Úloha proteínov aktivujúcich GTPázu pri regulovanej bunkovej smrti a nádorovej imunite

Abstraktné

Proteín aktivujúci GTPázu (GAP) je negatívny regulátor proteínu GTPázy, o ktorom sa predpokladá, že podporuje konverziu aktívnej formy GTPázy-GTP na formu GTPázy-GDP. Na základe svojej schopnosti regulovať proteíny GTPázy a ďalšie domény sa GAP priamo alebo nepriamo podieľajú na rôznych procesoch bunkovej potreby. Preskúmali sme existujúce dôkazy o GAP regulujúcich regulovanú bunkovú smrť (RCD), najmä apoptózu a autofágiu, ako aj niektoré nové RCD, s osobitnou pozornosťou na ich spojenie s chorobami, najmä rakovinou. Zvažovali sme tiež, že GAP by mohli ovplyvniť nádorovú imunitu a pokúsili sme sa spojiť GAP, RCD a nádorovú imunitu. Hlbšie pochopenie GAP na reguláciu týchto procesov by mohlo viesť k objavu nových terapeutických cieľov, ktoré by zabránili patologickej strate buniek alebo sprostredkovali smrť rakovinových buniek.

Regulačná bunková smrť sa týka aktívnej smrti triedy regulačných buniek v imunitnom systéme, čím sa reguluje intenzita a trvanie imunitnej odpovede. Regulačné bunky zahŕňajú regulačné T bunky a regulačné B bunky atď., ktoré sú kľúčové pre udržanie homeostázy imunitného systému. Medzi regulačnou bunkovou smrťou a imunitou existuje úzky vzťah. Regulačná bunková smrť môže ovplyvniť intenzitu a trvanie imunitnej odpovede a tým aj úroveň imunity. Na jednej strane môže regulovaná bunková smrť posilniť imunitnú odpoveď a podporiť odstraňovanie patogénov. Na druhej strane nadmerná smrť regulačných buniek môže tiež oslabiť imunitu, čo vedie k náchylnosti na infekcie a autoimunitné ochorenia. Stručne povedané, smrť regulačných buniek úzko súvisí s imunitou. Vhodná smrť regulačných buniek môže posilniť imunitnú odpoveď a podporiť odstraňovanie patogénov, ale nadmerná smrť regulačných buniek môže tiež oslabiť imunitu, čím sa telo stane náchylným na infekciu a výskyt autoimunitných ochorení. Preto musíme venovať zvýšenú pozornosť zlepšeniu imunity. Cistanche môže zvýšiť imunitu. Cistanche je bohatá na rôzne antioxidačné látky, ako je vitamín C, vitamín C, karotenoidy atď. Tieto zložky dokážu vychytávať voľné radikály, znižovať oxidačný stres a zlepšovať imunitu. odolnosť imunitného systému.

Kliknite na doplnok cistanche deserticola

Kľúčové slová:

Proteíny aktivujúce GTPázu, Regulovaná bunková smrť, Nádorová imunita.

Úvod

Ľudská nadrodina Ras (monomérne GTPázy) malých guanozíntrifosfatáz (malé GTPázy) obsahuje viac ako 150 členov [1] a zvyčajne sa delí do piatich hlavných rodín: rodiny Ras, Rho, Rab, Arf a Ran [2]. Sú spojené s rôznymi bunkovými procesmi, vrátane prenosu signálu, transportu materiálu a konštrukcie cytoplazmatického skeletu [3]. Malé GTPázy majú dva rôzne konformačné stavy a cyklujú medzi nimi tam a späť.

V aktivovanom stave sú viazané na GTP a pri HDP je to naopak. Tento stavový prechod riadia tri regulátory: výmenné faktory guanínových nukleotidov (GEF), inhibítory disociácie guanínových nukleotidov (GDI) a proteíny aktivujúce GTPázu (GAP) [4]. Medzi nimi sú GEF pozitívne faktory, ktoré aktivujú GTPázu podporovaním väzby na GTP, zatiaľ čo GDI a GAP sú negatívne faktory, ktoré inaktivujú GTPázu sekvestráciou a hydrolýzou GTP [3, 4].

GAP sú viacnásobné štrukturálne doménové proteíny (obr. 1), ktorých veľkosť sa pohybuje od 50 do 250 kDa [5]. V súlade s nadrodinou Ras GTPáz možno GAP rozdeliť aj do piatich hlavných rodín: rodiny Ras-GAP, RhoGAP, Rab-GAP, Arf-GAP a Ran-GAPs. Na rozdiel od GAP pre superrodinu Ras, trieda GAP, nazývaná regulátory G proteínovej signalizácie (RGS), pôsobí na heterotrimérne G proteíny [5, 6]. Keď sú GAP v konformácii naviazanej na GDP, môžu vo všeobecnosti ukončiť zodpovedajúce signálne kaskády po prúde hydrolýzou GTP. Hydrolytická reakcia GTP je extrémne pomalá, ale GAP môžu urýchliť krok štiepenia o niekoľko rádov, aby sa zvýšila rýchlosť hydrolýzy. Počas hydrolýzy RasGTP tradičné GAP vkladajú arginínový prst alebo asparagínový palec do nukleotidovej väzbovej drážky cielenej GTPázy, aby stimulovali hydrolýzu [7, 8], zatiaľ čo RGS proteíny sa priamo viažu na aktívne G podjednotky receptora spojeného s G-proteínom. (GPCR) na vyvolanie hydrolýzy [6].

Fyziologicky je bunková smrť homeostatický mechanizmus, ktorý reguluje a udržiava funkciu a veľkosť tkanív a orgánov. Významne odlišné od náhodnej bunkovej smrti (ACD), dôsledky vonkajšieho narušenia prostredia, regulovaná bunková smrť (RCD), sú potrebné pre fyziologické alebo patologické nepríjemnosti, ktoré aktivujú endogénne geneticky kódované molekulárne štruktúrované signálne kaskády a mechanizmy, ktoré môžu byť ovplyvnené genetickou alebo farmakologický liek. RCD možno rozdeliť do dvoch hlavných typov: apoptotické a neapoptotické. Apoptóza je najbežnejšou formou programovanej bunkovej smrti (PCD), zatiaľ čo ďalšia hlavná kategória neapoptotických RCD, ktorá zahŕňa nekroptózu, autofágiu, mitotickú katastrofu, pyroptózu, feroptózu, metuózu, proptózu, parthanatos, bunkovú smrť závislú od lyzozómov, entózu a onkóza, tiež získava pozornosť [9, 10].

Tieto rôzne typy bunkovej smrti sa líšia morfologickými zmenami a biochemickými znakmi spôsobenými ich stimulmi smrti, ale niektoré formy bunkovej smrti nie sú úplne nezávislé od iných, s určitými prienikmi molekulárnych charakteristík, ako je apoptóza a autofagická bunková smrť [11]. ]. Bez ohľadu na pravidlá normálnej bunkovej smrti rakovinové bunky prežívajú, keď sa to nepredpokladá, z veľkej časti tým, že produkujú relevantné genetické mutácie alebo epigenetické modifikácie, ktoré ovplyvňujú prenos signálov bunkovej smrti s cieľom obísť RCD.

Regulácia aktivity GTPázy pomocou GAP spúšťa sériu signalizačných zmien, konkrétne v bunkovom raste, proliferácii a smrti, a zarámovali sme to, čo môžeme pozorovať z hľadiska RCD a nádorovej imunity, aby sme preskúmali prepojenia medzi týmito tromi. V tomto prehľade budeme najskôr diskutovať o porozumení molekulárnych mechanizmov GAP pre rôzne RCD, čo ilustrujeme veľkým počtom individuálnych príkladov (tabuľka 1), a nakoniec sa hlavný dôraz bude klásť na reguláciu nádorovej imunity pomocou GAP. . Zhrnutím týchto poznatkov ďalej rozvedieme patofyziologické dôsledky regulácie GAP týchto procesov a poukážeme na sľubné terapeutické prístupy k rakovine vo svetle týchto nových zistení.

