK2
(OMIM#*609487). Активность MEKK2, по-видимому, избирательна для активации JNK и ERK5 (Fig. 4; Chayama et al.,[2001]; Hammaker et al.,[2004]; Kesavan et al.,[2004]). MEKK2 нокаутные мыши жизнеспособны и плодовиты без каких-либо видимых нарушений развития. T-клеточные реакции у MEKK2
-/- мышей усиливаются частично благодаря повышенной активации JNK , указывая тем самым, что модуляция T-клеточных рецепторов может быть основной ролью этой MAP3K (Guo et al.,[2002]). Продукция цитокинов в ответ на IgE также ингибируется за счет нарушения MEKK2 (Garrington et al.,[2000]). Интересно, что ERK5 может быть активирована с помощью MEKK2 и MEKK3 (Nakamura and Johnson,[2003]). ERK5 нокаутные эмбрионы неспособны собственно ремоделировать сосуды. чтобы сформировать нормальный паттерн сосудистой сети во время развития (Regan et al.,[2002]). Однако отсутствие сердечно-сосудистых дефектов у MEKK2-дефицитных мышей исключает компенсаторную роль MEKK2 в сосудистом развитии. Анализ MEKK2
-/- на др. MEKK-дефицитных фонах выявляет нераспознанные функции MEKK2 в созревании и функцию клеточного иммунитета.
MEKK3
(OMIM#*602539). MEKK3 является MAP3K, которая регулирует p38, ERK1/2 и JNK (Fig. 4) (Deacon and Blank,[1997]; Uhlik et al.,[2003]; Fritz et al.,[2006]). Последние данные указывают на то, что она также регулирует активности ERK5 (Chao et al.,[1999]) и транскрипционного фактора, NFB (Zhao and Lee,[1999]; Yang et al.,[2001]). MEKK3 нокаутные мыши (MEKK3
-/-) погибают in utero приблизительно на ст. E10.5 из-за аномалий во внеэмбриональной сосудистой сети желточного мешка, в эмбриональной сосудистой сети и сердце. Хотя первичные сосуды образуются, ангиогенез не происходит (Yang et al.,[2000]). Кроме того, эндокард не соединяется с кардиальными миоцитами желудочка (Yang et al.,[2000]). Эти дефекты частично обусловлены повышением апоптоза эндотелиальных клеток (Deng et al.,[2007]). Кроме того, путь MEKK3-MEK5-ERK5 участвует в программировании сердечно-сосудистого развития, т.к. мыши, дефицитные по MEK5 или ERK5, имеют сходные сердечно-сосудистые дефекты, включая неспособность обеспечивать созревание первичной васкулатуры и эндокарда (Regan et al.,[2002]; Wang et al.,[2005b]). На клеточном уровне снижается пролиферация и увеличивается апоптоз, это обнаруживается также в сердцах Mek5 нулевых эмбрионов (Wang et al.,[2005b]). Увеличение апоптоза наблюдается также в цефалической мезенхиме
Erk5 нокаутных эмбрионов (Yan et al.,[2003]). Кроме того, фибробласты от MEK5-дефицитных эмбрионов неспособны индуцировать активность Myocyte enhancing factor 2 (MEF2), который является нижестоящим медиатором ERK5. Важно. что избыточная экспрессия MEK5 в сердце мышей ведет к гипертрофии и в конечном итоге к дилятационной кардиомиопатии (Nicol et al.,[2001]). Активация сигнальных путей p38, JNK, ERK1/2 и NFB необходима для эпителиально-мезенхимного перехода (EMT) , при этом каждый оказывает эффект во время продукции мезенхимы (Compton et al.,[2006]; Rivera-Feliciano et al.,[2006]; Santibanez,[2006]; Grund et al.,[2008]). Из MAP киназ только ERK5 исследована в терминах онтогенетического EMT. По этим причинам MEKK3 может действовать как мастер MAP3K в регуляции сигнальных эффекторов, необходимых для онтогенетического EMT во время формирования кардиальной и нервной системы.
