и характеристика нового белка, Etd1p, который связывает инактивацию SIN с завершением цитокинеза
, расширили наши знания механизмов. которые контролируют пути MEN и SIN. Возросло также наше понимание белков млекопитающих, которые соответствуют важным компонентам MEN и SIN, в отношении митотических событий
. Некоторые белки человека (напр., CDC14 и hMOB) функционально законсервированы, так что они могут компенсировать потерю аналого дрожжевого Cdc14 (Ref. 78) или
Mob18. Интересно, что LATS1 человека, как недавно было установлено, выполняет роль в выходе из митоза
. Тем не менее, детальный анализ MEN и SIN путей у млекопитающих крайне необходим.
RAM (regulation of Ace2p activity and cellular morphogenesis) является сигнальным каскадом, который регулирует поддержание поляризованного роста и специфичныю для дочерних клеток транскрипцию у почкующихся дрожжей. RAM-дефектные клетки обладают округлой морфологией и неспособны разделяться после цитокинеза. NDR киназа Cbk1p является существенным компонентом этой сети и, следовательно, необходима для нормального морфогенеза у почкующихся дрожжей3,10,32,35,54. Cbk1p регулирует транскрипционный фактор Ace2p, который контролирует специфичную для дочерней клетки экспрессию генов клеточного разделения2,10,32,35. Kic1 (Ste20-подобная киназа; Box 1) возможно функционирует как непосредственно вышестоящая киназа для Cbk1p54. Более того, Hym1p, Sog2p, Tao3p/Pag1p и Mob2p необходимы для активации и локализации Cbk1p2,3,10,32 35,54.
У делящихся дрожжей Orb6p координирует морфологические изменения по ходу клеточного цикла
6,38,57 и регулируется с помощью Mob2p6, киназы Pak1p38, метилтрансферазы Skb1p57 и Mor2p56. Показано, что Orb6p является частью сети морфогенеза у делящихся дрожжей, которая напоминает RAM путь у почкующихся дрожжей
79. Это предоставляет доказатеьства того, что активность Orb6p/Mob2p регулируется с помощью Pmo25 (Hym1p ортолога), Nak1p (Ste-20 like киназа; Box 1) и Mor2p (аналог Tao3p). Комплекс Pmo25/Nak1 возможно функционирует выше Orb6, с Nak1 являющейся вышестоящей киназой для Orb6p. Kanai и др.
79 также подтвердили, что SIN компоненты Cdc7p и Sid1p могут функционировать выше Orb6p, это д. связывать регуляцию морфогенеза и образование перегородки у делящихся дрожжей. Функционирует ли эта morphogenesis сеть также у высших эукариот, неясно. Однако, исследования на клетках
C. elegans, D. melanogaster и млекопитающихся показали, что члены семейства NDR могут играть важную роль в отношении морфологичеких изменений у метазоа
11,12,39,44,59.
Coordination of cell death and proliferation
У многоклеточных организмов поддержание и надзор за размером органа является важным. Любой дисбаланс во взаимоотношениях между клеточным размером, клеточной пролиферацией и клеточной гибелью д. приводить к нарушению развития собственно органа и поддержания интеграции тканей органа в течение времени. Неспособность координации по созданию новых клеток (пролиферация)и элиминации избытка клеток (с помощью апоптоза) может вести к раку80.
Insights from D. melanogaster. Недавние успехи с использованием D. melanogaster выявили путь, который участвует в контроле тканевого роста (Fig. 3a). Были идентифицировны 4 леокуса в результате скрининга мутаций потери функции, которые вызывали избыточный рост, не затрагивая формирования паттерна: Sav, Hpo, Lats и dMob1/Mats. Sav кодирует мультидоменовый адапторный белок68,81, а его партнер по связыванию, Hpo, является членом Ste20-like киназ (Box 1). Lats является членом семейства NDR40,43, а dMob1 является его ко-активатором14,18. Потеря любого из этих факторов ведет избыточному росту ткани, что связано с повышенной пролиферацией клеток и пониженной клеточной гибелью, это указывает на то, что Sav, Hpo, Lats и dMob1 все функционируют как опухолевые супрессоры. Интересно, что фенотип избыточного роста ткани сопровождается повышенными уровнями cyclin E (важного регулятора вступления в S-фазу) и Diap1 (Drosophila inhibitor of apoptosis protein-1), ингибиторов апоптоза. Мы предсказываем, что повышенные количества cyclin E управляют клеточной пролиферацией, тогда как повышенные уровни Diap1 защизают возникающие в результате клетки от клеточной гибели, что в конечном счете и ведет к избыточному росту ткани.
Несколько независимых исследований показало, что Hpo, Sav и Lats взаимодействуют генетически, следовательно, установлен новый путь, который контролирует тканевой рост у D. melanogaster13,17,19-21. Биохимические эксперименты показали, что Hpo взаимодействует с Sav, который в свою очередь взаимодействует с Lats. Следовательно, Hpo, Sav и Lats функционируют как комплекс, в котором Hpo может фосфорилировать Sav13,19,21 и Lats21. Т.к. киназная активность Hpo не нужна для фосфорилирования Sav19, то возможно, что Hpo рекрутирует др. протеин киназу на Sav. Сегодняшняя модель предполагает, что Sav действует как адаптор, который сводит вместе Hpo и Lats, способствуя тем самым фосфорилированию Lats с помощью Hpo (Fig. 3a). Кроме того, ассоциация dMob1 с Lats является важной в этом регуляторном процессе, т.к. мухи, несущие мутации в dMob1, неспособны контролировать тканевой рост, несмотря на наличие функционального Lats18. Итак, Lats который фосфорилируется с помощью Hpo, нуждается в связывании с ко-активатором dMob1, чтобы соответственно координировать гибель и пролиферацию клеток. Но как комплекс Lats–dMob1 контролирует эти процессы?
Было предположено, что активированный Lats негативно регулирует транскрипцию клеточного цикла и регуляторы клеточной гибели, такие как cyclin E и Diap1. Однако, Diap1 может также регулироваться на пост-трансляционном уровне13,19. При скрининге на Lats interactors, Pan и др.16 идентифицировали транскрипционный ко-активатор Yorkie (Yki) и показали, что Yki является отсутсвующей связью между активацией Lats и транскрипционной регуляцией cyclin E и Diap1. Они также показали, что после фосфорилирования Yki с помощью Lats, Yki не может больше позитивно регулировать транскрипцию cyclin E и Diap1 (Fig. 3a). Однако, принимая во внимание, что двойные мутанты Sav и Lats дают фанотип более выраженного избыточного роста, чем каждый из одиночных мутантов68, кажется вполне возможным, что Sav и Lats выполняют регулирующие рост функции независимо на пути Hpo–Sav–Lats–dMob1–Yki. Более того, клетки, которые несут мутации в Hpo, Sav, Lats и dMob1 обнаруживают ускоренную пролиферацию, но сохраняют нормальные размеры; следовательно, потеря этих генов д. стимулировать клеточный рост (увеличение клеточной массы),а также клеточную пролиферацию. Несколько важных вопросов остаются без ответа, как клетки приобретают, интегрируют и используют информацию, чтобы гарантировать гомеостаз на уровне размера ткани.
The Hpo–MST pathway in mammalian cells. Определенно некоторые ортологи у человек пути Hpo–Sav–Lats–dMob1–Yki всплывают как (предполагаемые) опухолевые супрессоры18,45,46,68,82. Кроме того, LATS1-дефицитные мыши спонтанно дают опухоли42 (Box 2), это подтверждает мнение, что сходный путь может существовать и у млекопитающих. Значение функциональной консервации усили вается еще больше тем фактом, что человеческие MST2, hMOB1A и LATS1 могут нормализовать фенотип избыточногго роста ткани у Hpo, dMob1/Mats и Lats мутантов D. melanogaster18,21,76. Но до какой степени законсервированы функции пути, который нацелен на LATS, у людей?