Apoptóza

Apoptóza je formou PCD a nazýva sa aj „nekróza zmršťovania“ [12] kvôli morfologickým charakteristikám kondenzácie chromatínu a zmršťovania buniek (pyknóza). Okrem toho medzi jeho znaky patrí fragmentácia DNA (karyorexis), tvorba apoptozómov a membránové bubliny [9]. Dve bežné signálne dráhy indukujú apoptózu: jedna dráha je vnútorná dráha, ktorá je spôsobená zmenami v potenciáli mitochondriálnej membrány a permeabilitou vonkajšej membrány a potom podporou uvoľňovania mitochondriálnych proteínov, ako je cytochróm c, čím sa aktivuje kaspáza 3 a tvoria sa apoptozómy [13 ]. Tento proces reguluje rodina proteínov BCL-2, najmä proapoptotické proteíny (BAX, BAK, BIM, PUMA a BID) a antiapoptotické proteíny (BCL-2, BCL-XL a MCL1) [ 14]. Ďalšou cestou je vonkajšia dráha apoptózy, ktorá je iniciovaná signálnym komplexom indukujúcim smrť (DISC) a receptormi smrti (proteín bunkovej membrány), ako sú Fas, receptory tumor nekrotizujúceho faktora (TNF) a ligand indukujúci apoptózu súvisiaci s TNF. (TRAIL) receptory, ktoré v konečnom dôsledku aktivujú rodinu kaspázových proteáz, spúšťačov bunkovej apoptózy a indukujú apoptózu buniek [13, 15].

Poruchy apoptózy úzko súvisia s výskytom a vývojom autoimunitných ochorení, neurodegeneratívnych ochorení a nádorov. Napríklad rakovinové bunky majú často vlastnosti inhibície apoptózy, aby sa zabezpečila neobmedzená proliferácia.

Nové štúdie ukázali, že GAP sú úzko spojené s apoptotickou progresiou (obr. 2). Niektoré GAP môžu podporovať apoptózu nádorových buniek na ochranu organizmu. p120RasGAP, regulátor signalizácie G-proteínu 3 (RGS3), deletovaný pri rakovine pečene 1 (DLC1), DOC-2/DAB2 interagujúci proteín (DAB2IP) a STARD13 sú typickými príkladmi, pretože päť GAP môže ovplyvniť rovnováhu antiapoptotických proteínov a proapoptotických proteínov a/alebo zodpovedajúcej signálnej dráhy na vyvolanie apoptózy. p120RasGAP (tiež známy ako RASA1), klasický GAP RAS, indukuje tumorigenicitu závislú od Ras, keď je potlačená jeho transkripčná regulácia. Sorafenib, ako cielená látka pri hepatocelulárnom karcinóme (HCC), môže indukovať apoptózu nádorových buniek. Štúdie ukázali, že jeho dôležitá dráha upreguluje hladinu p120RasGAP pre jeho terapeutický účinok podporou fosforylácie hypofýzového homeoboxu 1 (PITX1), aby sa zvýšila jeho expresia a stabilita [16]. To, či je možné úspešne vyvolať apoptózu, však závisí od stupňa aktivity signálnej dráhy. Kaspáza-3 je aktivovaná miernejšie, čo pôsobí proti apoptóze a podporuje prežitie buniek štiepením p120RasGAP na dva fragmenty; jeho N-terminálny fragment aktivuje PI3k/Akt dráhu a iba hyperaktivácia kaspázy podporí apoptotickú bunkovú smrť [17, 18].

V HCC je expresia RGS3 ovplyvnená onkogénnou lncRNA HOXD-AS1, ktorá znižuje hladiny mRNA RGS3 a aktivuje signálnu dráhu MEK/ERK, aby sa zabránilo apoptóze [19]. HOXD-AS1 tiež upreguluje expresiu ARHGAP11A (RhoGAP) a vedie k indukcii metastáz tým, že slúži ako konkurenčná endogénna RNA (ceRNA) a potláča miR19 [19]. Podobne ako HOXD-AS1, STARD13 (DLC2, RhoGAP) 3'UTR pôsobí ako ceRNA a zvyšuje expresiu Bcl-2 modifikujúceho faktora (BMF) kompetitívnou väzbou s miR-125b pri rakovine prsníka.

Medzitým STARD13 3'UTR by mohol podporovať interakciu BMF/Bcl-2 na uvoľnenie Bax a cytochrómu c na aktiváciu vnútornej dráhy apoptózy [20]. DLC1 a DAB2IP priamo ovplyvňujú zodpovedajúcu dráhu a cieľový proteín, aby vyvolali apoptózu. Napríklad DLC1 (a RhoGAP) dereguluje expresiu TNFAIP3/A20 a upreguluje expresiu BCL211/BIM a kaspázy-3 na vyvolanie bunkovej smrti inaktiváciou signalizácie NF-KB pri angiosarkóme [21]. Účinok DAB2IP na podporu apoptózy zahŕňa viaceré signálne dráhy pri rakovine [22]. Pri rakovine prostaty (PCa) má DAB2IP dvojitú úlohu pri ovplyvňovaní apoptózy. Po prvé, DAB2IP priamo interaguje so STAT3 a inhibuje jeho fosforyláciu (tyrozín 705 a serín 727) a transaktiváciu, čím narúša vyváženú expresiu proapoptotických génov (Bax) a antiapoptotických génov (prežívajúce, Bcl-2 a Bcl -xL) a podporu apoptózy. Po druhé, DAB2IP aktivuje vnútorné dráhy, vrátane narušenia mitochondriálneho membránového potenciálu a uvoľnenia cytochrómu c, Omi/HtrA2 a Smac, čo v konečnom dôsledku aktivuje kaspázovú kaskádu [23].

RACGAP1 môže podporovať metastázovanie a vývoj rakoviny inhibíciou apoptózy. RACGAP1 pôsobí na malé G proteíny z rodiny Rho, stimuluje hydrolýzu GTP a reguluje CDC42 a RAC1. Expresiu a stabilitu RACGAP1 ovplyvňuje STAT3 a sekvencia transformujúca epitelové bunky 2 (ECT2). V HCC môže STAT3, transkripčný faktor RACGAP1, upregulovať expresiu RACGAP1 a potom RACGAP1 redukuje Hippo signalizačnú dráhu prostredníctvom akumulácie F-aktínu, aby sa aktivoval transkripčný koaktivátor áno-asociovaný proteín (YAP). S YAP je transkripcia nukleoporín translokovanej promótorovej oblasti (TPR) upregulovaná. TPR zase môže regulovať fosforyláciu a lokalizáciu RACGAP1 v centrálnom vretene. V dôsledku toho je apoptóza inhibovaná, zatiaľ čo rast nádorových buniek je podporovaný [24]. ECT2, katalytické činidlo výmeny guanínových nukleotidov na malých GTPázach [25], interaguje s RacGAP1. V HCC na jednej strane ECT2 podporuje stabilitu proteínu RacGAP1 a na druhej strane RacGAP1 podporuje aktiváciu RhoA sprostredkovanú ECT{22}} a metastázy buniek HCC [26]. Pri bazálnej rakovine prsníka (BLBC) sa tiež ukázalo, že knockdown bunky RACGAP1 zlyhávajú v cytokinéze a spôsobujú iniciáciu apoptózy [27].

GAP určite zohrávajú významnú úlohu aj pri iných ochoreniach súvisiacich s apoptózou okrem rakoviny. Predčasná a neprimeraná apoptóza zvýši výskyt kardiovaskulárnych ochorení. Sedemdesiat percent pacientov s kapilárnou malformáciou-arteriovenóznou malformáciou má inaktivované mutácie v géne RASA1. S najväčšou pravdepodobnosťou, na základe funkcie štiepeného N-terminálneho fragmentu RASA1 pri sprostredkovaní antiapoptózy, nedostatok RASA1 vedie k apoptóze endotelových buniek lymfatických ciev (LV), spúšťajúc poruchu tvorby chlopní ĽK [28].

Okrem toho RGS5 nielen koordinuje aktivitu proapoptotických proteínov, antiapoptotických proteínov a kaspázy-3, ale inhibuje aj signálne dráhy JNK1/2 a p38, aby inhiboval apoptózu kardiomyocytov, ktorá existuje pri ischémii-reperfúzii myokardu [29 ]. Zbytočná apoptóza súvisí aj s neurologickými ochoreniami a optickou neuropatiou. Výskumníci naznačujú, že nadmerná expresia DAB2IP, ktorá má nový názov kináza regulujúca signál apoptózy 1-interagujúci proteín-1, môže podporiť rozvoj Alzheimerovej choroby sprostredkovaním apoptózy mozgových endotelových buniek vyvolanej amyloidom, zatiaľ čo nadmerná expresia TBC1D17 bude podporovať smrť buniek sietnice, aby sa dosiahla optická neuropatia [30, 31].

Stručne povedané, vyššie uvedené GAP interagujú s ich cieľovým proteínom alebo signálnymi dráhami, aby aktivovali alebo inhibovali apoptotické signálne dráhy a ovplyvnili apoptózu, čím ovplyvňujú vývoj ochorenia. Vedci neustále venovali veľkú pozornosť mechanizmom a terapeutickým stratégiám nádorov. Tu uvádzame niektoré GPA, ktoré ovplyvňujú apoptózu, aby sme odhalili patologický proces a zlepšili terapeutický účinok nádorov. Samozrejme, výskum GAP odhaľuje aj špeciálne mechanizmy iných patologických procesov, aby sme lepšie porozumeli dizajnu a pomohli nám vyvinúť účinnú liečbu pre špeciálne ciele.

Neapoptotický RCD

Táto časť pokrýva nielen bunkovú smrť závislú od autofágie, aby sa vysvetlila súvislosť s GAP, ale aj nové formy bunkovej smrti, ako je feroptóza, pyroptóza a iné neformálne typy (obr. 3).

Bunková smrť závislá od autofágie

Na udržanie našej fyzickej homeostázy a zdravia je potrebné aktivovať autofágiu, aby sa eliminovali nadbytočné a škodlivé zložky bunky. Autofágia je dôležitý, konzervovaný a normálny bunkový proces, ktorý je vždy rozdelený do niekoľkých krokov: indukcia fagoforov, tvorba autofagozómov a autolyzozómov a degradácia a recirkulácia luminálneho obsahu. Hlavnými charakteristikami sú špeciálne membránové štruktúry, vrátane fagoforov, autofagozómov a autolyzozómov. Autofágia sa považuje za mechanizmus prežitia buniek, ale keď je autofágia nadmerne aktivovaná nad kapacitu bunky, vedie k bunkovej smrti, nazývanej autofágia závislá bunková smrť (ADCD). Identifikácia ADCD vyžaduje znaky zvýšenej miery autofagickej aktivity a vylúčenia bunkovej smrti v dôsledku iných foriem a môže byť modifikovaná genetickou a/alebo farmakologickou inhibíciou autofagických faktorov [32].

Koncept ADCD je však stále veľmi kontroverzný. Na jednej strane existencia presluchu medzi autofágiou a inými RCD, ako je apoptóza, sťažuje definovanie ADCD ako nezávislého procesu bunkovej smrti iba relevantnými molekulárnymi a morfologickými markermi a na druhej strane prah na klasifikáciu letálnych a neletálnu autofágiu je ťažké určiť [33, 34]. Úloha autofágie v nádoroch by mohla byť obojstranná. Hoci strata autofágie podporuje progresiu nádoru u myších modelov, viac dôkazov ukazuje, že autofágia môže potlačiť zápalové reakcie špecifické pre nádor a napomáhať metabolickým aktivitám nádorových buniek v mikroprostredí obmedzenom na živiny, čím podporuje rast nádoru [35, 36]. Ukázalo sa, že niektoré protirakovinové lieky, ako je resveratrol a oxid arzenitý, môžu indukovať ADCD [37–39] a okrem toho sa ADCD vyskytuje v onkogénnych bunkách exprimujúcich Ras v neprítomnosti iných kotransformovaných génov [40], ale jeho úlohu v rôznych nádoroch ešte treba preskúmať. Preto tu uvádzame iba obmedzený úvod do úlohy GAP v autofágii.

Autofagozómy sú morfologické markery autofágie, zatiaľ čo proteíny súvisiace s autofágiou (ATG) sú kľúčom k tvorbe autofagozómov a sú molekulárnymi markermi autofágie. RAB GTPázy môžu kontrolovať transport intracelulárnych vezikúl [41] a určovať dozrievanie autofagozómov [42]. Približne 10 RAB proteínov má určité funkcie v autofágii [43]. Preto sa RABGAP, vrátane TBC (TRE2-BUB2-CDC16) domény obsahujúcej RABGAP, tiež podieľajú na autofágii. RAB33B ovplyvňuje tvorbu autofagozómov náborom komplexu Atg12-Atg5-Atg16L1 do fagocytov a Atg16L1 je väzbový proteín RAB33B [44].

Jedna štúdia ukázala, že OATL1 je GAP pôsobiaci na RAB33B a jeho nadmerná expresia môže oddialiť dozrievanie autofagozómov reguláciou fúzie medzi autofagozómami a lyzozómami [45]. RalA/B (RAS ako A/B), člen rodiny Ras GTPase, je tiež kľúčovým regulátorom transportu vezikúl [46]. V modeli buniek cicavcov RalB a jeho efektorový proteín Exo84 spolu indukujú zostavenie ULK1-Beclin1-VPS34, ktoré je potrebné na tvorbu autofagozómov. V experimentálnych podmienkach bez obmedzenia živín môže zníženie RalGAP aktivovať RalB a vyvolať zvýšenie autofágie [47]. V ďalšom experimente s použitím Drosophila ako modelu výskumníci zistili, že Ral GTPáza reguluje autofágiu v kontexte PCD [48], čo by sa mohlo považovať za ADCD.

Mechanistický cieľ rapamycínu (mTOR) integruje rastové faktory a nutričné ​​signály na inhibíciu autofágie. mTORC1, čo je signálny komplex s mTOR ako hlavnou zložkou, podporuje fosforyláciu ULK1 (unc{2}}ako kináza 1) v prítomnosti dostatočného množstva živín [49]. Pod reguláciou signalizačných kináz AKT a AMPK komplex tuberóznej sklerózy 1/2 (TSC1/2) pôsobí ako GAP Rheb (homológ Ras obohatený v mozgu) na inhibíciu tvorby Rheba viazaného na GTP a podieľa sa na regulácii. signálnej dráhy Rheb-mTORC1-ULK1 na podporu autofágie [49–51]. Deficit Tsc1/2 je zodpovedný za rozvoj komplexu tuberóznej sklerózy (TSC), autozomálne dominantnej poruchy, ktorá predisponuje pacientov k rozvoju nádorov viacerých orgánových systémov [52]. Defektná autofágia v TSC by preto mohla viesť k akumulácii autofagických substrátov, vrátane abnormálnych proteínov a organel, v bunke, čo podporuje tumorigenézu. Štúdie tiež ukázali, že delécia RalGAP indukuje zvýšenie aktivity mTORC1, čo vedie k zníženiu autofágie.

Medzitým pri rakovine pankreasu RalGAP potláča inváziu nádorových buniek prostredníctvom signalizácie mTORC1 [53]. Autofágia zvyšuje odolnosť nádorových buniek voči chemoterapii a rádioterapii. Temozolomid (TMZ) na liečbu glioblastómu (GBM) je náchylný na vyvolanie autofágie a mohol by spôsobiť rezistenciu nádorových buniek na liek. Zistilo sa, že DAB2IP negatívne reguluje expresiu ATG9B prostredníctvom signálnej dráhy Wnt/-katenínu, čím inhibuje autofágiu indukovanú TMZ a zvyšuje citlivosť na lieky v bunkách GBM [54]. Okrem toho sa tiež ukázalo, že DAB2IP je negatívnym regulátorom odolnosti voči žiareniu súvisiacemu s autofágiou v PCa. Ako upstream regulátor DAB2IP miR-32 downreguluje hladinu proteínu DAB2IP zacielením na jeho 3'-UTR a inhibíciou jeho translácie [55]. Následne sa aktivuje downstream dráha mTOR-S6K, ale zvýši sa autofágová aktivita, čo by mohlo byť výsledkom negatívnej spätnej inhibície Akt [56], čo v konečnom dôsledku zvyšuje radiačnú odolnosť buniek PCa [55, 57].

Niektoré GAP ovplyvňujú nervový systém reguláciou autofágie. SIPA1L2, proteín aktivujúci Rap GTPázu, reguluje proces uvoľňovania neurotransmiterov, ktorý je spojený so signalizáciou TrkB/Rap1 a amfizómami, ktoré sú fúznymi organelami endozómov neskorých TrkB s autofagozómami [58], zatiaľ čo iné, vrátane TBC1D5 a TBC1D15, sú spojené s ochorením motorických neurónov a tieto GAP spôsobujú autofágiu a agregáciu toxických proteínov degradovateľnú poruchou [59–63]. SGSM3/RABGAP5 a TBC1D10A inaktivujú zodpovedajúce GTPázy na ukončenie autofágie a majú účinky na imunitný systém, keď autofágia eliminuje patogény a poškodzuje organely buniek [64, 65]. Absencia GAP by mohla viesť ku geneticky heterogénnym autozomálnym ochoreniam. Napríklad delécia proteínu TBC1D20 môže zvýšiť nehodovosť Warburgovho mikrosyndrómu 4, čo je autozomálna porucha a má abnormálne funkcie oka, mozgu a pohlavných orgánov [66]. Autofágia je tiež vnútorným mechanizmom na udržanie metabolizmu a recykláciu živín počas hladovania alebo stresu. TBC1D5 viaže a sekvestruje LC3 plus autofagické kompartmenty a zvyšuje expresiu glukózového transportéra GLUT1/Slc2a1 na plazmatickej membráne, čím uľahčuje vychytávanie glukózy a glykolytický tok [67].

Záverom možno povedať, že väčšina GAP znižuje zodpovedajúcu aktivitu GTPázy, aby priamo regulovala autofágiu, aby ovplyvnila naše fyzické funkcie, ale len málo z nich slúži ako efektory na nepriamu reguláciu autofágie na dosiahnutie tohto cieľa. Autofágia úzko súvisí s fyzickou homeostázou a zdravím. GAP významne ovplyvňujú proces autofágie. Bohužiaľ, samotné ADCD má veľa neprebádaných oblastí a v dôsledku toho existuje len málo štúdií o ADCD a GAP. Možnou úlohu GAP v ADCD môžeme odvodiť len zo spojenia medzi autofágiou a GAP. Preto sú potrebné ďalšie štúdie, ktoré nám umožnia lepšie pochopiť, ako GAP regulujú ADCD vo fyziologických a patologických situáciách, správne pochopiť patologický vývoj a nájsť terapeutické ciele.

Ferroptóza

Ferroptóza je nový oxidačný RCD, pri ktorom sa následky akumulujú letálnou závislosťou od železa na lipidových hydroperoxidoch [68]. Jeho vedecké pozorovanie iniciuje experiment elastínom indukovanej selektívnej bunkovej smrti v roku 2003 a termín „ferroptóza“ bol vytvorený v roku 2012 [69]. Potom vedci vyvolali prudký nárast vo výskume ferroptózy. Jedinečnou črtou jeho morfológie sú mitochondriálne zmeny, ktoré zahŕňajú malú veľkosť, zmenu membránových hustôt, redukciu alebo vymiznutie mitochondriálnej crista a ruptúru vonkajších membrán [70]. Ferroptóza je spojená s rôznymi chorobami, vrátane akútneho poškodenia obličiek, rakoviny a kardiovaskulárnych ochorení. Časť indukcie feroptózy je závislá od RAS [71]. V rakovinových bunkách mutantu Ras blokovanie dráhy RAS-RAF-MEK inhibuje ferroptózu indukovanú elastínom, čo je protinádorové liečivo, ktoré podporuje bunkovú smrť [72]. O spojení medzi GAP a feroptózou sa však vie pomerne málo.

Pre autofágiu ako možné procesy feroptózy bolo opísané veľké množstvo molekulárnych markerov a dráh [9, 73]. GTPázy a GAP, ktoré majú úlohu v autofágii, by mohli byť tiež regulátormi feroptózy. RAB7A sa podieľa na autofágiou indukovanej degradácii lipidových kvapôčok (LD) a sprievodná peroxidácia lipidov zhoršuje feroptózu [74]. V súlade s tým by TBC1D2 ako negatívny regulátor RAB7A mohol regulovať ferroptózu spôsobom závislým od RAB7A [75]. G3BP1 (proteín viažuci proteín 1 aktivujúci Ras-GTPázu) sa podieľa na úprave signálnej dráhy Ras. Proces ním indukovanej bunkovej smrti je spojený s dlhou nekódujúcou RNA P53RRA, ktorá je regulovaná LSH a p53. Počas tohto procesu nukleotidy 1 a 871 P53RRA priamo interagujú s interakčnou doménou RNA rozpoznávacieho motívu G3BP1 (aa 177–466), čím vytvárajú komplex P53RRA-G3BP1. V cytoplazme interakcia P53RRA-G3BP1 vytesňuje p53 z komplexu G3BP1, čo vedie k redistribúcii p53 prostredníctvom prenosu p53 z cytoplazmy do jadra, čo aktivuje signálnu dráhu p53 a ovplyvňuje expresiu niekoľkých metabolických génov, ako je TIGAR a SLC7A11, čo nakoniec spôsobí zastavenie bunkového cyklu, čo vedie k apoptóze a ferroptóze [76].

Pyroptóza

Pyroptóza je typ zápalového RCD, ktorý je vrodeným imunitným mechanizmom na odolávanie invázii patogénov a udržiavanie fyzickej homeostázy [77]. Aktivácia kaspázy-1/4/5/11 je indukovaná niektorými zápalmi, ktoré zvyšujú rýchlosť štiepenia gasdermínu D a vylučujú zrelé zápalové cytokíny, ako sú interleukín-18 a interleukín-1 [78 ]. Jeho znakmi sú fragmentácia DNA, opuch buniek a bubliny, ktoré nakoniec pretrhnú plazmatickú membránu.

Spojenie medzi pyroptózou a GAP sa odráža v bunkovej smrti vyvolanej určitými mikroorganizmami. YopE je typ vonkajšieho proteínu Yersinia (Yops) a môže pôsobiť ako hostiteľský GAP Rho GTPázy hydrolýzou GTP-viazanej Rho GTPázy nekovalentným spôsobom v Yersinia. Počas infekcie Yersinia a indukcie bunkovej smrti má YopE ďalšieho spolupracovníka, YopT, cysteínovú proteázu, ktorá kovalentne rozkladá C-koniec Rho GTPázy, čo vedie k disociácii a inaktivácii Rho GTPázy. Aj keď sa YopE a YopT v podstate líšia od inaktivácie Rho GTPázy, obidva sú toxíny Rhomodifikujúce, ktoré ovplyvňujú fyziológiu hostiteľskej bunky a vyhýbajú sa imunitným reakciám. Tento proces je priamo indukovaný spôsobom, ktorý defosforyluje aktívne miesta Ser205 a Ser241 pyrínu a vytvára pyrínový zápal, čo v konečnom dôsledku vedie k pyroptóze [79].

Bunková smrť entózy

V roku 2007 výskumníci opísali entózu neapoptotického procesu bunkovej smrti, aby vysvetlili fenomén požierania buniek pozorovaný medzi nádorovými bunkami [80, 81]. Keď sú živé bunky spotrebované rovnakými alebo rôznymi typmi buniek, vzniká štruktúra „bunka v bunke“, čo vedie k smrti internalizovaných buniek (entotických buniek). Odumierajúce entotické bunky nemajú morfologické a molekulárne charakteristiky apoptózy, ale prejavujú autofágovú závislosť, pričom entózu indukuje fúzia závislá od lyzozómu a autofágy vakuolárnej membrány [82, 83].

Bunková adhézia a preskupenie cytoskeletu sú kľúčové procesy v entóze a nemožno ich definovať v epiteliálnom kadheríne a Rho-ROCK signalizácii [80]. Nábor p190A RhoGAP na spojeniach bunka-bunka inhibuje aktivitu Rho dráhy, čo vedie k zníženiu fosforylácie ľahkého reťazca myozínu, čo znižuje kontrakciu aktomyozínu a potláča hladiny kalmodulínu. V dôsledku polarizovanej distribúcie p190A RhoGAP je kontrakcia aktínu na distálnom konci bunkovej adhézie výrazne vyššia ako kontrakcia v mieste bunkovej adhézie [84]. Okrem toho je Rho aktivovaný RhoGEF na distálnom konci bunkovej adhézie [85]. Preto RhoGAP a RhoGEF pôsobia oddelene pre Rho, ale synergicky pri indukcii ketózy.

Mitotická katastrofa

Mitotická katastrofa (MC) je typ abnormálnej mitotickej bunkovej smrti, ktorá je tiež účinným protirakovinovým mechanizmom a terapiou [86]. Jeho morfologické charakteristiky sú jedinečné jadrové zmeny, ktoré zvyčajne vykazujú multinukleáciu a/alebo mikronukleáciu [87]. Aby som bol presný, MC nie je typ RCD, pretože MC, rovnako ako autofágia, nemusí nevyhnutne spôsobiť bunkovú smrť, a preto Výbor pre názvoslovie pre bunkovú smrť 2018 odporúča používať termín mitotická smrť ako názov tohto typu smrti [10 ]. Štúdie navyše ukázali, že konečným osudom väčšiny MC buniek je vnútorná apoptóza [10, 88] s rozdielmi a súvislosťami medzi nimi.

Stromové typy GAP sú spojené s aberantnou mitózou: RasGAP NF1, p190RhoGAP a RanGAP. Mutácie v NF1 môžu aktivovať downstream signálne dráhy súvisiace s RAS. V tomto prípade je potrebná koordinácia iných signálnych dráh, ako sú dráhy súvisiace s PKC, na reguláciu bunkovej poruchy nadmernej aktivácie RAS a je potrebná na zabezpečenie prežitia buniek. V podmienkach deficitu Nf1-supresia endogénnej proteínkinázy C (PKC) s najväčšou pravdepodobnosťou spolupracuje s dráhou Akt (jeden z downstream efektorov aberantného Ras) na aktiváciu Chk1, predlžuje mitotickú zástavu a následne spôsobuje apoptózu prostredníctvom MC [89]. Nadmerná expresia viacerých kópií pri malignancii T-buniek 1 (MCT-1) konfrontuje prezentáciu génu PTEN a negatívne ovplyvňuje stabilitu a funkčnú aktivitu jeho proteínov, pričom aktivuje signalizáciu fosfoinozitid 3 kinázy/AKT. Okrem toho MCT-1 znížila reguláciu p190RhoGAP a zvýšila expresiu p190B, ktorý viaže Src, interaguje s MCT-1 a aktivuje signalizáciu Src/p190B. V konečnom dôsledku zvýšená prezentácia MCT-1 a inhibovaný PTEN synergicky zosilňujú dráhu Src/p190B, čo spôsobuje útlm aktivity RhoA a zvyšuje mieru výskytu MC [90].

Na rozdiel od popisu vyššie uvedených GAP, okrem toho, že kinetochor a vretenová lokalizácia RanGAP1 je ovplyvnená importínom 1, ktorý je regulátorom zapojeným do vektora hlavných interfázových jadier a mitotickej progresie, sumoylácia RanGAP1 súvisí aj s importínom. 1 a ukazuje pozitívnu koreláciu. Mechanizmus je najpravdepodobnejší, že RanBP2 priamo interaguje s N-koncom importínu 1, sekvestruje endogénny RanBP2, znižuje ho a importín 1 a difunduje oboje, čo vedie k abnormálnej tvorbe vretienka a zhoršenému zarovnaniu chromozómov, čo v konečnom dôsledku spôsobuje bunkovú smrť [91]. . Stručne povedané, abnormálna regulácia zodpovedajúcej aktivity proteínu GTPázy pomocou GAP by mohla narušiť normálnu signálnu kaskádu a nakoniec zvýšiť mieru nehôd MC.

Metódy

Metuóza je jedinečná forma RCD a jej špeciálnym charakterom je vakuolizácia, akumulácia vezikúl (jednomembránových a makropinozómových, odlišujúcich štruktúru dvojitých membrán autofagozómov) a prípadne ruptúra ​​plazmatickej membrány [92]. Metuóza je úzko spojená so signálnou dráhou Ras (kontinuálna aktivácia), ktorá je charakterizovaná GBM a karcinómom žalúdka [93].

GIT1 slúži ako GAP na inaktiváciu Arf6 hydrolýzou GTP na ovplyvnenie metód. V tomto procese hyperaktívny H-Ras aktivuje Rac1 GEF, čím zvyšuje množstvo Rac1-GTP. Mikropinocytóza zosilnená aktiváciou Rac1 a endocytóza nezávislá od klatrínu (CIE) získavajú niektoré znaky neskorých endozómov (Rab7 a LAMP1). Medzitým existuje mechanizmus spätnej väzby, v ktorom hyperaktívny Rac1 umožňuje Rac{10}}GTP priamo interagovať s GIT1, čím sa znižuje aktivita Arf6, zhoršuje sa recyklácia CIE a nefúzuje sa s lyzozómami. Nakoniec tieto dôsledky vedú k akumulácii CIE a neskoré endozomálne vezikuly sa spájajú, čím sa vytvárajú väčšie cytoplazmatické vakuoly naplnené tekutinou, ktoré v konečnom dôsledku pretrhnú plazmatickú membránu a spôsobia smrť buniek [94, 95]. Vyššie uvedený výsledok je však v rozpore s financovaním Shlioma a kolegov, že aktivita Arf6 (Q67 L) podporuje tvorbu vakuol v bunkách, ktoré exprimujú H-Ras (G12V) [96]. Najvhodnejším vysvetlením tohto javu je, že ovplyvňujú vznikajúce vakuoly

GAP regulujú nádorovú imunitu

RCD a imunita spolu úzko súvisia

RCD sa pôvodne považovalo za imunotolerogénny jav, najmä apoptózu [97]. Avšak neskoršie dôkazy a zavedenie konceptu imunogénnej bunkovej smrti (ICD) postupne potvrdili úlohu imunitnej aktivity v RCD. ICD nie je nezávislý spôsob smrti a týka sa typu RCD, ktorý má prítomnú adaptívnu imunitu riadenú aktiváciou cytotoxických T lymfocytov (CTL) v reakcii na smrť buniek vyvolanú stresom [97, 98]. Vývoj ICD je komplexný proces, v ktorom sú kľúčovými zložkami existencia antigénov, na ktoré sa nevzťahuje centrálna tolerancia v odumretých bunkách, ako aj expozícia a uvoľňovanie molekulárnych vzorov spojených s poškodením (DAMPs), ktoré sa označujú ako antigenicita a adjuvantnosť [98 ]. DAMP podporujú nábor a dozrievanie buniek prezentujúcich antigén (APC), čím spúšťajú imunitnú odpoveď závislú od CTL [99]. Niektoré konvenčné chemoterapeutické látky, onkolytické vírusy, cielené protirakovinové látky, špecifické modality rádioterapie a ďalšie faktory môžu byť induktormi ICD [100, 101].

Na základe tohto zistenia výskumníci v roku 2013 navrhli, že kombinácie induktorov ICD s inými imunomodulátormi by mohli viesť k účinným protinádorovým účinkom [99] a následné štúdie potvrdili, že monoklonálne protilátky zacielené klasicky inhibovali imunitné kontrolné body, ako sú cytotoxické T-lymfocyty antigén 4 (CTLA-4), programovaná bunková smrť-1 (PD-1) a jeho zodpovedajúci ligand PD-L1 sú dobrými spolupracovníkmi pre ICD [102–104]. V poslednej dobe imunoterapia rakoviny kombinovaná s nanotechnológiou na vyvolanie ICD tiež ukázala nové vyhliadky [105, 106]. Samozrejme, iné RCD nie sú koncom bunky, ale môžu byť začiatkom imunitnej odpovede alebo dokonca ICD [107]. Okrem toho sa tieto RCD podieľajú aj na protinádorovej imunite [108, 109]. Napríklad T bunky a feroptóza sa navzájom sprostredkovávajú v nádoroch. Imunoterapiou aktivované CD8 plus T bunky zosilnili peroxidáciu lipidov v nádorových bunkách, čo následne prispelo k protinádorovej účinnosti imunoterapie so zvýšenou feroptózou [110]. Tento dôkaz je dostatočný na preukázanie, že RCD je neoddeliteľne spojené s imunitnou aktivitou a imunoterapiou.

GAP prispievajú k imunitnému mikroprostrediu

Tvorbu a bazálnu funkciu viacerých imunitných buniek ovplyvňujú GAP (obr. 4A). T bunky sú základom protinádorovej imunity. Nezrelé dvojito pozitívne (DP) tymocyty sú po pozitívnej selekcii čiastočne diferencované na CD4 plus alebo CD8 plus jednopozitívne (SP) T bunky, zatiaľ čo ostatné DP T bunky podliehajú apoptóze. Mechanizmus, ktorým dráha Ras-MAPK reguluje tento proces, bol dobre študovaný [111, 112].
V RASA1-deficientnom týmuse majú DP bunky zvýšenú náchylnosť na apoptózu, ale zvýšený pomer CD4 SP k DP naznačuje, že delécia RASA1 podporuje pozitívnu selekciu a mohla by byť spojená s aktiváciou signálnej dráhy Ras-MAPK [113]. Okrem toho, vzhľadom na proapoptotický účinok DAB2IP, komplex CCR4-NOT downreguluje DAB2IP, aby sa podieľal na pozitívnej selekcii tymocytov [114]. Je zaujímavé, že ďalšia štúdia ukázala, že NF1 podporuje pozitívny výber tymocytov u samíc myší HY TCR Tg, ale mechanizmus je nejasný [115]. Ďalším príkladom regulácie T buniek je, že ARHGAP19 koordinuje cytoskeletálnu remodeláciu potrebnú na delenie T lymfocytov a riadi segregáciu chromozómov reguláciou RhoA [116]. ARHGAP45 by mohol regulovať RHO, aby organizoval zmeny v cytoskelete naivných T buniek, zvýšil ich deformáciu a migráciu do lymfatických uzlín (LN) a podporoval očkovanie progenitorov T buniek v týmusu [117].

Rab35 a jeho GAP EPI64C (TBC1D10C) sú navyše potrebné pri tvorbe imunologických synapsií (IS), ktoré sú súčasťou interakcie T-bunka-APC [118]. Makrofágy hrajú kľúčovú úlohu v smere imunitnej odpovede tým, že pohlcujú mŕtve bunky. Predchádzajúce štúdie charakterizovali členov Rho GTPázy Rac1 a Cdc42 ako molekulárne prepínače, ktoré riadia tkanivo aktínového cytoskeletu na reguláciu fagocytózy sprostredkovanej Fc receptorom [119, 120]. Sh3BP1, ArhGAP12 a ArhGAP25 kooperatívne inaktivovali Rac a Cdc42 v čase a priestore, čím ukončili fagocytózu makrofágov na veľké častice, ako sú apoptotické bunky [121]. Polarizácia makrofágov, motilita a vlastnosti šírenia buniek sú spojené s reguláciou translokácie p190RhoGAP sprostredkovanou RASA{17}} [122]. Ukázalo sa, že ďalšia delécia RhoGAP myozínu Myo9b v makrofágoch má za následok zmenenú morfológiu buniek a zhoršenú migračnú kapacitu [123]. Úloha rodiny RhoGAP v neutrofiloch je rozsiahlejšia, zahŕňa najmä zmeny tvaru neutrofilov, adhéziu, chemotaxiu a fagocytózu, ako uvádza Roland Csépányi-Kömi et al. [124].

Zapojením nádorového mikroprostredia môžu nádorové bunky uniknúť dohľadu imunitného systému a prežiť tak imunitné útoky počas procesu vývoja. NF1, kódujúci neurofibromín, je dobrým príkladom na ilustráciu úlohy GAP v mikroprostredí imunitného nádoru (obr. 4B). Neurofibromín je proteín aktivujúci GTPázu, ktorý znižuje aktivitu RAS, a teda mutácie v NF1 môžu aktivovať downstream signálne dráhy súvisiace s RAS. Neurofibromatóza typu 1 (NF1) je genetická porucha nervového systému spôsobená stratou aktivity neurofibromínového proteínu GAPs [125]. Imunitné bunky, ako sú infiltrujúce zápalové žírne bunky, sú súčasťou NF1 a mutácie génu NF1 v imunitných bunkách sú tiež nevyhnutné pre toto ochorenie [126]. Výskumníci navrhli NF1fox/−; Myši Krox20- Cre s NF1–/– Schwannovými bunkami a NF1 plus /– žírnymi bunkami a zistili, že u myší s proliferáciou Schwannových buniek, ako aj s masívnou infiltráciou žírnych buniek, sa vyvinuli plexiformné neurofibrómy v porovnaní s kontrolnými myšami. Toto zistenie demonštruje skutočnosť, že haploinsuficiencia NF1 žírnych buniek vytvára NF1 plus/− imunitné mikroprostredie, ktoré uprednostňuje nádory [127].

Okrem toho NF1–/– Schwannove bunky zvyšujú migráciu žírnych buniek pri haploinsuficiencii Nf1 faktorom kmeňových buniek (SCF) a degranuláciu prostredníctvom aktivácie PIK-3 dráhy sprostredkovanej c-kit [128–130]. V porovnaní s normálnymi ľuďmi sú pacienti s NF1 náchylní na vznik nádorov centrálneho nervového systému. Pri nízkom stupni gliómu (LGG) výskumníci objavili kľúčovú neuroimunitnú os, ktorá naznačuje, že mutantné neuróny NF1 produkujú midkine, aby indukovali T bunky, aby aktivovali mikroglie na produkciu CCL5, faktora, ktorý podporuje rast LGG [131]. Podobné výsledky sa našli v GBM.

Nedávna štúdia ukázala, že nádorové modely s kodeléciou Nf1 a Pten a nadmernou expresiou EGFRVIII by mohli uniknúť imunitnému klírensu a vysokému stupňu imunosupresívneho mikroprostredia a kľúčovou udalosťou bola strata Nf1 [132]. Je zaujímavé, že hoci neúplná mutácia alel NF1 je hnacou silou nádorov, niektorí výskumníci predstavujú rozpor v tom, že absencia NF1 v T bunkách by mohla zvýšiť aktivitu T buniek, aby sa posilnil mechanizmus fyzického monitorovania imunity nádoru a inhibovala malígna migrácia. V súlade s týmto zistením klinický fenomén pacientov s NF1, u ​​ktorých je väčšina nádorov spojených s NF1 nezhubných, remodeluje naše rozpoznávanie mutácií génu NF1 [133].

Štúdie navyše ukázali, že proteín 1 podobný proteínu Ras (Rasal1) negatívne reguluje dráhu P21Ras-ERK v T bunkách, čím inhibuje aktiváciu T buniek na zníženie protinádorovej imunity T buniek, zatiaľ čo knockdown RASAL1 bol preukázaný na zvýšenie protinádorovej aktivity T buniek pri B16 melanóme a EL-4 lymfóme [134]. Ako GAP G proteínov sa rodina RGS podieľa na regulácii imunitnej aktivity mnohými spôsobmi a má potenciál pre cielenú imunoterapiu [135]. Nedávne štúdie ukázali, že RGS1 inhibuje transport T1 buniek a CTL do nádorov, čím uľahčuje tvorbu „studených nádorov“ pri rakovine prsníka a zhoršuje protinádorovú imunitu [136]. Medzitým experimenty na myšiach ukázali, že prenos nádorovo špecifických CTL s knockdownom RGS1 v kombinácii s PD-L1 by mohol byť sľubnou imunoterapeutickou stratégiou pre rakovinu prsníka [136].

Závery a perspektívy

Výskum GAP pri chorobách, najmä rakovine, sa v posledných rokoch zvýšil. Niektoré GAP by mohli byť vplyvnými faktormi pri proliferácii rakovinových buniek, migrácii, liekovej rezistencii a malígnej transformácii a mohli by byť dokonca novými terapeutickými cieľmi a prognostickými markermi rakoviny. Signálne dráhy spojené s RCD by mohli byť počas tohto procesu vyladené pomocou GAP. Najtypickejším príkladom je inhibícia dráh súvisiacich s RAS pomocou RASGAP na reguláciu apoptotického procesu v rakovinových bunkách. Štúdie o regulácii nádorovej imunity pomocou GAP sú obmedzené. Tu, zhrnutím širokej úlohy GAP pri regulácii RCD, špekulujeme, že by mohlo byť možné, že GAP sú prítomné v imunitnej aktivite súvisiacej s RCD alebo presnejšie v protinádorových imunitných odpovediach indukovaných ICD. Okrem toho sú GAP exprimované v imunitných bunkách nevyhnutné pri udržiavaní fyziologických funkcií imunitných buniek a podieľajú sa na imunitnom úniku a protinádorovej imunite reguláciou imunitných buniek.

Jedným z charakteristických znakov aktivácie onkogénnych proteínov RAS je schopnosť inhibovať apoptózu rakovinových buniek, aby sa dosiahla neobmedzená proliferácia. Onkogénny RAS by mohol mať mutácie, ktoré odolávajú hydrolytickej inhibícii spúšťanej RASGAP.

Hoci hľadanie liekov s malými molekulami, ktoré by mohli pôsobiť ako ekvivalenty k GAP na podporu hydrolýzy RAS-GTP, sa už dlho navrhovalo, nedosiahol sa žiadny optimistický pokrok. Ukázalo sa, že semaforín 4D pôsobí na GAP-aktívny receptor Plexín-B1, aby inaktivoval R-Ras, a tým reguloval aktiváciu integrínu a migráciu buniek [137]. Existujú ďalšie príklady regulácie špecifických činností GAP. Napríklad neogenín receptora molekuly A (RGMA) odpudzujúceho syntetický proteín upreguluje aktivitu p120GAP, čo vedie k inhibícii Ras a jeho downstream efektoru Akt [138]. Inhibícia funkcie RASGAP môže existovať aj pri rakovine. Terapeutické modality pre typicky asociované ochorenie NF1 sú však stále veľmi ťažké a súčasné stratégie väčšinou zahŕňajú inhibíciu dráhy RAS/MEK [139]. Stručne povedané, aj keď je základná funkčnosť GAP dobre pochopená, sú potrebné ďalšie štúdie na lepšie pochopenie toho, ako GAP regulujú biologické procesy, na správne pochopenie patologického vývoja a na identifikáciu terapeutických cieľov.

Skratky

GAP: proteín aktivujúci GTPázu; RCD: regulovaná bunková smrť; GEF: faktory výmeny guanínových nukleotidov; GDI: inhibítory disociácie guanínových nukleotidov; RGS: regulátory signalizácie G proteínu; GPCR: receptor spojený s G-proteínom; ACD: Náhodná bunková smrť; PCD: Programovaná bunková smrť; DISC: Signalizačný komplex vyvolávajúci smrť; TNF: faktor nekrózy nádorov; TRAIL: ligand indukujúci apoptózu súvisiaci s TNF; RGS3: regulátor signalizácie G-proteínu 3; DLC1: ​​Vymazané pri rakovine pečene 1; DAB2IP: DOC-2/DAB2 interagujúci proteín; PITX1: Fosforylácia homeoboxu 1 hypofýzy; HCC: Hepatocelulárny karcinóm; ceRNA: Konkurenčná endogénna RNA; PCa: rakovina prostaty; ECT2: sekvencia transformujúca epitelové bunky 2; YAP: proteín spojený s áno; TPR: translokovaná promótorová oblasť; BLBC: bazálna rakovina prsníka; LV: Lymfatická cieva; ADCD: bunková smrť závislá od autofágie; mTOR: Mechanistický cieľ rapamycínu; TMZ: temozolomid; GBM: glioblastóm; G3BP1: proteín viažuci proteín 1 aktivujúci Ras-GTPázu; Yops: Yersinia Vonkajšie proteíny; MC: mitotická katastrofa; MCT-1: Viacnásobné kópie pri malignancii T-buniek 1; ICD: Imunogénna bunková smrť; CTL: Cytotoxické T lymfocyty; DAMP: molekulárne vzory spojené s poškodením; APC: bunky prezentujúce antigén; DP: Dvojitý pozitívny; NF1: Neurofbromatóza typu 1; SCF: faktor kmeňových buniek; LGG: glióm nízkeho stupňa; Rasal1: proteín podobný aktivátoru proteínu Ras 1.

Poďakovanie

Ďakujeme Prof. Yongguang Tao a Dr. Li Xie a Wenbing Liu za overenie čísel a rukopisu.

Príspevky autorov

YJ a LC prispeli ku koncepcii a dizajnu recenzie. HH a SW napísali rukopis. JH a HH pripravili obrázky a tabuľku. SJ, LL a YL zhromaždili referencie a zúčastnili sa diskusie. Všetci autori prečítali a schválili konečný rukopis

Financovanie

Túto prácu podporila Národná nadácia pre prírodné vedy Číny (81802785 [YJ], 82100490 [LC]), Čínska nadácia pre prírodné vedy v provincii Hunan (2020JJ5382 [YJ], 2020JJ5381 [LC]), Projekt vedeckého výskumu zdravia provincie Hunan Komisia (20200763 [WL]) a projekt základného výskumu Úradu pre vedu a techniku ​​Changsha (kq2004127 [LX]).

Dostupnosť údajov a materiálov

Nepoužiteľné.

vyhlásenia

Etický súhlas a súhlas s účasťou

Nepoužiteľné.

Súhlas so zverejnením

Nepoužiteľné.

Konkurenčné záujmy

Autori vyhlasujú, že nemajú žiadne konkurenčné záujmy.

Podrobnosti o autorovi

1 Kľúčové laboratórium modelovej biológie zvierat a kmeňových buniek v provincii Hunan, Hunan Normal University, Changsha 410013, Hunan, Čínska ľudová republika. 2 Lekárska fakulta, Hunan Normal University, Changsha 410013, Hunan, Čínska ľudová republika. 3 Oddelenie chirurgie hlavy a krku, The Affiliated Cancer Hospital of Xiangya School of Medicine, Central South University, Changsha 410013, Hunan, Čínska ľudová republika. 4 Kľúčové laboratórium karcinogenézy a invázie rakoviny, Ministerstvo školstva, Katedra patológie, Nemocnica Xiangya, Škola základnej medicíny, Central South University, Changsha 410078, Hunan, Čínska ľudová republika.

Referencie

1. Wennerberg K, Rossman KL, Der CJ. Superrodina Ras v skratke. J Cell Sci. 2005;118(Pt 5):843–6.

2. Takai Y, Sasaki T, Matozaki T. Malé proteíny viažuce GTP. Physiol Rev. 2001;81(1):153–208.

3. Bos JL, Rehmann H, Wittinghofer A. GEF a GAP: kritické prvky pri kontrole malých G proteínov. Bunka. 2007;129(5):865–77.4. Cherfls J, Zeghouf M. Regulácia malých GTPáz pomocou GEF, GAP a GDI. Physiol Rev. 2013;93(1):269–309.

5. Ligeti E, Welti S, Schefzek K. Inhibícia a ukončenie fyziologických reakcií proteínmi aktivujúcimi GTPázu. Physiol Rev. 2012;92(1):237–72.

6. Ross EM, Wilkie TM. Proteíny aktivujúce GTPázu pre heterotrimérne G proteíny: regulátory signalizácie G proteínu (RGS) a proteíny podobné RGS. Annu Rev Biochem. 2000;69:795–827.

7. Schefzek K, Ahmadian MR, Kabsch W, Wiesmuller L, Lautwein A, Schmitz F, Wittinghofer A. Komplex Ras-RasGAP: štrukturálny základ pre aktiváciu GTPázy a jej strata v onkogénnych mutantoch Ras. Veda. 1997;277(5324):333–8.

8. Schefzek K, Shivalingaiah G. Štruktúry, mechanizmy a interakcie proteínov aktivujúcich GTPázu špecifických pre Ras. Cold Spring Harb Perspect Med. 2019;9(3):a031500.

9. Tang D, Kang R, Berghe TV, Vandenabeele P, Kroemer G. Molekulárny mechanizmus regulovanej bunkovej smrti. Cell Res. 2019;29(5):347–64.

10. Galluzzi L, Vitale I, Aaronson SA, Abrams JM, Adam D, Agostinis P, Alnemri ES, Altucci L, Amelio I, Andrews DW, Annicchiarico-Petruzzelli M, Antonov AV, Arama E, Baehrecke EH, Barlev NA, Bazan NG, Bernassola F, Bertrand MJM, Bianchi K, Blagosklonny MV, Blomgren K, Borner C, Boya P, Brenner C, Campanella M, Candi E, Carmona-Gutierrez D, Cecconi F, Chan FK, Chandel NS a kol. Molekulárne mechanizmy bunkovej smrti: odporúčania Nomenklatúrneho výboru pre bunkovú smrť 2018. Cell Death Differ. 2018;25(3):486–541.

11. Maiuri MC, Zalckvar E, Kimchi A, Kroemer G. Vlastné jedenie a sebazabíjanie: presluchy medzi autofágiou a apoptózou. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007;8(9):741–52.

12. Kerr JF. Nekróza zmršťovania: odlišný spôsob bunkovej smrti. J Pathol. 1971;105(1):13–20.

13. Carneiro BA, El-Deiry WS. Zameranie na apoptózu v liečbe rakoviny. Nat Rev Clin Oncol. 2020;17:395–417.

14. Czabotar PE, Lessene G, Strasser A, Adams JM. Kontrola apoptózy rodinou proteínov BCL-2: dôsledky pre fyziológiu a terapiu. Nat Rev Mol Cell Biol. 2014;15(1):49–63.

15. Seyrek K, Ivanisenko NV, Richter M, Hillert LK, König C, Lavrik IN. Riadenie bunkovej smrti prostredníctvom posttranslačných modifikácií DED proteínov. Trends Cell Biol. 2020;30(5):354–69.

16. Tai WT, Chen YL, Chu PY, Chen LJ, Hung MH, Shiau CW, Huang JW, Tsai MH, Chen KF. Proteínová tyrozínfosfatáza 1B defosforyluje PITX1 a reguluje p120RasGAP v hepatocelulárnom karcinóme. Hepatológia. 2016;63(5):1528–43.

17. Vanli G, Sempoux C, Widmann C. Modul na snímanie stresu kaspáza-3/p120 RasGAP znižuje výskyt rakoviny pečene, ale neovplyvňuje celkové prežitie u myší ožiarených gama lúčmi a myší liečených karcinogénom. Mol Carcinog. 2017;56(6):1680–4.

18. Yang JY, Michod D, Walicki J, Murphy BM, Kasibhatla S, Martin SJ, Widmann C. Čiastočné štiepenie RasGAP kaspázami je potrebné na prežitie buniek v podmienkach mierneho stresu. Mol Cell Biol. 2004;24(23):10425–36.

19. Lu S, Zhou J, Sun Y, Li N, Miao M, Jiao B, Chen H. Nekódujúca RNA HOXD-AS1 je kritickým regulátorom fenotypu metastáz a apoptózy v ľudskom hepatocelulárnom karcinóme. Mol Cancer. 2017;16(1):125.

20. Guo X, Xiang C, Zhang Z, Zhang F, Xi T, Zheng L. Vytesnenie Bax pomocou BMF sprostredkuje apoptózu buniek rakoviny prsníka indukovanú STARD13 3'UTR spôsobom závislým od miRNA. Mol Pharm. 2018;15(1):63–71.

21. Sánchez-Martín D, Otsuka A, Kabashima K, Ha T, Wang D, Qian X, Lowy DR, Tosato G. Účinky deficitu DLC1 na inhibíciu rastu kontaktných endotelových buniek a progresiu angiosarkómu. J Natl Cancer Inst. 2018;110(4):390–9.

22. Bellazzo A, Di Minin G, Collavin L. Blok jeden, rozpútaj stovku. Mechanizmy inaktivácie DAB2IP pri rakovine. Cell Death Differ. 2017;24(1):15–25.

23. Zhou J, Ning Z, Wang B, Yun EJ, Zhang T, Pong RC, Fazli L, Gleave M, Zeng J, Fan J, Wang X, Li L, Hsieh JT, He D, Wu K. Strata DAB2IP udeľuje odolnosť rakoviny prostaty voči androgénovej deprivačnej terapii prostredníctvom aktivácie STAT3 a inhibície apoptózy. Cell Death Dis. 2015;6:e1955.

24. Yang XM, Cao XY, He P, Li J, Feng MX, Zhang YL, Zhang XL, Wang YH, Yang Q, Zhu L, Nie HZ, Jiang SH, Tian GA, Zhang XX, Liu Q, Ji J, Zhu X, Xia Q, Zhang ZG. Nadmerná expresia proteínu 1 aktivujúceho Rac GTPázu prispieva k proliferácii rakovinových buniek znížením signalizácie hrocha na podporu cytokinézy. Gastroenterológia. 2018;155(4):1233–49.

25. Tatsumoto T, Xie X, Blumenthal R, Okamoto I, Miki T. Ľudský ECT2 je výmenný faktor pre Rho GTPázy, fosforylovaný v G2/M fázach a zapojený do cytokinézy. J Cell Biol. 1999;147(5):921–8.

26. Chen J, Xia H, Zhang X, Karthik S, Pratap SV, Ooi LL, Hong W, Hui KM. ECT2 reguluje signálnu os Rho / ERK, aby podporil skorú recidívu ľudského hepatocelulárneho karcinómu. J Hepatol. 2015;62(6):1287–95.

27. Lawson CD, Fan C, Mitin N, Baker NM, George SD, Graham DM, Perou CM, Burridge K, Der CJ, Rossman KL. Analýza transkriptómu Rho GTPázy odhaľuje onkogénne úlohy proteínov aktivujúcich rho GTPázu pri bazálnych rakovinách prsníka. Cancer Res. 2016;76(13):3826–37.

28. Lapinski PE, Lubeck BA, Chen D, Doosti A, Zawieja SD, Davis MJ, King PD. RASA1 reguluje funkciu chlopní lymfatických ciev u myší. J Clin Invest. 2017;127(7):2569–85.

29. Wang Z, Huang H, He W, Kong B, Hu H, Fan Y, Liao J, Wang L, Mei Y, Liu W, Xiong X, Peng J, Xiao Y, Huang D, Quan D, Li Q, Xiong L, Zhong P, Wang G. Regulátor signalizácie G-proteínu 5 chráni kardiomyocyty pred apoptózou počas in vitro srdcovej ischémie-reperfúzie u myší inhibíciou signálnych dráh JNK1/2 aj P38. Biochem Biophys Res Commun. 2016;473(2):551–7.

30. Wang H, Fan L, Wang H, Ma X, Du Z. Amyloid beta reguluje expresiu a funkciu AIP1. J Mol Neurosci. 2015;55(1):227–32.

31. Sirohi K, Swarup G. Defekty autofágie spôsobené mutáciami optineurínu spojenými s glaukómom. Exp Eye Res. 2016;144:54–63.

32. Shen HM, Codogno P. Autofagická bunková smrť: Lochnesská príšera alebo ohrozený druh? Autofágia. 2011;7(5):457–65.

33. Kriel J, Loos B. Dobrý, zlý a autofagozóm: skúmanie nezodpovedaných otázok bunkovej smrti závislej od autofágie. Cell Death Differ. 2019;26(4):640–52. 34. Lindqvist LM, Simon AK, Baehrecke EH. Aktuálne otázky a možné kontroverzie v autofágii. Cell Death Discov. 2015;1:1–7.

35. Amaravadi R, Kimmelman AC, White E. Nedávne poznatky o funkcii autofágie pri rakovine. Genes Dev. 2016;30(17):1913–30.

36. Kimmelman AC, White E. Autofágia a metabolizmus nádorov. Cell Metab. 2017;25(5):1037–43.

37. Kanzawa T, Kondo Y, Ito H, Kondo S, Germano I. Indukcia autofagickej bunkovej smrti v bunkách malígneho gliómu oxidom arzenitým. Cancer Res. 2003;63(9):2103–8.

38. Dasari SK, Bialik S, Levin-Zaidman S, Levin-Salomon V, Merrill AH Jr, Futerman AH, Kimchi A. Signalome-wide RNAi screen identifikuje GBA1 ako pozitívny mediátor autofagickej bunkovej smrti. Cell Death Differ. 2017;24(7):1288–302.

39. Zein L, Fulda S, Kogel D, van Wijk SJL. Mechanizmy špecifické pre organely liekovom indukovanej autofágy závislej bunkovej smrti. Matrix Biol. 2021;100–101:54–64.

40. Elgendy M, Sheridan C, Brumatti G, Martin SJ. Onkogénna expresia Noxa a Beclin-1 indukovaná Ras podporuje autofagickú bunkovú smrť a obmedzuje klonogénne prežitie. Mol Cell. 2011;42(1):23–35.

41. Stenmark H. Rab GTPases ako koordinátori vezikulovej dopravy. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009;10(8):513–25.

42. Hyttinen JM, Niittykoski M, Salminen A, Kaarniranta K. Zrenie autofagozómov a endozómov: kľúčová úloha pre Rab7. Biochim Biophys Acta. 2013;1833(3):503–10.

43. Szatmari Z, Sass M. Autofagické úlohy malých GTPáz Rab a ich protiprúdových regulátorov: prehľad. Autofágia. 2014;10(7):1154–66.

44. Pantoom S, Konstantinidis G, Voss S, Han H, Hofnagel O, Li Z, Wu YW. RAB33B rekrutuje komplex ATG16L1 do fagoforu prostredníctvom nekanonického proteínu viažuceho RAB. Autofágia. 2020. https://doi.org/10.1080/ 15548627.2020.1822629.

45. Itoh T, Kanno E, Uemura T, Waguri S, Fukuda M. OATL1, nový autofagozóm-rezident Rab33B-GAP, reguluje autofagozomálne dozrievanie. J Cell Biol. 2011;192(5):839–53.

46. ​​Moskalenko S, Henry DO, Rosse C, Mirey G, Camonis JH, White MA. Exocysta je komplex Ral efektora. Nat Cell Biol. 2002; 4 (1): 66–72.

For more information:1950477648nn@gmail.com