MEKK4
(OMIM#*602425). MEKK4 активирует JNK и p38 MAP киназы в ответ на стессовые стимулы, такие как осмотический шок (Fig. 5; Gerwins et al.,[1997]; Takekawa and Saito,[1998]; Bettinger and Amberg,[2007]). Как
MEKK4 нокаутные, так и не активные поMEKK4 kinase мутантные мыши рождаются, но большинство животных вскоре погибает. Такие мыши имеют дефекты нервной трубки и скелетные уродства (Abell et al.,[2005]; Chi et al.,[2005]). Дефекты нервной трубки у MEKK4-дефицитных или неактивных по кинеза эмбрионов включают
spina bifida и экзенцефалию , которые, по-видимому, обусловлены увеличением апоптоза во время нейрального развития. MEKK4 обнаруживает строгую экспрессию в нейроэпителии, это подтверждает её роль в биологии развития эпителия. Помимо уродства нервной трубки имеются нарушения в формировании скелетного паттерна у неактивных по MEKK4 kinase мышей. Т.к. MEKK4 является вышестоящим активатором JNK, то заслуживает внимание то, что JNK1/JNK2 двойные нокаутные мыши также имеют аномалии нервной трубки (Sabapathy et al.,[1999]). Дефект нервной трубки чрезвычайно пенетрантен у MEKK4
-/- мышей, это указывает на роль в биологии развития эпителия. Усиленный апоптоз у MEKK4 мутантных мышей во время, совпадающее с закрытием нервной трубки, не сопровождается различиями в клеточной пролиферации (Abell et al.,[2005]). Т.к. разделение на сердечные камеры и формирование клапанов также нуждаются в соотв. время в апоптозе клеток, изменения в запрограммированной клеточной гибели могут также приводить к дефектам сердца. Кроме того, мыши, дефицитные по c-Jun, транскрипционному фактору, стоящему ниже JNK, обнаруживают дефект тракта оттока в сердце (Eferl et al.,[1999]). Ткань тракта оттока частично происходит из нервного гребня. Миграция из кардиального нервного гребня является существенной для парасимпатической иннервации сердца, а также для завершения образования aortic-pulmonary перегородки (Kirby et al.,[1983]). Кроме того. путь JNK оказывает влияние на нижестоящую преедачу сигналов WNT (Yamanaka et al.,[2002]), а WNT факторы являются критическими для образования тракта оттока. Нокаутные мыши по Dishevelled 2, модулятору пути WNT, имеют дефекты нервной трубки, а также пороки кардиального тракта оттока (Hamblet et al.,[2002]). Передача сигналов WNT может действовать посредством JNK-зависимого механизма, который использует MEKK4 (Luo et al.,[2003]). Т.к. нервный гребень вносит важный вклад в тракт оттока (Jiang et al.,[2000]; Porras and Brown,[2008]), то можно предположить, что часть MEKK4-дефицитных мышей скорее всего будет иметь нарушения тракта оттока. В этой связи недавно было показано, что MEKK4 регулирует онтогенетический EMT в ткани кардиальных подушек или областях будущих клапанов эмбрионального сердца. Однако , MEKK4, по-видимому, действует, чтобы регулировать пролиферацию, апоптоз и/или миграцию клеток, т.к. MEKK4 сам по себе не достаточен, чтобы обеспечить эндокардиальную дифференцировку в мезенхиму (Stevens et al.,[2006]). Дополнительные исследования показали, что MEKK4 влияет на апоптоз и клеточную миграцию и в др. системах (Chi et al.,[2005]; Sarkisian et al.,[2006]), и эти MEKK4-регулируемые процессы используются и во время морфогенеза сердца, участвуют в морфогенезе клапанов, образованию камер и в образовании коронарных сосудов. Интересно. что Angiotensin II (AngII), ключевой регулятор сердечно-сосудистой системы, ведет к фосфорилированию tyrosine в MEKK4 посредством calcium-Pyk2-зависимого механизма в гладкомышечных клетках крыс. Это фосфорилирование заставляет MEKK4 активировать его нижестоящие мишени, MKK6 (Derbyshire et al.,[2005]). Т.к. MKK6-дефицитные мыши обнаруживают дефицит в передаче T-клеточных сигналов и апоптоз (Tanaka et al.,[2002]), то эти наблюдения указывают на то, что MEKK4 может быть центральным медиатором кальцием-опосредованной передачи сигналов. Кальций является критическим для пути MEKK4-MKK6-p38Mapk трансдукции, а также для калдьцием регулируемой phosphatase, calcineurin, которая может регулировать MEKK4 или
visa verse. Как calcineurin так и MKK6 являются ключевыми эффекторами в передаче сигналов и активации T клеток. Т.о., дополнительные исследования смогут выявить роль MEKK4 в развитии и функционировании T клеток.
MEKK5 (ASK1) and MEKK6 (ASK2)
(OMIM#*602448, *604468). MEKK5 или Apoptosis Signal-regulating Kinase (ASK1) действует в соответствии с именем, регулируя апоптоз ниже стрессовых стимулов (Tobiume et al.,[1997]). MEKK5-нокаутные мыши не обнаруживают дефектов развития (Yamaguchi et al.,[2003]). Однако, MEKK5 участвует в ремоделировании левого желудочка путем индукции апоптоза после инфаркта миокарда (Yamaguchi et al.,[2003]). Потеря MEKK5 в C-Raf-дефицитном сердце устраняет кардиальный фенотип, характеризующийся усиленным апоптозом и растяжением сердца (Yamaguchi et al.,[2003]). MEKK5 активирует p38 и JNK пути (Fig. 5), которые участвуют в развитии и патологическом ремоделировании сердца (Ichijo et al.,[1997]). Если MEKK6 взаимодействует с MEKK5 в гетеромерном комплексе, то эта MAP3k может индуцировать апоптоз (Takeda et al.,[2007]; Ortner and Moelling,[2007]). Модель MEKK6-дефицитных мышей пока не описана, но могла бы скорее всего выявить определенную роль MEKK6 в апоптозе во время развития. Хотя отсутствуют сердечно-сосудистые дефекты при потере MEKK5 в развитии, она может предоставлять дополнительную или даже компенсаторную функцию для MEKK4, которая действует также посредством p38 и JNK (Gerwins et al.,[1997]; Abell et al.,[2007]). MEKK5 экспрессируется широко во время развития мышей, включая высокий уровень экспрессии в миокарде эмбрионального сердца (Ferrer-Vaquer et al.,[2007]). Исследование двойных нокаутных мышей по MEKK4/MEKK5 или MEKK5/MEKK6 могли бы быть информативны для определения компенсаторных эффектов этих родственных MAP3Ks во время развития.
TAO kinase (TAOK1, TAOK2, TAOK3)
(OMIM#*610266). Thousand And One kinase (TAOk) прежде всего активирует путь p38 в ответ на клеточные стрессы и повреждения ДНК (Fig. 6; Hutchison et al.,[1998]; Chen et al.,[2003]; Raman et al.,[2007]). Белок клеточного цикла, Ataxia telangiectasia mutated (ATM), активируется в ответ на повреждение ДНК и непосредственно активирует TAOk. Фосфорилированная TAOk затем вызывает активацию p38 MAPK , заставляя клетки запусткать G2/M damage checkpoint для репарации ДНК (Raman et al.,[2007]). Кстати, три из этих MAP3Ks были охарактеризованы: TAOk1, TAOk2 и TAOk3. TAOk1 взаимодействует с и активирует MKK3, приводя к активации p38 (Hutchison et al.,[1998]). TAOk2 негативно регулирует активацию TAK1 пути NFB после осмотического стресса (Huangfu et al.,[2006]). TAOk2 ассоциирует с MKK3 и MKK6, MAP2Ks выше p38 (Chen and Cobb,[2001]). TAOk может также ассоциировать с MEKK, которая ингибирует TAK1 посредством активности p38. Хотя продемонстрирована важность p38 в сердечно-сосудистом развитии и при болезнях (Liao et al.,[2001]; Engel et al.,[2005]), TAO киназы ещё не охарактеризованы во время развития. Нокаутные мыши или др. transgenics TAO киназ необходимы для будущих исследований онтогенетических процессов.
MLK
(OMIM#*600136 [MLK1], *600137[MLK2], *600050[MLK3]). Mixed Lineage Kinases (MLKs) нацелены на JNK и p38 пути в ответ на разнообразные клеточные стрессы (Fig. 7; Gallo and Johnson,[2002]). Существуют 5 охарактеризованных MLKs (MLK1, 2, 3, 4 и 7).Кстати, не описано нокаутных модельных мышей для MLK4 или MLK7. MLK1/MLK2 двойные дефицитные мыши не обнаруживают аномалий развития (Bisson et al.,[2008]). Кроме того, нокаутные мыши по MLK3, a MLK близко родственной с MLK1 и MLK2, также имеют нормальный морфогенез (Brancho et al.,[2005]). Однако, MLK3 нокаутные мыши обнаруживают пониженную активацию JNK в ответ на TNF (Brancho et al.,[2005]). B-raf/ERK активация с помощью митогенов также регулируется с помощью MLK3 (Chadee and Kyriakis,[2004]), но это, по-видимому, безразлично во время развития. Из известных MLKs, MLK3 и MLK7 выявлены во взрослом сердце (Bloem et al.,[2001]). MLK7 экспрессируется в кардиомиоцитах и активируется в ответ на beta-adrenergic стимуляцию. У трансгенных мышей со специфичной для сердца избыточной экспрессией MLK7 посредством промотора тяжелой цепи α-myosin, обнаруживается повышенная гипертрофия кардиальных миоцитов и смертность как результат передачи beta-adrenergic сигналов. Избыточная экспрессия
MLK7 активирует p38 и JNK в кардиальных миоцитах (Christe et al.,[2004]). Это строго подтверждает роль MLK7 в регуляции кардиальной функции и стрессовых реакций (Christe et al.,[2004]).
In vitro, MLK7 активируется в ответ на стресс-факторы, такие как anisomycin и УФЛ, и приводит к про-апоптическому пути посредством p38 и JNK (Wang et al.,[2005a]). Насыщенные free fatty acid (FFA) также вызывают метаболический стресс и активируют JNK посредством MLK3, MLK4, и MLK7, в то время как JNK активность у нокаутных мышей по каждой из этих MLKs снижается в ответ на FFA. Конечным итогом FFA-активированной MLK-JNK является увеличение резистентности к инсулину (Jaeschke and Davis,[2007]). Т.о., целенаправленная регуляция MLKs может быть чувствительна к воздействию метаболических болезней, таких как диабет. В целом эти находки указывают на то, что MLKs активно участвуют в стрессовых реакциях и дальнейшая их характеристика может открыть роли этих MAP3Ks в развитии.
TPL2
(OMIM#*191195). Tumor progression locus-2 (Tpl2 или MEKK8) является MAP3K, которая активирует ERK и JNK пути в клетках иммунной системы, будучи запущенной с помощью lipopolysaccharide (LPS) и др. медиаторов воспаления (Fig 8; Dumitru et al.,[2000]; Das et al.,[2005]). Нокаутные Tpl2 мыши развиваются нормально, но обладают дефектами воспалительных реакций (Dumitru et al.,[2000]). Tpl2 избыт очно экспрессируется при раке, главным образом в T-клеточных лимфомах, подчеркивая свою роль в пролиферации Т клеток (Christoforidou et al.,[2004]). Tpl2 также позитивно регулируется преимущественно в мышцах желудочков сердца во время развития по сравнению со взрослой тканью (Kim et al.,[1998]), указывая тем самым. что она играет несущественную роль во время кардиального морфогенеза. Высокая экспрессия Tpl2 в кардиальных миоцитах подтверждает, что она может играть роль в поддержании дифференцированного состояния этих клеток (Kim et al.,[1998]). Дальнейшие исследования д. определить участвует ли Tpl2 в онтогенетических или болезненных процессах вне иммунной системы.
DLK and LZK
(OMIM#*600447, *604915). Dual leucine zipper bearing kinase (DLK) zdkztncz MAP3K, которая активирует JNK во время миграции нейронов в развивающейся коре головного мозга (Fig 9). Активность DLK абсолютно необходима для создания трактов аксонов (Hirai et al.,[2006]). Близко родственная MAP3K, leucine zipper kinase (LZK), обнаруживается в головном мозге человека, это указывает на роль этих MAP3Ks в развитии нервов и головного мозга (Sakuma et al.,[1997]). Кроме того, LZK комплексуется с JIP-1 и активирует JNK
in vitro (Fig. 9) (Ikeda et al.,[2001]). У
Drosophila, белок wallenda является гомологом DLK и LZK позвоночных, избыточная экспрессия wallenda у
Drosophila ведет к увеличению образования синапсов из-за повышенной активации JNK-Fos (Collins et al.,[2006]). Дальнейшее понимание передачи сигналов посредством DLK and LZK увеличит наши знания о вкладе MAP3Ks в нейрональное развитие.
PERSPECTIVES
With the development of specific genetic knockout models for individual MAP3Ks, new insights have been provided in regards to how these molecules affect crucial processes during embryogenesis. Deregulation of several MAP3Ks has been associated with a wide range of developmental defects while other members of this family appear to be dispensable for the proper formation of the embryo. However, it is possible that the latter, while not exerting overt effects, may lead to increased predisposition to other diseases later in life. Therefore, further detailed studies in animal models that lack specific MAP3Ks and survive to adulthood are necessary to fully understand the overall effect of deleting these apparently unessential MAP3Ks. Conditional knockout mouse models of MAP3Ks will reveal developmental and/or homeostatic roles for these signaling proteins. Furthermore, these knockouts may be interbred to create compound-deficient animals for study into compensatory functions by similar MAP3Ks. In addition, knock-in mice, animals where the wild-type gene is replaced by a mutant form of the gene, will provide more information to the function of each MAP3K. Mutant proteins encoded by these genes may maintain scaffolding ability for protein interactions, but may have altered kinase activity or loss of a specific binding domain. For example, MAP3Ks that are dominant-negative or constitutively active for kinase activity will reveal downstream targets in vivo and phenotypic consequences for loss-of-function or gain-of-function, respectively. In this respect, knock-in mice for a kinase inactive version of MEKK4 exhibit neural tube and skeletal defects (Abell et al.,[2005]).
In the case of Raf kinases, it is likely that they carry distinct physiological functions as evidenced by the tissue specificity of each isoform. This is highlighted by the fact that B-Raf and not A- or C-Raf contributes to vascular patterning in the placenta. The Raf-kinases may also play redundant roles during the initial stages of embryonic development as suggested by studies using double knockout animals for B-Raf and C-Raf. Thus, many questions remain to be answered in regards to how the different Raf isoforms are spatially and temporally regulated throughout development.
For TAK1, while its requirement for vascular development has been established, the signaling mechanisms through which it exerts its effects remain unclear. TAK1 has been shown to activate the SAPK/JNK-, p38-, and TGF-dependent pathways as well as the NFB cascade. One possible way to explain the wide range of effectors activated by TAK1 is that these signaling events are cell type and context specific. Another possible explanation is that TAK1 may act in concert with several other effectors, thus creating a network of signaling events to bring about specific responses. However, future signaling studies must be undertaken to properly define the complex mechanisms by which TAK1 affects embryonic development.
MEKK3 is essential to cardiovascular and heart development, as indicated by knockout mice of MEKK3 that exhibit severe cardiovascular defects and embryonic lethality (Yang et al.,[2000]). The MEKK3 MEK5 ERK5 pathway (Fig. 10) may represent an essential signaling cascade in the formation of the heart and cardiovascular system, as MEK5- and ERK5-deficient mice have similar developmental defects (Regan et al.,[2002]; Wang et al.,[2005b]). Other proteins necessary for early cardiovascular morphogenesis such as Hyaluronan synthetase 2 (Has2), ErbB2, and Heregulin-1 may eventually be connected to this pathway (Camenisch et al.,[2000],[2002]; Meyer and Birchmeier,[1995]) due to phenotypic similarities with MEKK3, MEK5 and ERK5 knockout mice.
MAP3Ks that may be involved in mature heart homeostasis such as MEKK1, MEKK5, and MLK7 may act as targets for late stage heart disease due to their roles in cardiac remodeling or adrenergic responses. Other MAP3Ks, such as MEKK4, TAO, and Tpl2, will need further genetic and biochemical studies to determine their functions in cardiovascular development and/or disease.
The MAP3Ks are primarily associated with activation of MAP2Ks; however, it will be of interest to examine other proteins that are regulated through phosphorylation by these kinases. It is noted that TAK1 and MEKK3 can lead to activation of the NFB. In this regard, it is known that IKK, an activator of NFB, is directly phosphorylated by NIK (Ling et al.,[1998]). It remains to be clearly determined whether TAK1 or MEKK3 directly regulates NIK or IKK in the NFkB activation pathway. Another example is that MEKK3 can activate the calcineurin-NFAT pathway. This requires direct phosphorylation of the phosphatase, calcineurin, by MEKK3 (Abbasi et al.,[2005]). Future research will identify phosphorylation of additional nonclassical effectors, and define the significance of these events to development.
In addition to their activity as kinases, MAP3Ks contain scaffolding domains for protein-protein interactions. The size and sequence of these domains varies for each of the MAP3Ks. Certain MAP3Ks, such as MEKK4, use the N-terminal domain for autoregulation. When the N-terminal domain of MEKK4 interacts with its C-terminal kinase domain, then it is in a kinase inactive state. Interaction of the MEKK4 N-terminus with GADD45 disrupts this interaction with the C-terminus opening MEKK4 into the kinase active state (Mita et al.,[2002]). Other potentially important interactions may include protein phosphatases, such as calcineurin and Shp2 (Ptpn11). Shp2 regulates MEKK3 and MEKK4 activities (Lerner-Marmarosh et al.,[2003]; Halfter et al.,[2005]). Of interest, mutations in Shp2 are a leading cause of Noonan's syndrome and Leopard syndrome, which are characterized by craniofacial, skeletal, cardiac developmental defects and myeloproliferative disorders (Tartaglia et al.,[2001]; Legius et al.,[2002]; Araki et al.,[2004]; Kontaridis et al.,[2006]). Additional work will determine the significance of Shp2/MEKK3 and Shp2/MEKK4 interactions in development. Studying the structure-function of the scaffolding domains of MAP3K will be very important in understanding how these proteins are regulated and how they control activities of other signaling effectors.
In this review, we highlight how MAP3Ks are important to development and tissue homeostasis. We also identify two separate MAP3K circuits that direct vascular patterning (Fig. 10). A MEKK3-MEK5-ERK5 cascade appears to be a primary conduit connecting upstream factors to nuclear factors driving cardiovascular development. This MEKK3 pathway appears to specifically regulate vascular patterning in the embryo proper. The B-Raf -MEK1-ERK2 transduction route governs blood vessel patterning in the placenta. Thus, vascularization during embryonic development appears to have two distinct compartmentalized signaling cascades functioning in parallel during embryogenesis. The loss of specific MAP3Ks necessary for early cardiovascular or neuronal development leads to embryonic lethality. However, further studies will reveal whether there are subtle developmental abnormalities in select MAP3K-deficient models. While these may not cause prenatal death, they may predispose for disease later in life. This concept of developmental origins of adult disease is of great interest to many areas of molecular medicine. A prime example of this is that of MEKK1 deficiency leading to the onset of pressure overload and increased apoptosis in the heart. An enhanced understanding of these integrated MAP3K-networks during developmental processes will allow for improved strategies to treat congenital defects and disease.
Сайт создан в системе
uCoz 