Интересно, что hWW45, MST1/2, LATS1/2 и hMOB1A (человеческие родственники Sav, Hpo, Lats and dMob1 дрозофилы, соотв.), как было установлено, взаимодействуют др. с др. MST1/2 человека соединяется с hWW45, a LATS1/2 активируется путем фосфорилирования посредством MST1/2 in vitro23. Более того, LATS1 ассоциирует с hMOB1A51. Эти данные указывают на существование функционального регуляторного комплекса WW45–MST–LATS1–hMOB1A в клетках человека, который сходен с тем. что описан для D. melanogaster.
MST1/2 киназы человека, как установлено, являются субстратом для каспаз, это взаимодействие приводит к накоплению в ядре расщепленных (cleaved) MST1/2 киназ и к последующей инициации апоптоза83-89 (Box 1). Эта роль человеческой MST1/2, как нижестоящей мишени для каспаз, безусловно отличается от той, что Hpo является вышестоящим регулятором клеточной гибели и пролиферации у беспозвоночных. Тем не менее, человеческая MST2 может замещать своего гомолога у D. melanogaster21; следовательно, возможно, что MST1/2 выполняет ещё не охаракеризованную роль в контроле роста и супрессии опухолей у людей.
Имеющаяся литература подтверждает90-92 мнение, что человеческие MST1/2 киназы являются нечто большим, чем белками, регулируемыми каспазой. Во-первых, расщепление MST1 не обязательно для клеточной гибели, т.к. поставка в мембраны самой MST1 или рекрутирование мембранами MST1 полной длины посредством NORE1 (novel RAS effector-1; член основатель небольшого семейства генов, который включает опухолевый супрессор RASSF1 (RAS-association-domain-family protein-1)) достаточно, чтобы убить клетку (Box 1). Во-вторых, MST1 также, по-видимому, регулируется путем связывания ингибирующих рост белков RASSF1 и NORE1, также как и RAS-подобных GTPases, независимо от расщепления каспазой90,92. В-третьих, RAF1 протеин киназа, хорошо известная RAS мишень, как было показано, контролирует полной длины MST2 выше активации любой из каспаз91.
Недавние находки показали также, что MST1/2 киназы человека, хотя и не исключительно, активируются с помощью зависмого от каспазы расщепления. Они, по-видимому, регулируются на разных уровнях (Box 1), поэтому вполне возможно, что MST1/2 функционируют как вышестоящие киназы для LATS1/2 в клетках млекопитающих
23. Однако, до какой степени LATS человека может функционировать как потенциальный нижестоящий регулятор апоптоза, еще предстоит установить, т.к. существует противоречащее сообщение о LATS-индуцируемоей клеточной гибели
41,93-95. Тем не менее, в сумме имеющиеся данные о hWW45, MST1/2, LATS1 и hMOB1A ведут к модели потенциального пути Hpo у млекопитающих (Fig. 3b). Очевидно, что весь Sav–Hpo–Lats–dMob1–Yki каскад
D. melanogaster законсервирован у млекопитающих в виде hWW45–MST–LATS1–hMOB1A–YAP пути. YAP (YES-associated protein; человеческий ортолог Yki), который первоначально был идентифицирован как фосфопротеин, который взаимодействует с c-YES прото-онкогеном
96, как было показано, играет роль в апоптозе
97. Следовательно, даже YAP д. полностью удовлетворять потребностям регулятора апоптоза, возможно контролируемого посредством фосфрилирования с помощью LATS1. Однако, получение доказательств консервации этого пути, контролирующего клеточную гибель, пролиферацию и рост у млекопитающий остается задачей на будущее.
NDR in neuronal growth and differentiation
У D. melanogaster, Lats выполняет важную роль по регуляции тканевого роста, тогда как Trc важен для поддержания интеграции выростов, таких как эпидермальные волоски39. Trc генетически и биохимически взаимодействует с Fry15, приблизительно в 400 kDa каркасным белком, который также необходим для нормального морфогенеза клеточных расширений (extensions)98. Это взаимодействие существенно также для контроля tiling и ветвления дендритов сенсорных нейронов D. melanogaster11. Emoto и др.11 показали, что активность протеин киназы Trc существенна для регуляции tiling и ветвления дендритов. Сходная потребность наблюдалась в лаб. Adler, когда они анализировали роль Trc во время развития волосков на крыльях D. melanogaster15, это покзало, что наиболее важные функции Trc зависят от её киназной активности.
Гомологи Trc и Fry у C. elegans, названые SAX-1 и SAX-2, важны для tiling нейритов12. Хотя SAX-1, одна из двух NDRs у червей, как было показано, участвует в росте нейритов44, Gallegos and Bargmann12 установили, что SAX-1, вместе с SAX-2, регулируют механо-сенсорный tiling, контролируя точку окончания дендритов. Всё это указывает на важную роль NDR киназ в выростах дендритов у C. elegans и D. melanogaster.
Взаимодействия дендритов участвуют также в tiling сетчатки млекопитающих
99, но роль членов семейства NDR млекопитающих еще предстоит определить. NDR млекопитающих участвуют также в создании стрессовых условий
59. Stork и др.
59 идентифицировали мышинную NDR2 в amygdala у fear-conditioned животных и предположили, что NDR2 выполняет роль по связи морфологических изменений нейронов, которые подвергаются fear–memory консолидации. По крайней мере, в культивируемых клетках, NDR2 мышей участвует в росте и дифференцировке нейронов, но наиболее важна в облегчении выроста нейритов
59. Следовательно, NDR млекопитающих могут потенциально регулировать tiling и ветвление дендритов
in vivo.
Conclusions and prospects
Members of the NDR family are essential genes in both uni- and multi-cellular organisms. Dbf2p and Sid2p regulate mitotic exit and cytokinesis in yeast, and their counterparts in mammals could also have a similar role. The Hpo signalling pathway is essential for the coordination of apoptosis and cell proliferation in flies. Interestingly, conserved key components of this pathway have been found to be mutated in human cancer samples, which indicates that the STE20-like kinase network, which centres around LATS, is probably conserved from D. melanogaster to humans. Moreover, SAX-1 and Trc both proved to be important regulators of dendritic outgrowth, which raises the challenging question of the corresponding functions of mammalian NDR kinases.
A general regulation scheme at the molecular level, probably valid for all NDR family members, has recently been established. First, phosphorylation on both the activation segment and the hydrophobic motif are essential for NDR kinase activity and functions. Second, binding of the co-activator MOB to the N terminus of NDRs seems crucial for activation and function. Third, MST kinases have been established as direct upstream regulators of NDRs, an activity probably facilitated by scaffolding proteins.
Several lines of research are now necessary to define the precise roles of NDR interactors, in particular, the regulation of MST kinases and MOBs. For example, in human cells, five MST kinases and six MOBs will be analysed with respect to their involvement in NDR/LATS regulation. Moreover, only one substrate of this subfamily of protein kinases is currently known, namely D. melanogaster Yki, leaving many more NDR/LATS substrates to be identified. It is also important to investigate whether the knowledge that has been gained in invertebrates can be applied to mammals. The conservation of the regulation of dendritic outgrowth by NDRs is one challenge to be faced in the near future. Detailed studies of mice that lack NDR1/2 should be of help in this respect. Another challenge will be to test how far putative mammalian MEN/SIN or Hpo networks, which centre around NDR family members, are dysfunctional in transformed mammalian cells. The control of mitotic events, cell death and proliferation are already central points of ongoing cancer research. Nevertheless, the putative contributions of NDR to the process of cellular transformation have so far been neglected. Studies that will address all these important points are now crucial to determine how far NDR/LATS pathways can serve as drug targets in human diseases.
Сайт создан в системе
uCoz
