Рас ГТФаза
 HRas Структура PDB 121p, поверхность окрашена в результате консервации в затравочном состоянии Pfam : золото, наиболее консервативное; темно-голубой, наименее сохранившийся. | |||
| Идентификаторы | |||
|---|---|---|---|
| Символ | Рас | ||
| Пфам | PF00071 | ||
| ИнтерПро | ИПР020849 | ||
| PROSITE | PDOC00017 | ||
| СКОП2 | 5p21 / SCOPe / СУПФАМ | ||
| CDD | cd04138 | ||
| |||
Ras , от « крысиной аркомы вируса », представляет собой семейство родственных белков , которые экспрессируются во всех линиях и органах животных клеток. Все члены семейства белков Ras принадлежат к классу белков, называемых малой ГТФазой , и участвуют в передаче сигналов внутри клеток ( клеточного трансдукция сигнала ). Ras является прототипом члена суперсемейства белков Ras , которые связаны трехмерной структурой и регулируют разнообразное поведение клеток.
Когда Ras «включается» поступающими сигналами, он впоследствии включает другие белки, которые в конечном итоге включают гены, участвующие в росте , дифференцировке и выживании клеток . Мутации в генах Ras могут привести к выработке постоянно активированных белков Ras, что может вызвать непреднамеренную и сверхактивную передачу сигналов внутри клетки даже при отсутствии входящих сигналов.
Поскольку эти сигналы приводят к росту и делению клеток, сверхактивная передача сигналов Ras может в конечном итоге привести к раку . [1] Три гена Ras у человека ( HRAS , KRAS и NRAS ) являются наиболее распространенными онкогенами при раке человека; мутации, которые постоянно активируют Ras, обнаруживаются в 20–25% всех опухолей человека и до 90% при определенных типах рака (например, раке поджелудочной железы ). [2] По этой причине ингибиторы Ras изучаются как средство лечения рака и других заболеваний со сверхэкспрессией Ras.
История [ править ]
первые два гена Ras, HRAS и KRAS . Были идентифицированы [3] на основе исследований двух вызывающих рак вирусов, вируса саркомы Харви и вируса саркомы Кирстен, проведенных Эдвардом М. Скольником и его коллегами из Национальных институтов здравоохранения (NIH). [4] Эти вирусы были первоначально обнаружены у крыс в 1960-х годах Дженнифер Харви. [5] и Вернер Х. Кирстен , [6] название Rat s соответственно, отсюда и arcoma . [3] В 1982 году ras человека. обнаружил в раковых клетках человека активированные и трансформирующие гены Джеффри М. Купер из Гарварда [7] Мариано Барбацид и Стюарт А. Ааронсон из НИЗ, [8] Роберт Вайнберг из Массачусетского технологического института, [9] и Майкл Виглер из лаборатории Колд-Спринг-Харбор. [10] Третий ген ras был впоследствии обнаружен исследователями из группы Робина Вайса в Институте исследования рака . [11] [12] и Майкл Виглер из лаборатории Колд-Спринг-Харбор, [13] назван NRAS в честь его первоначальной идентификации в клетках нейробластомы человека.
Три гена ras человека кодируют чрезвычайно похожие белки, состоящие из цепочек из 188–189 аминокислот. Их генные символы — HRAS , NRAS и KRAS , последний из которых производит изоформы K-Ras4A и K-Ras4B в результате альтернативного сплайсинга . [ нужна цитата ]
Структура [ править ]
Ras содержит шесть бета-цепей и пять альфа-спиралей . [14] Он состоит из двух доменов: G-домена из 166 аминокислот (около 20 кДа), который связывает гуанозиновые нуклеотиды, и С-концевой области, нацеленной на мембрану (CAAX-COOH, также известной как CAAX-бокс ), которая модифицирована липидами фарнезилом. трансфераза , RCE1 и ICMT . [ нужна цитата ]
Домен G содержит пять мотивов G, которые напрямую связывают GDP/GTP. Мотив G1, или P-петля, связывает бета-фосфат GDP и GTP. Мотив G2, также называемый Switch I или SW1, содержит треонин35, который связывает концевой фосфат (γ-фосфат) GTP и двухвалентный ион магния, связанный в активном центре. Мотив G3, также называемый Switch II или SW2, имеет мотив DXXGQ. D представляет собой аспартат57, который специфичен для связывания гуанина по сравнению с аденином, а Q представляет собой глютамин61, важнейший остаток, который активирует каталитическую молекулу воды для гидролиза GTP до GDP. Мотив G4 содержит мотив LVGNKxDL и обеспечивает специфическое взаимодействие с гуанином. Мотив G5 содержит консенсусную последовательность SAK. А — это аланин146, который обеспечивает специфичность к гуанину, а не к аденину.
Два мотива переключения, G2 (SW1) и G3 (SW2), являются основными частями белка, которые перемещаются, когда GTP гидролизуется с образованием GDP. Это конформационное изменение, вызванное двумя мотивами переключения, является тем, что обеспечивает базовую функциональность белка молекулярного переключения. Это состояние Ras, связанное с GTP, является состоянием «включено», а состояние, связанное с GDP, является состоянием «выключено». Два мотива переключения имеют ряд конформаций при связывании GTP или GDP или при отсутствии нуклеотида (при связывании с SOS1, который высвобождает нуклеотид). [15]
Ras также связывает ион магния , который помогает координировать связывание нуклеотидов.
Функция [ править ]
Белки Ras функционируют как бинарные молекулярные переключатели, которые контролируют внутриклеточные сигнальные сети. Ras-регулируемые сигнальные пути контролируют такие процессы, как актинового цитоскелета целостность , пролиферацию клеток , дифференцировку клеток , адгезию клеток , апоптоз и миграцию клеток . Ras и Ras-родственные белки часто нарушаются при раке, что приводит к усилению инвазии и метастазированию , а также снижению апоптоза.
Ras активирует несколько путей, из которых каскад митоген-активируемых протеинкиназ (MAP) хорошо изучен . Этот каскад передает сигналы ниже по течению и приводит к транскрипции генов, участвующих в росте и делении клеток. [16] Другим Ras-активируемым сигнальным путем является путь PI3K/AKT/mTOR , который стимулирует синтез белка и рост клеток, а также ингибирует апоптоз.
Активация и деактивация [ править ]
Ras представляет собой гуанозин - нуклеотидсвязывающий белок. В частности, это односубъединичная малая ГТФаза , которая по структуре родственна Gα субъединице гетеротримерных G-белков (больших ГТФаз). G-белки функционируют как бинарные сигнальные переключатели с состояниями «включено» и «выключено». В «выключенном» состоянии он связан с нуклеотидом гуанозиндифосфатом (GDP), а во «включенном» состоянии Ras связан с гуанозинтрифосфатом (GTP), который имеет дополнительную фосфатную группу по сравнению с GDP. Этот дополнительный фосфат удерживает две переключающие области в конфигурации «нагруженной пружины» (в частности, Thr-35 и Gly-60). При отпускании области переключения расслабляются, что вызывает конформационные изменения в неактивное состояние. Следовательно, активация и деактивация Ras и других малых G-белков контролируются путем циклического переключения между активной GTP-связанной и неактивной GDP-связанной формами.
Процессу обмена связанного нуклеотида способствуют факторы обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) и белки, активирующие ГТФазу (GAP). Согласно классификации, Ras обладает внутренней активностью ГТФазы , что означает, что белок сам по себе гидролизует связанную молекулу ГТФ с образованием ВВП. Однако этот процесс слишком медленный для эффективного функционирования, и, следовательно, GAP Ras, RasGAP, может связываться и стабилизировать каталитический механизм Ras, поставляя дополнительные каталитические остатки (« аргининовый палец »), так что молекула воды оптимально позиционируется для нуклеофильного действия. атака на гамма-фосфат ГТФ. Высвобождается неорганический фосфат, и молекула Ras теперь связана с GDP. Поскольку форма, связанная с GDP, «выключена» или «неактивна» для передачи сигналов, белок, активирующий ГТФазу, инактивирует Ras, активируя его активность ГТФазы. Таким образом, GAP ускоряют инактивацию Ras .
ГЭФ катализируют реакцию «толкания и притяжения», которая высвобождает ВВП из Раса. Они встраиваются близко к P-петле и месту связывания катиона магния и ингибируют их взаимодействие с анионом гамма-фосфата . Кислые (отрицательные) остатки в переключателе II «оттягивают» лизин в P-петле от GDP, что «отталкивает» переключатель I от гуанина. Контакты, удерживающие ВВП, разрываются, и он высвобождается в цитоплазму. Поскольку внутриклеточный ГТФ в избытке относительно ВВП (примерно в 10 раз больше) [16] GTP преимущественно повторно входит в карман связывания нуклеотидов Ras и перезагружает пружину. Ras Таким образом, GEF способствуют активации . [14] Хорошо известные GEF включают Son of Sevenless (Sos) и cdc25 , которые включают домен RasGEF .
Баланс между активностью GEF и GAP определяет статус гуаниновых нуклеотидов Ras, тем самым регулируя активность Ras.
В GTP-связанной конформации Ras обладает высоким сродством к многочисленным эффекторам , которые позволяют ему выполнять свои функции. К ним относится ПИ3К . Другие небольшие ГТФазы могут связывать адаптеры, такие как арфаптин, или системы вторичных мессенджеров, такие как аденилатциклаза . Связывающий домен Ras обнаружен во многих эффекторах и неизменно связывается с одной из областей переключения, поскольку они меняют конформацию между активной и неактивной формами. Однако они также могут связываться с остальной поверхностью белка.
Существуют и другие белки, которые могут изменить активность белков семейства Ras. Одним из примеров является GDI (ингибитор диссоциации ВВП). Они действуют, замедляя обмен ВВП на ГТП, тем самым продлевая неактивное состояние членов семьи Рас. Могут существовать и другие белки, дополняющие этот цикл.
Мембранное крепление [ править ]
Ras прикрепляется к клеточной мембране за счет пренилирования и пальмитоилирования ( HRAS и NRAS ) или сочетания пренилирования и многоосновной последовательности, прилегающей к месту пренилирования ( KRAS ). С-концевой CaaX-бокс Ras сначала фарнезилируется по остатку Cys в цитозоле, что позволяет Ras свободно встраиваться в мембрану эндоплазматического ретикулума и другие клеточные мембраны. Затем трипептид (ааХ) отщепляется от С-конца специфической эндопротеазой, специфичной для пренил-белка, и новый С-конец метилируется метилтрансферазой . На этом обработка KRas завершена. Динамические электростатические взаимодействия между его положительно заряженной основной последовательностью и отрицательными зарядами на внутреннем листке плазматической мембраны объясняют его преобладающую локализацию на поверхности клетки в устойчивом состоянии. NRAS и HRAS подвергаются дальнейшему процессингу на поверхности аппарата Гольджи путем пальмитоилирования одного или двух остатков Cys, соответственно, соседних с CaaX-боксом . Таким образом, белки прочно закрепляются на мембране (липидные рафты) и транспортируются в Плазматическая везикул мембрана секреторного пути . Депальмитоилирование ацилпротеинтиоэстеразами в конечном итоге высвобождает белки из мембраны, позволяя им войти в новый цикл пальмитоилирования и депальмитоилирования. [17] Считается, что этот цикл предотвращает утечку NRAS и HRAS в другие мембраны с течением времени и поддерживает их стационарную локализацию вдоль аппарата Гольджи , секреторного пути , плазматической мембраны и взаимосвязанного эндоцитоза пути .
Участники [ править ]
Клинически наиболее заметными представителями подсемейства Ras являются HRAS , KRAS и NRAS , главным образом из-за того, что они участвуют во многих типах рака. [18]
Однако есть и много других представителей этого подсемейства: [19] ДИРАС1 ; ДИРАС2 ; ДИРАС3 ; ЭРАС ; ДРАГОЦЕННЫЙ КАМЕНЬ ; МРАС ; НКИРАС1 ; НКИРАС2 ; РАЛА ; РАЛБ ; РАП1А ; РАП1Б ; РАП2А ; РАП2Б ; РАП2С ; РАСД1 ; РАСД2 ; РАСЛ10А ; РАСЛ10Б ; РАСЛ11А ; РАСЛ11Б ; РАСЛ12 ; РЕМ1 ; РЕМ2 ; РЕРГ ; РЕРГЛ ; РРАД ; РРАС ; RRAS2
Рас при раке [ править ]
Мутации в семействе протоонкогенов Ras (включая H-Ras, N-Ras и K-Ras) очень распространены и обнаруживаются в 20–30% всех опухолей человека. [18] Разумно предположить, что фармакологический подход, ограничивающий активность Ras, может представлять собой возможный метод ингибирования определенных типов рака. Точечные мутации Ras являются единственной наиболее распространенной аномалией протоонкогенов человека. [20] Ингибитор Ras транс-фарнезилтиосалициловая кислота (ФТС, салирасиб ) проявляет глубокие антионкогенные эффекты во многих линиях раковых клеток. [21] [22]
Несоответствующая активация [ править ]
Было показано, что несоответствующая активация гена играет ключевую роль в неправильной передаче сигнала, пролиферации и злокачественной трансформации. [16]
Мутации в ряде различных генов, а также в самом РАС могут иметь такой эффект. Онкогены , такие как p210BCR-ABL или рецептор роста erbB, находятся выше Ras, поэтому, если они конститутивно активированы, их сигналы будут передаваться через Ras. [ нужна цитата ]
Ген -супрессор опухоли NF1 кодирует Ras-GAP – его мутация при нейрофиброматозе будет означать, что Ras с меньшей вероятностью будет инактивирован. Ras также может усиливаться, хотя в опухолях это происходит лишь изредка.
Наконец, онкогены Ras могут быть активированы точечными мутациями, так что реакция GTPase больше не может стимулироваться GAP – это увеличивает период полураспада активных мутантов Ras-GTP. [23]
активный Рас Конститутивно
Конститутивно активный Ras ( Ras Д ) — тот, который содержит мутации, которые предотвращают гидролиз GTP, тем самым удерживая Ras в постоянно включенном состоянии.
Наиболее распространенные мутации обнаруживаются в остатке G12 в P-петле и каталитическом остатке Q61.
- Мутация глицина на валин в остатке 12 делает домен GTPase Ras нечувствительным к инактивации GAP и, таким образом, остается во «включенном состоянии». Ras требует GAP для инактивации, поскольку он сам по себе является относительно плохим катализатором, в отличие от других белков, содержащих G-домен, таких как альфа-субъединица гетеротримерных G-белков.
- Остаток 61 [24] отвечает за стабилизацию переходного состояния гидролиза ГТФ. Поскольку ферментативный катализ обычно достигается за счет снижения энергетического барьера между субстратом и продуктом, мутация Q61 в K (глютамин в лизин) обязательно снижает скорость внутреннего гидролиза Ras GTP до физиологически бессмысленного уровня.
См. также «доминантно-негативные» мутанты, такие как S17N и D119N.
Ras рака с помощью Лечение
Реовирус был признан потенциальным средством лечения рака, когда исследования показали, что он хорошо размножается в определенных линиях раковых клеток. Он специфически реплицируется в клетках, которые имеют активированный путь Ras (клеточный сигнальный путь, который участвует в росте и дифференцировке клеток). [25] Реовирус реплицируется и в конечном итоге убивает Ras-активированные опухолевые клетки, а когда происходит гибель клеток, дочерние вирусные частицы могут свободно инфицировать окружающие раковые клетки. Считается, что этот цикл заражения, репликации и гибели клеток повторяется до тех пор, пока все опухолевые клетки, несущие активированный путь Ras, не будут уничтожены. [ нужна цитата ]
Еще одним вирусом, лизисом опухоли, который специфически нацелен на опухолевые клетки с активированным путем Ras, является агент на основе вируса простого герпеса II типа (HSV-2), получивший обозначение FusOn-H2. [26] Активирующие мутации белка Ras и вышестоящих элементов белка Ras могут играть роль в более чем двух третях всех видов рака человека, включая большинство метастатических заболеваний. Реолизин , форма реовируса, и FusOn-H2 в настоящее время проходят клинические испытания или разрабатываются для лечения различных видов рака. [27] основанный на антимутированной siRNA K-RAS (G12D) под названием siG12D LODER (NCT01188785, NCT01676259). Кроме того, в настоящее время проходят клинические испытания метод лечения местно-распространенного рака поджелудочной железы, [28]
В моделях глиобластомы на мышах уровни SHP2 были повышены в раковых клетках головного мозга. Ингибирование SHP2, в свою очередь, ингибирует дефосфорилирование Ras. Это уменьшило размеры опухоли и сопутствующее увеличение выживаемости. [29] [30]
Другие стратегии пытались манипулировать регуляцией вышеупомянутой локализации Ras. Ингибиторы фарнезилтрансферазы были разработаны для остановки фарнезилирования Ras и, следовательно, для ослабления его сродства к мембранам. [2] Другие ингибиторы воздействуют на цикл пальмитоилирования Ras путем ингибирования депальмитоилирования ацилпротеинтиоэстеразами , что потенциально приводит к дестабилизации цикла Ras. [31]
Новая стратегия поиска ингибиторов для мутированных молекул Ras была описана в . [32] Мутации Ras в 12-м положении остатка ингибируют связывание регуляторной молекулы GAP с мутированным Ras, вызывая неконтролируемый рост клеток. Новая стратегия предлагает найти небольшие молекулы клея, которые прикрепляют мутировавший Ras к GAP, запрещая неконтролируемый рост клеток и восстанавливая нормальную функцию. Для этой цели была разработана теоретическая конформация Ras-GAP с зазором в несколько Å между молекулами и проведен высокопроизводительный стыковочный процесс in silico для поиска клеящих агентов. В качестве доказательства концепции были описаны две новые молекулы с удовлетворительной биологической активностью.
У других видов [ править ]
В большинстве типов клеток большинства видов большая часть Ras относится к типу GDP. Это справедливо для Xenopus ооцитов и мыши фибробластов . [33]
Xenopus laevis [ править ]
Как упоминалось выше, большая часть X. ооцитов Ras является конъюгатом GDP. млекопитающих Ras индуцирует мейоз в ооцитах X. laevis почти наверняка путем усиления мейоза, индуцированного инсулином , но не индуцируемого прогестероном . Синтез белка , похоже, не является частью этого этапа. Инъекция увеличивает синтез диацилглицерина из фосфатидилхолина . Некоторым эффектам мейоза противодействует rap1 , (и Ras модифицированный для неправильной стыковки). И rap1 , и модифицированный Ras являются соантагонистами GAP p120Ras на этом пути. [33]
Drosophila melanogaster [ править ]
Экспрессируется во всех тканях Drosophila melanogaster , но преимущественно в нервных клетках. Сверхэкспрессия в некоторой степени смертельна и во время развития приводит к аномалиям глаз и крыльев. (Это соответствует - и может быть причиной - подобных аномалий, вызванных мутированными рецепторными тирозинкиназами .) Гены D. , вызывающие ras у млекопитающих, вызывают аномалии. [33]
Аплизия [ править ]
Наибольшая экспрессия у Aplysia spp. находится в нервных клетках. [33]
Caenorhabditis elegans [ править ]
Ген у C. elegans — let 60 . В этой модели, по-видимому, также играют роль в образовании рецепторной тирозинкиназы. Сверхэкспрессия приводит к развитию нескольких влагалищ из-за ее участия в нормальном развитии этого региона; сверхэкспрессия в эффекторных сайтах приводит к летальному исходу. [33]
Dictyostelium discoideum [ править ]
Незаменим для Dictyostelium discoideum . Об этом свидетельствуют тяжелые нарушения развития при недостаточной экспрессии ras и значительные нарушения различных видов жизнедеятельности при их искусственной экспрессии, такие как: повышенная концентрация инозитолфосфатов ; вероятное снижение связывания цАМФ с хемотаксиса рецепторами ; и это, вероятно, причина цГМФ нарушения синтеза . На активность аденилатциклазы не влияет ras . [33]
Ссылки [ править ]
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Перейти обратно: а б Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Перейти обратно: а б Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Перейти обратно: а б Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Перейти обратно: а б с Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Перейти обратно: а б Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Ошибка Lua в модуле: Citation/CS1/Configuration в строке 2058: попытка индексировать логическое значение.
Внешние ссылки [ править ]
- «Обнаружение опухолей головного мозга дает надежду на новую стратегию, говорит Канадское онкологическое общество» на ncic.cancer.ca
- «Новое лечение рака получает поддержку NCI» на arstechnica.com
- ras+Proteins Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- ras+Genes в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- дрозофилы Онкоген Ras на 85D - The Interactive Fly
- «Анимация активации ras EGFR»
- «Rascore: инструмент для анализа белковых структур RAS»
