INK4 - Википедия - INK4

INK4 это семья из ингибиторы циклин-зависимых киназ (CKI). Члены этой семьи (p16INK4a, стр. 15INK4b, p18INK4c, p19INK4d ) являются ингибиторами CDK4 (отсюда их название Вгибиторы CDK4), и из CDK6. Другая семья CKI, CIP / KIP белки способны подавлять все CDK. Усиленная экспрессия белков INK4 может привести к остановке G1, способствуя перераспределению белков Cip / Kip и блокируя активность циклина E-CDK2. В циклических клетках происходит перераспределение белков Cip / Kip между CDK4 / 5 и CDK2 по мере того, как клетки проходят через G1.[1] Их функция, ингибируя CDK4 / 6, заключается в блокировании прогрессирования клеточный цикл за пределами G1 точка ограничения.[2] Кроме того, белки INK4 играют роль в клеточное старение, апоптоз и Ремонт ДНК.[3]

Белки INK4 являются опухолевые супрессоры мутации с потерей функции приводят к канцерогенез.[4]

Белки INK4 очень похожи по структуре и функциям и имеют до 85% сходства аминокислот.[1] Они содержат несколько Анкирин повторяет.[3]

Гены

INK4a / ARF / INK4b Локус.[1]

Локус INK4a / ARF / INK4b кодирует три гена (p15INK4b, ARF и p16INK4a) в 35-килобазном участке генома человека. P15INK4b имеет другую рамку считывания, которая физически отделена от p16INK4a и ARF. P16INK4a и ARF имеют разные первые экзоны, которые сплайсированы с одним и тем же вторым и третьим экзонами. Хотя эти второй и третий экзоны являются общими для p16INK4a и ARF, белки кодируются в разных рамках считывания, что означает, что p16INK4a и ARF не являются изоформами и не имеют какой-либо гомологии аминокислот.[1]

Эволюция

Было обнаружено, что полиморфизмы гомолога p15INK4b / p16INK4a разделяются с восприимчивостью к меланоме в Ксифофор это указывает на то, что белки INK4 участвуют в подавлении опухолей более 350 миллионов лет. Более того, более старая система на основе INK4 получила дальнейшее развитие в результате эволюции недавнего добавления противоракового ответа на основе ARF.[1]

Функция

INK4 в пути циклин / CDK[1]

Белки INK4 являются ингибиторами клеточного цикла. Когда они связываются с CDK4 и CDK6, они вызывают аллостерические изменения, которые приводят к образованию комплексов CDK-INK4, а не комплексов CDK-циклин. Это приводит к подавлению фосфорилирования ретинобластомы (Rb) ниже по течению. Следовательно, экспрессия p15INK4b или p16INK4A поддерживает гипофосфорилирование белков семейства Rb. Это позволяет гипофосфорилированному Rb подавлять транскрипцию генов S-фазы, вызывая остановку клеточного цикла в фазе G1.[5]

Подмножества

P16INK4a

P16 образован из четырех мотивов анкириновых повторов (AR), которые проявляют конформацию спираль-поворот-спираль, за исключением того, что первая спираль во втором AR состоит из четырех остатков.[6] Регуляция P16 включает эпигенетический контроль и множественные факторы транскрипции. PRC1, PRC2, YY1 и Id1 играют роль в подавлении экспрессии p16INK4A, а факторы транскрипции CTCF, Sp1 и ETs активируют транскрипцию p16INK4A.[7] В экспериментах с нокаутом было обнаружено, что мыши, лишенные только p16INK4a, были более склонны к спонтанному раку. Было обнаружено, что мыши, лишенные как p16INK4a, так и ARF, даже более подвержены опухолям, чем мыши, лишенные только p16INK4a.[1]

P15INK4b

P15 также образован из четырех мотивов анкириновых повторов (AR). Экспрессия P15INK4b индуцируется TGF-b, что указывает на его роль в качестве потенциального нижестоящего эффектора остановки роста, опосредованного TGF-b.[8]

P18INK4c

Было показано, что P18INK4c играет важную роль в модуляции TCR-опосредованной пролиферации Т-клеток. Потеря p18INK4c в Т-клетках снижает потребность в костимуляции CD28 для эффективной пролиферации Т-клеток. Другие члены семейства INK4 не повлияли на этот процесс. Кроме того, было показано, что p18INK4c предпочтительно ингибирует активность CDK6, но не активность CDK4 в активированных Т-клетках, что предполагает, что p18INK4c может устанавливать порог ингибирования в покоящихся Т-клетках.[9]

Клиническое значение

Роль в раке

Клетки, содержащие онкогенные мутации in vivo, часто реагировали активацией локуса INK4A / ARF / INK4B, который кодирует белки-супрессоры опухоли INK4. Необычное геномное расположение локуса INK4a / ARF / INK4b действует как слабое место в нашей противораковой защите. Это связано с тем, что три важнейших регулятора RB и p53 (регулируемые ARF) уязвимы для одной небольшой делеции. Это наблюдение приводит к двум возможным противоположным выводам: либо образование опухоли не обеспечивает какого-либо давления эволюционного отбора, потому что перекрывающиеся INK4a / ARF / INK4b не выбираются против, либо туморогенез оказывает такое сильное давление, что целая группа генов была выбрана для Локус INK4a / ARF / INK4b для предотвращения рака. Ответ локуса INK4a / ARF / INK4b эффективно предотвращает рак, который может произойти из-за постоянных онкогенных мутаций, которые возникают у долгоживущих млекопитающих.

Когда локус INK4a / ARF / INK4b был сверхэкспрессирован, мыши демонстрировали 3-кратное снижение частоты спонтанного рака. Эти данные также показали, что локус INK4a / ARF / INK4b у мышей играет роль в подавлении опухоли.[1]

Роль в старении

Семейство INK4 вовлечено в процесс старения. Экспрессия p16INK4a увеличивается с возрастом во многих тканях грызунов и человека.[1] Было также показано, что животные с дефицитом INK4a / ARF увеличивают связанное с возрастом снижение чувствительности Т-клеток к CD3 и CD28, что является признаком старения. Кроме того, нервные стволовые клетки от Bmi-1-дефицитных животных демонстрируют повышенную экспрессию INK4a / ARF и нарушение регенеративного потенциала. Фенотип; однако его можно спасти за счет дефицита p16INK4a, подразумевая, что, хотя p16INK4a потенциально может использоваться как биомаркер физиологического, а не хронологического возраста, он также является эффектором старения. Механизм, с помощью которого это происходит, заключается в ограничении способности к самообновлению разрозненных тканей, таких как лимфоидные органы, костный мозг и мозг.[10]

Регулирование экспрессии INK4

Первоначально считалось, что каждый член семейства INK4 структурно избыточен и одинаково эффективен. Позже это было найдено; однако члены семейства INK4 по-разному экспрессируются во время развития мышей. Разнообразие паттернов экспрессии указывает на то, что семейство генов INK4 может иметь специфичные для клеточного происхождения или тканеспецифичные функции.[11] Доказательства показали, что экспрессия INK4a / ARF увеличивается на ранней стадии онкогенеза, но точные стимулы, относящиеся к раку, которые индуцируют экспрессию локуса, неизвестны. Экспрессия p15INK4b не коррелирует с p16INK4a во многих нормальных тканях грызунов. Индукция и подавление p15INK4b; однако, было отмечено в ответ на несколько сигнальных событий, таких как активация RAS, которые также индуцируют экспрессию INK4 / ARF. Активация RAS может приводить к увеличению экспрессии INK4 / ARF потенциально через ERK-опосредованную активацию Ets1 / 2 для индукции p16INK4. Также были идентифицированы несколько репрессоров экспрессии INK4a / ARF / INK4b. Было показано, что белки Т-бокса и группа polycomb репрессируют p16INK4a, p15INK4b и ARF.[1]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j Ким В.Й., Шарплес, штат Нью-Йорк (октябрь 2006 г.). «Регулирование INK4 / ARF при раке и старении». Клетка. 127 (2): 265–75. Дои:10.1016 / j.cell.2006.10.003. PMID  17055429. S2CID  18280031.
  2. ^ Ортега С., Малумбрес М., Барбакид М. (март 2002 г.). «Циклин D-зависимые киназы, ингибиторы INK4 и рак». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Обзоры на рак. 1602 (1): 73–87. Дои:10.1016 / S0304-419X (02) 00037-9. PMID  11960696.
  3. ^ а б Cánepa ET, Scassa ME, Ceruti JM, Marazita MC, Carcagno AL, Sirkin PF, Ogara MF (июль 2007 г.). «Белки INK4, семейство ингибиторов CDK млекопитающих с новыми биологическими функциями». IUBMB Life. 59 (7): 419–26. Дои:10.1080/15216540701488358. PMID  17654117. S2CID  9339088.
  4. ^ Руссель М.Ф. (сентябрь 1999 г.). «Семейство ингибиторов клеточного цикла INK4 при раке». Онкоген. 18 (38): 5311–7. Дои:10.1038 / sj.onc.1202998. PMID  10498883.
  5. ^ Шерр CJ (июль 2000 г.). «Лекция Пецколлера: повторение цикла раковых клеток». Исследования рака. 60 (14): 3689–95. PMID  10919634.
  6. ^ Ли Дж., Пои MJ, Цай MD (июнь 2011 г.). «Регулирующие механизмы опухолевого супрессора P16 (INK4A) и их значение для рака». Биохимия. 50 (25): 5566–82. Дои:10.1021 / bi200642e. ЧВК  3127263. PMID  21619050.
  7. ^ Райесс Х., Ван МБ, Сриватсан Э.С. (апрель 2012 г.). «Клеточное старение и ген супрессора опухолей p16». Международный журнал рака. 130 (8): 1715–25. Дои:10.1002 / ijc.27316. ЧВК  3288293. PMID  22025288.
  8. ^ Фарес Дж., Вольф Л., Бис Дж. (Январь 2011 г.). Huret JL, Ohgami RS, Dal Cin P, Rivas JM, Dessen P (ред.). «CDKN2B (ингибитор циклинзависимой киназы 2B (p15, ингибирует CDK4))». Атлас генетики и цитогенетики в онкологии и гематологии. Получено 2018-12-16.
  9. ^ Ковалев Г.И., Франклин Д.С., Коффилд В.М., Сюн Ю., Су Л. (сентябрь 2001 г.). «Важная роль ингибитора CDK p18 (INK4c) в модулировании пролиферации Т-клеток, опосредованной рецептором антигена». Журнал иммунологии. 167 (6): 3285–92. Дои:10.4049 / jimmunol.167.6.3285. ЧВК  4435948. PMID  11544316.
  10. ^ Кришнамурти Дж., Торрис С., Рэмси М.Р., Ковалев Г.И., Аль-Регей К., Су Л., Шарплесс Н.Э. (ноябрь 2004 г.). «Экспрессия Ink4a / Arf является биомаркером старения». Журнал клинических исследований. 114 (9): 1299–307. Дои:10.1172 / JCI22475. ЧВК  524230. PMID  15520862.
  11. ^ Cánepa ET, Scassa ME, Ceruti JM, Marazita MC, Carcagno AL, Sirkin PF, Ogara MF (июль 2007 г.). «Белки INK4, семейство ингибиторов CDK млекопитающих с новыми биологическими функциями». IUBMB Life. 59 (7): 419–26. Дои:10.1080/15216540701488358. PMID  17654117. S2CID  9339088.