Role białek aktywujących GTPazę w regulowanej śmierci komórek i odporności na nowotwory

Abstrakcyjny

Białko aktywujące GTPazę (GAP) jest negatywnym regulatorem białka GTPazy, o którym uważa się, że promuje konwersję aktywnej postaci GTPazy-GTP do postaci GTPazy-GDP. Opierając się na swojej zdolności do regulowania białek GTPazy i innych domen, GAP są bezpośrednio lub pośrednio zaangażowane w różne procesy wymagań komórkowych. Dokonaliśmy przeglądu istniejących dowodów na to, że GAP regulują śmierć komórek (RCD), głównie apoptozę i autofagię, a także niektóre nowe RCD, ze szczególnym uwzględnieniem ich związku z chorobami, zwłaszcza rakiem. Uznaliśmy również, że GAP mogą wpływać na odporność nowotworu i próbowaliśmy połączyć GAP, RCD i odporność na nowotwór. Głębsze zrozumienie luk regulujących te procesy może doprowadzić do odkrycia nowych celów terapeutycznych, aby uniknąć patologicznej utraty komórek lub pośredniczyć w śmierci komórek nowotworowych.

Śmierć komórek regulatorowych odnosi się do aktywnej śmierci klasy komórek regulatorowych w układzie odpornościowym, regulując w ten sposób intensywność i czas trwania odpowiedzi immunologicznej. Komórki regulatorowe obejmują regulatorowe komórki T i regulatorowe komórki B itp., Które są kluczowe dla utrzymania homeostazy układu odpornościowego. Istnieje ścisły związek między śmiercią komórek regulatorowych a odpornością. Śmierć komórek regulatorowych może wpływać na intensywność i czas trwania odpowiedzi immunologicznej, a tym samym na poziom odporności. Z jednej strony regulowana śmierć komórki może wzmocnić odpowiedź immunologiczną i promować eliminację patogenów. Z drugiej strony nadmierna śmierć komórek regulatorowych może również osłabiać odporność, prowadząc do podatności na infekcje i choroby autoimmunologiczne. Podsumowując, śmierć komórek regulatorowych jest ściśle związana z odpornością. Odpowiednia śmierć komórek regulatorowych może wzmocnić odpowiedź immunologiczną i sprzyjać usuwaniu patogenów, ale nadmierna śmierć komórek regulatorowych może również osłabiać odporność, czyniąc organizm podatnym na infekcje i występowanie chorób autoimmunologicznych. Dlatego musimy zwrócić szczególną uwagę na poprawę odporności. Cistanche może wzmacniać odporność. Cistanche jest bogaty w różne substancje przeciwutleniające, takie jak witamina C, witamina C, karotenoidy itp. Składniki te mogą wychwytywać wolne rodniki, zmniejszać stres oksydacyjny i poprawiać odporność. odporność układu odpornościowego.

Kliknij dodatek cistanche deserticola

Słowa kluczowe:

Białka aktywujące GTPazę, Regulowana śmierć komórki, Odporność na nowotwory.

Wstęp

Ludzka nadrodzina Ras (monomeryczne GTPazy) małych trifosfataz guanozyny (małe GTPazy) obejmuje ponad 150 członków [1] i jest zwykle podzielona na pięć głównych rodzin: rodziny Ras, Rho, Rab, Arf i Ran [2]. Są one związane z różnymi procesami komórkowymi, w tym z przekazywaniem sygnału, transportem materiału i budową szkieletu cytoplazmatycznego [3]. Małe GTPazy mają dwa różne stany konformacyjne i przechodzą między nimi w tę iz powrotem.

W stanie aktywnym są związane z GTP, aw przypadku GDP jest odwrotnie. Ta zmiana stanu jest zarządzana przez trzy regulatory: czynniki wymiany nukleotydów guaninowych (GEF), inhibitory dysocjacji nukleotydów guaninowych (GDI) i białka aktywujące GTPazę (GAP) [4]. Wśród nich GEF są czynnikami pozytywnymi, które aktywują GTPazę poprzez promowanie wiązania z GTP, podczas gdy GDI i GAP są czynnikami negatywnymi, które inaktywują GTPazę odpowiednio poprzez sekwestrację i hydrolizę GTP [3, 4].

GAP to białka o wielu domenach strukturalnych (ryc. 1) o wielkości od 50 do 250 kDa [5]. Odpowiednio do nadrodziny GTPaz Ras, GAP można również podzielić na pięć głównych rodzin: rodziny Ras-GAP, RhoGAP, Rab-GAP, Arf-GAP i Ran-GAP. W przeciwieństwie do GAP dla nadrodziny Ras, klasa GAP, zwana regulatorami sygnalizacji białka G (RGS), działa na heterotrimeryczne białka G [5, 6]. Gdy znajdą się w konformacji związanej z GDP, GAP mogą generalnie zakończyć odpowiednie kaskady sygnalizacyjne w dół przez hydrolizę GTP. Reakcja hydrolizy GTP jest niezwykle powolna, ale GAP mogą przyspieszyć etap rozszczepienia o kilka rzędów wielkości, aby zwiększyć szybkość hydrolizy. Podczas hydrolizy RasGTP tradycyjne GAP wprowadzają palec argininowy lub kciuk asparaginowy do rowka wiążącego nukleotyd docelowej GTPazy w celu stymulacji hydrolizy [7, 8], podczas gdy białka RGS bezpośrednio wiążą się z aktywnymi podjednostkami G receptora sprzężonego z białkiem G (GPCR) w celu wywołania hydrolizy [6].

Fizjologicznie śmierć komórki jest mechanizmem homeostatycznym, który reguluje i utrzymuje funkcję oraz wielkość tkanek i narządów. Znacznie różniąca się od przypadkowej śmierci komórki (ACD), konsekwencje zakłóceń środowiska zewnętrznego, regulowana śmierć komórki (RCD), jest wymagana w przypadku fizjologicznych lub patologicznych niedogodności, które aktywują endogenne, genetycznie zakodowane kaskady i mechanizmy sygnalizacyjne o strukturze molekularnej, na które mogą wpływać czynniki genetyczne lub medycyna farmakologiczna. RCD można podzielić na dwa główne typy: apoptotyczne i nieapoptotyczne. Apoptoza jest najczęstszą formą zaprogramowanej śmierci komórki (PCD), podczas gdy inną główną kategorią nieapoptotycznych RCD, która obejmuje nekroptozę, autofagię, katastrofę mitotyczną, piroptozę, ferroptozę, metuozę, wytrzeszcz, partanatos, śmierć komórki zależną od lizosomów, entozę i onkoza, również zyskuje na znaczeniu [9, 10].

Te różne rodzaje śmierci komórkowej różnią się zmianami morfologicznymi i cechami biochemicznymi powodowanymi przez ich bodźce śmierci, ale niektóre formy śmierci komórkowej nie są całkowicie niezależne od innych, z pewnymi przecięciami cech molekularnych, takich jak apoptoza i autofagiczna śmierć komórki [11]. ]. Niezależnie od zasad normalnej śmierci komórki, komórki nowotworowe przeżywają, gdy nie powinny, w dużej mierze poprzez wytwarzanie odpowiednich mutacji genetycznych lub modyfikacji epigenetycznych, które wpływają na przekazywanie sygnałów śmierci komórki w celu obejścia RCD.

Regulacja aktywności GTPazy przez GAP wyzwala szereg zmian sygnalizacyjnych, szczególnie we wzroście, proliferacji i śmierci komórek, i określiliśmy to, co możemy zaobserwować pod względem RCD i odporności na nowotwory, aby zbadać powiązania między tymi trzema. W tym przeglądzie najpierw omówimy zrozumienie mechanizmów molekularnych GAP dla różnych RCD, ilustrując dużą liczbą indywidualnych przykładów (Tabela 1), a na koniec główny nacisk zostanie położony na regulację odporności guza przez GAP . Podsumowując tę ​​wiedzę, będziemy dalej rozwijać patofizjologiczne implikacje regulacji tych procesów przez GAP i podkreślać obiecujące podejścia do leczenia raka w świetle tych nowych odkryć.

apoptoza

Apoptoza jest formą PCD i jest również określana jako „martwica skurczowa” [12] ze względu na morfologiczne cechy kondensacji chromatyny i kurczenia się komórek (piknoza). Ponadto jego cechy obejmują fragmentację DNA (karyorrhexis), tworzenie apoptosomów i pęcherzyki błonowe [9]. Dwa wspólne szlaki sygnalizacyjne indukują apoptozę: jeden szlak jest szlakiem wewnętrznym, który jest spowodowany zmianami potencjału błony mitochondrialnej i przepuszczalności błony zewnętrznej, a następnie promocją uwalniania białek mitochondrialnych, takich jak cytochrom c, aktywując w ten sposób kaspazę 3 i tworząc apoptosomy [13]. ]. Proces ten jest regulowany przez rodzinę białek BCL-2, głównie białka proapoptotyczne (BAX, BAK, BIM, PUMA i BID) oraz antyapoptotyczne (BCL-2, BCL-XL i MCL1) [ 14]. Drugim szlakiem jest zewnętrzny szlak apoptozy, który jest inicjowany przez indukujący śmierć kompleks sygnalizacyjny (DISC) i receptory śmierci (białko błony komórkowej), takie jak Fas, receptory czynnika martwicy nowotworu (TNF) i związany z TNF ligand indukujący apoptozę (TRAIL), które ostatecznie aktywują rodzinę proteaz kaspazowych, wykonawców apoptozy komórek i indukują apoptozę komórek [13, 15].

Zaburzenia apoptozy są ściśle związane z występowaniem i rozwojem chorób autoimmunologicznych, chorób neurodegeneracyjnych i nowotworów. Na przykład komórki nowotworowe często mają właściwości hamowania apoptozy, aby zapewnić nieograniczoną proliferację.

Pojawiające się badania wykazały, że GAP są ściśle związane z postępem apoptozy (ryc. 2). Niektóre GAP mogą promować apoptozę komórek nowotworowych w celu ochrony organizmu. p120RasGAP, regulator sygnalizacji białka G 3 (RGS3), usunięty w raku wątroby 1 (DLC1), białko oddziałujące z DOC-2/ DAB2 (DAB2IP) i STARD13 to typowe przykłady, ponieważ pięć GAP może wpływać na równowagę białek antyapoptotycznych i białek proapoptotycznych i/lub odpowiedniego szlaku sygnałowego indukującego apoptozę. p120RasGAP (znany również jako RASA1), klasyczny GAP RAS, indukuje zależną od Ras rakotwórczość, gdy jego regulacja transkrypcji jest tłumiona. Sorafenib, jako środek celowany w raku wątrobowokomórkowym (HCC), może indukować apoptozę komórek nowotworowych. Badania wykazały, że jego ważny szlak reguluje w górę poziom p120RasGAP dla jego efektu terapeutycznego poprzez promowanie fosforylacji homeoboksu przysadki 1 (PITX1) w celu zwiększenia jego ekspresji i stabilności [16]. Jednak to, czy apoptozę można skutecznie wywołać, zależy od stopnia aktywności szlaku sygnałowego. Kaspaza-3 jest łagodniej aktywowana, co przeciwdziała apoptozie i sprzyja przeżyciu komórek poprzez rozszczepienie p120RasGAP na dwa fragmenty; jej N-końcowy fragment aktywuje szlak PI3k/Akt i dopiero hiperaktywacja kaspazy będzie promować apoptotyczną śmierć komórki [17, 18].

W HCC na ekspresję RGS3 wpływa onkogenny lncRNA HOXD-AS1, który obniża poziomy mRNA RGS3 i aktywuje szlak sygnałowy MEK/ERK, aby zapobiec apoptozie [19]. HOXD-AS1 zwiększa również ekspresję ARHGAP11A (RhoGAP) i prowadzi do indukcji przerzutów, służąc jako konkurujący endogenny RNA (ceRNA) i hamując miR19 [19]. Podobnie jak HOXD-AS1, 3'UTR STARD13 (DLC2, RhoGAP) działa jak cerRNA i zwiększa ekspresję czynnika modyfikującego Bcl-2 (BMF) poprzez konkurencyjne wiązanie z miR-125b w raku piersi.

Tymczasem STARD{0}}'UTR może promować interakcję BMF/Bcl{1}} w celu uwolnienia Bax i cytochromu c w celu aktywacji wewnętrznej ścieżki apoptozy [20]. DLC1 i DAB2IP bezpośrednio wpływają na odpowiednią ścieżkę i białko docelowe w celu wywołania apoptozy. Na przykład DLC1 (RhoGAP) dereguluje ekspresję TNFAIP3/A20 i zwiększa ekspresję BCL211/BIM i kaspazy -3, aby wywołać śmierć komórki poprzez inaktywację sygnalizacji NF-kB w naczyniakomięsaku [21]. Wpływ DAB2IP na promowanie apoptozy obejmuje wiele szlaków sygnałowych w raku [22]. W raku prostaty (PCa) DAB2IP odgrywa podwójną rolę w wpływaniu na apoptozę. Po pierwsze, DAB2IP oddziałuje bezpośrednio ze STAT3 i hamuje jego fosforylację (tyrozyna 705 i seryna 727) oraz transaktywację, zaburzając w ten sposób zrównoważoną ekspresję genów proapoptotycznych (Bax) i genów antyapoptotycznych (przeżywających, Bcl -2 i Bcl -xL) i promowanie apoptozy. Po drugie, DAB2IP aktywuje szlaki wewnętrzne, w tym zakłócenie potencjału błony mitochondrialnej i uwolnienie cytochromu c, Omi/HtrA2 i Smac, ostatecznie aktywując kaskadę kaspazy [23].

RACGAP1 może promować przerzuty i rozwój raka poprzez hamowanie apoptozy. RACGAP1 działa na małe białka G z rodziny Rho, stymulując hydrolizę GTP i regulując CDC42 i RAC1. Na ekspresję i stabilność RACGAP1 wpływa STAT3 i sekwencja 2 transformująca komórki nabłonka (ECT2). W HCC STAT3, czynnik transkrypcyjny RACGAP1, może zwiększać ekspresję RACGAP1, a następnie RACGAP1 zmniejsza szlak sygnałowy Hippo poprzez gromadzenie F-aktyny w celu aktywacji koaktywatora transkrypcji związanego z białkiem tak (YAP). W przypadku YAP transkrypcja translokowanego regionu promotora nukleoporyny (TPR) jest regulowana w górę. TPR z kolei może regulować fosforylację i lokalizację RACGAP1 w centralnym wrzecionie. W rezultacie dochodzi do zahamowania apoptozy i pobudzenia wzrostu komórek nowotworowych [24]. ECT2, czynnik katalityczny wymiany nukleotydów guaninowych na małych GTPazach [25], oddziałuje z RacGAP1. W HCC z jednej strony ECT2 promuje stabilność białka RacGAP1, az drugiej strony RacGAP1 promuje aktywację RhoA za pośrednictwem ECT{22}} i przerzuty do komórek HCC [26]. W raku piersi typu basal-like (BLBC) wykazano również, że komórki RACGAP1 z nokautem zawodzą w cytokinezie i powodują inicjację apoptozy [27].

Z pewnością GAP odgrywają również znaczącą rolę w innych chorobach związanych z apoptozą, z wyjątkiem raka. Przedwczesna i niewłaściwa apoptoza zwiększy częstość występowania chorób sercowo-naczyniowych. Siedemdziesiąt procent pacjentów z malformacją naczyń włosowatych i malformacją tętniczo-żylną ma inaktywowane mutacje w genie RASA1. Najprawdopodobniej, biorąc pod uwagę funkcję rozszczepionego N-końcowego fragmentu RASA1 w pośredniczeniu w antyapoptozie, niedobór RASA1 prowadzi do apoptozy komórek śródbłonka naczyń limfatycznych (LV), powodując upośledzenie tworzenia zastawek LV [28].

Ponadto RGS5 nie tylko koordynuje aktywność białek proapoptotycznych, antyapoptotycznych i kaspazy -3, ale także hamuje szlaki sygnałowe JNK1/2 i p38, hamując apoptozę kardiomiocytów, która występuje w niedokrwieniu-reperfuzji mięśnia sercowego [29]. ]. Niepotrzebna apoptoza jest również związana z chorobami neurologicznymi i neuropatią nerwu wzrokowego. Naukowcy sugerują, że nadekspresja DAB2IP, która nosi nową nazwę kinaza regulująca sygnał apoptozy 1-białko oddziałujące{10}}, może sprzyjać rozwojowi choroby Alzheimera poprzez pośredniczenie w apoptozie komórek śródbłonka mózgu wywołanej przez amyloid, podczas gdy nadekspresja TBC1D17 będzie promować śmierć komórek siatkówki prowadzącą do neuropatii nerwu wzrokowego [30, 31].

Podsumowując, wyżej wymienione GAP oddziałują z docelowym białkiem lub szlakami sygnałowymi, aktywując lub hamując apoptotyczne szlaki sygnałowe i wpływając na apoptozę, wpływając w ten sposób na rozwój choroby. Nieustannie uczeni zwracali dużą uwagę na mechanizmy i strategie terapeutyczne nowotworów. Tutaj przedstawiamy niektóre GPA, które wpływają na apoptozę, aby ujawnić proces patologiczny i poprawić efekt terapeutyczny nowotworów. Oczywiście badania GAP ujawniają również specjalne mechanizmy innych procesów patologicznych, aby lepiej zrozumieć projekt i pomóc nam opracować skuteczne leczenie dla specjalnych celów.

Nieapoptotyczny RCD

Ta sekcja obejmuje nie tylko śmierć komórek zależną od autofagii, aby wyjaśnić związek z GAP, ale także nowe formy śmierci komórek, takie jak ferroptoza, piroptoza i inne nieformalne typy (ryc. 3).

Śmierć komórki zależna od autofagii

Aby utrzymać naszą fizyczną homeostazę i zdrowie, konieczna jest aktywacja autofagii w celu wyeliminowania zbędnych i szkodliwych składników komórki. Autofagia jest ważnym, konserwatywnym i normalnym procesem komórkowym, który zawsze dzieli się na kilka etapów: indukcja fagoforów, tworzenie autofagosomów i autolizosomów oraz degradacja i recyrkulacja zawartości światła. Głównymi cechami są specjalne struktury błon, w tym fagofory, autofagosomy i autolizosomy. Uważa się, że autofagia jest mechanizmem przetrwania komórki, ale gdy autofagia jest nadmiernie aktywowana poza pojemność komórki, prowadzi to do śmierci komórki, zwanej śmiercią komórki zależną od autofagii (ADCD). Identyfikacja ADCD wymaga cech zwiększonego tempa aktywności autofagicznej i wykluczenia śmierci komórkowej z powodu innych form, a może być modyfikowana poprzez genetyczne i/lub farmakologiczne hamowanie czynników autofagii [32].

Jednak koncepcja ADCD jest nadal wysoce kontrowersyjna. Z jednej strony istnienie przesłuchu między autofagią a innymi RCD, takimi jak apoptoza, utrudnia zdefiniowanie ADCD jako niezależnego procesu śmierci komórki jedynie na podstawie odpowiednich markerów molekularnych i morfologicznych, a z drugiej strony próg klasyfikacji śmierci a nieśmiercionośna autofagia jest trudna do określenia [33, 34]. Rola autofagii w nowotworach może być dwustronna. Chociaż utrata autofagii sprzyja progresji nowotworu w modelach mysich, więcej dowodów wskazuje, że autofagia może tłumić specyficzne dla nowotworu reakcje zapalne i wspomagać aktywność metaboliczną komórek nowotworowych w mikrośrodowisku o ograniczonej zawartości składników odżywczych, promując wzrost guza [35, 36]. Wykazano, że niektóre leki przeciwnowotworowe, takie jak resweratrol i trójtlenek arsenu, mogą indukować ADCD [37–39], a ponadto ADCD występuje w onkogennych komórkach wykazujących ekspresję Ras przy braku innych kotransformowanych genów [40], ale jego rola w różnych nowotworach pozostaje do zbadania. Dlatego przedstawiamy tutaj jedynie ograniczone wprowadzenie do roli GAP w autofagii.

Autofagosomy są morfologicznymi markerami autofagii, podczas gdy białka związane z autofagią (ATG) są kluczem do tworzenia autofagosomu i są molekularnymi markerami autofagii. GTPazy RAB mogą kontrolować transport pęcherzyków wewnątrzkomórkowych [41] i wyznaczać dojrzewanie autofagosomu [42]. Około 10 białek RAB ma określone funkcje w autofagii [43]. Dlatego RABGAP, w tym RABGAP zawierające domeny TBC (TRE{5}}BUB{6}}CDC16), są również zaangażowane w autofagię. RAB33B wpływa na tworzenie autofagosomów poprzez rekrutację kompleksu Atg12-Atg5-Atg16L1 do fagocytów, a Atg16L1 jest białkiem wiążącym RAB33B [44].

Jedno z badań wykazało, że OATL1 jest GAP działającym na RAB33B, a jego nadekspresja może opóźniać dojrzewanie autofagosomu poprzez regulację fuzji między autofagosomami i lizosomami [45]. RalA/B (RAS jak A/B), członek rodziny Ras GTPazy, jest również kluczowym regulatorem transportu pęcherzyków [46]. W modelu komórki ssaków RalB i jego białko efektorowe Exo84 razem indukują składanie ULK1-Beclin1-VPS34, które jest wymagane do tworzenia autofagosomu. W warunkach eksperymentalnych bez ograniczenia składników odżywczych, spadek RalGAP może aktywować RalB i indukować wzrost autofagii [47]. W innym eksperymencie wykorzystującym Drosophila jako model naukowcy odkryli, że Ral GTPaza reguluje autofagię w kontekście PCD [48], co można uznać za ADCD.

Mechanistyczny cel rapamycyny (mTOR) integruje czynniki wzrostu i sygnały odżywcze, aby zahamować autofagię. mTORC1, który jest kompleksem sygnałowym z mTOR jako głównym składnikiem, promuje fosforylację ULK1 (-51-jak kinaza 1) w obecności wystarczającej ilości składników odżywczych [49]. Pod kontrolą kinaz sygnalizacyjnych AKT i AMPK, kompleks stwardnienia guzowatego 1/2 (TSC1/2) działa jako GAP Rheb (homolog Ras wzbogacony w mózg), hamując tworzenie Rheb związanego z GTP i uczestniczy w regulacji szlaku sygnałowego Rheb-mTORC{11}}ULK1 w celu promowania autofagii [49–51]. Niedobór Tsc1/2 jest odpowiedzialny za rozwój zespołu stwardnienia guzowatego (TSC), autosomalnego dominującego zaburzenia predysponującego pacjentów do rozwoju nowotworów wielonarządowych [52]. Dlatego wadliwa autofagia w TSC może prowadzić do gromadzenia się substratów autofagicznych, w tym nieprawidłowych białek i organelli, w komórce, sprzyjając nowotworzeniu. Badania wykazały również, że delecja RalGAP indukuje wzrost aktywności mTORC1, prowadząc do zmniejszenia autofagii.

Tymczasem w raku trzustki RalGAP hamuje inwazję komórek nowotworowych poprzez sygnalizację mTORC1 [53]. Autofagia zwiększa odporność komórek nowotworowych na chemioterapię i radioterapię. Temozolomid (TMZ) stosowany w leczeniu glejaka wielopostaciowego (GBM) ma skłonność do indukowania autofagii i może powodować oporność komórek nowotworowych na lek. Stwierdzono, że DAB2IP negatywnie reguluje ekspresję ATG9B poprzez szlak sygnałowy Wnt/-katenina, hamując w ten sposób autofagię indukowaną przez TMZ i zwiększając wrażliwość na leki w komórkach GBM [54]. Ponadto wykazano, że DAB2IP jest negatywnym regulatorem odporności na promieniowanie związanej z autofagią w PCa. Jako regulator upstream DAB2IP, miR-32 obniża poziom białka DAB2IP, celując w jego 3'-UTR i hamując jego translację [55]. Następnie aktywowany jest dalszy szlak mTOR-S6K, ale zwiększa się aktywność autofagii, co może być wynikiem hamowania Akt z ujemnym sprzężeniem zwrotnym [56], ostatecznie zwiększając odporność komórek PCa na promieniowanie [55, 57].

Niektóre GAP wpływają na układ nerwowy poprzez regulację autofagii. SIPA1L2, białko aktywujące GTPazę Rap, reguluje proces uwalniania neuroprzekaźników, który jest powiązany z sygnalizacją TrkB/Rap1 i amfisomami, które są organellami fuzyjnymi późnych endosomów TrkB z autofagosomami [58], podczas gdy inne, w tym TBC1D5 i TBC1D15, są związane z chorobą neuronu ruchowego, a te GAP powodują degradowalny proces autofagii i agregację toksycznych białek [59-63]. Zarówno SGSM3/RABGAP5, jak i TBC1D10A inaktywują odpowiednie GTPazy w celu zakończenia autofagii i mają wpływ na układ odpornościowy, gdy autofagia eliminuje patogeny i uszkadza organelle komórkowe [64, 65]. Brak GAP może prowadzić do genetycznie heterogennych chorób autosomalnych. Na przykład delecja białka TBC1D20 może zwiększyć częstość występowania mikrozespołu Warburga 4, który jest zaburzeniem autosomalnym i ma nieprawidłowe funkcje oczu, mózgu i narządów płciowych [66]. Autofagia jest również nieodłącznym mechanizmem utrzymywania metabolizmu i odzyskiwania składników odżywczych podczas głodu lub stresu. TBC1D5 wiąże i sekwestruje LC3 plus przedziały autofagiczne i zwiększa ekspresję transportera glukozy GLUT1/Slc2a1 na błonie komórkowej, ułatwiając wychwyt glukozy i przepływ glikolityczny [67].

Podsumowując, większość GAP zmniejsza odpowiednią aktywność GTPazy, aby bezpośrednio regulować autofagię, aby wpływać na nasze funkcje fizyczne, ale niewiele służy jako efektory pośrednio regulujące autofagię, aby osiągnąć ten cel. Autofagia jest ściśle związana z homeostazą fizyczną i zdrowiem. Co istotne, GAP wpływają na proces autofagii. Niestety sam ADCD ma wiele niezbadanych obszarów, w wyniku czego istnieje niewiele badań dotyczących ADCD i GAP. Możemy jedynie wywnioskować możliwą rolę GAP w ADCD na podstawie połączenia między autofagią a GAP. Dlatego konieczne są dalsze badania, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób GAP regulują ADCD w sytuacjach fizjologicznych i patologicznych, prawidłowo zrozumieć rozwój patologii i znaleźć cele terapeutyczne.

Ferroptoza

Ferroptoza jest nowym oksydacyjnym RCD, w którym konsekwencje są kumulowane przez śmiertelną zależność żelaza od wodoronadtlenków lipidów [68]. Jej naukowa obserwacja zapoczątkowała w 2003 roku eksperyment selektywnej śmierci komórek indukowanej elastyną, a termin „ferroptoza” powstał w 2012 roku [69]. Następnie uczeni wywołali gwałtowny wzrost badań nad ferroptozą. Unikalną cechą jego morfologii są zmiany mitochondrialne, które obejmują mały rozmiar, zmianę gęstości błon, redukcję lub zanik crista mitochondriów oraz pęknięcie błon zewnętrznych [70]. Ferroptoza jest związana z różnymi chorobami, w tym ostrym uszkodzeniem nerek, rakiem i chorobami układu krążenia. Część indukcji ferroptozy jest zależna od RAS [71]. W komórkach nowotworowych z mutacją Ras blokada szlaku RAS-RAF-MEK hamuje ferroptozę indukowaną przez elastynę, która jest lekiem przeciwnowotworowym promującym śmierć komórki [72]. Jednak stosunkowo niewiele wiadomo na temat związku między GAP a ferroptozą.

Opisano dużą liczbę molekularnych markerów i szlaków autofagii jako możliwych procesów ferroptozy [9, 73]. GTPazy i GAP, które odgrywają rolę w autofagii, mogą również być regulatorami ferroptozy. RAB7A bierze udział w indukowanej autofagią degradacji kropelek lipidów (LD), a towarzysząca peroksydacja lipidów zaostrza ferroptozę [74]. W związku z tym TBC1D2, jako negatywny regulator RAB7A, może regulować ferroptozę w sposób zależny od RAB7A [75]. G3BP1 (białko wiążące białko aktywujące Ras-GTPazę 1) bierze udział w regulacji szlaku sygnałowego Ras. Proces indukowanej nim śmierci komórkowej jest powiązany z długim niekodującym RNA P53RRA, który jest regulowany przez LSH i p53. Podczas tego procesu nukleotydy 1 i 871 P53RRA bezpośrednio oddziałują z domeną interakcji motywu rozpoznawania RNA G3BP1 (aa 177–466), tworząc kompleks P53RRA-G3BP1. W cytoplazmie interakcja P53RRA-G3BP1 wypiera p53 z kompleksu G3BP1, prowadząc do redystrybucji p53 poprzez transfer p53 z cytoplazmy do jądra, co aktywuje szlak sygnałowy p53 i wpływa na ekspresję kilku genów metabolicznych, takich jak TIGAR i SLC7A11, ostatecznie powodując zatrzymanie cyklu komórkowego, co prowadzi do apoptozy i ferroptozy [76].

piroptoza

Piroptoza jest rodzajem zapalnego RCD, który jest wrodzonym mechanizmem odpornościowym, który opiera się inwazji patogenów i utrzymuje fizyczną homeostazę [77]. Aktywacja kaspazy-1/4/5/11 jest indukowana przez niektóre inflamasomy, które zwiększają szybkość cięcia gasderminy D i wydzielają dojrzałe cytokiny zapalne, takie jak interleukina-18 i interleukina-1 [78 ]. Jego cechy to fragmentacja DNA, pęcznienie komórek i pęcherzyki, które ostatecznie rozrywają błonę plazmatyczną.

Związek między piroptozą a GAP znajduje odzwierciedlenie w śmierci komórki indukowanej przez niektóre mikroorganizmy. YopE jest rodzajem zewnętrznego białka Yersinia (Yops) i może działać jako gospodarz GAP Rho GTPazy poprzez hydrolizę związanej z GTP Rho GTPazy w sposób niekowalencyjny w Yersinia. Podczas infekcji Yersinia i indukcji śmierci komórki YopE ma innego współpracownika, YopT, proteazę cysteinową, która kowalencyjnie rozkłada C-koniec GTPazy Rho, prowadząc w ten sposób do dysocjacji i inaktywacji GTPazy Rho. Chociaż YopE i YopT zasadniczo różnią się od inaktywacji GTPazy Rho, obie są toksynami rhomodyfikującymi, które wpływają na fizjologię komórki gospodarza i unikają odpowiedzi immunologicznych. Proces ten jest bezpośrednio indukowany w sposób, który defosforyluje aktywne miejsca Ser205 i Ser241 piryny i tworzy inflammasom pirynowy, ostatecznie prowadząc do piroptozy [79].

Śmierć komórki Entozy

W 2007 roku badacze opisali entozę procesu nieapoptotycznej śmierci komórek, aby wyjaśnić zjawisko zjadania komórek obserwowane między komórkami nowotworowymi [80, 81]. Kiedy żywe komórki są konsumowane przez te same lub różne typy komórek, pojawia się struktura „komórki w komórce”, co powoduje śmierć zinternalizowanych komórek (komórek entotycznych). Umierające komórki entotyczne nie mają morfologicznych i molekularnych cech apoptozy, ale wykazują zależność od autofagii, przy czym lizosom i błona wakuolowa autofagii zależnej od białka fuzyjnego indukują entozę [82, 83].

Adhezja komórek i przegrupowanie cytoszkieletu są kluczowymi procesami w entozie i nie można ich zdefiniować w kadherynie nabłonkowej i sygnalizacji Rho-ROCK [80]. Rekrutacja p190A RhoGAP na połączeniach komórka-komórka hamuje aktywność szlaku Rho, prowadząc do zmniejszenia fosforylacji łańcucha lekkiego miozyny, co zmniejsza skurcz aktomiozyny i obniża poziom kalmoduliny. Ze względu na spolaryzowaną dystrybucję p190A RhoGAP, skurcz aktyny na dystalnym końcu adhezji komórek jest znacznie większy niż w miejscu adhezji komórek [84]. Ponadto Rho jest aktywowany przez RhoGEF na dystalnym końcu adhezji komórek [85]. Dlatego RhoGAP i RhoGEF działają osobno dla Rho, ale synergistycznie dla indukcji ketozy.

Katastrofa mitotyczna

Katastrofa mitotyczna (MC) to rodzaj nieprawidłowej mitotycznej śmierci komórek, która jest również skutecznym mechanizmem i terapią przeciwnowotworową [86]. Jego cechy morfologiczne to unikalne zmiany jądrowe, które zazwyczaj wykazują wielojądrzastość i/lub mikrojądrowanie [87]. Ściślej mówiąc, MC nie jest typem RCD, ponieważ MC, podobnie jak autofagia, niekoniecznie powoduje śmierć komórki, dlatego Nomenclature Committee on Cell Death 2018 zaleca używanie terminu śmierć mitotyczna jako nazwy tego typu śmierci [10]. ]. Ponadto badania wykazały, że ostatecznym przeznaczeniem większości komórek MC jest wewnętrzna apoptoza [10, 88], z różnicami i powiązaniami między nimi.

Rodzaje drzew GAP są powiązane z nieprawidłową mitozą: RasGAP NF1, p190RhoGAP i RanGAP. Mutacje w NF1 mogą aktywować dalsze szlaki sygnałowe związane z RAS. W tym przypadku konieczna jest koordynacja innych szlaków sygnalizacyjnych, takich jak szlaki związane z PKC, do regulowania zaburzeń komórkowych związanych z nadmierną aktywacją RAS i potrzebna do zapewnienia przeżycia komórek. W warunkach niedoboru Nf{5}} supresja endogennej kinazy białkowej C (PKC) najprawdopodobniej współpracuje ze szlakiem Akt (jednym z dalszych efektorów nieprawidłowego Ras) w celu aktywacji Chk1, przedłużając zatrzymanie mitozy, a następnie powoduje apoptozę poprzez MC [89]. Nadekspresja wielu kopii w raku złośliwym limfocytów T 1 (MCT{10}}) konfrontuje się z prezentacją genu PTEN i negatywnie wpływa na stabilność i aktywność funkcjonalną jego białek, aktywując sygnalizację kinazy fosfoinozytydu 3/AKT. Ponadto MCT{12}} obniżył poziom p190RhoGAP i zwiększył ekspresję p190B, który wiąże Src, oddziałuje z MCT-1 i aktywuje sygnalizację Src/p190B. Ostatecznie zwiększona prezentacja MCT{17}} i zahamowany PTEN synergistycznie wzmacniają szlak Src/p190B, co powoduje obniżenie aktywności RhoA i zwiększa częstość występowania MC [90].

W przeciwieństwie do opisu powyższych GAP, oprócz wpływu importyny 1 na kinetochor i lokalizację wrzeciona RanGAP1, która jest regulatorem zaangażowanym w wektor głównych jąder interfazowych i progresję mitotyczną, sumoilacja RanGAP1 jest również związana z importyną 1 i wykazuje dodatnią korelację. Najprawdopodobniej mechanizm RanBP2 oddziałuje bezpośrednio z N-końcem importyny 1, sekwestruje endogenną RanBP2, zmniejsza ją i importynę 1 oraz dyfunduje oba, prowadząc do nieprawidłowego tworzenia wrzeciona i upośledzonego wyrównania chromosomów, co ostatecznie powoduje śmierć komórki [91] . Podsumowując, nieprawidłowa regulacja odpowiedniej aktywności białka GTPazy przez GAP może zakłócić normalną kaskadę sygnału i ostatecznie zwiększyć częstość wypadków MC.

Metody

Metuoza jest unikalną postacią RCD, a jej szczególnym charakterem jest wakuolizacja, gromadzenie się pęcherzyków (pojedynczej błony iz makropinosomów, wyróżniających budowę podwójnych błon autofagosomów), a ostatecznie pęknięcie błony plazmatycznej [92]. Metuoza jest ściśle związana ze szlakiem sygnałowym Ras (ciągła aktywacja), który charakteryzuje GBM i raka żołądka [93].

GIT1 służy jako GAP do inaktywacji Arf6 poprzez hydrolizę GTP w celu wpływania na metody. W tym procesie hiperaktywny H-Ras aktywuje Rac1 GEF, zwiększając ilość Rac1-GTP. Mikropinocytoza wzmocniona przez aktywację Rac1 i endocytoza niezależna od klatryny (CIE) uzyskują pewne cechy późnych endosomów (Rab7 i LAMP1). Tymczasem istnieje mechanizm sprzężenia zwrotnego, w ramach którego hiperaktywny Rac1 umożliwia Rac1-GTP bezpośrednią interakcję z GIT1, zmniejszając aktywność Arf6, upośledzając recykling CIE i nie łącząc się z lizosomami. Wreszcie konsekwencje te prowadzą do akumulacji CIE, a późne pęcherzyki endosomalne łączą się, tworząc w ten sposób większe wypełnione płynem wakuole cytoplazmatyczne, które ostatecznie rozrywają błonę plazmatyczną i powodują śmierć komórki [94, 95]. Jednak powyższy wynik jest sprzeczny z finansowaniem Shlioma i współpracowników, że aktywność Arf6 (Q67 L) promuje tworzenie wakuoli w komórkach, które wyrażają H-Ras (G12V) [96]. Najbardziej odpowiednim wyjaśnieniem tego zjawiska jest to, że wpływają one na powstające wakuole

GAP regulują odporność nowotworu

RCD i odporność są ze sobą ściśle powiązane

Początkowo uważano, że RCD jest zdarzeniem immunotolerogennym, zwłaszcza apoptozą [97]. Jednak późniejsze dowody i wprowadzenie koncepcji śmierci komórek immunogennych (ICD) stopniowo ustaliły rolę aktywności immunologicznej w RCD. ICD nie jest niezależnym trybem śmierci i odnosi się do typu RCD, w którym występuje odporność adaptacyjna napędzana aktywacją cytotoksycznych limfocytów T (CTL) w odpowiedzi na śmierć komórkową wywołaną stresem [97, 98]. Rozwój ICD jest złożonym procesem, w którym istnienie antygenów nieobjętych centralną tolerancją w martwych komórkach oraz ekspozycja i uwalnianie wzorców molekularnych związanych z uszkodzeniem (DAMP) są kluczowymi składnikami, określanymi odpowiednio jako antygenowość i adiuwantowość [98]. ]. DAMP promują rekrutację i dojrzewanie komórek prezentujących antygen (APC), wyzwalając zależną od CTL odpowiedź immunologiczną [99]. Niektóre konwencjonalne środki chemioterapeutyczne, wirusy onkolityczne, ukierunkowane środki przeciwnowotworowe, określone metody radioterapii i inne czynniki mogą być induktorami ICD [100, 101].

Na podstawie tego odkrycia w 2013 roku naukowcy zasugerowali, że kombinacje induktorów ICD z innymi immunomodulatorami mogą prowadzić do skutecznych efektów przeciwnowotworowych [99], a późniejsze badania potwierdziły, że przeciwciała monoklonalne ukierunkowane na klasycznie hamowane punkty kontrolne układu odpornościowego, takie jak cytotoksyczne limfocyty T związane antygen 4 (CTLA{5}}), programowana śmierć komórki-1 (PD-1) i odpowiadający mu ligand PD-L1 są dobrymi współpracownikami ICD [102–104]. Ostatnio nowe perspektywy pokazała także immunoterapia nowotworów połączona z nanotechnologią w celu wywołania ICD [105, 106]. Oczywiście inne RCD nie są końcem komórki, ale mogą być początkiem odpowiedzi immunologicznej, a nawet ICD [107]. Co więcej, te RCD są również zaangażowane w odporność przeciwnowotworową [108, 109]. Na przykład limfocyty T i ferroptoza pośredniczą w nowotworach. Aktywowane immunoterapią limfocyty T CD8 plus zwiększyły peroksydację lipidów w komórkach nowotworowych, co z kolei przyczyniło się do przeciwnowotworowej skuteczności immunoterapii ze zwiększoną ferroptozą [110]. Te dowody są wystarczające, aby wykazać, że RCD jest nierozerwalnie związane z aktywnością immunologiczną i immunoterapią.

GAP przyczyniają się do mikrośrodowiska immunologicznego

Na powstawanie i podstawową funkcję wielu komórek odpornościowych wpływają GAP (ryc. 4A). Limfocyty T są podstawą odporności przeciwnowotworowej. Niedojrzałe podwójnie dodatnie (DP) tymocyty są częściowo różnicowane w limfocyty T CD4 plus lub CD8 plus pojedynczo dodatnie (SP) po pozytywnej selekcji, podczas gdy inne komórki T DP przechodzą apoptozę. Mechanizm, dzięki któremu szlak Ras-MAPK reguluje ten proces, został dobrze zbadany [111, 112].
W grasicy z niedoborem RASA{0}} komórki DP mają zwiększoną podatność na apoptozę, ale zwiększony stosunek CD4 SP do DP sugeruje, że delecja RASA1 promuje pozytywną selekcję i może być związana z aktywacją szlaku sygnałowego Ras-MAPK [113]. Ponadto, biorąc pod uwagę proapoptotyczne działanie DAB2IP, kompleks CCR{6}}NOT obniża poziom DAB2IP, aby uczestniczyć w pozytywnej selekcji tymocytów [114]. Co ciekawe, inne badanie wykazało, że NF1 promuje pozytywną selekcję tymocytów u samic myszy HY TCR Tg, ale mechanizm jest niejasny [115]. Innym przykładem regulacji limfocytów T jest to, że ARHGAP19 koordynuje przebudowę cytoszkieletu wymaganą do podziału limfocytów T i kontroluje segregację chromosomów poprzez regulację RhoA [116]. ARHGAP45 może regulować RHO, aby koordynować zmiany w cytoszkielecie naiwnych limfocytów T, zwiększać ich deformację i migrację do węzłów chłonnych (LN) oraz promować wysiewanie grasicy prekursorów komórek T [117].

Ponadto Rab35 i jego GAP EPI64C (TBC1D10C) są wymagane w tworzeniu synaps immunologicznych (IS), które są częścią interakcji komórka T-APC [118]. Makrofagi odgrywają kluczową rolę poniżej odpowiedzi immunologicznej, pochłaniając martwe komórki. Wcześniejsze badania scharakteryzowały członków Rho GTPazy Rac1 i Cdc42 jako przełączniki molekularne, które kontrolują tkankę cytoszkieletu aktynowego w celu regulacji fagocytozy za pośrednictwem receptora Fc [119, 120]. Sh3BP1, ArhGAP12 i ArhGAP25 wspólnie inaktywowały Rac i Cdc42 w czasie i przestrzeni, kończąc w ten sposób fagocytozę makrofagów do dużych cząstek, takich jak komórki apoptotyczne [121]. Polaryzacja makrofagów, ruchliwość i rozprzestrzenianie się komórek są związane z regulacją translokacji p190RhoGAP za pośrednictwem RASA{17}} [122]. Wykazano, że kolejna delecja RhoGAP miozyny Myo9b w makrofagach powoduje zmianę morfologii komórek i upośledzoną zdolność migracji [123]. Rola rodziny RhoGAP w neutrofilach jest szersza i obejmuje głównie zmiany kształtu neutrofili, adhezję, chemotaksję i fagocytozę, jak opisali Roland Csépányi-Kömi i in. [124].

Dzięki zaangażowaniu mikrośrodowiska guza komórki nowotworowe mogą uniknąć nadzoru układu odpornościowego, a tym samym przetrwać ataki immunologiczne podczas procesu rozwoju. NF1, kodujący neurofibrominę, jest dobrym przykładem ilustrującym rolę GAP w mikrośrodowisku immunologicznym guza (ryc. 4B). Neurofibromina jest białkiem aktywującym GTPazę, które obniża aktywność RAS, a zatem mutacje w NF1 mogą aktywować dalsze szlaki sygnałowe związane z RAS. Nerwiakowłókniakowatość typu 1 (NF1) to genetyczna choroba układu nerwowego spowodowana utratą aktywności białka GAP neurofibrominy [125]. Komórki odpornościowe, takie jak naciekające zapalne komórki tuczne, są składnikiem NF1, a mutacje genu NF1 w komórkach odpornościowych są również istotne dla tej choroby [126]. Naukowcy zaprojektowali NF1fox/−; Myszy Krox{12}} Cre z komórkami NF1−/− Schwanna i komórkami tucznymi NF1 plus /− i odkryły, że myszy z proliferacją komórek Schwanna, jak również masywnym naciekiem komórek tucznych, rozwinęły nerwiakowłókniaki splotowate w porównaniu z myszami kontrolnymi. To odkrycie pokazuje fakt, że haploinsuficjencja komórek tucznych NF1 tworzy mikrośrodowisko immunologiczne NF1 plus /-, które sprzyja nowotworom [127].

Ponadto komórki NF1-/- Schwanna zwiększają migrację komórek tucznych haploinsuficiency Nf1 przez czynnik komórek macierzystych (SCF) i degranulację poprzez aktywację szlaku PIK-3 za pośrednictwem c-kit [128-130]. W porównaniu z normalnymi ludźmi, pacjenci z NF1 są podatni na rozwój guzów ośrodkowego układu nerwowego. W przypadku glejaka o niskim stopniu złośliwości (LGG) naukowcy odkryli kluczową oś neuroimmunologiczną, co sugeruje, że zmutowane neurony NF1 wytwarzają midkinę, aby indukować limfocyty T do aktywacji mikrogleju w celu wytworzenia CCL5, czynnika promującego wzrost LGG [131]. Podobne wyniki uzyskano w GBM.

Niedawne badanie wykazało, że modele nowotworów z kodecją Nf1 i Pten oraz nadekspresją EGFRVIII mogą uniknąć klirensu immunologicznego i wysokiego stopnia mikrośrodowiska immunosupresyjnego, a utrata Nf1 była kluczowym zdarzeniem [132]. Co ciekawe, chociaż niekompletna mutacja alleli NF1 jest motorem nowotworów, niektórzy badacze przedstawiają sprzeczność polegającą na tym, że brak NF1 w komórkach T może zwiększać aktywność komórek T w celu wzmocnienia mechanizmu fizycznego monitorowania immunologicznego guza i hamowania migracji złośliwej. Zgodnie z tym odkryciem zjawisko kliniczne pacjentów z NF1, u ​​których większość guzów związanych z NF1 to niezłośliwe nowotwory, przebudowuje nasze rozpoznawanie mutacji genu NF1 [133].

Ponadto badania wykazały, że białko podobne do aktywatora białka Ras 1 (Rasal1) negatywnie reguluje szlak P21Ras-ERK w komórkach T, hamując w ten sposób aktywację komórek T w celu zmniejszenia odporności przeciwnowotworowej komórek T, podczas gdy wykazano knockdown RASAL1 w celu zwiększenia aktywności przeciwnowotworowej komórek T w czerniaku B16 i chłoniaku EL -4 [134]. Jako GAP białek G, rodzina RGS bierze udział w regulacji aktywności immunologicznej na wiele sposobów i ma potencjał w ukierunkowanej immunoterapii [135]. Ostatnie badania wykazały, że RGS1 hamuje transport komórek T1 i CTL do guzów, ułatwiając powstawanie „zimnych guzów” w raku piersi i upośledzając odporność przeciwnowotworową [136]. Tymczasem eksperymenty na myszach wykazały, że transfer CTL specyficznych dla nowotworu z nokautem RGS1 w połączeniu z PD-L1 może być obiecującą strategią immunoterapeutyczną raka piersi [136].

Wnioski i perspektywy

W ostatnich latach nasiliły się badania nad GAP w chorobach, zwłaszcza nowotworach. Niektóre GAP mogą być czynnikami wpływającymi na proliferację, migrację komórek nowotworowych, oporność na leki i transformację złośliwą, a nawet mogą być nowymi celami terapeutycznymi i markerami prognostycznymi dla raka. Szlaki sygnałowe związane z RCD mogą być dostrojone przez GAP podczas tego procesu. Najbardziej typowym przykładem jest hamowanie szlaków związanych z RAS przez RASGAP w celu regulacji procesu apoptozy w komórkach nowotworowych. Badania nad regulacją odporności nowotworu przez GAP są ograniczone. Tutaj, podsumowując szeroką rolę GAP w regulacji RCD, spekulujemy, że możliwe jest, że GAP są obecne w aktywności immunologicznej związanej z RCD, a dokładniej w przeciwnowotworowych odpowiedziach immunologicznych indukowanych przez ICD. Ponadto GAP wyrażane w komórkach odpornościowych są niezbędne do utrzymania fizjologicznych funkcji komórek odpornościowych i uczestniczą w unikaniu odporności i odporności przeciwnowotworowej poprzez regulację komórek odpornościowych.

Jedną z charakterystycznych cech aktywacji onkogennych białek RAS jest zdolność do hamowania apoptozy komórek nowotworowych w celu uzyskania nieograniczonej proliferacji. Onkogenny RAS może mieć mutacje, które są odporne na hamowanie hydrolityczne wywołane przez RASGAP.

Chociaż od dawna proponowano poszukiwanie leków małocząsteczkowych, które mogłyby działać jako odpowiedniki GAP w celu promowania hydrolizy RAS-GTP, nie poczyniono optymistycznych postępów. Wykazano, że semaforyna 4D działa na receptor Pleksyna-B1 aktywny dla GAP, inaktywując R-Ras, a tym samym regulując aktywację integryny i migrację komórek [137]. Istnieją dodatkowe przykłady regulacji określonych działań GAP. Na przykład, neogenina receptora odpychającej białkowej cząsteczki kierującej A (RGMA) zwiększa aktywność p120GAP, prowadząc do hamowania Ras i jego efektora Akt [138]. Hamowanie funkcji RASGAP może również występować w raku. Jednak sposoby leczenia typowo związanej choroby NF1 są nadal bardzo trudne, a obecne strategie obejmują głównie hamowanie szlaku RAS/MEK [139]. Podsumowując, chociaż podstawowa funkcjonalność GAP jest dobrze poznana, konieczne są dalsze badania, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób GAP regulują procesy biologiczne, prawidłowo zrozumieć rozwój patologii i zidentyfikować cele terapeutyczne.

Skróty

GAP: białko aktywujące GTPazę; RCD: Regulowana śmierć komórki; GEF: czynniki wymiany nukleotydów guaninowych; GDI: inhibitory dysocjacji nukleotydów guaninowych; RGS: regulatory sygnalizacji białka G; GPCR: receptor sprzężony z białkiem G; ACD: przypadkowa śmierć komórki; PCD: zaprogramowana śmierć komórki; DISC: kompleks sygnalizacyjny wywołujący śmierć; TNF: czynnik martwicy nowotworu; TRAIL: ligand indukujący apoptozę powiązany z TNF; RGS3: Regulator sygnalizacji białka G 3; DLC1: ​​Usunięto w raku wątroby 1; DAB2IP: białko oddziałujące z DOC{10}}/DAB2; PITX1: fosforylacja homeoboksu przysadki 1; HCC: rak wątrobowokomórkowy; cRNA: Konkurencyjny endogenny RNA; PCa: rak prostaty; ECT2: Sekwencja transformująca komórki nabłonka 2; YAP: białko związane z tak; TPR: translokowany region promotora; BLBC: rak podstawnopodobny piersi; LV: Naczynie limfatyczne; ADCD: śmierć komórki zależna od autofagii; mTOR: Mechanistyczny cel rapamycyny; TMZ: temozolomid; GBM: glejak wielopostaciowy; G3BP1: białko wiążące białko 1 aktywujące Ras-GTPazę; Yops: białka Yersinia Outer; MC: Katastrofa mitotyczna; MCT-1: Wiele kopii w raku złośliwym komórek T 1; ICD: Immunogenna śmierć komórek; CTL: cytotoksyczne limfocyty T; DAMP: wzorce molekularne związane z uszkodzeniami; APC: komórki prezentujące antygen; DP: podwójnie dodatni; NF1: nerwiakowłókniakowatość typu 1; SCF: czynnik komórek macierzystych; LGG: glejak niskiego stopnia; Rasal1: białko podobne do aktywatora białka Ras 1.

Podziękowanie

Dziękujemy prof. Yongguang Tao i dr Li Xie oraz Wenbingowi Liu za weryfikację rysunków i manuskryptu.

Wkład autorów

YJ i LC przyczynili się do koncepcji i projektu recenzji. HH i SW napisali rękopis. JH i HH przygotowali ryciny i tabelę. SJ, LL i YL zebrali referencje i wzięli udział w dyskusji. Wszyscy autorzy przeczytali i zatwierdzili ostateczną wersję manuskryptu

Finansowanie

Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (81802785 [YJ], 82100490 [LC]), Fundację Nauk Przyrodniczych Prowincji Hunan w Chinach (2020JJ5382 [YJ], 2020JJ5381 [LC]), Projekt Badań Naukowych Zdrowia Prowincji Hunan Komisji (20200763 [WL]) i Projektu Badań Podstawowych Biura Nauki i Technologii Changsha (kq2004127 [LX]).

Dostępność danych i materiałów

Nie dotyczy.

Deklaracje

Zgoda etyczna i zgoda na udział

Nie dotyczy.

Zgoda na publikację

Nie dotyczy.

Konkurujące interesy

Autorzy oświadczają, że nie mają sprzecznych interesów.

Szczegóły autora

1 Kluczowe laboratorium modelowej biologii zwierząt i komórek macierzystych w prowincji Hunan, Hunan Normal University, Changsha 410013, Hunan, Chińska Republika Ludowa. 2 School of Medicine, Hunan Normal University, Changsha 410013, Hunan, Chińska Republika Ludowa. 3 Oddział Chirurgii Głowy i Szyi, Stowarzyszony Szpital Onkologiczny Szkoły Medycznej Xiangya, Central South University, Changsha 410013, Hunan, Chińska Republika Ludowa. 4 Kluczowe Laboratorium Kancerogenezy i Inwazji Nowotworów, Ministerstwo Edukacji, Departament Patologii, Szpital Xiangya, Szkoła Medycyny Podstawowej, Central South University, Changsha 410078, Hunan, Chińska Republika Ludowa.

Bibliografia

1. Wennerberg K, Rossman KL, Der CJ. Nadrodzina Ras w skrócie. J Cell Sci. 2005; 118 (część 5): 843–6.

2. Takai Y, Sasaki T, Matozaki T. Małe białka wiążące GTP. Physiol Rev. 2001;81(1):153–208.

3. Bos JL, Rehmann H, Wittinghofer A. GEF i GAP: krytyczne elementy w kontroli małych białek G. Komórka. 2007;129(5):865–77.4. Cherfls J, Zeghouf M. Regulacja małych GTPaz przez GEF, GAP i GDI. Physiol Rev. 2013;93(1):269–309.

5. Ligeti E, Welti S, Schefzek K. Hamowanie i terminacja reakcji fizjologicznych przez białka aktywujące GTPazę. Physiol Rev. 2012;92(1):237–72.

6. Ross EM, Wilkie TM. Białka aktywujące GTPazę dla heterotrimerycznych białek G: regulatory sygnalizacji białek G (RGS) i białek podobnych do RGS. Annu Rev Biochem. 2000;69:795–827.

7. Schefzek K, Ahmadian MR, Kabsch W, Wiesmuller L, Lautwein A, Schmitz F, Wittinghofer A. Kompleks Ras-RasGAP: podstawa strukturalna aktywacji GTPazy i jej utraty w onkogennych mutantach Ras. Nauka. 1997;277(5324):333-8.

8. Schefzek K, Shivalingaiah G. Struktury, mechanizmy i interakcje białek aktywujących GTPazę specyficzne dla Ras. Perspektywa Cold Spring Harb Med. 2019;9(3):a031500.

9. Tang D, Kang R, Berghe TV, Vandenabeele P, Kroemer G. Molekularna maszyneria regulowanej śmierci komórkowej. Rozdz. komórki 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 i in. Molekularne mechanizmy śmierci komórkowej: zalecenia Komitetu ds. Nomenklatury ds. Śmierci Komórkowej 2018. Różna śmierć komórki. 2018;25(3):486–541.

11. Maiuri MC, Zalckvar E, Kimchi A, Kroemer G. Samozjadanie i samozabijanie: przesłuch między autofagią a apoptozą. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007;8(9):741–52.

12. Kerr JF. Martwica skurczowa: odrębny tryb śmierci komórkowej. Patol J. 1971;105(1):13-20.

13. Carneiro BA, El-Deiry WS. Celowanie w apoptozę w terapii nowotworów. Nat Rev Clin Oncol. 2020;17:395–417.

14. Czabotar PE, Lessene G, Strasser A, Adams JM. Kontrola apoptozy przez rodzinę białek BCL-2: implikacje dla fizjologii i terapii. Nat Rev Mol Cell Biol. 2014;15(1):49–63.

15. Seyrek K, Ivanisenko NV, Richter M, Hillert LK, Konig C, Lavrik IN. Kontrolowanie śmierci komórek poprzez potranslacyjne modyfikacje białek DED. Trendy 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. Białkowa fosfataza tyrozynowa 1B defosforyluje PITX1 i reguluje p120RasGAP w raku wątrobowokomórkowym. Hepatologia. 2016;63(5):1528–43.

17. Vanli G, Sempoux C, Widmann C. Kaspaza -3/p120 RasGAP moduł wykrywania stresu zmniejsza częstość występowania raka wątroby, ale nie wpływa na całkowite przeżycie u myszy napromieniowanych promieniowaniem gamma i leczonych czynnikami rakotwórczymi. Mol Carcinog. 2017;56(6):1680–4.

18. Yang JY, Michod D, Walicki J, Murphy BM, Kasibhatla S, Martin SJ, Widmann C. Częściowe rozszczepienie RasGAP przez kaspazy jest wymagane do przeżycia komórek w łagodnych warunkach stresowych. Mol Cell Biol. 2004;24(23):10425–36.

19. Lu S, Zhou J, Sun Y, Li N, Miao M, Jiao B, Chen H. Niekodujący RNA HOXD-AS1 jest krytycznym regulatorem fenotypu przerzutów i apoptozy w ludzkim raku wątrobowokomórkowym. Mol Rak. 2017;16(1):125.

20. Guo X, Xiang C, Zhang Z, Zhang F, Xi T, Zheng L. Przemieszczenie Bax przez BMF pośredniczy w apoptozie komórek raka piersi wywołanej przez STARD{1}}'UTR w sposób zależny 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. Wpływ niedoboru DLC1 na hamowanie wzrostu kontaktu komórek śródbłonka i postęp angiosarcoma. J Natl Cancer Inst. 2018;110(4):390–9.

22. Bellazzo A, Di Minin G, Collavin L. Zablokuj pierwszy, uwolnij setkę. Mechanizmy inaktywacji DAB2IP w nowotworach. Różnica śmierci komórki. 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. DAB2IP przyznaje stratę oporność raka prostaty na terapię deprywacji androgenów poprzez aktywację STAT3 i hamowanie apoptozy. Śmierć komórkowa 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. Nadekspresja białka aktywującego GTPazę Rac 1 przyczynia się do proliferacji komórek nowotworowych poprzez zmniejszenie sygnalizacji hipopotama w celu promowania cytokinezy. Gastroenterologia. 2018;155(4):1233–49.

25. Tatsumoto T, Xie X, Blumenthal R, Okamoto I, Miki T. Ludzki ECT2 jest czynnikiem wymiany GTPaz Rho, fosforylowanych w fazach G2/M i zaangażowanych w cytokinezę. 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 oś sygnalizacyjną Rho / ERK, aby promować wczesny nawrót w ludzkim raku wątrobowokomórkowym. 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. Analiza transkryptomu GTPazy Rho ujawnia onkogenne role białek aktywujących GTPazę rho w rakach podstawnopodobnych piersi. Rak Res. 2016;76(13):3826–37.

28. Łapiński PE, Lubeck BA, Chen D, Doosti A, Zawieja SD, Davis MJ, King PD. RASA1 reguluje funkcję zastawek naczyń limfatycznych u myszy. 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. Regulator sygnalizacji białka G 5 chroni kardiomiocyty przed apoptozą podczas niedokrwienia-reperfuzji serca in vitro u myszy poprzez hamowanie szlaków sygnałowych zarówno JNK1/2, jak i P38. Biochem Biophys Res Commun. 2016;473(2):551–7.

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

31. Sirohi K, Swarup G. Wady autofagii spowodowane mutacjami optineuryny związanymi z jaskrą. Exp Eye Res. 2016;144:54–63.

32. Shen HM, Codogno P. Autofagiczna śmierć komórki: potwór z Loch Ness czy gatunek zagrożony? autofagia. 2011;7(5):457–65.

33. Kriel J, Loos B. Dobry, zły i autofagosom: badanie pytań bez odpowiedzi dotyczących śmierci komórki zależnej od autofagii. Różnica śmierci komórki. 2019;26(4):640–52. 34. Lindqvist LM, Simon AK, Baehrecke EH. Aktualne pytania i możliwe kontrowersje w autofagii. Odkrycie śmierci komórki 2015;1:1–7.

35. Amaravadi R, Kimmelman AC, White E. Najnowsze spostrzeżenia na temat funkcji autofagii w raku. Geny Dev. 2016;30(17):1913–30.

36. Kimmelman AC, White E. Autofagia i metabolizm nowotworu. Metabolizm komórkowy 2017;25(5):1037–43.

37. Kanzawa T, Kondo Y, Ito H, Kondo S, Germano I. Indukcja śmierci komórek autofagicznych w komórkach glejaka złośliwego przez trójtlenek arsenu. Rak Res. 2003;63(9):2103–8.

38. Dasari SK, Bialik S, Levin-Zaidman S, Levin-Salomon V, Merrill AH Jr, Futerman AH, Kimchi A. Ekran RNAi z całym sygnałem identyfikuje GBA1 jako pozytywny mediator autofagicznej śmierci komórek. Różnica śmierci komórki. 2017;24(7):1288–302.

39. Zein L, Fulda S, Kogel D, van Wijk SJL. Specyficzne dla organelli mechanizmy śmierci komórkowej zależnej od autofagii wywołanej lekiem. Matrix Biol. 2021;100–101:54–64.

40. Elgendy M, Sheridan C, Brumatti G, Martin SJ. Wywołana przez onkogen Ras ekspresja Noxa i Beclin{2}} promuje autofagiczną śmierć komórek i ogranicza przeżycie klonogenne. Komórka Mol. 2011;42(1):23–35.

41. Stenmark H. Rab GTPazy jako koordynatorzy ruchu pęcherzyków. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009;10(8):513–25.

42. Hyttinen JM, Niittykoski M, Salminen A, Kaarniranta K. Dojrzewanie autofagosomów i endosomów: kluczowa rola dla Rab7. Biochim Biophys Acta. 2013;1833(3):503–10.

43. Szatmari Z, Sass M. Autofagiczne role małych GTPaz Rab i ich regulatorów upstream: przegląd. autofagia. 2014;10(7):1154–66.

44. Pantoom S, Konstantinidis G, Voss S, Han H, Hofnagel O, Li Z, Wu YW. RAB33B rekrutuje kompleks ATG16L1 do fagoforu poprzez niekanoniczne białko wiążące RAB. autofagia. 2020. https://doi.org/10.1080/15548627.2020.1822629.

45. Itoh T, Kanno E, Uemura T, Waguri S, Fukuda M. OATL1, nowy rezydent autofagosomu Rab33B-GAP, reguluje dojrzewanie autofagosomów. J Cell Biol. 2011;192(5):839–53.

46. ​​Moskalenko S, Henry DO, Rosse C, Mirey G, Camonis JH, White MA. Egzocysta jest kompleksem efektorowym Ral. Nat Cell Biol. 2002;4(1):66–72.

For more information:1950477648nn@gmail.com