Роль протеасом в регуляции онкогенеза

Роль протеасом в регуляции
онкогенеза
Цимоха А.С.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
2013
Онкогенез
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ОНКОГЕННАЯ ТЕОРИЯ
СТАДИИ ОНКОГЕНЕЗА
Определение
Онкогенез (канцерогенез) – сложный
патофизиологический процесс зарождения и
развития опухоли.
Процесс превращения нормальной клетки в опухолевую
обусловлен накоплением мутаций, вызванных
повреждениями в геноме. Возникновение этих
повреждений происходит как в результате эндогенных
причин, таких как ошибки репликации, химическая
нестабильность оснований ДНК и их модификация под
действием свободных радикалов, так и под влиянием
внешних причинных факторов химической и физической
природы.
Канцерогенные факторы
—  Химические (вещества ароматической природы,
некоторые металлы и пластмассы);
—  Физические (солнечная радиация и
ионизирующее излучение, длительное
механическое/термическое раздражение тканей);
—  Биологические (вирусы);
—  Наследственная предрасположенность
Онкогенная теория
Основные постулаты:
—  онкогены - гены, определяющие опухолевые свойства
клеток;
—  протоонкогены - немутированные онкогены
задействованы в процессах пролиферации,
дифференцировки и программированной гибели клеток;
—  гены-супрессоры – гены, оказывающие тормозящее
влияние на процессы клеточного деления и выхода из
дифференцировки;
—  генетические повреждения (мутации) в онкогенах или
инактивирующие мутации в генах-супрессорах приводят к
неконтролируемому делению клетки;
—  сочетанные нарушения в нескольких онкогенах в
процессе злокачественной трансформации.
Стадии онкогенеза
1.  Трансформация - процесс превращения
нормальной клетки в раковую
2.  Активация - размножение
трансформированной клетки, образование
клона раковых клеток и опухоли
3.  Прогрессия - эволюция свойств опухоли
4.  Исход опухолевого процесса
Превращение нормальной клетки в раковую
Стадии формирования опухоли
1.  Гиперплазия ткани
2.  Доброкачественная опухоль
3.  Дисплазия
4.  Рак in situ
5.  Инвазивный рак
Субстрат опухолевой трансформации клеток
Повреждения генетического аппарата клетки
(соматические мутации, хромосомные аберрации,
рекомбинации), вызывающие
—  превращение протоонкогенов в онкогены
—  резко повышающие уровень экспрессии
онкогенов
—  резко понижающие уровень экспрессии геновсупрессоров
Убиквитин-протеасомная
система (УПС)
УПС
26S ПРОТЕАСОМА
20S ПРОТЕАСОМА
УПС
Убиквитин-протеасомная система (УПС)
осуществляет убиквитинирование и деградацию
множества белков, играющих ключевую роль в
регуляции жизнедеятельности клетки.
УПС состоит из каскада убиквитинирующих
ферментов Е1-Е2-Е3-Е4 и протеолитического ядра
– 26S протеасомы.
Участие УПС в клеточных процессах
транскрипция;
репарация ДНК;
клеточный цикл;
дифференцировка;
развитие;
иммунный ответ;
апоптоз;
онкогенез;
Wolf, Hilt, 2004
УПС
УПС осуществляет 2-х этапное убиквитинирование
белков, определяя его функции:
—  сигнал внутриклеточного транспорта белка,
—  передача сигнала
—  деградация
ЭТАПЫ:
1.  Присоедениение 1-го убиквитина к остатку лизина
2.  Полиубиквитинирование
Е1-Е2-Е3-Е4
~ 1000 различных Е3
ферментов обеспечивают
высокую субстратную
специфичность
Схема работы УПС
26S протеасома
Структура 26S протеасомы
19S регуляторный комплекс
20S протеасома
19S регуляторный комплекс
20S протеасома
DUBs
В последнее время к членам УПС относят
семейство деубиквитинирующих белков –
деубиквитиназ (DUBs).
Функции:
1.  Предотвращение от деградации протеасомами
2.  Снятие сигнала
3.  «Круговорот» убиквитина
Роль УПС в онкогенезе
НАРУШЕНИЯ В РАБОТЕ УПС
КОМПОНЕНТЫ УПС - МИШЕНИ В
ОНКОТЕРАПИИ
УПС регулирует онкогены и онкосупрессоры
—  В силу критической роли УПС
в регуляции
клеточных процессов, нарушения в УПС приводят в
том числе и к злокачественным трансформациям.
—  Часто наблюдается повышенная экспрессия белков
УПС при злокачественных перерождениях.
UPS Mutations Associated With Malignancies
Malignancy
Mutation/Defect
Breast and ovarian cancers
BRCA1; loss of tumor suppressor function
Lung cancer, clear cell carcinoma, VHL-disease cancers VHL mutation; loss of tumor suppressor function
Various malignancies
MDM2 overexpression; loss of p53 tumor suppressor function
Prostate cancer
USP2a overexpression; increased cMYC oncogene expression;
SPOP mutation
Leukemia, cholangiocarcinomas, GI and endometrial
FBW7 mutation; loss of tumor suppressor function; potential
cancers
oncogene
Colorectal, breast, and prostate cancers
SKP2 overexpression; loss of tumor suppressor function of p27
Cervical cancer
HPV-mediated degradation of p53
Abbreviations: HPV, human papilloma virus; UPS, ubiquitin proteasomesystem; VHL, von Hippel–Lindau.
!
Роль MDM2 (E3) в регуляции p53
p53 – онко-супрессор,
транскрипционный фактор,
который играет ключевую
роль в ответе клетки на ДНК
повреждения или активацию
онкогенов.
По этому пути устраняются
потенциально онкогенные
клетки за счет остановки
клеточного цикла и апоптоза.
Уровень экспрессии белка р53
в клетке жестко регулируется
УПС.
В регуляции задействованы
несколько Е3 лигаз (COP1,
Pirh2, ARF-BP1, MDM2 и
MDM4).
Роль FBW7 в регуляции cyclin E, MYC, JUN,
Notch, p100
Cyclin E, MYC, JUN, Notch
играют ключевую роль в
делении клеток, роста и
дифференцировки.
р100 – ингибитор NF-kB,
транскрипционного фактора,
контролирующего экспрессию
генов иммунного ответа,
апоптоза и клеточного цикла
FBW7 функционирует как
онко-супрессор для cyclin E,
MYC, JUN, Notch и как
онкоген для р100.
FBW7 контролирует за
уровнями рассматриваемых
белков
Роль SKP2 в регуляции р27
—  р 2 7
– онко-супрессор,
ингибитор циклинзависимых киназ, которые
регулируют прохождения
через клеточный цикл за
счет фосфорилирования
специфических субстратов.
—  SKP2 регулирует уровень
р27 в клеткеза счет
деградации протеасомами.
Роль вирусного онкогена Е6
Вирус папилломы
человека (HPV) кодирует
онкогенный белок E6,
который связывается с
E6-AP (E3). Е6-АР в
комплексе с Е6
связываются с р53, что
приводит к его
ускоренной деградации и
предотвращает апоптоз.
Роль УПС в предотвращении онкогенеза
—  Рассмотренные нарушения в работе УПС позволяют
рассматривать ее в качестве мишени для новых
методов лечения рака.
—  Развитие и клинические испытания ингибиторов
протеасом за последние 10-20 лет достигли
заметного прогресса.
—  Современные фармакологические исследования
развиваются в направлении других компонент УПС.
UPS$Inhibitors$Currently$in$Clinical$Development$
Name$
Developer$
MLN4924''
Millennium'Pharmaceuticals'
R7112''
Roche''
Bortezomib''
Millennium'Pharmaceuticals'
Carfilzomib''
Onyx'Pharmaceuticals''
CEP818770''
Cephalon''
MLN9708''
Millennium'Pharmaceuticals'
Salinosporamide'A'(NPI80052)'
Nereus'Pharmaceuticals'
ONX80912''
Onyx'Pharmaceuticals''
'
Inhibitory$Target$
NEDD88activating'enzyme'(E1)'
p538MDM2'binding'pocket'
20S'core'subunit'FDA''
20S'core'subunit''
20S'core'subunit''
20S'core'subunit''
20S'core'subunit''
20S'core'subunit''
Clinical$Development$Status$
Phase'I/phase'II'
Phase'I'
approved'
Phase'IIb'
Phase'I'
Phase'I'
Phase'I'
Phase'I'
Ингибиторы компонент УПС
—  Ингибиторы Е1
—  Ингибиторы Е3
—  Ингибиторы протеасом
—  Ингибиторы DUBs
Протеасомы и онкогенез
—  Уровень экспрессии онкогенов и онко-супрессоров
регулируется посредством протеасомной деградации,
и любые связанные с раком модификации функций
протеасом могут оказывать влияние на протеолиз.
—  Протоонкогены c-Fos, c-Jun и белок-супрессор
опухолей p53 деградируются протеасомами по
убиквитин-зависимому и независимому пути,
поэтому мутации в сайтах связывания с убиквитином
или протеасомой могут повлиять на стабильность
белков и стимулировать канцерогенез.
—  Ингибиторы протеасом могут задерживать развитие
опухоли.
Перспективы
П е р в а я п о п ы т к а
использовать подавление
УПС в лечении рака была
предпринята при
ингибировании протеасом
бортезомибом.
В будущем будет
продолжен поиск более
специфичных ингибиторов
протеасом, наравне с
ингибиторами участников
Е1-Е2-Е3-Е4 ферментного
каскада.