Циклин D/Cdk4
Комплекс Cyclin D/Cdk4 представляет собой мультибелковую структуру, состоящую из белков Cyclin D и циклин-зависимой киназы 4, или Cdk4 , серин-треониновой киназы. Этот комплекс является одним из многих циклин/циклинзависимых киназных комплексов, которые являются «сердцем системы контроля клеточного цикла». [ 1 ] и управляют клеточным циклом и его развитием. Как следует из названия, циклин-зависимая киназа активна и способна фосфорилировать свои субстраты только тогда, когда она связана с соответствующим циклином. Комплекс Cyclin D/Cdk4 необходим для перехода клетки от фазы роста 1 к фазе синтеза клеточного цикла, для контрольной точки Start или G1/S .
Основной механизм
[ редактировать ]
В условиях неделения (когда клетка находится в фазе G0 клеточного цикла) белок ретинобластомы ( Rb ) связывается с транскрипционным фактором E2F . Во время перехода G0 в G1 фактор роста стимулирует синтез белка циклина D, [ 2 ] концентрация которого увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимума в районе перехода G1/S.
На ранних и средних стадиях фазы G1 циклин D связывается с конститутивно экспрессируемым белком Cdk4, [ 3 ] который создает активированный комплекс CyclinD/Cdk4. После активации комплекс Cyclin D/Cdk4 стыкуется с C-концевой спиралью белка ретинобластомы (pRb), что приводится в действие сайтом узнавания C-концевой спирали циклина D. [ 4 ] При стыковке CyclinD/Cdk4 монофосфорилирует белок Rb, [ 5 ] который нарушает взаимодействие Rb/E2F и достаточен для инициации индукции E2F. [ 6 ] E2F транскрипционно активирует ряд нижестоящих генов-мишеней, необходимых на следующих стадиях клеточного цикла и репликации ДНК, путем связывания с их промоторными областями ДНК. Эти гены включают гены циклина E и A, а также другие гены, связанные с переходом G1/S.
Синтез циклина E и последующее связывание с конститутивно экспрессируемым Cdk2 приводит к всплеску активности комплекса циклин E/Cdk2, [ 7 ] который отвечает за гиперфосфорилирование Rb. [ 5 ] Гиперфосфорилирование Rb приводит к полной инактивации Rb и высвобождению E2F, запуская петлю положительной обратной связи между E2F и циклином E/Cdk2, которая стимулирует экспрессию генов перехода G1/S, управляемых E2F, и на определенном уровне активирует бистабильный переключатель. это приводит к необратимому переходу в S-фазу. [ 6 ] [ 7 ]
Регулирование
[ редактировать ]В этом сигнальном пути имеется несколько точек регуляции. Прежде всего, в условиях отсутствия деления несколько белков могут ингибировать комплекс циклин D/Cdk4, связывая Cdk4 и ингибируя его ассоциацию с циклином D. В первую очередь это достигается с помощью p27 , но это также может быть сделано с помощью p16 и p21 . Однако этот путь стимулируется восходящим связыванием факторов роста (GF) либо изнутри самой клетки, либо из соседних клеток. Стимуляция факторами роста активирует любой из ряда белков рецепторной тирозинкиназы ( RTK ). Эти рецепторные тирозинкиназы, в свою очередь, фосфорилируют и активируют многие другие белки, включая Fos / Jun / Myc и фосфатидилинозитол-3-киназу ( PI-3-K ). Fos / Jun / Myc помогает активировать комплекс Cyclin D/Cdk4. Фосфатидилинозитол-3-киназа фосфорилирует p27 (или p16, или p21) и SCF / Skp1 . Фосфорилирование p27 ингибирует способность p27 связывать Cdk4, тем самым освобождая Cdk4 для связи с циклином D и образования активного комплекса. SCF /Skp1 (ан E3-убиквитин-лигаза ) помогает дополнительно ингибировать p27 и, таким образом, дополнительно активировать комплекс Cyclin D/Cdk4. Кроме того, р27 действует как ингибитор циклина Е и циклина А. Таким образом, его ингибирование также способствует активации последующих митотических процессов, как отмечалось выше.
Существуют и другие периферические регуляторы комплекса Cyclin D/Cdk4. В мегакариоцитах он регулируется GATA-1 транскрипционным фактором . [ 8 ] GATA-1 служит активирующим фактором транскрипции циклина D и, возможно, также репрессором ингибитора циклина D, p16. Cdk4 также требует активации при сборке комплекса с циклином D. Это достигается с помощью киназы, активирующей Cdk ( CAK ), которая фосфорилирует Cdk4 по треонину 172. [ 9 ]
Рак
[ редактировать ]Нарушения в оси CyclinD/Cdk4 при раке
Функция комплекса Cyclin D/Cdk4 предполагает очевидную связь с раком и онкогенезом. Фактически, нарушения в оси циклин D/Cdk4, которые приводят к увеличению активности циклина D/Cdk4, были обнаружены при многих видах рака. Существует ряд причин этих сбоев.
- Во-первых, опухоли могут сверхэкспрессировать циклин D1, как это было обнаружено при раке молочной железы и поджелудочной железы. [ 10 ] [ 11 ]
- Во-вторых, опухоли могут иметь мутации или амплификации белка Cdk4, как это было обнаружено при меланоме и плоскоклеточном раке головы и шеи. [ 12 ] [ 13 ]
- В-третьих, в опухолях может наблюдаться снижение или полная потеря негативных регуляторов Cyclin D/Cdk4 либо в результате мутации, делеции, либо в результате подавления ингибиторов. Гомозиготные делеции в p16, ингибиторе Cdk4 семейства INK4, были обнаружены более чем в 50% глиом, а мутации в p16 были обнаружены при многих типах рака, включая семейные меланомы; лимфомы; и рак пищевода, поджелудочной железы и немелкоклеточный рак легких. [ 14 ] Снижение экспрессии p27, ингибитора семейства CIP/KIP, было обнаружено при ряде видов рака толстой кишки, молочной железы, простаты, печени, легких, мочевого пузыря, яичников и желудка; это показатель худшего прогноза при этих видах рака. [ 15 ]
- В-четвертых, опухоли могут подавлять активность микроРНК, нацеленных на Cdk4, как это было обнаружено при раке мочевого пузыря. [ 16 ]
- Наконец, в опухолях может наблюдаться нарушение регуляции вышестоящих онкогенных сигнальных путей, таких как путь фосфатидилинозитол-3-киназы (P13K), митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK), ядерного фактора, усилителя каппа-легкой цепи активированных B-клеток (NF-). κB) путь и сигнальные пути стероидных гормонов, которые способствуют активности CyclinD/Cdk4.
Нарушение оси Cyclin D/Cdk4 посредством любого из этих трех механизмов вызывает фосфорилирование Rb, транскрипцию генов, управляемых E2F, неконтролируемое продвижение через контрольную точку G1/S и, в конечном итоге, рост раковых клеток. [ 17 ]
Селективные ингибиторы Cdk4/6
Учитывая роль циклина D/Cdk4 в прогрессировании рака, в последние годы возрос интерес к разработке селективных ингибиторов Cdk4/6. В настоящее время три ингибитора Cdk4/6 одобрены или находятся на поздней стадии разработки: палбоциклиб, рибоциклиб и абемациклиб. Все три из этих ингибиторов являются АТФ-конкурентными препаратами для перорального применения. [ 17 ]
На данный момент селективные ингибиторы Cdk4/6 показали себя наиболее многообещающими при использовании в сочетании с другими антиэстрогенными препаратами для лечения распространенного рака молочной железы, положительного по гормональным рецепторам (HR+). При HR+ раке молочной железы клетки сохраняют экспрессию Rb дикого типа и сверхэкспрессируют циклин D1.
- Результаты недавнего клинического исследования III стадии исследования MONALEESA-2 показали, что рибоциклиб в сочетании с нестероидным ингибитором ароматазы летрозолом увеличивает медиану общей выживаемости на 12,5 месяцев у пациентов с HR+, отрицательными по рецептору 2 эпидермального фактора роста человека (HER2) в постменопаузе, по сравнению с ними. к лечению только летрозолом. [ 18 ]
- Результаты исследования PALOMA-2 показали, что лечение палбоциклибом и летрозолом увеличивает выживаемость без прогрессирования на 10,3 месяца по сравнению с лечением только летрозолом у пациентов с ранее не получавшим лечения HR+-положительным и HER2-негативным раком молочной железы. [ 19 ]
- Результаты исследования MONARCH-3 показали, что лечение абемациклибом в сочетании с летрозолом или анастрозолом увеличивает медиану выживаемости без прогрессирования на 13,42 месяца у пациенток в постменопаузе с нелеченым HR+, HER2-негативным раком молочной железы. [ 20 ]
Дополнительные исследования эффективности этих комбинированных методов лечения рака молочной железы в различных условиях продолжаются. На основании обнадеживающих результатов клинических испытаний также проводятся дополнительные исследования по изучению влияния трех селективных ингибиторов Cdk4/6 на другие новообразования, такие как немелкоклеточный рак легких. [ 17 ] [ 21 ] Следует отметить, что некоторые пациенты в доклинических и клинических условиях не ответили на ингибиторы Cdk4/6 или стали к ним резистентными. Исследования механизмов, лежащих в основе этих клинических результатов, все еще продолжаются.
Неканонические роли CyclinD/Cdk4
[ редактировать ]Помимо своей канонической роли в содействии прохождению клеточного цикла, CyclinD/Cdk4 также играет роль в регуляции дифференцировки и метаболизма клеток в различных контекстах.
Дифференциация клеток
Rb может способствовать дифференцировке клеточного цикла путем взаимодействия с множеством различных транскрипционных факторов, специфичных для конкретного типа клеток. Эти факторы транскрипции включают MyoD и MEF2, которые регулируют дифференцировку мышечных клеток, и RUNX2, который регулирует дифференцировку остеобластов. [ 22 ] Когда CyclinD/Cdk4 фосфорилирует и инактивирует Rb, роль Rb в управлении дифференцировкой клеток посредством взаимодействия с этими факторами транскрипции ингибируется. Активность циклина D/Cdk4 также может напрямую блокировать ассоциацию MEF2 с GRIP-1, коактиватором транскрипции, который ингибирует способность MEF2 индуцировать экспрессию мышечных генов и последующую дифференцировку. [ 22 ] [ 23 ]
Активность циклина D/Cdk4 также может регулировать дифференцировку клеток Rb-независимыми путями. Например, было показано, что активность CyclinD/Cdk4 фосфорилирует фактор транскрипции GATA4 , который направляет его на деградацию и ингибирует дифференцировку кардиомиоцитов. [ 24 ] Кроме того, считается, что активность Cyclin D/Cdk4 блокирует нейрогенез в нервных стволовых клетках и способствует экспансии базальных предшественников. [ 25 ]
Метаболизм
Глюконеогенез в печени имеет решающее значение для выживания во время голодания и голодания. Было показано, что активность CyclinD1/Cdk4 играет роль в регуляции гомеостаза глюкозы путем подавления печеночного глюконеогенеза посредством индуцированного фосфорилированием ингибирования коактиватора-1α рецептора, активируемого пролифератором пероксисомы (PGC1α). (PGC1α) представляет собой коактиватор транскрипции, который управляет программированием экспрессии генов глюконеогенеза в печени. [ 26 ] Дополнительные исследования показали, что путь CyclinD/Cdk4/Rb/ER2F также влияет на экспрессию Kir6.2, субъединицы АТФ-чувствительного K-канала, который регулирует секрецию инсулина, индуцированную глюкозой. Когда комплекс CyclinD/Cdk4 ингибируется, экспрессия Kir6.2 подавляется, а при тестировании на мышиных моделях наблюдается нарушение секреции инсулина и непереносимость глюкозы. [ 27 ] Учитывая, что гомеостаз глюкозы при диабете нарушается, существует постоянный интерес к тому, может ли комплекс CyclinD/Cdk4 стать потенциальной мишенью для лечения заболевания.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Морган, Дэвид. Управление клеточным циклом: Введение .
- ^ Шерр, CJ; Робертс, Дж. М. (15 мая 1995 г.). «Ингибиторы циклинзависимых киназ G1 млекопитающих» . Гены и развитие . 9 (10): 1149–1163. дои : 10.1101/gad.9.10.1149 . ISSN 0890-9369 . ПМИД 7758941 .
- ^ Гупта, Ашна; Дагар, Гунджан; Чаухан, Рави; Садида, Хана К.; и др. (2023). «Циклин-зависимые киназы при раке: роль, регуляция и терапевтическое нацеливание». Достижения в области химии белков и структурной биологии . Том. 135. Эльзевир. стр. 21–55. дои : 10.1016/bs.apcsb.2023.02.001 . ISBN 978-0-443-15822-3 . ПМИД 37061333 .
- ^ Топасио, Бенджамин Р.; Затуловский, Евгений; Кристя, Сандра; Се, Шиконг; и др. (2019). «Циклин D-Cdk4,6 стимулирует развитие клеточного цикла через С-концевую спираль белка ретинобластомы» . Молекулярная клетка . 74 (4): 758–770.е4. doi : 10.1016/j.molcel.2019.03.020 . ПМК 6800134 . ПМИД 30982746 .
- ^ Jump up to: а б Нарасимха, Анил М; Каулич, Мануэль; Шапиро, Гэри С; Чхве, Юн Дж; и др. (04.06.2014). «Циклин D активирует опухолевый супрессор Rb путем монофосфорилирования» . электронная жизнь . 3 . doi : 10.7554/eLife.02872 . ISSN 2050-084X . ПМК 4076869 . ПМИД 24876129 .
- ^ Jump up to: а б Ким, Сонсу; Леонг, Алессандра; Ким, Мина; Ян, Хи Вон (07 октября 2022 г.). «CDK4/6 инициирует инактивацию Rb, а активность CDK2 координирует выполнение клеточного цикла и переход G1/S» . Научные отчеты . 12 (1): 16810. Бибкод : 2022NatSR..1216810K . дои : 10.1038/s41598-022-20769-5 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 9546874 . ПМИД 36207346 .
- ^ Jump up to: а б Моррис, Лорна; Аллен, К. Элизабет; Ла Танг, Николас Б. (2000). «Регуляция транскрипции E2F с помощью киназы циклин E – Cdk2, опосредованной коактиваторами p300/CBP». Природная клеточная биология . 2 (4): 232–239. дои : 10.1038/35008660 . ISSN 1465-7392 . ПМИД 10783242 .
- ^ Мунтян, Эндрю Г.; Панг, Лиян; Понц, Мортимер; Дауди, Стивен Ф.; и др. (15 июня 2007 г.). «Циклин D–Cdk4 регулируется GATA-1 и необходим для роста и полиплоидизации мегакариоцитов» . Кровь . 109 (12): 5199–5207. doi : 10.1182/blood-2006-11-059378 . ISSN 0006-4971 . ПМК 1890844 . ПМИД 17317855 .
- ^ Като, JY; Мацуока, М; Стром, ДК; Шерр, CJ (1994). «Регуляция циклин D-зависимой киназы 4 (cdk4) с помощью киназы, активирующей cdk4» . Молекулярная и клеточная биология . 14 (4): 2713–2721. дои : 10.1128/MCB.14.4.2713 . ISSN 0270-7306 . ПМЦ 358637 . ПМИД 8139570 .
- ^ Финн, Ричард С.; Алешин, Алексей; Слэмон, Деннис Дж. (2016). «Нацеливание на циклин-зависимые киназы (CDK) 4/6 при раке молочной железы, положительном по рецепторам эстрогена» . Исследование рака молочной железы . 18 (1): 17. дои : 10.1186/s13058-015-0661-5 . ISSN 1465-542X . ПМЦ 4746893 . ПМИД 26857361 .
- ^ Гансоге, Сюзанна; Гансоге, Фрэнк; Рамадани, Марко; Стоббе, Хайке; и др. (1 мая 1997 г.). «Сверхэкспрессия циклина D1 при карциноме поджелудочной железы человека связана с плохим прогнозом» . Исследования рака . 57 (9). Американская ассоциация исследований рака: 1634–1637. ISSN 0008-5472 . ПМИД 9134998 .
- ^ Сабир, Маймуна; Байг, Рукия Мехмуд; Махджабин, Ишрат; Каяни, Махмуд Ахтар (2012). «Новые мутации CDK4 зародышевой линии у пациентов с раком головы и шеи» . Наследственный рак в клинической практике . 10 (1): 11. дои : 10.1186/1897-4287-10-11 . ISSN 1897-4287 . ПМЦ 3488972 . ПМИД 22932448 .
- ^ Пунтерволл, Ханне Экнес; Ян, Сяохун Р; Ветти, Хильдегунн Хёберг; Бахманн, Ингеборг М; и др. (2013). «Семьи, склонные к меланоме с мутацией зародышевой линии CDK4: фенотипический профиль и ассоциации с вариантами MC1R» . Журнал медицинской генетики . 50 (4): 264–270. doi : 10.1136/jmedgenet-2012-101455 . ISSN 0022-2593 . ПМК 3607098 . ПМИД 23384855 .
- ^ Мэн, Раймонд Д.; Эль-Дейри, Вафик С. (2002). «Генная терапия рака с использованием генов-супрессоров опухолей, участвующих в контроле клеточного цикла». Генная терапия рака . Эльзевир. стр. 279–297. дои : 10.1016/b978-012437551-2/50018-5 . ISBN 978-0-12-437551-2 .
- ^ Молаторе, Сара; Пеллегата, Наталья С. (2010). «Синдром MENX и p27: связь с множественной эндокринной неоплазией». Прогресс в исследованиях мозга . Том. 182. Эльзевир. стр. 295–320. дои : 10.1016/s0079-6123(10)82013-8 . ISBN 978-0-444-53616-7 . ПМИД 20541671 .
- ^ Линь, Ивэй; Ву, Цзянь; Чен, Хун; Мао, Ецин; и др. (17 февраля 2012 г.). «Циклин-зависимая киназа 4 является новой мишенью для остановки клеточного цикла, опосредованной микроРНК-195, в клетках рака мочевого пузыря». Письма ФЭБС . 586 (4): 442–447. Бибкод : 2012FEBSL.586..442L . дои : 10.1016/j.febslet.2012.01.027 . ISSN 0014-5793 . ПМИД 22289176 .
- ^ Jump up to: а б с Гамильтон, Эрика; Инфанте, Джеффри Р. (2016). «Нацеливание на CDK4/6 у больных раком» . Обзоры лечения рака . 45 : 129–138. дои : 10.1016/j.ctrv.2016.03.002 . ПМИД 27017286 .
- ^ Хортобадьи, Габриэль Н.; Голоса, Соломон М.; Беррис, Ховард А.; Да, Юн-Сим; и др. (10 марта 2022 г.). «Общая выживаемость при применении рибоциклиба плюс летрозола при распространенном раке молочной железы» (PDF) . Медицинский журнал Новой Англии . 386 (10): 942–950. дои : 10.1056/NEJMoa2114663 . ISSN 1533-4406 . ПМИД 35263519 .
- ^ Финн, Ричард С.; Мартин, Майкл; Руго, Хоуп С.; Джонс, Стивен; Я, Сок-А; Гельмон, Карен; Харбек, Надя; Липатов Олег Н.; Уолш, Дженис М.; Молдер, Стейси; Готье, Эрик; Лу, Донгруй Р.; Рэндольф, София; Диерас, Вероника; Слэмон, Деннис Дж. (17 ноября 2016 г.). «Палбоциклиб и летрозол при распространенном раке молочной железы» . Медицинский журнал Новой Англии . 375 (20): 1925–1936. дои : 10.1056/NEJMoa1607303 . ISSN 0028-4793 . ПМИД 27959613 .
- ^ Джонстон, Стивен; Мартин, Мигель; Ди Лео, Анджело; Я, Сок-А; Авада, Ахмад; Форрестер, Тэмми; Френцель, Мартин; Хардебек, Молли С.; Кокс, Джоан; Баррига, Сусана; Той, Масакадзу; Ивата, Хиродзи; Гетц, Мэтью П. (17 января 2019 г.). «Окончательный PFS MONARCH 3: рандомизированное исследование абемациклиба в качестве начальной терапии распространенного рака молочной железы» . НПЖ Рак молочной железы . 5 (1): 5. doi : 10.1038/s41523-018-0097-z . ISSN 2374-4677 . ПМК 6336880 . ПМИД 30675515 .
- ^ Рампиони Винчигерра, Джан Лука; Сонего, Маура; Сегатто, Иления; Далл'Аква, Алессандра; Веккьоне, Андреа; Бальдасарре, Густаво; Беллетти, Барбара (27 мая 2022 г.). «Ингибиторы CDK4/6 в комбинированной терапии: лучше в компании, чем по отдельности: мини-обзор» . Границы онкологии . 12 . дои : 10.3389/fonc.2022.891580 . ISSN 2234-943X . ПМЦ 9197541 . ПМИД 35712501 .
- ^ Jump up to: а б Гидбринг, Пер; Малумбрес, Маркос; Сичинский, Петр (2016). «Неканонические функции циклинов клеточного цикла и циклин-зависимых киназ» . Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 17 (5): 280–292. дои : 10.1038/номер.2016.27 . ISSN 1471-0072 . ПМЦ 4841706 . ПМИД 27033256 .
- ^ Лазаро, Жан-Бернар; Бейли, Питер Дж.; Лассар, Эндрю Б. (15 июля 2002 г.). «Активность циклина D–cdk4 модулирует субъядерную локализацию и взаимодействие MEF2 с коактиваторами семейства SRC во время дифференцировки скелетных мышц» . Гены и развитие . 16 (14): 1792–1805. дои : 10.1101/gad.U-9988R . ISSN 0890-9369 . ЧВК 186397 . ПМИД 12130539 .
- ^ Накадзима, Кунико; Инагава, Масайо; Учида, Тихару; Окада, Кумико; и др. (01.05.2011). «Координированная регуляция дифференцировки и пролиферации эмбриональных кардиомиоцитов с помощью пути jumonji (Jarid2)-циклин D1». Развитие 138 (9). Компания биологов: 1771–1782. дои : 10.1242/dev.059295 . ISSN 1477-9129 . ПМИД 21447557 .
- ^ Ланге, Кристиан; Хаттнер, Виланд Б.; Калегари, Федерико (2009). «Сверхэкспрессия Cdk4/CyclinD1 в нервных стволовых клетках укорачивает G1, задерживает нейрогенез и способствует генерации и расширению базальных предшественников» . Клеточная стволовая клетка . 5 (3): 320–331. дои : 10.1016/j.stem.2009.05.026 . ПМИД 19733543 .
- ^ Бхалла, Кавита; Лю, Ван-Джу; Томпсон, Кейта; Андерс, Ларс; и др. (01.10.2014). «Циклин D1 подавляет глюконеогенез посредством ингибирования транскрипционного коактиватора PGC1α» . Диабет 63 (10): 3266–3278. дои : 10.2337/db13-1283 . ISSN 0012-1797 . ПМЦ 4392904 . ПМИД 24947365 .
- ^ Анникотт, Жан-Себастьян; Бланше, Эмили; Чави, Карин; Янкова, Ирена; и др. (13 июля 2009 г.). «Путь CDK4–pRB–E2F1 контролирует секрецию инсулина» . Природная клеточная биология . 11 (8). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 1017–1023. дои : 10.1038/ncb1915 . ISSN 1465-7392 . ПМЦ 2824657 . ПМИД 19597485 .