P14arf - P14arf

Эта статья о гене-супрессоре опухоли. Для небольшого GTP-связывающего белка ARF см. Фактор рибозилирования АДФ.

ингибитор циклин-зависимой киназы 2A (меланома, p16, ингибирует CDK4)
Идентификаторы
СимволCDKN2A
Альт. символыCDKN2, MLM
Ген NCBI1029
HGNC1787
OMIM600160
RefSeqNM_058195
UniProtP42771
Прочие данные
LocusChr. 9 стр.21

p14ARF (также называемый Подавитель опухолей ARF, АРФ, стр. 14АРФ) является аальтернативный ридущий жраневой белковый продукт CDKN2A локус (то есть локус INK4a / ARF).[1] p14ARF индуцируется в ответ на повышенное митогенный стимуляция, такая как передача сигналов аберрантного роста от МОЙ С и Рас (белок).[2] Накапливается в основном в ядрышко где он образует стабильные комплексы с НПМ или Mdm2. Эти взаимодействия позволяют p14ARF действовать как подавитель опухолей подавляя рибосома биогенез или инициирование p53 -зависимый клеточный цикл арестовать и апоптоз, соответственно.[3] p14ARF - атипичный белок с точки зрения его транскрипции, аминокислотного состава и деградации: он транскрибируется в альтернативном рамка чтения другого белка, он очень щелочной,[1] и полиубихинируется в N-конец.[4]

Обе p16INK4a и p14ARF участвуют в клеточный цикл регулирование. p14ARF подавляет mdm2, таким образом продвигая p53, который продвигает стр.21 активация, которая затем связывает и инактивирует определенные циклин -CDK комплексы, которые в противном случае способствовали бы транскрипция из гены это будет нести клетка сквозь грамм1/ S КПП клеточного цикла. Потеря p14ARF гомозиготная мутация в гене CDKN2A (INK4A) приведет к повышению уровня в mdm2 и, следовательно, потеря p53 функция и контроль клеточного цикла.

Эквивалент у мышей - p19ARF.

Фон

Транскрипт p14ARF был впервые идентифицирован у человека в 1995 г.[5][6] и это белок продукт подтвержден на мышах в том же году.[7] Его генный локус находится на коротком плече хромосома 9 у людей и в соответствующем месте на хромосоме 4 у мышей.[1] Он расположен недалеко от гены для тандемных повторов INK4a и INK4b, которые составляют 16 кДа (p16INK4a) и 15 кДа (p15INK4b) белков соответственно. Эти белки INK4 напрямую ингибируют циклин D-зависимые киназы. CDK4 и CDK6. На других хромосомах есть и другие гены INK4, однако они не связаны с рак, поэтому их функции вряд ли будут перекрываться. Важным циклинзависимым субстратом является белок ретинобластомы Rb, что составляет фосфорилированный в позднем промежутке 1 фаза (Фаза G1 ), позволяя G1 выйти. Пределы белка Rb распространение клеток заблокировав активность E2F факторы транскрипции, которые активируют транскрипцию генов, необходимых для ДНК репликация. Когда Rb фосфорилируется циклин D и E-зависимыми киназами во время фазы G1 клеточного цикла, Rb не может блокировать E2F-зависимую транскрипцию, и клетка может переходить в фазу синтеза ДНК (Фаза S ).[8] Следовательно, INK4a и INK4b служат супрессорами опухолей, ограничивая пролиферацию посредством ингибирования CDK, ответственных за Rb фосфорилирование.[7]

В дополнение к белку INK4a неродственный белок ARF транскрибируется из альтернативного рамка чтения в локусе INK4a / ARF.[1] МРНК INK4a и p14ARF каждая состоит из трех экзоны. У них общие экзоны 2 и 3, но есть два разных транскрипта экзона 1, α и β. Экзон 1β (E1β) вставлен между генами INK4a и INK4b.[1] Хотя экзон 1α (E1α) и E1β примерно одинаковы по содержанию и размеру, 5 ’AUG (стартовый кодон ) экзона 1β имеет свой промоутер и открывает альтернативную рамку считывания в экзоне 2, отсюда и название p14ARF (экзон 3 ARF не транслируется). Из-за этого INK4a и p14ARF не связаны аминокислота последовательности, несмотря на перекрывающиеся кодирующие области, и имеют разные функции. Такое двойное использование кодирующих последовательностей обычно не наблюдается у млекопитающих, что делает p14ARF необычным белком.[1] Когда был обнаружен β-транскрипт ARF, считалось, что он, вероятно, не кодирует белок.[5][6] У людей ARF транслируется в 14 кДа, 132 аминокислоты [[p14АРФ]] белок, а у мышей он транслируется в 19 кДа, 169 аминокислот p19Арф.[1] Сегмент белка E1β ARF мыши и человека идентичен на 45%, при этом общая идентичность ARF составляет 50% по сравнению с 72% идентичностью между сегментом E1α мыши и человека INK4a и 65% общей идентичности.[7]

Хотя белки INK4a и ARF структурно и функционально различны, они оба участвуют в клеточный цикл прогрессия. Вместе их широкая тормозящая роль может помочь противодействовать онкогенный сигналы. Как упоминалось выше, INK4a ингибирует пролиферацию, косвенно позволяя Rb оставаться связанным с E2F факторы транскрипции. АРФД участвует в p53 активация путем ингибирования Mdm2 (HDM2 у человека).[8] Mdm2 связывается с p53, подавляя его транскрипционную активность. Mdm2 также имеет E3 убиквитин лигазной активности по отношению к р53 и способствует его экспорту из ядро клетки к цитоплазма на деградацию. Противодействуя Mdm2, ARF разрешает транскрипционную активность p53, которая может привести к остановке клеточного цикла или апоптоз. Следовательно, потеря ARF или p53 дала бы клеткам преимущество в выживании.[1]

Функцию ARF в первую очередь приписывают его механизму Mdm2 / p53. Однако ARF также ингибирует пролиферацию в клетках, лишенных p53 или p53 и Mdm2.[9] В 2004 году было обнаружено, что одна из р53-независимых функций ARF включает его связывание с нуклеофозмин / B23 (НПМ).[9] НПМ - кислый рибосомальный шаперон (белок) участвует в прерибосомном процессинге и ядерном экспорте независимо от p53, и олигомеризуется с самим собой и p14АРФ. Почти половина p14АРФ содержится в комплексах, содержащих НПМ, с высокой молекулярной массой (от 2 до 5 МДа). Принудительная экспрессия ARF задерживает начало 47S / 45S рРНК предшественник процессинга и ингибирует расщепление 32S рРНК. Это говорит о том, что p14АРФ может связываться с NPM, ингибируя процессинг рРНК.[9] ARF-нулевые клетки имеют увеличенную площадь ядрышка, увеличенную рибосома биогенез и соответствующее увеличение белок синтез.[10] Однако больший размер, возникающий в результате большего количества рибосом и белка, не связан с повышенной пролиферацией, и этот ARF-нулевой фенотип встречается даже при том, что нормальные базальные уровни Arf обычно низкие. Сбивание АРФ с помощью миРНК к экзон 1β приводит к увеличению количества транскриптов рРНК, процессингу рРНК и ядерному экспорту рибосомы. Неограниченный биогенез рибосом, наблюдаемый, когда NPM не связан с ARF, не происходит, если NPM также отсутствует. Хотя индукция ОПН в ответ на онкогенный сигналы считаются первостепенными, низкие уровни ARF наблюдаются в межфазный клетки также имеет значительный эффект с точки зрения сдерживания роста клеток. Следовательно, функция базального уровня ARF в комплексе NPM / ARF, по-видимому, заключается в мониторинге стационарного биогенеза и роста рибосом независимо от предотвращения пролиферации.[10]

Роль в болезни

Очень часто рак связан с потерей функции INK4a, ARF, Rb или p53.[11] Без INK4a Cdk4 / 6 может ненадлежащим образом фосфорилировать Rb, что приводит к увеличению E2F -зависимая транскрипция. Без АРФ, Mdm2 может ненадлежащим образом ингибировать p53, что приводит к увеличению выживаемости клеток.

Было обнаружено, что локус INK4a / ARF удален или замалчивается во многих типах опухолей. Например, из 100 первичных карцином молочной железы примерно 41% имеют p14.АРФ дефекты.[12] В отдельном исследовании 32% колоректального аденомы (доброкачественные опухоли) имели p14АРФ инактивация из-за гиперметилирование из промоутер. Модели мышей без p19Арф, p53 и Mdm2 более склонны к развитию опухоли, чем мыши без Mdm2 и только p53. Это говорит о том, что p19Арф имеет также Mdm2- и p53-независимые эффекты.[13] Исследование этой идеи привело к недавнему открытию smARF.[14]

Установлено, что гомозиготные делеции и другие мутации CDK2NA (ARF) связаны с глиобластома.[15]

smARF

До недавнего времени двумя известными эффектами ARF были ингибирование роста за счет взаимодействия NPM и индукция апоптоза за счет Mdm2 взаимодействия. Функция ARF с участием p53 -независимая смерть теперь приписывается малому митохондриальный изоформа АРФ, смАРФ.[14] В то время как полноразмерный ARF подавляет рост клеток за счет клеточный цикл арест или тип I апоптотический смерть, smARF убивает клетки путем аутофагической смерти типа II. Как и ARF, экспрессия smARF увеличивается при наличии сигналов аберрантной пролиферации. Когда smARF сверхэкспрессируется, он локализуется в митохондриальный матрикс, повреждая мембранный потенциал и структуру митохондрий и приводя к гибели аутофагических клеток.[16]

Трансляция усеченного ARF, smARF, инициируется на внутреннем метионин (M45) транскрипта ARF в клетках человека и мыши. SmARF также обнаруживается у крыс, хотя внутренний метионин не присутствует в транскрипте крысы. Это говорит о том, что существует альтернативный механизм для формирования smARF, подчеркивая важность этого изоформа.[14] Роль smARF отличается от ARF, поскольку в нем отсутствует сигнал ядерной локализации (NLS) и не может быть привязан к Mdm2 или NPM.[3] Однако в некоторых типах ячеек полноразмерный ARF может также локализоваться в митохондрии и вызывают гибель клеток типа II, предполагая, что помимо аутофагия будучи голодом или другой реакцией окружающей среды, он также может участвовать в реагировании на онкоген активация.[2]

Биохимия

Экспрессия ARF регулируется онкогенный сигнализация. Аберрантный митогенный стимуляция, например МОЙ С или же Рас (белок), увеличит его экспрессию, как и усиление мутировавших p53 или же Mdm2, или потеря p53.[8] ARF также может быть вызвано принудительным E2F выражение. Хотя экспрессия E2F увеличивается во время клеточный цикл, Экспрессия ARF, вероятно, не связана с тем, что активация второго неизвестного фактора транскрипции может быть необходима для предотвращения ответа ARF на временное увеличение E2F.[11] ARF негативно регулируется комплексами Rb-E2F. [11] и усилением активации р53.[8] Аберрантные сигналы роста также увеличивают экспрессию smARF.[16]

ARF - очень простой (pI> 12) и гидрофобный белок.[8] Его основная природа объясняется содержанием в нем аргинина; более 20% его аминокислот составляют аргинин, и он содержит мало лизина или совсем не содержит его. Из-за этих характеристик ARF, вероятно, будет неструктурированным, если он не привязан к другим целям. Сообщается, что он образует комплексы с более чем 25 белками, хотя значение каждого из этих взаимодействий неизвестно.[1] Одно из этих взаимодействий приводит к сумоилирующей активности, предполагая, что ARF может модифицировать белки, с которыми он связывается. В SUMO белок это маленький убиквитин -подобный модификатор, который добавлен к ε-аминогруппам лизина. Этот процесс включает в себя три:фермент каскад похож на способ убиквитилирование происходит. E1 - активирующий фермент, E2 - фермент конъюгации, E3 - лигаза. ARF ассоциирует с UBC9, единственным известным SUMO E2, что позволяет предположить, что ARF способствует конъюгации SUMO. Важность этой роли неизвестна, так как сумоилирование участвует в различных функциях, таких как транспорт белков, интерференция убиквитилирования и изменения экспрессии генов.[1]

В период полураспада АРФ составляет около 6 часов,[4] в то время как период полураспада smARF составляет менее 1 часа.[3] Обе изоформы деградируют в протеасома.[1][4] АРФ нацелен на протеасома к N-конец убиквитилирование.[4] Белки обычно убихинируются в лизин остатки. Человек [[p14АРФ]], однако, не содержит лизинов, и мышиный p19Арф содержит только один лизин. Если лизин мыши заменяется аргинином, это не влияет на его деградацию, что позволяет предположить, что он также убихинируется на N-конце. Это добавляет уникальности белков ARF, потому что большинство эукариотический белки ацетилированный на N-конец, предотвращая убиквинирование в этом месте. Предпоследние остатки влияют на эффективность ацетилирования, поскольку ацетилированию способствуют кислотные остатки и ингибируют основные. N-концевые аминокислотные последовательности p19Арф (Met-Gly-Arg) и стр. 14АРФ (Met-Val-Arg) будет процессироваться метионинаминопептидазой, но не будет ацетилироваться, что позволит продолжить убихинирование. Последовательность smARF, однако, предсказывает, что инициирующий метионин не будет расщепляться метионинаминопептидазой и, вероятно, будет ацетилирован и, следовательно, расщепляется протеасомой без убихинирования.[1]

Полноразмерное ядрышковое ARF, по-видимому, стабилизируется с помощью NPM. Комплекс NPM-ARF не блокирует N-конец ARF, но, вероятно, защищает ARF от доступа со стороны механизма деградации.[4] В митохондриальный матрикс белок p32 стабилизирует smARF.[16] Этот белок связывает различные клеточные и вирусные белки, но его точная функция неизвестна. Сбивание p32 резко снижает уровень smARF за счет увеличения его оборота. Уровни p19Арф на них не влияет нокдаун p32, поэтому p32 специально стабилизирует smARF, возможно, защищая его от протеасома или из митохондриальный протеазы.[16]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Шерр CJ (сентябрь 2006 г.). «Развод ARF и p53: неурегулированный случай». Nat. Преподобный Рак. 6 (9): 663–73. Дои:10.1038 / nrc1954. PMID  16915296. S2CID  29465278.
  2. ^ а б Абида В.М., Гу В. (январь 2008 г.). «p53-зависимая и p53-независимая активация аутофагии с помощью ARF». Рак Res. 68 (2): 352–7. Дои:10.1158 / 0008-5472.CAN-07-2069. ЧВК  3737745. PMID  18199527.
  3. ^ а б c Шерр CJ (май 2006 г.). «Аутофагия АРФ: краткий рассказ». Мол. Клетка. 22 (4): 436–7. Дои:10.1016 / j.molcel.2006.05.005. PMID  16713573.
  4. ^ а б c d е Куо М.Л., ден Бестен В., Бертвистл Д., Руссель М.Ф., Шер С.Дж. (август 2004 г.). «N-концевое полиубиквитинирование и деградация опухолевого супрессора Arf». Genes Dev. 18 (15): 1862–74. Дои:10.1101 / gad.1213904. ЧВК  517406. PMID  15289458.
  5. ^ а б Стоун С., Цзян П., Дайанант П. и др. (Июль 1995 г.). «Сложная структура и регуляция локуса P16 (MTS1)». Рак Res. 55 (14): 2988–94. PMID  7606716.
  6. ^ а б Мао Л., Мерло А., Беди Дж. И др. (Июль 1995 г.). "Роман стр. 16"INK4A стенограмма ". Рак Res. 55 (14): 2995–7. PMID  7541708.
  7. ^ а б c Quelle DE, Zindy F, Ashmun RA, Sherr CJ (декабрь 1995 г.). «Альтернативные рамки считывания гена-супрессора опухоли INK4a кодируют два неродственных белка, способных вызывать остановку клеточного цикла». Клетка. 83 (6): 993–1000. Дои:10.1016/0092-8674(95)90214-7. PMID  8521522. S2CID  14839001.
  8. ^ а б c d е Шерр CJ (октябрь 2001 г.). «Сеть INK4a / ARF в подавлении опухолей». Nat. Преподобный Мол. Cell Biol. 2 (10): 731–7. Дои:10.1038/35096061. PMID  11584300. S2CID  26220426.
  9. ^ а б c Бертвистл Д., Сугимото М., Шерр С.Дж. (февраль 2004 г.). «Физические и функциональные взаимодействия белка-супрессора опухоли Arf с нуклеофозмином / B23». Мол. Клетка. Биол. 24 (3): 985–96. Дои:10.1128 / MCB.24.3.985-996.2004. ЧВК  321449. PMID  14729947.
  10. ^ а б Апичелли А.Дж., Магги Л.Б., Хирбе А.С. и др. (Февраль 2008 г.). «Роль неопухолевого супрессора для базального p14ARF в поддержании структуры и функции ядра». Мол. Клетка. Биол. 28 (3): 1068–80. Дои:10.1128 / MCB.00484-07. ЧВК  2223401. PMID  18070929.
  11. ^ а б c Lowe SW, Sherr CJ (февраль 2003 г.). «Подавление опухолей Ink4a-Arf: прогресс и загадки». Curr. Мнение. Genet. Dev. 13 (1): 77–83. Дои:10.1016 / S0959-437X (02) 00013-8. PMID  12573439.
  12. ^ Йи Ю., Шепард А., Киттрелл Ф., Мулак-Джеричевич Б., Медина Д., Саид Т.К. (май 2004 г.). «p19ARF определяет баланс между нормальной скоростью пролиферации клеток и апоптозом во время развития молочной железы». Мол. Биол. Клетка. 15 (5): 2302–11. Дои:10.1091 / mbc.E03-11-0785. ЧВК  404024. PMID  15105443.
  13. ^ Вебер Дж. Д., Джефферс Дж. Р., Рег Дж. Э. и др. (Сентябрь 2000 г.). «p53-независимые функции супрессора опухолей p19ARF». Genes Dev. 14 (18): 2358–65. Дои:10.1101 / gad.827300. ЧВК  316930. PMID  10995391.
  14. ^ а б c Reef S, Zalckvar E, Shifman O, et al. (Май 2006 г.). «Короткая митохондриальная форма p19АРФ вызывает аутофагию и независимую от каспаз гибель клеток ». Мол. Клетка. 22 (4): 463–75. Дои:10.1016 / j.molcel.2006.04.014. PMID  16713577.
  15. ^ Атлас генома рака, Сеть (23 октября 2008 г.). «Комплексная геномная характеристика определяет гены и основные пути глиобластомы человека». Природа. 455 (7216): 1061–8. Дои:10.1038 / природа07385. ЧВК  2671642. PMID  18772890.
  16. ^ а б c d Риф С., Шифман О., Орен М., Кимчи А. (октябрь 2007 г.). «Индуктор аутофагии smARF взаимодействует с митохондриальным белком p32 и стабилизируется им». Онкоген. 26 (46): 6677–83. Дои:10.1038 / sj.onc.1210485. PMID  17486078.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка