Мерлин как супрессор опухоли

Обновлено: 29.04.2024

Опухолевый супрессор NF1 кодирует белок нейрофибромин, состоящий из 2818 аминокислот. В клетках, происходящих из нервного гребня, он регулирует активность онкобелков семейства Ras, осуществляя перевод их функционально-активных ГТФ-связанных форм в неактивные ГДФ-связанные. Врожденные инактивирующие мутации в одном из аллелей гена NF1 (как правило, эти мутации прекращают синтез белка) вызывают развитие нейрофиброматоза I типа (болезни Реклингаузена) - наследственного заболевания, поражающего примерно 1 из 3500 индивидуумов. Оно характеризуется возникновением опухолей периферической нервной системы, дефектами развития и нередко возникновением множественных новообразований различных типов в нескольких органах, в клетках которых действительно отмечается повышение активности онкобелков Ras. Мутации гена NF1 соответствуют двухударной модели Кнудсона: в опухолевых клетках наблюдается поражение и второго аллеля, что ведет к полному отсутствию в клетке белкового продукта. У трансгенных мышей гетерозиготный нокаут этого гена (NF1+/-) вызывают не нейрофиброматоз, а феохромоцитомы и миелоидные лейкозы - заболевания, наблюдающиеся у 1% пациентов с нейрофиброматозом I типа.

Врожденные мутации другого опухолевого супрессора, NF2, вызывают нейрофиброматоз II типа - наследственное заболевание, поражающее 1 из 40000 индивидуумов. Несмотря на название, при нем развиваются не нейрофибромы, а шванномы, менингиомомы и эпендимомы. Наиболее характерным является возникновение двухсторонних шванном акустического нерва. NF2 ведет себя как классический опухолевый супрессор - его гомозиготные мутации, прекращающие синтез полноценного белка, наблюдаются не только при наследственных, но и при спорадических шванномах и менингиомах. У трансгенных мышей с нокаутом одного из аллелей гена NF2 резко увеличивают вероятность развития во второй половине жизни различных опухолей. Их спектр сильно отличается от наблюдаемого у пациентов с нейрофиброматозом II типа - образуются не шванномы и менингиомы, а метастазирующие остеосаркомы, фибросаркомы, аденокарциномы легкого и другие новообразования. В то же время у мышей с гетерозиготными мутациями гена NF2, аналогичным тем, которые наблюдаются у пациентов с нейрофиброматозом II типа, развиваются шванномы.

Продукт гена NF2 белок мерлин (другое название - шванномин) имеет высокую степень гомологии с эзрином, радиксином и моэзином - представителями семейства белков ERM, соединяющими интегральные мембранные белки с актиновым цитоскелетом. Мерлин играет, по-видимому, важную роль в реализации контактного торможения размножения клеток. При образовании контактов клеток друг с другом и с компонентами внеклеточного матрикса происходит повышение экспрессии мерлина, его дефосфорилирование и переход в другую конформационную форму. В таком состоянии он перестает связывать эзрин и моэзин, но остается связанным с внутриклеточным доменом рецептора гиалуроновой кислоты (CD44), что ведет к блокированию проведения митогенного сигнала как от рецепторов ростовых факторов (вероятно, они ингибируются освободившимися белками ERM), так и от СD44. Кроме СD44 и белков ERM, мерлин может также связывать b1-интегрин, bII-спектрин, HGS (субстрат тирозинкиназы, активируемой HGF/SF) и др., но функциональное значение этих взаимодействий пока не выяснено.

Copyright © Российское общество клинической онкологии (RUSSCO).
Полное или частичное использование материалов возможно только с разрешения администрации портала.

Мерлин как супрессор опухоли

Избыточная экспрессия гена НФ2 в фибробластах мыши или клетках шванномы крысы ограничивает клеточный рост и подавляет онкогенную трансформацию ras-клеток. Без избыточной экспрессии НФ2 гена трансформация осуществляется при активации онкогенным ras-белком клеточных пролиферативных комплексов без соответствующих регулятивных механизмов, порождающих рост злокачественной опухоли.

В условиях отсутствия функции НФ2 теряется контроль роста определенных шванновских и менингеальных клеток, предполагается, что НФ2 мутации и дефицит мерлина нарушают некоторые аспекты внутриклеточной сигнализации, приводящие к трансформации клеток. В совокупности эти данные демонстрируют способность мерлина действовать как супрессор роста.

Были созданы мышиные модели нокаутных генов Нф2, гетерозиготные или гомозиготные в зародышевой линии по Нф2 гену. Гетерозиготные нокаутные мышиные гены Нф2 приводят к развитию остеосаркомы, и реже к фибросаркоме или гепатоцеллюлярной карциноме.

В этой модели распространены метастатические поражения. Как показывает генетический анализ, почти во всех этих злокачественных опухолях отсутствуют оба Нф2 аллеля. Рост опухоли в отсутствие обоих Нф2 аллелей указывает на то, что Нф2 ген обладает классической функцией опухолевой супрессии. Однако, ни один из гетерозиготных мышиных Нф2 генов не приводит к развитию опухолей или клиническим проявлениям, связанным с человеческим НФ2.

Также Нф2 ген играет важную роль на ранних этапах эмбриогенеза. Гомозиготные мутантные по Нф2 гену мыши, у которых отсутствуют оба Нф2 аллеля, умирают примерно на 7 день гестации от дефектов гаструляции или нарушения внутренней миграции клеток. Мерлин играет важную роль при миграции клеток, что как мы, так и другие авторы выявили во время эмбриогенеза.

Методами генной инженерии от мышей с отрезанным от обоих аллелей Нф22 экзоном были получены условно гомозиготные Нф2 мыши с модифицированным геном. Эти мыши демонстрируют некоторые характерные особенности НФ2, включающие шванному, гиперплазию шванновских клеток, катаракту и костную метаплазию. Условно нокаутная модель спроектирована путем вставки механизма регулирования в ген, позволяющий исследователю выбрать время, в которое нужный ген (в данном случае Нф2) будет нокаутирован.

Хотя эти данные усиливают аргументы, что потеря мерлина является достаточным для формирования шванномы в естественных условиях, ни одна из опухолей, наблюдаемых у этих условно нокаутных мышей, не была найдена на вестибулярном нерве. В этом заключается отличие от ВШ, обычно встречающихся у пациентов с НФ2.

Биаллельная инактивация НФ2 также часто встречается в спорадических и в НФ2-ассоциированных менингиомах. При инжиринге мышей, у арахноидальных клеток которых экзон 2 отрезан от обоих Нф2 аллелей, получены гомозиготные Нф2 -/- мыши, демонстрирующие диапазон гистологических подтипов менингиом, схожий с человеческими опухолями. В совокупности результаты демонстрируют функцию мерлина как супрессора опухолей в обоих типах клеток: шванновских и арахноидальных.

Схематическое изображение действия мерлина.
Схема показывает, как Rac1 и Pak способствуют преобразованию мерлина из закрытой конформации белка в открытую путем его фосфорилирования.
В результате в открытой конформации мерлин может взаимодействовать с CD44 и содействовать связыванию актина цитоскелета в составе клеточной мембраны.
Показана инактивация функции мерлина при его фосфорилировании в 518 позиции серина р21-активатор киназой-2 (Рак2).
Мерлин активируется дефосфорилированием миозин-фосфатазой (MYPT-1-PP16).

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Изучение клеточной функции опухолевого супрессора Merlin с помощью GFP-гибридных конструкций на модели Drosophila melanogaster.

В 80–90-х годах XX века были обнаружены гены-супрессоры опухолей, наличие продукта которых подавляет образование опухоли. Среди известных тумор-супрессоров интересен открытый в 1993 году ген Neurofibromatosis 2 (NF2), кодирующий белок Merlin (еще известный как шванномин). Мутация именно этого гена вызывает заболевание под названием нейрофиброматоз второго типа, характеризующееся формированием билатеральной акустической шванномы, поражающей восьмую пару черепных нервов, а также других опухолей, ассоциированных с центральной нервной системой (Martuza and Eldridge, 1988; Trofatter et al.,1993; Rouleau et al., 1993). К настоящему времени описаны четыре мутации белка Merlin у дрозофилы. Три из этих мутаций, Mer1, Mer2, Mer4 , вызывают гибель на стадии личинки и куколки. Единственный жизнеспособный аллель - Mer3. Мухи, гомозиготные по Mer3, доживают до взрослого состояния, но стерильны, их крылья более широкие, для глаз характерна вариабельно проявляющаяся «шероховатость», а на голове образуются аномальные кутикулярные структуры (Fehon et al., 1997). Чтобы выяснить, каким образом мутация Mer3 вызывает стерильность самцов, нами были проведены исследования сперматогенеза у Drosophila melanogaster. В результате этой работы было выявлено, что Merlin имеет фокус действия не только в соматической ткани, вызывая гиперплазию, но также функционирует в сперматогенезе, участвуя в компактизации ядер, поляризации цист, упаковке митоходриального тельца (Dorogova et al, 2008; Юдина, Галимова, 2008). В ходе выполнения данного проекта мы планируем получить генетичесикие конструкции на основе вектора pUASp-EGFP, которые позволят экспрессировать химерный белок Merlin-GFP в соматической и зародышевой линиях клеток дрозофилы. На основе картины экспрессии мы сможем более детально судить о клеточной функции Merlin. Кроме того, совместно с методом FRAP химерные конструкции позволят изучить динамику поведения белка в клетке и, потенциально, силу связывания белка с внутриклеточной структурой.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Целью данного проекта являлось изучение клеточной функции опухолевого супрессора Merlin с помощью GFP-гибридных конструкций на модели Drosophila melanogaster. Для достижения поставленной в проекте цели мы получили генетические конструкции, позволяющие экспрессировать химерный белок GFP-Merlin и Merlin-YFP. Полученной конструкцией pUASp-EGFP-Merlin была проведена генетическая трансформация эмбрионов дрозофилы и получено несколько независимых трансгенных линий, позволяющих экспрессировать химерный белок. Функциональность полученного белка GFP-Merlin была доказана с помощью эксперимента по спасению летального фенотипа мутации Mer4. Для изучения клеточной локализации химерного белка мы провели ряд экспериментов по эктопической экспрессии GFP-Merlin под контролем различных драйверов в соматических тканях и клетках зародышевого пути. Полученный химерный белок локализуется в цитоплазматических гранулах, как в соматической ткани, так и в зародышевой линии самцов. Интересно, что в сперматоцитах эта гранула единична, не колокализуется с фьюзомой, лизосомами, а ассоциирована с актиновым цитоскелетом. На более поздних этапах сперматогенеза, в сперматидах на стадии «луковицы», «листа», «кометы» химерный белок локализуется на митохондриальном производном – небенкерне. Таким образом, мы показали связь белка GFP-Merlin c актиновым цитоскелетом в соматических и зародышевых тканях, а также его связь с небенкерном на всем протяжении формирования зрелых спермиев. Эти данные хорошо согласуются с выявленными ранее фокусами действия Merlin в сперматогенезе дрозофилы (Dorogova et al., 2008). Мы исследовали поведение белка GFP-Merlin в цитоплазматических гранулах в живых клетках с помощью метода Fluorescence Recovery after Photobleaching (FRAP). Анализ кривой заполнения фото-выжженного объема гибридным GFP белком показал, что 95% молекул белка необратимо связаны с гранулой и только 5% способны замещаться, т.е. белок практически неподвижен.

Мерлин (белок) - Merlin (protein)

Мерлин (также называемый Нейрофибромин 2 или же Schwannomin) это цитоскелет белок. У людей это белок-супрессор опухолей участвует в нейрофиброматоз II типа. [5] [6] Данные последовательности показывают его сходство с Семейство белков ERM.

Имя «Мерлин» - это акроним за "Моэсин -Эзрин -Радиксин -Как протеин ».

Содержание

Человек Мерлин кодируется геном NF2 в Хромосома 22. Мышь Ген мерлина расположен на хромосоме 11 [7] и крыса Ген мерлина на 17 хромосоме. Плодовая муха ген мерлина (символ Мер) расположен на хромосоме 1 и на 58% похож на человеческий. гомолог.Другие гены, подобные мерлину, известны у широкого круга животных, и считается, что происхождение мерлина началось еще раньше. метазоа. Мерлин является членом семейства белков ERM, включая эзрин, моэзин и радиксин, которые находятся в белок 4.1 надсемейство белков. Мерлин также известен как Schwannomin, название, производное от наиболее распространенного типа опухоли в фенотипе пациента NF2, шваннома.

Структура

Позвоночный мерлин - 70 леткДа белок. Известно 10 изоформы молекулы человеческого мерлина (полная молекула 595 аминокислоты в длину). Два наиболее распространенных из них также встречаются в мыши и называются Тип 1 и тип 2, отличающиеся отсутствием или наличием экзон 16 или 17 соответственно). Все известные сорта имеют консервированный N-концевой часть, которая содержит FERM домен (домен, обнаруженный в большинстве белков, организующих цитоскелетные мембраны). За доменом FERM следует альфа-спиральный домен и гидрофильный хвост. [8] [9] Мерлин может димеризовать сам с собой и гетеродимеризоваться с другими белками семейства ERM.

Функция

Мерлин - это мембрана каркасный белок цитоскелета, т.е. связывающий актин нити к клеточной мембране или мембране гликопротеины. [10] Человеческий мерлин преимущественно встречается в нервная ткань, но и в нескольких других плод тканях, и в основном располагается в прилипает к стыкам. [11] Его опухолевые супрессивные свойства, вероятно, связаны с контактно-опосредованное торможение роста. Дрозофила мерлин экспрессируется в эмбриональном задняя кишка, слюнные железы, и имагинальные диски, и, по-видимому, играет несколько иную роль, чем у позвоночных. [12]

В фосфорилирование из серин 518, как известно, изменяет функциональное состояние мерлина. [13] Предполагается, что сигнальный путь мерлина включает несколько заметных молекул, контролирующих рост клеток, включая eIF3c, CD44, протеинкиназа А, и активированные киназы p21.

Работать в Дрозофила определила Merlin как вышестоящий регулятор Путь, подавляющий опухоль гиппопотама, [14] функция, которая сохраняется у млекопитающих. [15] Путь Hippo - это хорошо законсервированный путь передачи сигналов, который координирует клеточную пролиферацию и апоптоз. [16]

Мутации гена NF2 вызывают у человека аутосомно-доминантное заболевание, называемое нейрофиброматозом 2 типа. Оно характеризуется развитием опухолей нервной системы, чаще всего двусторонних вестибулярные шванномы (также называемые акустическими невриномами). NF2 принадлежит подавитель опухолей группа генов. [17]

ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ ГЕНОВ ОПУХОЛЕВОЙ СУПРЕССИИ В МЕХАНИЗМАХ СТАРЕНИЯ И ДОЛГОЛЕТИЯ НА МОДЕЛИ DROSOPHILA MELANOGASTERНА МОДЕЛИ DROSOPHILA MELANOGASTER

Гены - супрессоры опухолей участвуют в контроле клеточной гибели и клеточного старения , однако их роль в регуляции продолжительности жизни организма изучена недостаточно .

Цель настоящей работы состояла в исследовании влияния гетерозиготности по генам онкосупрессоров на показатели продолжительности жизни и старение Drosophila melanogaster . Показано , что гетерозиготные мутации в генах l(3)hem , hyd , gd , ex и ft ведут к снижению средней продолжительности жизни у самок и сам цов . Анализ параметров уравнения Гомпертца ( обычно используемого для описания кривой выжива емости у дрозофилы ) выявил , что мутации l(3)hem , hyd и gd увеличивают возрастную компоненту ( α ) смертности у самцов , в то время как мутация в гене gd вызывает увеличение фоновой компоненты смертности (R), а ex – возрастной компоненты смертности у самок . Модулирующий эффект мутаций в генах онкосупрессоров на продолжительность жизни согласуется с их участием в контроле старение - ассоциированных сигнальных путей hedgehog ( hyd ), Notch ( gd ) и Hippo ( ex и ft ).

Ключевые слова

Об авторах

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия
Россия

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук, Сыктывкар, Россия ФГБОУ ВПО Сыктывкарский государственный университет, Сыктывкар, Россия
Россия

Список литературы

1. Вайсман Н.Я. Неожиданные эффекты генов-супрессоров опухоли в онтогенезе дрозофилы // Журн. общ. биологии. 2013. Т. 74. № 2. С. 83–98.

2. Вайсман Н.Я., Евгеньев М.Б., Голубовский М.Д. Параллелизм и парадоксальность действия на жизнеспособность и продолжительность жизни мутаций регулятора белков теплового шока hsf1 и онкосупрессора l(2)gl у Drosophila melanogaster // Изв. РАН. Сер. биол. 2012. № 1. С. 27–34.

3. Гаврилов Л.А., Гаврилова Н.С. Биология продолжительности жизни. М.: Наука, 1991. 280 c.

4. Alic N., Hoddinott M.P., Vinti G. et al. Lifespan extension by increased expression of the Drosophila homologue of the IGFBP7 tumour suppressor // Aging Cell. 2011. V. 10. No. 1. P. 137–147.

5. Ashburner M. Drosophila: A Laboratory Handbook. V. 1. Cold Spring Harbor, N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory, 1989. 1409 p.

6. Bauer J.H., Poon P.C., Glatt-Deeley H. et al. Neuronal expression of p53 dominant-negative proteins in adult Drosophila melanogaster extends life span // Curr. Biol. 2005. V. 15. No. 22. P. 2063–2068.

7. Blaumueller C.M., Mlodzik M. The Drosophila tumor suppressor expanded regulates growth, apoptosis, and patterning during development // Mech. Dev. 2000. V. 92. No. 2. P. 251–262.

8. Bryant P.J., Watson K.L., Justice R.W. et al. Tumor suppressor genes encoding proteins required for cell interactions and signal transduction in Drosophila // Dev. Suppl. 1993. P. 239–249.

9. Budovsky A., Tacutu R., Yanai H. et al. Common gene signature of cancer and longevity // Mech. Ageing Dev. 2009. V. 130. No. 1/2. P. 33–39.

10. Cai J., Zhang N., Zheng Y. et al. The Hippo signaling pathway restricts the oncogenic potential of an intestinal regeneration program // Genes Dev. 2010. V. 24. No. 21. P. 2383–2388.

11. Carlson M.E., Silva H.S., Conboy I.M. Aging of signal transduction pathways, and pathology // Exp. Cell Res. 2008. V. 314. No. 9. P. 1951–1961.

12. Gateff E. Tumor-suppressor genes, hematopoietic malignancies and other hematopoietic disorders of Drosophila melanogaster // Ann. N. Y. Acad. Sci. 1994. V. 712. P. 260–279.

13. Hamaratoglu F., Willecke M., Kango-Singh M. et al. The tumour-suppressor genes NF2/Merlin and Expanded act through Hippo signalling to regulate cell proliferation and apoptosis // Nat. Cell Biol. 2006. V. 8. No. 1. P. 27–36.

14. Harman D. The aging process // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1981. V. 78. No. 11. P. 7124–7128.

15. Jaekel R., Klein T. The Drosophila Notch inhibitor and tumor suppressor gene lethal (2) giant discs encodes a conserved regulator of endosomal traffi cking // Dev. Cell. 2006. V. 11. No. 5. P. 655–669.

16. Kinzler K.W., Vogelstein B. Cancer-susceptibility genes. Gatekeepers and caretakers // Nature. 1997. V. 386. No. 6627. P. 761, 763.

17. Kirkwood T.B. The nature and causes of ageing // Ciba Found Symp. 1988. V. 134. P. 193–207.

18. Kirkwood T.B. Understanding the odd science of aging // Cell. 2005. V. 120. No. 4. P. 437–447.

19. Lee J.D., Amanai K., Shearn A. et al. The ubiquitin ligase Hyperplastic discs negatively regulates hedgehog and decapentaplegic expression by independent mechanisms // Development. 2002. V. 129. No. 24. P. 5697–5706.

20. Mansfield E., Hersperger E., Biggs J. et al. Genetic and molecular analysis of hyperplastic discs, a gene whose product is required for regulation of cell proliferation in Drosophila melanogaster imaginal discs and germ cells // Dev. Biol. 1994. V. 165. No. 2. P. 507–526.

21. Olshansky S.J., Carnes B.A. Ever since Gompertz // Demography. 1997. V. 34. No. 1. P. 1–15.

22. Pertceva J.A., Dorogova N.V., Bolobolova E.U. et al. The role of Drosophila hyperplastic discs gene in spermatogenesis // Cell Biol. Int. 2010. V. 34. No. 10. P. 991–996.

23. Sas A.A., Snieder H., Korf J. Gompertz’ survivorship law as an intrinsic principle of aging // Med. Hypotheses. 2012. V. 78. No. 5. P. 659–663.

24. Silva E., Tsatskis Y., Gardano L. et al. The tumor-suppressor gene fat controls tissue growth upstream of expanded in the hippo signaling pathway // Curr. Biol. 2006. V. 16. No. 21. P. 2081–2089.

25. Tacutu R., Craig T., Budovsky A. et al. Human Ageing Genomic Resources: integrated databases and tools for the biology and genetics of ageing // Nucl. Acids Res. 2013. V. 41. No. Database issue. P. D1027–1033.

26. Wang C., Li Q., Redden D.T. et al. Statistical methods for testing effects on «maximum lifespan» // Mech. Ageing Dev. 2004. V. 125. No. 9. P. 629–632.

27. Werner H. Tumor suppressors govern insulin-like growth factor signaling pathways: implications in metabolism and cancer // Oncogene. 2012. V. 31. No. 22. P. 2703–2714.

28. Willecke M., Hamaratoglu F., Kango-Singh M. et al. The fat cadherin acts through the hippo tumor-suppressor pathway to regulate tissue size // Curr. Biol. 2006. V. 16. No. 21. P. 2090–2100.

29. Wilson D.L. The analysis of survival (mortality) data: fitting Gompertz, Weibull, and logistic functions // Mech. Ageing Dev. 1994. V. 74. No. 1/2. P. 15–33.

Читайте также: