Белок теплового шока 90 кДа альфа (цитозольный), член A1 - Heat shock protein 90kDa alpha (cytosolic), member A1
Белок теплового шока HSP 90-альфа является белком , который в организме человека кодируется HSP90AA1 геном .
Функция
Ген HSP90AA1 кодирует индуцируемый стрессом человеческий белок теплового шока 90 кДа альфа (Hsp90A). Дополненная конститутивно экспрессируемым паралогом Hsp90B, который имеет более 85% идентичности аминокислотной последовательности, экспрессия Hsp90A инициируется, когда клетка испытывает протеотоксический стресс. После экспрессии димеры Hsp90A действуют как молекулярные шапероны, которые связывают и складывают другие белки в их функциональные трехмерные структуры. Эта молекулярная шаперонирующая способность Hsp90A обусловлена циклом структурных перестроек, подпитываемых гидролизом АТФ. Текущие исследования Hsp90A сосредоточены на его роли в качестве лекарственной мишени из-за его взаимодействия с большим количеством белков, способствующих развитию опухоли, и его роли в адаптации к клеточному стрессу.
Структура гена
Человеческий HSP90AA1 кодируется на цепи комплемента хромосомы 14q32.33 и занимает более 59 т.п.н. Несколько псевдогенов HSP90AA1 существуют по всему геному человека, локализованному на хромосомах 3, 4, 11 и 14. Ген HSP90AA1 кодирует два различных транскрипта мРНК, инициируемых с отдельных сайтов начала транскрипции (TSS). Варианты сплайсинга мРНК HSP90AA1 в настоящее время не проверены. Вариант транскрипта 1 (TV1, NM_001017963.2) кодирует редко наблюдаемую 854 аминокислотную изоформу 1 Hsp90A (NP_001017963) из транскрипта мРНК размером 3887 п.н., содержащего 12 экзонов, охватывающих 59,012 п.н. Вариант транскрипта 1 расположен непосредственно рядом с геном WDR20, который кодируется на противоположной кодирующей цепи. Вариант транскрипта 2 (TV2, NM_005348.3) кодирует хорошо изученную изоформу 2 из 732 аминокислот (NP_005339) из транскрипта мРНК размером 3366 п.н., содержащего 11 экзонов, охватывающих 6438 п.н. DYNC1H1 кодирует продукт гена на другой стороне HSP90AA1, который, как было случайно обнаружено, взаимодействует с Hsp90A. Hsp90A TV1 и TV2 идентичны, за исключением дополнительных 112 аминокислот на N-конце изоформы 1, кодируемой ее первыми 2 экзонами. Функция расширенного N-концевого домена в изоформе 1 в настоящее время не изучена. Эта информация была собрана как из NCBI Gene, так и из браузера генома UCSC.
Выражение
Несмотря на сходную аминокислотную последовательность, экспрессия Hsp90A регулируется иначе, чем Hsp90B. Hsp90A является изоформой, индуцируемой стрессом, тогда как Hsp90B экспрессируется конститутивно. Несколько элементов теплового шока (HSE) расположены перед Hsp90A, что обеспечивает его индуцируемую экспрессию. Уровни РНК, измеренные в клеточных линиях, собранных у онкологических больных, а также в нормальных тканях, можно найти в Атласе белков человека.
Промоутер
В настоящее время считается, что транскрипция гена HSP90AA1 индуцируется стрессом посредством связывания основного фактора транскрипции (TF) HSF1 с промотором HSP90AA1. Комплексы транскрипции регулируют экспрессию гена HSP90AA1. Экспрессия HSP90AA1 млекопитающих вместе с геном HSP90AB1 была впервые охарактеризована в трансформированных клетках мыши, где было показано, что HSP90AB1 конститутивно экспрессируется в 2,5 раза выше, чем HSP90AA1 в нормальных условиях. Однако при тепловом шоке экспрессия HSP90AA1 увеличивалась в 7,0 раз, тогда как HSP90AB1 увеличивалась только в 4,5 раза. Детальный анализ промотора HSP90AA1 показывает, что существуют 2 элемента теплового шока (HSE) в пределах 1200 п.н. от сайта старта транскрипции. Дистальный HSE необходим для индукции теплового шока, а проксимальный HSE функционирует как разрешающий усилитель. Эта модель подтверждается анализом ChIP-SEQ клеток в нормальных условиях, когда HSF1 обнаруживается связанным с проксимальным HSE и не обнаруживается в дистальном HSE. Также обнаружено, что протоонкоген MYC индуцирует экспрессию гена HSP90AA1 и связывается проксимально с TSS, что подтверждается ChIP-SEQ. Истощение экспрессии Hsp90A указывает на то, что HSP90AA1 необходим для управляемой MYC трансформации. В клетках рака груди пролактин гормона роста индуцирует экспрессию HSP90AA1 через STAT5. NF-κB или RELA также индуцируют экспрессию HSP90AA1, что, возможно, объясняет способность транскрипции, управляемой NF-κB, способствовать выживанию. Напротив, обнаружено, что STAT1, супрессор протоопухоли, ингибирует индуцированную стрессом экспрессию HSP90AA1. В дополнение к этим открытиям, анализ генома человека с помощью ChIP-SEQ показывает, что по меньшей мере 85 уникальных ТФ связываются с следами РНК-полимеразы II (POLR2A), связанными с промоторными областями, которые управляют экспрессией обоих вариантов транскрипта HSP90AA1. Это указывает на то, что экспрессия гена HSP90AA1 может быть сильно регулируемой и сложной.
Интерактом
Предполагается, что вместе взятые Hsp90A и Hsp90B будут взаимодействовать с 10% эукариотического протеома. У людей это сеть примерно из 2000 взаимодействующих белков. В настоящее время экспериментально зарегистрировано более 725 взаимодействий как для HSP90A, так и для Hsp90B. Это соединение позволяет Hsp90 функционировать как сетевой концентратор, связывающий различные сети взаимодействия белков. Внутри этих сетей Hsp90 в первую очередь специализируется на поддержании и регулировании белков, участвующих в передаче сигналов или обработке информации. К ним относятся факторы транскрипции, которые инициируют экспрессию генов, киназы, которые передают информацию путем посттрансляционной модификации других белков, и E3-лигазы, которые нацелены на белки для деградации через протеосомы. Действительно, недавнее исследование с использованием метода LUMIER показало, что человеческий Hsp90B взаимодействует с 7% всех факторов транскрипции, 60% всех киназ и 30% всех E3-лигаз. Другие исследования показали, что Hsp90 взаимодействует с различными структурными белками, рибосомными компонентами и метаболическими ферментами. Также было обнаружено, что Hsp90 взаимодействует с большим количеством вирусных белков, включая белки ВИЧ и EBOLA. Это не говоря уже о многочисленных ко-шаперонах, которые модулируют и направляют активность HSP90. Несколько исследований были сосредоточены на выявлении уникальных белковых взаимодействий между Hsp90A и HSP90B. Работа, проведенная на яйцах и дрожжах Xenopus, показала, что Hsp90A и Hsp90B различаются по ко-шаперону и взаимодействию с клиентом. Однако мало что известно об уникальных функциях, делегированных каждому паралогу человека. Лаборатория Picard собрала все доступные данные о взаимодействии Hsp90 на веб-сайте Hsp90Int.DB. Анализ генной онтологии взаимодействующих Hsp90A и Hsp90B показывает, что каждый паралог связан с уникальными биологическими процессами, молекулярными функциями и клеточными компонентами.
Было показано, что белок теплового шока 90 кДа альфа (цитозольный), член A1, взаимодействует с:
Посттрансляционные модификации
Посттрансляционные модификации оказывают большое влияние на регуляцию Hsp90. Фосфорилирование, ацетилирование, S-нитрозилирование, окисление и убиквитинирование - это способы модификации Hsp90 для модуляции его многих функций. Краткое изложение этих сайтов можно найти на PhosphoSitePlus. Многие из этих сайтов консервативны между Hsp90A и Hsp90B. Однако между ними есть несколько различий, которые позволяют выполнять определенные функции Hsp90A.
Было показано, что фосфорилирование Hsp90 влияет на его связывание с клиентами, ко-шаперонами и нуклеотидами. Было показано, что происходит специфическое фосфорилирование остатков Hsp90A. Эти уникальные сайты фосфорилирования сигнализируют Hsp90A о таких функциях, как секреция, позволяют ему обнаруживать участки повреждения ДНК и взаимодействовать со специфическими ко-шаперонами. Гиперацетилирование также происходит с Hsp90A, что приводит к его секреции и увеличению инвазивности рака.
Клиническое значение
Экспрессия Hsp90A также коррелирует с прогнозом заболевания. Повышенные уровни Hsp90A обнаруживаются при лейкемии, раке груди и поджелудочной железы, а также у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ). В человеческих Т-клетках экспрессия HSP90AA1 увеличивается за счет цитокинов IL-2, IL-4 и IL-13. HSP90, наряду с другими консервативными шаперонами и ко-шаперонами, которые взаимодействуют для защиты протеостаза, подавляется в стареющем мозге человека. Было обнаружено, что это подавление еще больше усиливается в головном мозге пациентов с возрастными нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера или Хантингтона.
Рак
За последние два десятилетия HSP90 превратился в интригующую цель в войне с раком. HSP90 взаимодействует и поддерживает многочисленные белки, которые способствуют онкогенезу, таким образом выделяя Hsp90 как активатор рака, поскольку он считается важным для злокачественной трансформации и прогрессирования. Более того, через свои обширные интерактомы оба паралога связаны с каждым признаком рака. Однако ген HSP90AA1 не изменяется в большинстве опухолей согласно Атласу генома рака (TCGA). В настоящее время установлено, что у рака мочевого пузыря больше всего изменений, за которым следует рак поджелудочной железы. Это не может быть сюрпризом, поскольку общие уровни экспрессии Hsp90 поддерживаются на таком высоком уровне по сравнению с большинством всех других белков в клетке, поэтому дальнейшее повышение уровней Hsp90 может не принести никакой пользы для роста рака. Кроме того, полногеномное секвенирование всех типов опухолей и линий раковых клеток показывает, что в настоящее время существует 115 различных мутаций в открытой рамке считывания HSP90AA1. Однако влияние этих мутаций на функцию HSP90A остается неизвестным. Примечательно, что в ряде опухолей ген HSP90AA1 гомозиготно удален, что позволяет предположить, что эти опухоли могут иметь пониженный уровень злокачественности. Это подтверждается сравнительным полногеномным анализом 206 пациентов с раком желудка, который сообщил, что потеря HSP90AA1 действительно связана с благоприятными исходами только после операции. Это подтверждает возможность того, что отсутствие Hsp90A в биоптатах опухоли может служить биомаркером положительных клинических результатов. Биологически Hsp90A отличается от Hsp90B тем, что в настоящее время считается, что Hsp90A действует как секретируемый внеклеточный агент при заживлении ран и воспалении в дополнение к его внутриклеточной роли. Эти два процесса часто захватываются раком, вызывая подвижность злокачественных клеток, метастазирование и экстравазию. Текущие исследования рака простаты показывают, что внеклеточный Hsp90A передает сигналы, которые способствуют хроническому воспалению фибробластов, связанных с раком. Предполагается, что это перепрограммирование внеклеточной среды, окружающей клетки злокачественной аденокарциномы, стимулирует прогрессирование рака простаты. Внеклеточный HSP90A вызывает воспаление за счет активации программ транскрипции NF-κB (RELA) и STAT3, которые включают провоспалительные цитокины IL-6 и IL-8. По совпадению NF-κB также индуцирует экспрессию Hsp90A., Тем самым обеспечивая модель, в которой вновь экспрессированный Hsp90A также будет секретироваться из стимулированных фибробластов, тем самым создавая положительные аутокринные и паракринные петли обратной связи, приводящие к воспалительному шторму в месте злокачественного новообразования. Эта концепция требует дальнейшего внимания, поскольку она может объяснить корреляцию повышенных уровней Hsp90A в плазме пациентов с поздними стадиями злокачественного новообразования.
Ингибиторы Hsp90
Hsp90 используется раковыми клетками для поддержки активированных онкопротеинов, включая многие киназы и факторы транскрипции. Эти клиенты часто мутируют, амплифицируются или перемещаются при злокачественных новообразованиях, и Hsp90 работает, чтобы смягчить эти клеточные стрессы, вызванные злокачественной трансформацией. Ингибирование Hsp90 приводит к деградации или нестабильности многих его клиентских белков. Таким образом, Hsp90 стал привлекательной мишенью для лечения рака. Как и в случае со всеми АТФазами, связывание и гидролиз АТФ необходимы для шаперонирующей функции Hsp90 in vivo. Ингибиторы Hsp90 вмешиваются в этот цикл на его ранних стадиях, замещая АТФ, что приводит к регулируемому убиквитинированию и протеасомной деградации большинства клиентских белков. Таким образом, карман связывания нуклеотидов остается наиболее подверженным образованию ингибитора. На сегодняшний день существует 23 онкологических исследования активных ингибиторов HSP90, и 13 ингибиторов HSP90 в настоящее время проходят клиническую оценку у онкологических больных, 10 из которых поступили в клинику за последние несколько лет. В то время как N-концевой нуклеотид-связывающий карман Hsp90 наиболее широко изучен и, таким образом, является мишенью, недавние исследования показали, что второй сайт связывания АТФ расположен на C-конце Hsp90. Нацеливание на эту область приводит к специфическому снижению взаимодействий Hsp90-гормон и, как было показано, влияет на связывание нуклеотидов Hsp90. Хотя ни один из ингибиторов C-концевого Hsp90 еще не поступил в клинику, использование как N-, так и C-концевых ингибиторов Hsp90 в комбинации представляет собой захватывающую новую стратегию химиотерапии. Хотя многие из вышеупомянутых ингибиторов имеют один и тот же сайт связывания Hsp90 (N- или C-концевой), было показано, что некоторые из этих лекарств предпочтительно достигают различных популяций Hsp90, которые различаются по степени их посттрансляционной активности. модификация. Хотя ни один из опубликованных ингибиторов еще не различает Hsp90A и Hsp90B, недавнее исследование показало, что фосфорилирование определенного остатка на N-конце Hsp90 может обеспечить изоформную специфичность связывания ингибитора, обеспечивая, таким образом, дополнительный уровень регуляции для оптимального нацеливания на Hsp90. .
Примечания
использованная литература
дальнейшее чтение
- Csermely P, Schnaider T, Soti C, Prohászka Z, Nardai G (август 1998 г.). «Семейство молекулярных шаперонов 90 кДа: структура, функции и клиническое применение. Подробный обзор». Фармакология и терапия . 79 (2): 129–68. DOI : 10.1016 / S0163-7258 (98) 00013-8 . PMID 9749880 .
- Young JC, Moarefi I, Hartl FU (июль 2001 г.). «Hsp90: специализированный, но важный инструмент для сворачивания белков» . Журнал клеточной биологии . 154 (2): 267–73. DOI : 10.1083 / jcb.200104079 . PMC 2150759 . PMID 11470816 .
- Hamblin AD, Hamblin TJ (декабрь 2005 г.). «Функциональная и прогностическая роль ZAP-70 при хроническом лимфолейкозе». Мнение экспертов о терапевтических целях . 9 (6): 1165–78. DOI : 10.1517 / 14728222.9.6.1165 . PMID 16300468 . S2CID 20808988 .
- Латтуф Дж. Б., Сринивасан Р., Пинто П. А., Линехан В. М., Некерс Л. (ноябрь 2006 г.). «Механизмы заболевания: роль белка теплового шока 90 в злокачественных новообразованиях мочеполовой системы» . Природа Клиническая Практика Урология . 3 (11): 590–601. DOI : 10.1038 / ncpuro0604 . PMID 17088927 . S2CID 23054181 .