Poruchy signalizace způsobující hyperproliferaci nádorových buněk

Z WikiSkript

Úvod[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Bunková signalizácia predstavuje súbor zložitých kaskádovitých reakcií, ktoré sú sprostredkované vzájomne previazanou sieťou kináz, fosfatáz, transkripčných faktorov, G proteínov a enzýmov.

Zjednodušená schéma predstavuje naviazanie ligandu na receptor, aktiváciu tohto receptoru, transdukciu signálu v bunke (popr. ešte jeho amplifikáciu − najčastejšie kaskádou kináz) a aktiváciu transkripčných faktorov, ktoré regulujú expresiu určitých génov. Expresia určitého génu znamená syntézu proteínu so špecifickou funkciou pre proliferáciu, diferenciáciu bunky, spustenie či zablokovanie apoptózy alebo bunkového cyklu. Jednotlivé proteíny v kaskáde rozpoznávajú fosforylované domény predchádzajúceho člena kaskády pomocou vlastných -SH2 domén.

Signálne dráhy v bunke majú význam pre kancerogenézu na molekulárnej úrovni. Poruchy v týchto kaskádach – obvykle overexpresia alebo inhibícia určitého medzičlánku kaskády – môžu v bunke vyvolávať zmeny, ktoré jej poskytnú proliferačné výhody a bunka tak môže podliehať klonálnej selekcii.


Signálne dráhy pre rastové faktory[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Využívajú široké spektrum transducerov signálu
  • Ako príklad je možno uviesť kaskádu cez MAPK proteín a PI3K/Akt
  • Naviazanie rastového faktoru na receptor vyvolá dimerizáciu receptoru, čím sa aktivuje tyrozínkinázová aktivita receptoru a dôjde k jeho autofosforylácii
  • Nasleduje kaskáda fosforylácii a defosforylácii jednotlivých členov signálnej dráhy

MAPK kaskáda (mitogen activated protein kinase)[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Pozostáva po aktivácii receptoru a Ras proteínu z troch za sebou nasledujúcich kináz, ktorých existujú viaceré typy, v závislosti na primárnom stimule: MAPKKK(mitogen activated protein kinase kinase kinase), MAPKK a MAPK
    • Fosforyláciou receptoru sa signál prenáša cez proteíny Grb2 a SOS na Ras proteín. Ras proteín je G proteín, vykazujúci GTPázovú aktivitu. Po naviazaní GTP na Ras sa aktivuje proteín Raf
    • Raf proteín aktivuje ďalšie kinázy v kaskáde, a to MEK a Erk
    • Fosforylovaný Erk vstupuje do jadra a tam aktivuje transkripčné faktory zodpovedné za rast a diferenciáciu bunky
    • Okrem uvedeného môže stres a prozápalové cytokíny vyvolať po aktivácii Ras proteínu aktiváciu Rac proteínu, ktorý spúšťa kaskádu cez MEKK, MKK a SAPK/JNK, ktoré v jadre aktivujú gény zodpovedné za rast, diferenciáciu a apoptózu. MKK môže byť tiež aktivovaná cez ASK 1, ktorý priamo reaguje na pôsobenie oxidatívneho stresu.
  • schéma MAPK kaskády
Patologicky môže dôjsť:
  • K overexpresii receptoru pre rastové faktory (rodina EGFR)
  • K mutácii v k-ras, čím vypadne GTPázová aktivita Ras proteínu a ten je teda permanentne stimulovaný
  • K strate lipidovej kotvy, ktorá drží Ras na membráne, čím proteín stratí svoju funkciu (táto porucha však inhibuje signalizáciu, využíva sa terapeuticky)
  • K overexpresii niektorej z kináz
  • Celá sústava MAPK signálnej kaskády je omnoho zložitejšia, navyše sú jednotlivé dráhy vzájomne prepojené, takže je ťažké ich od seba jednoznačne oddeliť. Princíp všetkých variant MAPK kaskády je rovnaký, ich uplatnenie závisí na type stimulu.

PI3K/Akt dráha[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • PI3K je aktivovaná buď autofosforyláciu receptoru pre rastové faktory (z rodiny EGFR) alebo aktiváciou receptoru pre cytokíny
  • PI3K vytvára PIP3 z membránových proteínov, ktorí aktivuje PDK1 a tá následne fosforyluje Akt proteín –kinázu, ktorá má široké spektrum pôsobnosti
    • Napríklad fosforyluje IKKalfa, čím sa spúšťa signálna dráha NF kappaB
    • Aktivuje glykolýzu a tlmí syntézu glykogénu
    • Pôsobí na MDM2 proteín, ktorý riadi činnosť p53 proteínu tým, že ho inhibuje
    • Aktivuje 14-3-3 proteín, ktorý fosforyluje proteín Bad, čím ho uvoľní z väzby na Bcl-2 proteín, ktorý je tak aktivovaný
    • Aktivuje signálnu dráhu proteínu mTOR, ktorá v konečnom dôsledku spúšťa bunkovú proteosyntézu a proliferáciu
    • Inhibuje blokátory bunkového cyklu
  • schéma PI3K/Akt dráhy
Patologicky môže nastať situácia
  • Zvýšená aktivita receptoru (podobne ako u MAPK dráhy)
  • Mutácia v géne pre PI3K, čím dôjde k nekontrolovateľnej aktivite tejto kinázy
  • Overexpresia proteínu Akt – napr. tumory ovaria
  • Mutácia, pri ktorej vypadne funkcia fosfatázy PTEN, ktorá inhibuje tvorbu PIP3, produktu PI3K

JAK/STAT dráha[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Normální funkce JAK/STAT
  • Začína receptorom pre cytokíny (aj interleukíny), ktorý dimerizuje po naviazaní substrátu. Je to receptor s pridruženou tyrozínkinázovou aktivitou, ktorú sprostredkúvajú JAK kinázy. Dimerizáciou receptoru sa aktivujú, fosforylujú sa navzájom a okrem toho aj fosforyláciou aktivujú Grb2 a Ras, PI3K a STAT proteíny
  • Fosforylované STAT proteíny dimerizujú a vstupujú do jadra, kde fungujú ako transkripčné faktory pre expresiu c-Myc, cytokínov a ďalších transkripčných faktorov
  • Aktivovaná transkripcia spätne inhibuje signálnu kaskádu prostredníctvom SOCS proteínu, ktorý inhibuje činnosť JAK kináz
  • schéma JAK/STAT dráhy
Patologicky
  • Najčastejšie dochádza k upregulácii JAK kináz, čo sa vyskytuje u niektorých lymfoproliferatívnych a myeloproliferatívnych chorôb
  • Môže dochádzať aj k downregulácii génu pre SOCS (napr. hypermetyláciou DNA)

NF kappaB[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Reaguje na pôsobenie TNF, rastových faktorov, cytokínov.
  • TNF faktor po naviazaní na receptor spustí kaskádu, ktorá pôsobí na IKK
  • IKK kináza fosforyluje komplex IkappaB a ten sa rozpadá na dva komplexy:
    • IkappaBalfa, NFkappaB1,p50,ReIA
    • IkappaBbeta, NFkappaB2,p52,ReIA,p65
  • Z každého komplexu sa oddelí inhibítor IkappaB, ktorý je degradovaný v proteazóme. Zvyšné proteíny sa spájajú do komplexu p65,ReIA,p50,p52,NFkappaB, ktorý vstupuje do jadra a pôsobí tam ako transkripčný faktor
  • NFkappaB zodpovedá za proliferáciu bunky, uplatňuje sa pri zápalovej odpovedi a regulácii imunity. Moduluje tiež prežívanie a diferenciáciu B lymfocytov. Poruchy tejto dráhy možno pozorovať u niektorých hematologických malignít
  • Dráha sa aktivuje aj po pôsobení prozápalových cytokínov
  • schéma NFkappaB signalizácie

Túto dráhu je možné tlmiť podávaním salicylátov, flavonoidov, glukokortikoidov.

TGF[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • TGF pôsobí na svoje TGF receptory, ktoré svojou aktiváciou aktivujú Smad2 proteín
  • Fosforylácia Smad2 aktivuje Smad4, ktorý pôsobí v jadre ako transkripčný faktor a zodpovedá za aktiváciu buniek, rast buniek, zvýšenie pohyblivosti a migračného potenciálu buniek.
  • TGF zohráva úlohu pri angiogenéze a tvorbe metastáz, kde potencuje migráciu buniek pri narušení konzistencie ECM matrix a zvýšení cievnej permeability
  • Jeho produkcia je stimulovaná napríklad pri aktivácii HIF proteínu citlivého na hypoxiu v nádorovej bunke, čím sa spustí syntéza ECM proteáz, rastových faktorov a cytokínov, potrebných v angiogenéze
  • schéma signalizácie TGFbeta
  • uplatnenie TGF v angiogenéze

Wnt/Beta katenín[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • je dráha sprostredkujúca signálnu transdukciu cez Beta katenín (proteín podieľajúci sa na medzibunkovom adhéznom spojení), ktorý je aktivovaný naviazaním Wnt proteínu na svoj receptor.
  • beta katenín následne pôsobí v jadre ako transkripčný faktor
  • deregulácia tejto dráhy vedie v niektorých prípadoch k rozvoju malígneho ochorenia

Notch dráha[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • táto signálna dráha sprostredkúva juxtakrinnú (ligandy sú membránové proteíny susednej bunky, ktorá signál vysiela) komunikáciu medzi susednými bunkami vo veľmi tesnom vzájomnom kontakte
  • uplatňuje sa najmä pri vývoji nervového, kardiovaskulárneho a endokrinného systému
  • aktivácia receptoru spúšťa kaskádu modifikácii receptorového proteínu, ktorý vo výslednej úprave pôsobí v jadre ako transkripčný faktor
  • mutácie v Notch receptoroch sa podieľajú na rozvoji niektorých typov T leukémií
  • v kaskáde sa uplatňuje tiež enzým gamma sekretáza, ktorá je možným terapeutickým cieľom tzv. cielenej terapie

Regulácia bunkového cyklu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Je regulovaný v dvoch hlavných kontrolných bodoch, kde sa hodnotí integrita DNA a jej kvalita pred replikáciou a následne regulačné a opravné mechanizmy sledujú, či po replikácii DNA nedošlo k chybám a či sa DNA zreplikovala celá
  • Úlohu v regulácii majú hlavne dva proteíny, produkty tumor supresorových génov, ktorých poruchy môžu spôsobovať nekontrolovanú hyperproliferáciu buniek

pRB[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • je za normálnych okolností viazaný na transkripčný faktor E2F a blokuje syntézu cyklínu E. V prípade aktivácie komplexu cyklín D/CDK4,6 dôjde k fosforylácii pRb, čím sa uvoľní z väzby na E2F a nastane syntéza cyklínu E (prekoná sa kontrolný bod G1/G0), ktorá umožní syntézu cyklínu A a vstup do S fáze
  • syntéza cyklínu D je inhibovaná proteínmi p15, p16 a p27 inhibuje Cdk2, ktorá je potrebná pre vstup do S fáze cyklu. Tieto inhbičné proteíny sú deaktivované pri mitogénnej stimulácii rastovými faktormi (napr. TGF) alebo proteínmi regulujúcimi bunkový cyklus (napr. produkty c-Myc)

p53[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • je proteín, ktorý zodpovedá za kontrolu integrity genómu („strážca genómu“)
  • indukuje produkciu proteínov, ktoré inhibujú progresiu bunkového cyklu, kým nie je skontrolovaná DNA, alebo bunka nedostane príslušnú stimuláciu
  • jeho hladina je udržiavaná na nízkej úrovni vďaka mdm2 proteínu, ktorý zabezpečuje ubikvitináciu p53
  • poškodenie DNA však aktivuje kinázu ATM/ATR, ktorá spustí ubikvitináciu mdm2 proteínu a okrem iných proteínov DNA opravy aktivuje p53 proteín
  • ten následne indukuje proteíny GADD45 (opravy DNA), BRCA1 tumor supresor, p21 ktorý zablokuje Cdk a zastaví tým bunkový cyklus a v neposlednom rade Bax proteín, ktorý spúšťa vnútornú cestu apoptózy. Zároveň dochádza k inhibícii Bcl2 proteínu

Zoznam skratiek[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Akt – proteínkináza B
ASK – kináza 1 regulujúca apoptózový signál
ATM/ATR – ataxia teleangiectasia mutated protein kinase/ATM and Rad3 related protein kinase
Bad – člen rodiny Bcl-2 proapoptózových proteínov
Bax – proapoptózový faktor
c-Myc – onkogén, transkripčný faktor signálnych dráh pre mitózu
Erk – extraclulárnym signálom regulovaná proteínkináza
Grb2 – adaptorový proteín 2 pre receptor rastového faktoru
HIF – faktor indukovaný hypoxiou
IKK – IkappaB kináza
Ikappa – inhibítor NFkappaB
JAK – Janusova aktivačná tyrozínkinázav dráhe pre cytokíny a rastové faktory
MAPK – mitogénmi aktivovaná proteínkináza
MDM2 – mouse doubleminute 2
MEK (MKK) – MAPK/ERK kináza
MEKK – kináza aktivujúca Erk cez MEK
mTOR – cicavčí rapamycín
PDK1 – fosfoinositid dependentná kináza
PI3K – fosfatidyl-inositol-3-kináza
PIP3 – fosfatidyl-inositol-3,4,5,-trifosfát
Rac – cytosolový Ras
Raf – cytoplazmatická serin/threonin kináza aktivovaná Ras
Ras – GDP/GTP väzbový proteín
SAPK – stresom aktivované proteínkinázy
Smad – Smad a Mad related proteins
SOCS – supresor cytokínovej signalizácie
SOS – son of sevenles
STAT – signal transducer and transcription activator

Odkazy

Použitá literatura

  • MASOPUST, Jaroslav, et al. Patobiochemie buňky. 1. vydání. Praha : Univerzita Karlova, 2. lékařská fakulta, 2003. 344 s. ISBN 80-239-1011-6.


Externí odkazy