Скоординированный баланс между пролиферацией, апоптозом и дифференцировкой важен для аккуратного образования и поддержания тканей и органов. Недавние исследования показали, что точность этих процессов базируется на сигналах, трансдуцируемых с помощью пути Hippo, законсервированного сигнального пути, критического для интегрированных цитоскелетных изменений на действие внеклеточной среды. Путь Hippo был идентифицирован при генетических исследованиях Drosophila melanogaster в качестве супрессора избыточного роста ткани (Huang et al., 2005; Jia et al., 2003; Justice et al., 1995; Pantalacci et al., 2003; Tapon et al., 2002; Udan et al., 2003; Wu et al., 2003). Эта первоначальная работа выявила группу факторов, которые контролируют транскрипционные события, важные для клеточной пролиферации и апоптоза. Многочисленные исследования с тех пор, включая и позвоночных, существенно расширили сложность сети пути Hippo.

В обзоре будет рассмотрен путь Hippo в развитии с особым вниманием к транскрипционным регуляторам млекопитающих TAZ (transcriptional co-activator with a PDZ-binding domain; также известен как WW domain containing transcription regulator 1, или WWTR1) и YAP (Yes-associated protein; также известен как YAP1). TAZ и YAP действуют как ключевые нижестоящие эффекторы пути Hippo, на всем протяжении обзора я буду обозначать эти факторы вместе как TAZ/YAP, т.к. многие аспекты их регуляции и функции общие. Новые механизмы, управляющие ядерно/цитоплазматической локализацией TAZ/YAP, были выявлены и будут обсуждены. Эти регуляторные механизмы тесно интегрированы со внеклеточными стимулами, влияющими на динамику цитоскелета, такими как механические силы, осуществляемые за счет жесткости матрикса (Dupont et al., 2011), а также модуляторы G protein-coupled receptors (GPCRs) (Yu et al., 2012). Отметим, регуляция локализации TAZ/YAP участвует в контроле различных онтогенетических процессов, в пределах от предимплантационного эмбриогенеза до формирования паттерна многих органов. Существует четкая перекрываемость онтогенетических ролей и молекулярных активностей TAZ/YAP, но имеются также доказательства, указывающие, что TAZ и YAP обладают отличающимися функциями.

The core Hippo pathway: a conserved network of signals

Поиск мутаций, которые вызывают избыточный рост у D. melanogaster, выявил законсервированный киназный каскад, который представлен Hippo киназой, Warts киназой и адапторными белками Salvador и Mob (Fig. 1A) (Jia et al., 2003; Justice et al., 1995;Pantalacci et al., 2003; Tapon et al., 2002; Udan et al., 2003; Wu et al., 2003). Активация этих сигналов способствует фосфорилированию транскрипционного регулятора Yorkie с помощью Warts киназы, приводя к его исключению из ядра (Huang et al., 2005). Ядерный Yorkie способствует пролиферации и ингибирует апоптоз путем ассоциации с транскрипционным фактором Scalloped (Goulev et al., 2008; Wu et al., 2008; Zhang et al., 2008). Ядерный Yorkie ослабляет действие транскрипционных репрессоров, ассоциированных со Scalloped, активируя тем самым экспрессию разных генов мишеней (Koontz et al., 2013). Неконтролируемая активность ядерного Yorkie вызывает фенотипы избыточного клеточного роста, действуя как первоначальный драйвер фенотипов, идентифицируемых при ранних генетических скринингах. Многочисленные дополнительные исследования на Drosophila, включая базирующиеся на масс-спетрометрии протеомные подходы (Kwon et al., 2013), расширили сеть Drosophila Hippo пути, теперь пополнился факторами, которые отвечают на альтерации клеточной адгезии и полярности, а также стержневыми регуляторами актинового цитоскелета (Fernandez et al., 2011; Sansores-Garcia et al., 2011). Fig. 1

Консервация стержневых факторов пути Hippo поразительна, т.к. киназный каскад законсервирован по всему царству эукариот. Эти факторы выполняют разнообразные важные роли (see Box 1), которые включают регуляцию выхода из клеточного цикла у Saccharomyces cerevisiae (Fig. 1B), устойчивость к температурным стрессам у Caenorhabditis elegans (Fig. 1C) и контроль клеточных судеб у млекопитающих (Fig. 1D). Большая часть информации о молекулярных функциях эффекторов пути Hippo получена в исследованиях на модельных системах млекопитающих. YAP, который является функциональным гомологом транскрипционного регулятора Yorkie, был первым белком, идентифицированным с WW доменом (Sudol, 1994; Sudol et al., 1995), доменом белкового взаимодействия, представленным определенным расположением двух триптофановых (W) остатков. TAZ, паралог YAP, был охарактеризован позднее (Kanai et al., 2000). Находка, что фосфорилирование TAZ по законсервированному остатку серина (Ser89 в TAZ человека; эквивалентен Ser127 в YAP человека) способствует связыванию с 14-3-3 белками, а последующее удержание в цитоплазме выявляет ключевой механизм функции пути Hippo (Kanai et al., 2000). Фосфорилирование этого остатка с помощью LATS1 и LATS2 киназ (гомологов Warts) появляется как характеристика способа действия пути Hippo, а выявление этого события фосфорилирования характеризует активность многих регуляторов TAZ/YAP. Большинство вышестоящих компонентов пути Hippo законсервировано у млекопитающих, включая MST1 и MST2 киназы (гомологи Hippo, также известные как STK4 и STK3), SAV1 (гомолог Salvador, также известный как WW45), и MOB1A и MOB1B (гомологи Mob). Однако, как и в случае с мухами, многочисленные исследования, включая недавние масс-спектрометрические протеомные исследования (Couzens et al., 2013; Wang et al., 2013), расширили список эффекторов пути, многие из которых пока не проанализированы детально.

Box 1. Evolutionary conservation of the Hippo pathway The Hippo pathway is highly similar to the mitotic exit network (MEN) inSaccharomyces cerevisiae, a system of signaling effectors that serve as a checkpoint for proper exit from mitosis (Bosl and Li, 2005). The MEN includes Cdc15, a member of the Ste20-like kinase family that is homologous to Drosophila Hippo, which phosphorylates the scaffold protein Nud1 to assemble a complex consisting of Dbf2 and the adaptor Mob1 (Rock et al., 2013). Dbf2 is part of the NDR family of kinases, which include Drosophila Warts and mammalian LATS1/2 (Hergovich et al., 2006). Mob1 facilitates Dbf2 activity, which is homologous to the role that Mob proteins play in the activation of Warts and LATS1/LATS2 (Lee et al., 2001; Mah et al., 2001). Activated Dbf2 promotes the phosphorylation and activation of the Cdc14 phosphatase, which dephosphorylates and inhibits Cdk1, ensuring exit from mitosis and accurate cytokinesis. Despite their importance in higher eukaryotes, homologs of TAZ/YAP or TEAD transcription factors remain elusive in yeast (Hilman and Gat, 2011). The emergence of genes encoding the transcriptional effectors of the Hippo pathway appears to have occurred prior to the origin of metazoans, as unicellular Capsaspora owczarzaki, a unicellular amoeboid, possess functional homologs of YAP and TEAD-like factors (Sebe-Pedros et al., 2012). Recent work in C. elegans has also identified a YAP homolog, which was named YAP-1 (Iwasa et al., 2013). The gene duplication leading to TAZ and YAP occurred in vertebrates, and their dynamic expression patterns play essential roles in the development of various organs in Xenopus tropicalis and Danio rerio (Hong et al., 2005; Hu et al., 2013; Jiang et al., 2009;Nejigane et al., 2011). Interestingly, a divergence in several upstream regulators of TAZ/YAP appears to have specifically evolved in vertebrates. For example, the adaptor protein angiomotin (AMOT), which has no obvious homolog in flies, has vital roles in regulating TAZ/YAP activity in vertebrates (Chan et al., 2011; Yi et al., 2013;Zhao et al., 2011). Nonetheless, despite differences in some aspects of regulation, the conservation of core components underscores the evolutionary importance of the Hippo pathway.

The regulation of TAZ/YAP in vertebrates

TAZ/YAP являются первоначальными нижестоящими эффекторами сигнального пути Hippo у позвоночных и эти факторы обладают многими общими регуляторными признаками и структурными доменами (Fig. 2). Разнообразные факторы, включая киназы, адапторные белки и микроРНК, контролируют активность TAZ/YAP. Большинство из этих факторов приведено в Table 1. Более того, как показано в Table 2, многие посттранскрипционные модификации, как было установлено, контролируют локализацию и активность TAZ/YAP. Fig. 2.

Table 1.
Mediators of TAZ/YAP activity

Table 2.
Post-translational modifications controlling TAZ/YAP activity

Structural features of TAZ and YAP

Наиболее заметным доменом в TAZ или YAP является тот, что обеспечивает специфичность передачи сигналов, это домен WW , состоящий из двух остатков триптофана, разделенных 20-23 аминокислотами (Salah et al., 2012). Домены WW в TAZ/YAP распознают мотив PPxY (proline/proline/любая аминокислота/tyrosine) который обнаруживается в разнообразных белках, многие из которых контролируют локализацию и активность TAZ/YAP. Изоформа TAZ человека, которая обычно исследуется, обладает одним доменом WW, тогда как человеческая изоформа YAP содержит два тандемных WW домена. Однако идентифицированы изоформы TAZ и YAP или с одним или двумя WW доменами (Sudol, 2013; Webb et al., 2011).

TAZ и YAP также имеют общий C-терминальный PDZ-связывающий мотив, который обеспечивает взаимодействия с доменами PDZ. PDZ являются доменами из 80-90 аминокислот доменами для взаимодействия с белками, обнаруженными у нескольких белков, многие из которых являются трансмембранными или ассоциированы с цитоскелетом (Ye and Zhang, 2013). Функционально PDZ-связывающие домены, как полагают, управляют локализацией TAZ/YAP (Oka and Sudol, 2009; Remue et al., 2010). Моно-метилирование лизина 494 в YAP, расположенного очень близко к PDZ-связывающему домены, способствует удержанию в цитоплазме YAP (Oudhoff et al., 2013). Принимая во внимание эту близость разумно предположить, что метилирование может регулировать соединение YAP с PDZ-доменовыми белками, обеспечивая тем самым локализацию YAP.

Удлиненный C-конец TAZ/YAP представлен неструктурированным доменом активации транскрипции. Внутри этого домена расположен законсервированный остаток тирозина (Y321 в TAZ человека; Y407 в YAP человека), который фосфорилируется с помощью c-ABL, SRC и YES (Jang et al., 2012; Levy et al., 2008; Zaidi et al., 2004). Хотя процесс, контролируемый с помощью этой модификации не полностью понятен, имеющиеся данные показывают, что он регулирует транскрипционные роли TAZ/YAP (Jang et al., 2012; Zaidi et al., 2004). Недавние наблюдения подтвердили, что SRC киназа способствует соединению YAP с TEAD транскрипционными факторами в фибробластах, ассоциированых с раковыми опухолями (Calvo et al., 2013). Сходным образом, YES1-индуцированное фосфорилирование тирозина YAP в клетках рака толстой кишки, вызывает его соединение с транскрипционным регулятором β-catenin и транскрипционным фактором TBX5, которые вместе подавляют апоптоз (Rosenbluh et al., 2012). Напротив, c-ABL-обусловленное фосфорилирование YAP способствует апоптозу в ответ на повреждение ДНК (Levy et al., 2008). Недавние данные показали, что фосфорилирование тирозина YAP ассоциирует с увеличением повреждений ДНК и потерей эпителиального гомеостаза, который вносит вклад в дефектную репарацию RASSF1A-истощенных тканей после повреждений, вызываемых воспалением (Gordon et al., 2013). Т.о. принимая во внимание варьирующие эффекты, вызываемые фосфорилированием тирозина, наше понимание молекулярных механизмов, с помощью которых эта модификация влияет на активность TAZ/YAP, остается неполным.

Общий домен в N-терминальном регионе TAZ/YAP обеспечивает соединение с TEAD транскрипционными факторами. В YAP этот домен состоит из двух коротких альфа спиралей с удлиненной петлей, которая содержит PxxΦP мотив (где x любая аминокислота, а Φ любой гидрофобный остаток) (Chen et al., 2010; Li et al., 2010). Хотя большая часть TEAD-связывающего домена законсервирована у TAZ и YAP, TAZ лишен PxxΦP мотива. Т.о., существуют отличия между TAZ и YAP в соединении с TEAD транскрипционными факторами, это подтверждено недавними исследованиями по молекулярному моделированию и мутационному анализу (Hau et al., 2013). Однако вызывают ли эти различия несопоставимость активности TAZ/YAP in vivo, пока не установлено. Ясно, что точковые мутации, которые разрушают связывание TAZ или YAP с TEADs устраняют их способность содействовать пролиферации и туморогенным фенотипам избыточного роста (Lamar et al., 2012; Zhang et al., 2009; Zhao et al., 2008), подтверждая, что контроль активности TEAD является критическим для многих из описанных функций TAZ/YAP.

TEAD-связывающий регион в TAZ/YAP находится в очень тесной близости (возможно перекрывается) с тем, что необходим для связывания 14-3-3. Связывание 14-3-3 способствует цитоплазматической секвестрации (Basu et al., 2003; Kanai et al., 2000), и является одним из главных механизмов, с помощью которого путь Hippo контролирует локализацию и активность TAZ/YAP. Связывание 14-3-3 вызывается с помощью фосфорилирования, обеспечиваемого LATS1/2 киназой, хорошо изученного Ser89 в TAZ человека и Ser127 в YAP человека. Замена фосфосерина на аланин способствует ядерной локализации и активности TAZ/YAP, вызывая фенотип избыточного роста клеток in vitro и in vivo.

Хотя некоторые свойства общие у TAZ и YAP, но существуют и различия. Напр., самый край N-конца YAP содержит богатый пролином регион, не обнаруживаемый в TAZ. Этот регион, как полагают, взаимодействует с heterogeneous nuclear ribonuclear protein U (hnRNPU) (Howell et al., 2004), с белком, связывающим ядерную матричную РНК, которая играет роль в процессинге мРНК. YAP также обладает SH3-связывающим мотивом (аминокислоты PVKQPPPLAP), который отсутствует у TAZ. Этот регион обеспечивает взаимодействие с SH3 доменами некоторых белков, включая YES и SRC киназы, а также адапторные белки NCK и CRK (Sudol, 1994). Однако эти отличительные свойства TAZ и YAP не были хорошо изучены.

TAZ/YAP stability and turnover

C-терминальный регион TAZ/YAP содержит богатый серином phospho-degron мотив, который будучи фосфорилирован, становится в TAZ/YAP мишенью для убиквитилирования и деградации с помощью протеасом. LATS1/2-обеспечиваемое фосфорилирование законсервированного серина в этом регионе (Ser311 в TAZ человека; Ser397 в YAP человека ) становится готовым для дальнейшего фосфорилирования с помощью CK1ε/δ киназ (Ser314 в TAZ человека; Ser400/403 в YAP человека) (Liu et al., 2010; Zhao et al., 2010). Следствием этих модификаций является рекрутирование β-TrCP/SCF ubiquitin ligase, которая облегчает убиквитилирование и деградацию TAZ/YAP (Liu et al., 2010; Zhao et al., 2010). Фосфорилирование TAZ по Ser314 с помощью киназы NEK1 также рекрутирует β-TrCP, но, что интересно, в этом сценарии TAZ, как было установлено, действует как адаптор для β-TrCP, чтобы способствовать убиквитинированию проницаемого для катионов кальция канала белка polycystin 2 (PC2 или PKD2) (Tian et al., 2007), контролируя тем самым передачу сигналов, направленных на реснички (Yim et al., 2011).

Др. также важны для регуляции стабильности TAZ. Фосфорилирование TAZ с помощью glycogen synthase kinase 3β (GSK3β) по Ser58 и Ser62 в TAZ человека также рекрутируют β-TrCP, направляя TAZ на деградацию (Huang et al., 2012). GSK3β ассоциирует с Axin и APC, чтобы создать комплекс, который направляет транскрипционный регулятор β-catenin на деградацию (Stamos and Weis, 2013). исследование показало, что этот комплекс дестабилизирует комплексы TAZ/β-catenin (Azzolin et al., 2012). Стимуляция клеток с помощью Wnt, который ингибирует активность GSK3β , увеличивает уровни TAZ и β-catenin и ядерную активность. В этом контексте GSK3β, как было установлено, не воздействует целенаправленно на phospho-degron в N-терминальном регионе TAZ, подтверждая, что дополнительные модификации контролируют стабильность TAZ. GSK3β-обеспечиваемая регуляция YAP была описана. Специфический регулятор стабильности YAP, который недавно был открыт, это homeodomain-interacting protein kinase (HIPK2), которая стабилизирует YAP, чтобы способствовать его активности в ядре (Poon et al., 2012). Т.о., действительно существуют различия в регуляции уровней TAZ и YAP.

Mechanical cues and GPCRs: novel upstream regulators of TAZ/YAP

Важным классом регуляторов TAZ/YAP, открытых недавно, является семейство GPCR, группа рецепторов, которая составляет ~4% от белок-кодирующего генома (Bjarnadottir et al., 2006). GPCRs ощущают внеклеточные молекулы и связаны с сигналами, передаваемыми посредством ассоциированных G белков. В ответ на фосфолипиды, такие как возникающие в сыворотке lysophosphatidic acid (LPA) или sphingosine 1-phosphophate (S1P), они соединяются с Gα12/13 GTP-связывающими белками чтобы ингибировать LATS1/2 киназы, вызывая активность TAZ/YAP в ядре (Yu et al., 2012). Protease-activated receptor [PAR, также известен как thrombin receptor (F2R)], который также трансдуцирует сигналы посредством Gα12/13 белков, сходным образом стимулирует TAZ/YAP в ядре вследствие его активации с помощью serine protease thrombin (Mo et al., 2012). Напротив, стимуляция c Gαs-сцепленных GPCRs с помощью гормонов, таких как epinephrine или glucagon, усиливает LATS1/2-фосфорилирование YAP, снижая тем самым активность YAP в ядре (Yu et al., 2012). Кроме того, cyclic adenosine monophosphate (cAMP), вторичный мессенджер, стоящий ниже Gαs-сцепленных рецепторов, действует посредством protein kinase A (PKA)чтобы стимулировать LATS1/2-обеспечиваемое фосфорилирование YAP, чтобы поддерживать высокие уровни цитоплазматического YAP (Kim et al., 2013; Yu et al., 2013). Т.о., разнообразные наборы GPCR-обеспечиваемых сигналов, по-видимому, управляют локализацией TAZ/YAP противоположными способами, обеспечивая большое количество потенциальных механизмов контроля TAZ/YAP.

Наблюдения подтверждают, что GPCR-регулируемые сигналы передаются на TAZ/YAP посредством Rho-GTPases, семейства GTPases, которые влияют на динамику актинового цитоскелета (Yu et al., 2012). Активация Rho-kinase (ROCK), нижестоящего эффектора Rho-GTPase, как было установлено, способствует активности TAZ/YAP в ядре (Dupont et al., 2011). Механические сигналы являются регуляторами активности Rho-GTPase и ROCK, изменения жесткости в клеточном окружении проявляют себя как медиаторы активности TAZ/YAP (Aragona et al., 2013; Dupont et al., 2011). Напр., условия внеклеточной или поверхностной жёсткости, которые позволяют клеткам распространяться, вызывают локализацию в ядре TAZ/YAP. Альтерации в сборке филаментозного актина (F-actin) связаны с этими механическими сигналами, т.к. нарушение F-actin стрессовых волокон репрессирует ядерные TAZ/YAP (Dupont et al., 2011). Напротив, мягкие микроокружение или поверхности, которые ограничивают физическую клеточную среду, ограничивают ядерные TAZ/YAP. F-actin захватывающие (capping) или разрезающие белки, такие как cofilin, CapZ и gelsolin, облегчают ограничение TAZ/YAP цитоплазмой, т.к. истощение этих факторов индуцирует активность TAZ/YAP в ядре в плотно упакованном микроокружении (Aragona et al., 2013).

Передача механических сигналов, управляемая с помощью TAZ/YAP, является биологически важной, т.к. она влияет на выбор клеточных судеб, напр., спецификация судеб мезенхимных стволовых клеток (MSC) (Fig. 3) (Dupont et al., 2011; Hong et al., 2005). Способность цитоскелетной динамики влиять на клеточные судьбы первоначально была описана для MSCs (Engler et al., 2006; McBeath et al., 2004). Роль TAZ/YAP в управлении судьбами MSC была описана позднее, т.к. истощение TAZ, как было установлено, способствует адипогенезу, а увеличение активности TAZ в ядре способствует остеогенезу (Hong et al., 2005). Т.о., недавние наблюдения показывают, что локализация TAZ/YAP испытывает влияние со стороны механических сигналов, это предоставляет молекулярное объяснение того, как цитоскелетная динамика связана с выбором клеточных судеб. Хотя регуляция локализации TAZ/YAP с помощью механистических стимулов пока плохо изучена, но недавняя работа показала, что участвует сигнальный каскад MT1-MMP/β1-integrin/Rho-GTPase, т.к. активация этих сигналов способствует детерминации скелетных стволовых клеток TAZ/YAP-зависимым способом (Tang et al., 2013). Недавняя работа подтвердила, что регуляция локализации TAZ и YAP с помощью механических сигналов зависит от LATS1/2 киназ. Напр., нокдаун LATS1/2 в MSCs человека, в эндотелиальных клетках микрососудов кожи или в клетках рака груди, как было установлено, не оказывают эффекта на накопление или активность в ядре TAZ/YAP в мягких микроусловиях (Aragona et al., 2013;Dupont et al., 2011). Очевидно, что контроль локализации TAZ/YAP расширяется за пределы основных вышестоящих регуляторов пути Hippo. Fig. 3.

Input from cell adhesion and polarity signals

Механические сигналы лежат в эпицентре межклеточных контактов, формирование которых является событием ограничения пролиферации и миграции клеток (Abercrombie, 1979). Обусловленная клеточными контактами адгезия, как было установлено, потенциально ограничивает TAZ/YAP цитоплазмой, внося вклад в фенотипы контактного ингибирования, наблюдаемые в нетрансформированных клетках (Zhao et al., 2007). Клетки с аберрантным ядерным TAZ/YAP избегают контактного ингибирования, прежде всего, за счет регуляции транскрипции. Недавняя работа показала, что контактами обусловленные изменения в локализации TAZ/YAP также влияют на глобальный биогенез микроРНК (Chaulk et al., 2013; Mori et al., 2014). Частично это достигается посредством регуляции Let-7 семейства микроРНК, которое контролирует уровни энзима Dicer, отвечающего за процессинг микроРНК (Chaulk et al., 2013). Т.о., клеточными контактами обусловленная передача сигналов TAZ/YAP влияет на разнообразные события, многие из которых, скорее всего, ещё не обнаружены.

Клеточные контакты являются также обязательным условием для приобретения и созревания полярности эпителиальных клеток. Выявляются очень тесные взаимоотношения между компонентами пути Hippo и белками, контролирующими полярность эпителия (Fig. 4). Основные взаимодействующие с TAZ/YAP белки включают компоненты Crumbs, белкового комплекса, важного для становления апикального домена эпителия (Varelas et al., 2010b). Истощение компонентов комплекса Crumbs, включая Pals1 и члена семейства Crumbs Crb3, в поляризованных эпителиальных клетках, вызывало увеличение локализации в ядре TAZ/YAP (Varelas et al., 2010b). Angiomotin (AMOT), фактор, рекрутируемый в комплекс Crumbs в эпителиальных клетках (Wells et al., 2006), также тесно связан с TAZ/YAP (Varelas et al., 2010b; Wang et al., 2011; Zhao et al., 2011). Взаимодействия между TAZ/YAP и членами семейства AMOT (AMOTL1, AMOTL2 и p130 изоформа AMOT) участвуют в управлении TAZ/YAP локализации. Нокдаун AMOTL2 в сливающихся эпителиальных клетках увеличивает накопление в ядре YAP и способствует трансформации клеток (Wang et al., 2011; Zhao et al., 2011). Это может быть связано со способностью AMOTL2 связывать мостиками комплексы MST, LATS и YAP (Paramasivam et al., 2011). Интересно, что недавняя работа показала, что p130-AMOT также связывает комплексы YAP-TEAD в ядре, чтобы специфицировать транскрипционные реакции (Yi et al., 2013). В этом контексте, p130-AMOT, как было установлено, нарушает взаимодействия YAP с LATS1/2, ингибируя тем самым фосфорилирование YAP-Ser127 и повышая уровни YAP в ядре. Подтверждением этой роли in vivo служит то, что делеция Amot устраняет гепатомегалию и туморогенез (процессы, управляемые повышенными уровнями YAP в дре), которые возникают в случае потери опухолевого супрессора Nf2 (который кодирует белок Merlin). Однако, как члены семейства AMOT управляют этими кажущимися противоположными ролями, неясно. Fig. 4.

Nf2/Merlin выступает как важный медиатор активности TAZ/YAP и является одним из немногих вышестоящих регуляторов пути Hippo, часто обнаруживаемых мутантными в раковых опухолях (Harvey et al., 2013). Merlin ассоциирует с Par3 и α-catenin (Gladden et al., 2010), которые являются каркасными белками, которые образуют ансамбли с эпителиальными плотными и слипчивыми соединениями, соотв. Недавние доказательства в исследованиях на D. melanogaster показали, что Merlin непосредственно взаимодействует с Warts, рекрутируя их на плазматическую мембрану и это в свою очередь облегчает их активацию. Merlin также связывает F-actin (James et al., 2001), а потеря F-actin стрессовых волокон способствует взаимодействиям между Merlin и Warts (Yin et al., 2013), показывая, что Merlin испускает сигналы в ответ на изменения в цитоскелете.

Подобно Merlin, YAP также связывает α-catenin (Schlegelmilch et al., 2011; Silvis et al., 2011). Рекрутирование α-catenin в слипчивые соединения ограничивает YAP цитоплазмой, а нокдаун α-catenin вызывает накопление в ядре TAZ/YAP (Schlegelmilch et al., 2011; Silvis et al., 2011; Varelas et al., 2010b). Этот фенотип также наблюдается in vivo? поскольку истощение α-catenin в эпидермисе усиливает активность в ядре YAP и затем ведет к чрезмерной пролиферации и образованию опухолей (Schlegelmilch et al., 2011; Silvis et al., 2011). Потеря Scribble, детерминанта эпителиального базально-латерального домена, из эпителиальных клеток молочных желез также увеличивает обилие в ядре и активность TAZ (Cordenonsi et al., 2011). На молекулярном уровне Scribble, как полагают, формирует комплекс, который связывает взаимодействия между TAZ, LATS и MST, чтобы содействовать фосфорилированию TAZ и последующей деградации. Противодействуют сборке TAZ/YAP-LATS-MST комплексов LIM доменовые Ajuba белки (Ajuba, LIMD1 и WTIP), которые, если экспрессируются эктопически, снижают фосфорилирование S127-YAP и индуцируют активность YAP в ядре (Das Thakur et al., 2010). Ajuba белки ассоциируют с cadherin комплексами и актиновым цитоскелетом и т.о., могут участвовать в механотрансдукции посредством TAZ/YAP, но такие роли ещё не были исследованы. Конечно, рекрутирование TAZ/YAP в цитоплазму базируется на соединении с 14-3-3 белками, которые сами по себе имеют расширенные связи с широким кругом регуляторов полярности (Morrison, 2009). Следовательно, существует сложная и всё ещё плохо изученная сеть регуляции TAZ/YAP, которая заключает в себе медиаторы клеточной адгезии, апикально-базальной полярности и актинового цитоскелета.

Roles for TAZ/YAP in stem cell regulation and early development

Важность передачи сигналов Hippo иллюстрируется на раннем развитии животных, т.к. точные изменения в локализации TAZ/YAP являются существенными для предопределения некоторых первых событий выбора судеб клетками. Эти роли включают обновление популяций эмбриональных стволовых клеток и контроль сигналов клеточной дифференцировки.

Hippo pathway signaling in pre-implantation embryonic development

Ядерно/цитоплазматическое распределение TAZ/YAP определяет первый выбор клеточной судьбы в эмбрионах мышей - выбор эмбриональных клеток становиться или трофэктодермой (TE) или внутренней клеточной массой (ICM). Одним из первых процессов, происходящих в эмбрионе, это 'compaction', во время которой клетки на ст. ~8 клеток формируют слипчивые и плотные соединения и приобретают апикально-базальную полярность (Cockburn and Rossant, 2010). Т.к. эти клетки делятся, то самые внутренние и более компактные клетки теряют свою полярность, а их отличия от наружных клеток приводят к в корне отличному распределению TAZ/YAP (Fig. 5). На ст. бластоциста, TAZ/YAP накапливаются в ядрах наружных клеток TE, но распределяются по всей цитоплазме клеток ICM (Nishioka et al., 2009). Ядерный TAZ/YAP контролирует активность TEAD транскрипционных факторов, чтобы управлять TE-специфической программой транскрипции, которая включает индукцию Cdx2 (Home et al., 2012). В соответствии с этим делеция Tead4 приводит к потере экспрессии Cdx2, давая эмбрионов, неспособных формировать TE (Nishioka et al., 2008; Yagi et al., 2007). Делеция Taz и Yap также приводит к дефектам спецификации клеточных судеб, и при этом эмбрионы погибают на ст. морулы перед спецификацией TE или ICM (Nishioka et al., 2009). Конечно, делеция или Taz или Yap по отдельности не приводит к предимплантационным дефектам (Hossain et al., 2007; Morin-Kensicki et al., 2006), указывая на перекрывание активности Taz/Yap на этой ст. развития. Недавняя работа показала, что TEAD4-дефицитные эмбрионы могут развиваться в собственно специфицированные бластоцисты, если культивируются в условиях, которые смягчают оксидативные стрессы (Kaneko and DePamphilis, 2013). Присутствие TEAD4 в эмбрионах предупреждает накопление reactive oxygen species (ROS), подтверждая, что эта неисследованная роль может быть критической для событий раннего выбора клеточных судеб. Fig. 5.

Увеличение локализации в ядрах TAZ/YAP, возникающее в результате делеции Lats1/Lats2, приводит к умножении экспрессии Cdx2, это предупреждает собственно спецификацию ICM (Nishioka et al., 2009). Временное уменьшение Lats1/Lats2 с помощью siRNA приводит к сходным дефектам, даже когда нокдауну подвергаются эмбрионы 8-клеточной ст. эмбрионы с нокдауном LATS1/LATS2 агрегируют с морулами дикого типа (Lorthongpanich et al., 2013). В этих экспериментах по агрегации, клетки с нокдауном LATS1/LATS2 сохраняли высокие уровни Cdx2, несмотря на их расположение, тогда как внутренние клетки дикого типа этого не делали. Нокдаун и Mob1a и Mob1b, которые являются регуляторами активности LATS1/2, также приводит к развитию дефектов, при этом эмбрионы останавливают своё развитие на день эмбриогенеза (E) 6.5, перед гаструляцией (Nishio et al., 2012). Анализ MOB1A/B-дефицитных бластоцистов показал аберрантную локализацию YAP в ядре и умеренную недостаточность роста в регионе ICM, при этом немногие дефекты ассоциировали с TE. Сходным образом, Lats1/2-делетированные эмбрионы, истощение и Amot и Amotl2 также вызывали увеличение локализации в ядре YAP и экспрессии Cdx2 по всем популяциям внутренних и наружных клеток, приводя к тяжелым предимплантационным дефектам. Эти дефекты становились невидимы, если Amot или Amotl2 подвергались истощению по отдельности, демонстрируя тем самым перекрывание между членами семейства AMOT (Hirate et al., 2013). Механистические исследования выявили, что LATS1/2 вызывает фосфорилирование AMOT во внутренних клетках предимплантационных эмбрионов, способствуя их ассоциации с NF2 на клеточных мембранах и затем умножению фосфорилирования TAZ/YAP (Hirate et al., 2013).

Роль TAZ/YAP в развитии ранних эмбрионов исследовали, используя некоторые др. мышиные модели пути Hippo, включая нокауты Mst1/2, Sav1 и Nf2, все они вызывали тяжелые дефекты развития (Lee et al., 2008; Lu et al., 2010; McClatchey et al., 1997; Oh et al., 2009; Song et al., 2010). Материнские вклады у многих из этих мышей, однако, приводили к появлению этих дефектов значительно позднее, чем предимплантационная стадия. Напр., Nf2 нокаутные эмбрионы не обнаруживали тяжелых фенотипических отклонений вплот до ~E7.0 (McClatchey et al., 1997). Всё же исследование эмбрионов с материнскими-зигогтическими мутациями Nf2 или эмбрионов, которым инъецировали доминантно-негативный NF2 выявляло повышенную экспрессию Cdx2, высокую локализацию YAP в ядре и аберрантную спецификацию TE (Cockburn et al., 2013).

Хотя механизмы всё ещё неясны, изменения клеточной полярности оказываются сцепленными с регуляцией локализации TAZ/YAP у предимплантационных эмбрионов. Нокдаун PAR6B, нокаут атипической PKCs (PKCλ and PKCζ) или двойной нокдаун обеих PAR1A и PAR1B, всё это приводит к снижению в ядре YAP в наружных клетках бластоциста (Hirate et al., 2013). Однако в отличие от эпителиальных клеток во взрослых тканях или в культуре, где апикально-базальная полярность ограничивает ядерные TAZ/YAP, взаимоотношение с клеточной полярностью с бластоцисте, по-видимому, обратные, т.к. TAZ/YAP находятся исключительно в ядре в апикально-базально поляризованных клетках. Т.о., ещё многое неизвестно в отношении того, как TAZ/YAP у ранних эмбрионов.

Hippo pathway signaling in embryonic stem cells

Многочисленные исследования показали, что TAZ/YAP играют важную роль в эмбриональных стволовых клетках (ESCs), которые происходят из ICM бластоциста и обладают способностью к самообновлению и дают все функциональные типы клеток взрослого животного. Точный баланс между ростовыми факторами, индуцированными и ассоциированными с цитоскелетом, сигналами необходим для поддержания ESC плюрипотентности. Эти сигналы в конечном счете контролируют уровни и действие основных транскрипционных схем (circuitry), состоящих из OCT4 (также известен как POU5F1), NANOG и SOX2 (Young, 2011). Несколько исследований показало, что активность ядерных TAZ/YAP необходима для интеграции сигналов ростовых факторов с этими основными транскрипционными регуляторами для поддержания плюрипотентного состояния ESC.

ESCs человека нуждаются в передаче сигналов с помощью fibroblast growth factors (FGFs) и членов семейства transforming growth factor-β (TGFβ) (Beyer et al., 2013a). TGFβ стимулирует действие serine/threonine киназных рецепторов, которые фосфорилируют и активируют SMAD2/3 транскрипционных факторов (Weiss and Attisano, 2013). Исследования показали, что TAZ/YAP формируют комплексы с фосфорилированными SMAD2/3 (Varelas et al., 2008, 2010b). В ядре комплексы TAZ/YAP-SMAD2/3 соединяются с TEAD транскрипционными факторами, а также с главным регулятором стволовыхы клеток OCT4, и вместе они обеспечивают состояние плюрипотентности (Beyer et al., 2013b). Механистически этот комплекс образует ансамбль с факторами, участвующими в ремоделиновании и деацетилировании нуклеосомного (nucleosome remodeling and deacetylation (NuRD)) комплекса, чтобы буфферировать экспрессию генов плюрипотентности и репрессировать гены, определяющие мезэнтодерму (Fig. 6). После спецификации мезэнтодермы комплекс TAZ/YAP-TEAD-OCT4 диссоциирует от SMADs, позволяя SMADs активировать forkhead транскрипционный фактор FOXH1 и управлять дифференцировкой (Beyer et al., 2013b). Fig. 6.

ESCs мыши также нуждаются в точных уровнях YAP , чтобы поддерживать их состояние плюрипотентности. Нокдаун YAP в ESCs мышей ведет к потере OCT4 и SOX2, и к последующей дифференцировке (Lian et al., 2010). YAP также обязателен для перепрограммирования фибробластов в состояние индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC), которое очень сильно напоминает таковое в ESCs по фенотипу и потенциалу дифференцировки (Takahashi and Yamanaka, 2006). Как и в ESCs человека, YAP соединение с TEADs управляет событиями транскрипции, важными для поддержания плюрипотентности. Эктопическая экспрессия локализованного в ядре мутантного YAP способствует самообновлению ESC и увеличению эффективности iPSC перепрограммирования (Lian et al., 2010). Сходные наблюдения были сделаны с iPSCs человека, где нокдаун LATS2, который повышает уровни TAZ/YAP в ядре, увеличивает эффективность перепрограммирования (Qin et al., 2012). Одним из ключевых отличий между ESCs человека и мыши это то, что последние базируются на сигналах, индуцируемых bone morphogenetic protein (BMP) и leukemia inhibitory factor (LIF) (Beyer et al., 2013a). BMPs являются подклассом TGFβ сверхсемейства и подобно TGFβ, способствуют фосфорилированию и активации транскрипционных факторов SMAD1/5/8. YAP взаимодействуют с BMP-активированными SMAD транскрипционными факторами (Alarcon et al., 2009) и, как и в случае передачи сигналов TGFβ , YAP-TEAD комплексы могут управлять активностью SMAD в ESCs мышей. Подтверждает взаимную зависимость TAZ/YAP и TEADs, то что одновременный нокдаун TEAD1/3/4 приводит к потере плюрипотентности ESC мышей (Lian et al., 2010). Кроме того, LIF повышает транскрипционную активность TEAD путем уменьшения фосфорилирования YAP и способствуя образованию ядерных YAP-TEAD комплексов, которые усиливают самообновление ESC мышей (Lian et al., 2010;Tamm et al., 2011). Интересно, что экспрессия LIF receptor (LIFR) в клетках рака груди напротив способствует фосфорилированию YAP и ингибирует метастазирование рака груди у мышей (Chen et al., 2012).

Поскольку ядерные TAZ/YAP выполняют критические роли в ESCs, культивируемых in vitro, а исследования in vivo на мышиных бластоцистах четко показали, что TAZ/YAP находятся в цитоплазме ICM, регионе, из которого происходят ESCs. Такие наблюдения подтверждают, что плюрипотентные ESCs существуют очень недолго in vivo и что изменения в локализации TAZ/YAP м. представлять собой механизм для интеграции микросредовых сигналов с клеточной дифференцировкой. В самом деле, многочисленные работы показали, что механические микроусловия могут оказывать драматические последствия на судьбы стволовых клеток (Lutolf et al., 2009). Следовательно, механизмы, контролирующие локализацию TAZ/YAP могут быть фундаментальными детерминантами спецификации клеточных судеб.

Control of organ development, homeostasis and disease by the Hippo pathway

Путь Hippo был описан как регулятор размера органов у D. melanogaster, недавние доказательства подтвердили эти предпосылки на млекопитающих. Также были открыты зависимые от контекста роли TAZ и YAP, это подчеркивает функциональное перекрывание, а также расхождение ролей этих факторов. Недавние исследования на мышах подтвердили, что ядерные TAZ/YAP способствуют обновлению и пролиферации предшественников в пределах органов и что ограничение цитоплазмой TAZ/YAP необходимо для тканевого гомеостаза. Локализация TAZ/YAP драматически изменяется после повреждения ткани и в некоторых тканях обилие TAZ/YAP в ядрах облегчает регенерацию. Однако, как TAZ/YAP регулируются, всё ещё открытый вопрос, особенно в отношении потенциальных отличий между этими факторами. Более того, точные роли TAZ/YAP в этих параметрах, скорее всего, выходят за пределы регуляции транскрипции, и их необходимо определить.

Liver

В отличие от большинства др. органов, печень обладает способностью выдерживать существенные изменения в размере и высокие уровни стрессов, и обладает характерной способностью регенерировать после частичного повреждения. По этим причинам печень и была выбрана для изучения передачи сигналов Hippo in vivo . Экспрессия Yap, или конституитивного ядерного мутанта со специфичного для почек индуцибельного промотора, как было установлено, вызывает увеличение массы печени спустя всего 3 дня (Camargo et al., 2007; Dong et al., 2007). Продолжительная экспрессия Yap, как было установлено, способствует образованию гепатоцеллюярной карциномы, предоставляют доказательства in vivo, что повышение YAP является онкогенным. В соответствии с этими наблюдениями, YAP амплифицирован в клетках рака печени человека (Zender et al., 2006). Сходным образом, начало гепатоцеллюрной карциномы ассоциирует со специфичными для печени делециями Sav1, Nf2 или Mst1 и Mst2, каждый из которых вызывает повышение уровней YAP в ядре (Lee et al., 2010; Lu et al., 2010; Song et al., 2010; Zhang et al., 2010; Zhou et al., 2009). Во всех этих моделях находящийся в ядрах YAP способствует пролиферации овальных клеток, популяции потенциальных предшественников печени, которые могут быть способны генерировать как гепатоциты, так и желчные клетки. Недавние доказательства подтвердили, что AMOT ассоциирует с YAP в ядре, чтобы управлять транскрипционными событиями, необходимыми для пролиферации овальных клеток (Yi et al., 2013). Сходное увеличение экспансии овальных клеток наблюдается после повреждений печени, вызываемых желчной кислотой, которые увеличивают уровни YAP в ядре за счет усиления экспрессии IQGAP, ингибитора клеточной адгезии (Anakk et al., 2013). Пациенты с продвинутой стадией холестатической болезни печени, врываемой повреждениями протоков желчной кислотой, обнаруживают аберрантно высокие уровни YAP в ядрах (Bai et al., 2012). Т.о., изменения в уровнях YAP, по-видимому, критические для репарации и регенерации печению. В самом деле, уровни YAP драматически повышаются после гепатэктомии (Apte et al., 2009), а делеция Yap в печени мыши нарушает регенеративную реакцию гепатоцитов (Bai et al., 2012).

Pancreas

Недавняя работа показала, что изменения в локализации YAP существенны для собственно развития поджелудочной железы (Gao et al., 2013; George et al., 2012). Анализ нокаутных мышей по панкреас-специфичным Mst1/2 выявил тяжелые дефекты развития, которые коррелировали с повышением в ядрах гипофосфорилированных YAP (Gao et al., 2013; George et al., 2012). Наиболее вероятно, что наблюдаемый дефект это результат неспособности ацинусов формировать классические подобные розеткам структуры, приводя к тяжелому уменьшению соотношения ацинусы-протоки. Эктопическая экспрессия локализованного в ядре мутантного YAP (S112A-Yap) отражает многие аспекты нокаутов Mst1/2 (Gao et al., 2013). Кроме того, гетерозиготная делеция Yap полностью изменяет многие фенотипические отклонения, наблюдаемые при нокауте Mst1/2 (Gao et al., 2013). Т.о., YAP функционирует ниже MST1/2 в поджелудочной железе. Инфильтрация иммунных клеток ассоциирует как с нокаутами Mst1/2, так и с экспрессией S112A-Yap а поджелудочной железе, напоминая фенотипы, наблюдаемые у человека при остром панкреатите. Эти исследования подтверждают, что нарушения регуляции передачи сигналов Hippo могут быть недооцененным механизмом, вносящим вклад в панкреатические болезни человека.

Salivary glands

Морфогенез слюнных подчелюстных желез мышей (SMG) базируется на динамических изменениях в клеточной адгезии и полярности, происходящих во время ветвления эпителиальных трубочек. Эти изменения были недавно увязаны с аккуратной передачей сигналов Hippo (Enger et al., 2013). В частности, увеличение уровней TAZ/YAP вместе с повышением уровней phospho-S89-TAZ, было обнаружено в связи со сборкой соединительных E-cadherin/α-catenin комплексов во время ветвления SMG (Enger et al., 2013). Истощение LATS2 в ex vivo SMG культурах приводит к изменению локализации TAZ, приводя к аберрантному ветвлению и ингибированию расширений протоков. Дефекты, ассоциированные с нокдауном LATS2 обнаруживают много сходства с фенотипами, наблюдаемыми при синдроме Sjogren's у человека (Enger et al., 2013), аутоиммунном заболевании слюнных и слезных желез. Сходное нарушение регуляции локализации TAZ было подтверждено в тканях при болезни Sjogren's у человека, показывая, что нарушение регуляции передачи сигналов Hippo может быть фактором, участвующим в возникновении этой болезни.

Kidney

Первые доказательства важности передачи сигналов Hippo в развитии почек получены при аналеизе Taz нокаутных мышей, у которых возникал поликистоз почек (Hossain et al., 2007; Makita et al., 2008; Mitani et al., 2009; Tian et al., 2007). Крупные кисты, обнаруживаемые в Taz ноаутных почках, обладают повышенными уровнями PC2, проницаемых для кальция катионовых каналов, которые играют роль в цилиогенезе и обычно нарушены при поликистозной болезни почек (Tian et al., 2007). Кистозные регионы в Taz нокаутных почках также обнаруживают аберрантно расположенный β-catenin (Varelas et al., 2010a), подтверждая, что гиперактивная передача сигналов Wnt/β-catenin может вносить вклад в эти дефекты. Условная делеция Tazв популяции предшественников cap мезенхимы развивающихся почек приводит к образованию кистозных почек, которые очень похожи на те, что наблюдаются при нокаутах Taz во всем теле (Reginensi et al., 2013). Поразительно, условная делеция Yap в той же самой популяции приводит к гипоплазии почек, при этом обнаруживаются лишь немногие гломерулы и проксимальные канальцы и дефекты в образовании петель Henle's и дистальных частей канальцев (Reginensi et al., 2013). Динамические изменения в ядерно/цитоплазматической локализации YAP в почках также обнаруживаются, при этом обнаружено, что они регулируются с помощью GTPase CDC42. Делеция Cdc42 в развивающихся почках снимает уровни YAP в ядрах, приводя к фенотипам. сходным с таковыми при делеции Yap. Интересно, что анализ почек с делецией как Taz, так и Yap показал, что эти факторы выполняют отличающиеся роли в почках, т.к. двойные нокауты имеют фенотип, который сходен в основном в таковым при делеции Yap, при этом формируется меньше проксимальных частей канальцев с кистозным фенотипом, по сравнению с таковым при делеции Taz (Reginensi et al., 2013). Управляют ли в вышестоящем пути Hippo регуляторы TAZ или YAP непосредственно их различающимися ролями, неизвестно. Поверхностный анализ Mst1/2- и Sav1-делетированных почек показал, что они развиваются нормально, указывая тем самым, что сигналы, передаваемые посредством CDC42, могут быть первостепенным способом регуляции.

Lung

В дополнение к дефектам почек Taz нокаутные мыши обнаруживают дефекты образования альвеол в легких, напоминающие таковые при эмбфиземе человека (Hossain et al., 2007; Makita et al., 2008; Mitani et al., 2009; Tian et al., 2007). TAZ ассоциирует и способствует активности TTF1 (NKX2.1), транскрипционного фактора, важного для спецификации легких (Park et al., 2004). Однако важно ли это взаимоотношение для роли TAZ в развитии легких, неясно, поскольку нокаут Taz в лёгких не вызывает каких-либо изменений в экспрессии генов мишеней для TTF1. Интересно, что гетерозиготная делеция Taz, как было установлено, обеспечивает резистентность к индуцируемому с помощью bleomycin фиброзу лёгких (Mitani et al., 2009), подтверждая, что TAZ может быть ключевым фактором, способствующим фибротической реакции. Условный нокаут Mst1/2 в дыхательном эпителии также ведет к летальной респираторной недостаточности (Chung et al., 2013), но эти дефекты не связаны с изменениями в локализации TAZ ил YAP. Скорее всего, Mst1/2-дефицитные лёгкие обнаруживают нарушение регуляции активности транскрипционного фактора FOXA2. Функция др. компонента пути Hippo в легких всё ещё неясна, но учитывая драматические морфогенетические изменения, возникающие во время развития легких, и тесную связь между раком легких и TAZ/YAP (Su et al., 2012; Zhou et al., 2011b), очень вероятно, что путь Hippo окажется важным.

Heart

Сердце млекопитающих подвергается драматическим изменениям в размере во время развития, управляемым по большей части за счет пролиферации кардиомиоцитов. Эти клетки выходят из клеточного цикла вскоре после рождения как результат снижения в ядрах уровней YAP. Делеция вышестоящих эффекторов пути Hippo, такая как условная делеция Sav1 или Lats2 (Heallen et al., 2011), или индукция экспрессии локализованного в ядрах S112A-Yap (von Gise et al., 2012;Xin et al., 2013), управляют аберрантной пролиферацией кардиомиоцитов. Напротив, условная делеция Yap кардиомиоцитах мышей вызывает гипоплазию сердца (von Gise et al., 2012;Xin et al., 2011). Специфичная для сердца делеция Taz, однако, не дает видимых дефектов пока не будет скомбинирована с гетерозиготной делецией Yap (Xin et al., 2013). Потеря и Taz и Yap приводит к тяжелым дефектами в пролиферации кардиомиоцитов, при этом усиливается апоптоз этих клеток. Следовательно, TAZ и YAP имеют перекрывающиеся роли в сердце. Ядерный TAZ/YAP , как полагают, управляет пролиферацией кардиомиоцитов путем обеспечения передачи сигналов Wnt/β-catenin и insulin-like growth factor (IGF) (Heallen et al., 2011; Xin et al., 2011). Подтверждением взаимоотношения между TAZ/YAP и Wnt, является то, что гетерозиготная делеция β-catenin частично устраняет фенотип, наблюдаемый у животных с делецией в сердце Sav1 (Heallen et al., 2011). Несмотря на обычное дремотное состояние кардиомиоцитов во взрослом сердце, эти клетки могут быть принуждены к пролиферации путем индукции экспрессии ядерного S112A-Yap (Xin et al., 2013). Как результат, экспрессия S112A-Yap улучшает контрактильность после инфаркта миокарда. Кроме того, условная делеция Sav1 или Lats1/2 усиливает регенерацию кардиомиоцитов после инфаркта миокарда у взрослых (Heallen et al., 2013). Управление активностью YAP может, следовательно, предоставлять средство терапевтической регенерации после повреждения сердца.

Intestine

Несколько недавних исследований проверяли роль пути Hippo в развитии и репарации кишечника. Уровни YAP в ядре повышены в компартментах стволовых клеток кишечного эпителия (Camargo et al., 2007). Делеция Mst1/2 или Sav1 вызывает гиперплазию крипт, приводя к экспансии недифференцированных предшественников кишечника, подтверждая, что ядерные YAP способствуют пролиферации предшественников (Cai et al., 2010; Camargo et al., 2007; Zhou et al., 2011a). Подтверждает эту идею то, что делеция Yap нарушает регенеративную реакцию после повреждений, вызываемых dextran sulfate sodium salt (DSS) (Cai et al., 2010). Делеция Yap не вызывает видимых дефектов в развитии или гомеостазе кишечника, подтверждая, что эти роли Yap специфичны для регенеративной реакции. Однако др. исследование показало, что делеция Yap вызывает гиперплазию и избыточный рост после повреждений, вызванных облучением (Barry et al., 2013). Более того, повсеместная экспрессия S127A-YAP может способствовать дисплазии по всему кишечному эпителию (Camargo et al., 2007), тогда как экспрессия S127A-YAP специфически в кишечном эпителии приводит к дегенеративному фенотипу, ассоциированному с быстрой потерей пролиферирующих крипт (Barry et al., 2013). Связана с этой ролью YAP в кишечнике является его способность ингибировать передачу сигналов Wnt/β-catenin благодаря связыванию и ингибированию Wnt эффектора Dishevelled (Barry et al., 2013). Такие наблюдения напоминают сходные роли TAZ, которые также ограничивают передачу сигналов Wnt/β-catenin (Varelas et al., 2010a). Подтверждением этой роли репрессии Wnt для YAP, является стимуляция кишечника с делецией Yap с помощью Wnt агониста R-spondin, приводящая к массивной гиперплазии (Barry et al., 2013). Т.о., путь Hippo и регуляция YAP в эпителии кишечника, по-видимому, сложны и могут базироваться на присутствии или отсутствии локальных ниш, таких как те, что экспрессируют Wnt, чтобы предопределить определенные контекстуальные сигнальные события.

Skin

Развитие и гомеостаз эпидермиса базируется на балансе между пролиферацией и дифференцировкой популяций предшественников. Эти популяции испытывают драматическое влияние со стороны изменений в уровнях и локализации YAP. Ядерные YAP в недифференцированных предшественниках обнаруживаются в раннем однослойном развивающемся эпителии (Schlegelmilch et al., 2011;Zhang et al., 2011). YAP затем сдвигаются в цитоплазму по мере дифференцировки, подтверждая, что эти изменения в локализации являются критическими для созревание эпителия эпидермиса. В самом деле, делеция Sav1 приводит к избыточной пролиферации базальных предшественников (Lee et al., 2001). Сходным образом, условная экспрессия локализующегося в ядре мутантного YAP в коже, как полагают, управляет пространной пролиферацией базальных предшественников, приводя к возникновению сквамозно-клеточных карцинома-подобных опухолей (Schlegelmilch et al., 2011). Эти события, прежде всего, обеспечиваются взаимодействиями между ядерными YAP и TEADs, поскольку нарушение связывания TEAD восстанавливает эффект экспрессии YAP. Напротив, условная делеция Yap в эпидермальных предшественниках, как было установлено, приводит к неспособности экспансии кожи и к полной потере эпидермального барьера (Schlegelmilch et al., 2011). Неожиданно, специфичное для кожи истощение Mst1 и Mst2, или истощение Lats1/2 киназ, не приводят к аномалиям выбора судьбы эпидермальных клеток. Скорее всего, ассоциированный со слипчивыми соединениями белок α-catenin, по-видимому, играет критическую роль в регуляции YAP в этом контексте, т.к. он связывает YAP, чтобы способствовать пребыванию в цитоплазме (Schlegelmilch et al., 2011; Silvis et al., 2011). Потеря α-catenin приводит к драматическому накоплению в ядрах YAP и подъему транскрипционной активности YAP, стимулируя экспансию эпидермальных стволовых клеток за счет их дифференцировки.

Nervous system

Некоторые из первых исследований проверяли роль передачи сигналов Hippo в клетках предшетвенниках, сфокусировавшись на нейроэпителиальных клетках, которые являются популяцией самообновляющихся мультипотентных предшественников, которые генерируют ЦНС. Эта работа показала, снижение уровней YAP приводит к уменьшению количеств нейроэпителиальных клеток в развивающейся нервной трубке эмбрионов кур и Xenopus laevis, тогда как повышение активности ядерных YAP-TEAD вызывает экспансию этих клеток (Cao et al., 2008; Gee et al., 2011). Экспрессия доминантно-негативного MST2 или нокдаун активности LATS1/2 сходным образом управляют пролиферацией нейроэпителия, подтверждая, что каскад Mst-Lats обеспечивает функцию YAP в данном контексте. Протокадгерин FAT4 также участвует в регуляции активности YAP в нейральных предшественниках. Нокдаун FAT4 в развивающейся нервной трубке кур и мышей увеличивается количество нейральных предшественников YAP-зависимым образом (Cappello et al., 2013; Van Hateren et al., 2011). Кроме того, NF2/Merlin , как было установлено, супрессируют экспансию нейральных предшественников мыши, ингибируя активность TAZ/YAP (Lavado et al., 2013). Как активность TAZ/YAP в ядре контролирует пролиферацию предшественников, непонятно, но , скорее всего, используется активация генов, кодирующих регуляторы клеточного цикла, таких как cyclin D1, и ингибирование факторов, способствующих дифференцировке, таких как NeuroM (Cao et al., 2008). Способность YAP активировать передачу сигналов Sonic hedgehog также, по-видимому, функционально значима для нейральных предшественников (Lin et al., 2012), но как YAP взаимодействует с этим путем, неясно.

Conclusions

The broad importance of the Hippo pathway in animal development has prompted a profusion of research devoted to this field over the past decade. Detailed examination of genetic models together with biochemical characterization of pathway components has provided a glimpse into the complex network of signals controlling the activity of TAZ and YAP. These studies have also highlighted that the nuclear/cytoplasmic distribution of TAZ/YAP has key roles in directing cell fate, proliferation and apoptosis. However, these functions are not always observed synchronously and often are evident in a context-specific manner. A thorough characterization of the cytoplasmic functions of TAZ/YAP that goes beyond their nuclear transcriptional roles might provide better insight into these differences. Moreover, events that distinctly regulate TAZ or YAP are poorly described, and thus a better understanding of these signals might offer important insight.

It is noteworthy that TAZ and/or YAP localization and levels are dysregulated in a broad range of cancers, which I have not covered in depth here (for a recent review see Harvey et al., 2013). The degree of TAZ/YAP dysregulation is frequently correlated with cancer progression, and recent evidence indicates that, much like their roles in development, uncontrolled nuclear TAZ/YAP activities may drive an undifferentiated state of cancer cells (Cordenonsi et al., 2011). Thus, further knowledge of the mechanism of TAZ/YAP regulation might offer previously unappreciated insight into disease progression that will hopefully lead to new therapeutic approaches. Provided that we learn how to control the nuclear functions of TAZ/YAP, these factors also offer a potential approach for modulating tissue regeneration.

The Hippo pathway effectors TAZ and YAP in development, homeostasis and disease Xaralabos Varelas Development. 2014 Apr;141(8):1614-26. doi: 10.1242/dev.102376.

The Hippo pathway effectors TAZ and YAP in development, homeostasis and disease
Xaralabos Varelas
Development. 2014 Apr;141(8):1614-26. doi: 10.1242/dev.102376.