Ras GTPase - Ras GTPase

Tämä artikkeli käsittelee p21/Ras -proteiinia. Katso p21/waf1 -proteiini, katso p21 .
Hras -pinta värjätty luonnonsuojelulla.png
HRas -rakenne PDB 121p, pinta värjätty Pfam -siementen linjauksella: kulta, eniten säilynyt; tumma syaani, vähiten säilynyt.
Tunnisteet
Symboli Ras
Pfam PF00071
InterPro IPR020849
PROSITE PDOC00017
SCOP2 5p21 / SCOPe / SUPFAM
CDD cd04138

Ras , " Ra t s arcoma -viruksesta", on sukua sukua oleville proteiineille , joita ilmentyy kaikissa eläinsolulinjoissa ja -elimissä. Kaikki Ras-proteiinin perheen jäsenet kuuluvat luokkaan proteiinin pienten GTPaasi , ja ovat mukana signaalien solujen sisällä ( solun signaalitransduktion ). Ras on prototyyppinen jäsen Ras- proteiiniperheestä, jotka kaikki liittyvät kolmiulotteiseen rakenteeseen ja säätelevät erilaista solukäyttäytymistä.

Kun Ras on "kytketty päälle" tulevien signaalien avulla, se kytkee myöhemmin päälle muita proteiineja, jotka lopulta käynnistävät geenit, jotka osallistuvat solujen kasvuun , erilaistumiseen ja selviytymiseen . Ras -geenien mutaatiot voivat johtaa pysyvästi aktivoitujen Ras -proteiinien tuotantoon, mikä voi aiheuttaa tahatonta ja yliaktiivista signalointia solun sisällä, vaikka saapuvia signaaleja ei olisi.

Koska nämä signaalit johtavat solujen kasvuun ja jakautumiseen, yliaktiivinen Ras -signalointi voi lopulta johtaa syöpään . Ihmisten kolme Ras -geeniä ( HRas , KRas ja NRas ) ovat yleisimpiä ihmisen syövän onkogeenejä ; mutaatioita, jotka aktivoivat Rasin pysyvästi, esiintyy 20-25%: ssa kaikista ihmisen kasvaimista ja jopa 90%: ssa tietyissä syöpätyypeissä (esim. haimasyöpä ). Tästä syystä Ras -estäjiä tutkitaan syövän ja muiden Ras -yliekspressiota aiheuttavien sairauksien hoitona.

Historia

Kaksi ensimmäistä ras- geeniä, HRAS ja KRAS , tunnistettiin kahden syöpää aiheuttavan viruksen, Harvey-sarkoomaviruksen ja Kirsten-sarkoomaviruksen tutkimuksista, Edward M.Scolnick ja kollegat National Institutes of Health (NIH). Nämä virukset löysivät alun perin rotilla 1960 -luvulla Jennifer Harvey ja Werner H. Kirsten , vastaavasti, joten nimi Ra t s arcoma . Vuonna 1982 Geoffrey M.Cooper Harvardissa, Mariano Barbacid ja Stuart A.Aaronson NIH: ssa, Robert Weinberg MIT: ssä ja Michael Wigler Cold Spring Harborin laboratoriossa löysivät aktivoidut ja muuntavat ihmisen ras -geenit ihmisen syöpäsoluista vuonna 1982 . Kolmas ras -geenin Sitten havaittiin tutkijoiden ryhmä Robin Weiss on Institute of Cancer Research , ja Michael Wigler Cold Spring Harbor Laboratory, nimeltään NRAS , sen alkuperäisen tunnistamisen ihmisen neuroblastooma-soluissa.

Kolme ihmisen ras -geeniä koodaavat erittäin samankaltaisia ​​proteiineja, jotka koostuvat 188 - 189 aminohapon ketjuista. Niiden geenisymbolit ovat HRAS , NRAS ja KRAS , joista jälkimmäinen tuottaa K-Ras4A- ja K-Ras4B-isomuotoja vaihtoehtoisesta silmukoinnista .

Rakenne

HRas -rakenne ATE 121p, nauha, jossa säikeet violetissa, heliksiä vedessä, silmukat harmaita. Kuvassa on myös sitoutunut GTP -analogi ja magnesiumioni.

Ras sisältää kuusi beeta -juosetta ja viisi alfa -kierukkaa . Se koostuu kahdesta domeenista: 166 aminohapon (noin 20 kDa) G-domeeni, joka sitoo guanosiininukleotideja, ja C-terminaalisen kalvon kohdistusalueen (CAAX-COOH, joka tunnetaan myös nimellä CAAX-laatikko ), joka on lipidimodifioitu farnesyylillä transferaasi , RCE1 ja ICMT .

G -alue sisältää viisi G -motiivia, jotka sitovat suoraan BKT: n/GTP: n. G1-motiivi tai P-silmukka sitoo BKT: n ja GTP: n beetafosfaatin. G2-aihe, jota kutsutaan myös kytkimeksi I, sisältää treoniinia35, joka sitoo GTP: n terminaalisen fosfaatin (y-fosfaatti) ja aktiiviseen kohtaan sitoutuneen kaksiarvoisen magnesiumionin. G3 -motiivissa, jota kutsutaan myös Switch II: ksi, on DXXGQ -aihe. D on aspartaatti57, joka on spesifinen guaniinin ja adeniinin väliselle sitoutumiselle, ja Q on glutamiini61, ratkaiseva tähde, joka aktivoi katalyyttisen vesimolekyylin GTP: n hydrolyysiin BKT: ksi. G4 -motiivi sisältää LVGNKxDL -motiivin ja tarjoaa erityistä vuorovaikutusta guaniinin kanssa. G5 -aihe sisältää SAK -konsensussekvenssin. A on alaniini146, joka tarjoaa spesifisyyttä guaniinille eikä adeniinille.

Kaksi kytkinmallia, G2 ja G3, ovat proteiinin pääosat, jotka liikkuvat GTP: n aktivoimana. Tämä konformaatiomuutos kahden kytkentämotiivin kautta välittää perustoiminnallisuuden molekyylikytkinproteiinina. Tämä GTP-sidottu Ras-tila on "päällä" -tila ja BKT-sidottu tila on "pois" -tila.

Ras sitoo myös magnesiumionia, joka auttaa koordinoimaan nukleotidien sitoutumista.

Toiminto

Yleiskatsaus apoptoosiin liittyviin signaalinsiirtoreitteihin

Ras -proteiinit toimivat binäärisinä molekyylikytkiminä, jotka ohjaavat solunsisäisiä signalointiverkkoja. Ras-sääteiset signaalireitit ohjaavat sellaisia ​​prosesseja kuin aktiinin sytoskeletaalinen eheys, solujen lisääntyminen , solujen erilaistuminen , solujen adheesio , apoptoosi ja solumuutto . Ras- ja Ras-sukuisia proteiineja vapautetaan usein syövissä, mikä johtaa hyökkäysten ja etäpesäkkeiden lisääntymiseen ja apoptoosin vähenemiseen.

Ras aktivoi useita reittejä, joista mitogeeniaktivoidun proteiinin (MAP) kinaasikaskadi on hyvin tutkittu. Tämä kaskadi lähettää signaaleja alavirtaan ja johtaa solujen kasvuun ja jakautumiseen liittyvien geenien transkriptioon . Toinen Ras-aktivoitu signalointireitti on PI3K/AKT/mTOR-reitti , joka stimuloi proteiinisynteesiä ja solujen kasvua ja estää apoptoosia.

Aktivointi ja deaktivointi

Ras on guanosiini - nukleotidin sitoutumiskohdan proteiini. Erityisesti, se on yhden alayksikön pieni GTPaasi- , joka on rakenteellista sukua G α -alayksikköä heterotrimeeristen G-proteiinien (suuri GTPaaseja). G -proteiinit toimivat binäärisinä signalointikytkiminä, joissa on "on" ja "off" -tilat. "Off" tilaan, jossa se on sidottu nukleotidin guanosiinidifosfaatti (GDP), kun taas "on" -tilassa, Ras on sidottu guanosiinitrifosfaatin (GTP), joka on ylimääräinen fosfaatti -ryhmässä verrattuna BKT. Tämä ylimääräinen fosfaatti pitää kaksi kytkentäaluetta "kuormitettu jousi" -konfiguraatiossa (erityisesti Thr-35 ja Gly-60). Kun vapautetaan, kytkentäalueet rentoutuvat, mikä aiheuttaa konformaatiomuutoksen passiiviseen tilaan. Näin ollen Rasin ja muiden pienten G-proteiinien aktivoitumista ja deaktivointia kontrolloidaan kiertämällä aktiivisten GTP-sidottujen ja inaktiivisten BKT-sidottujen muotojen välillä.

Sidotun nukleotidin vaihtamisprosessia helpottavat guaniininukleotidivaihtotekijät (GEF) ja GTPaasia aktivoivat proteiinit (GAP). Luokituksensa mukaan Rasilla on luontainen GTPaasiaktiivisuus , mikä tarkoittaa, että proteiini yksinään hydrolysoi sitoutuneen GTP -molekyylin BKT: ksi. Tämä prosessi on kuitenkin liian hidas tehokkaalle toiminnalle, ja siksi Rasin, RasGAP: n, GAP voi sitoutua Rasin katalyyttikoneistoon ja vakauttaa sen, toimittaen lisää katalyyttisiä tähteitä (" arginiinisormi ") siten, että vesimolekyyli on optimaalisesti sijoitettu nukleofiilisille hyökkäys GTP: n gammafosfaattia vastaan. Epäorgaaninen fosfaatti vapautuu ja Ras -molekyyli on nyt sidottu BKT: hen. Koska BKT: hen sidottu muoto on "pois" tai "ei-aktiivinen" signalointia varten, GTPaasia aktivoiva proteiini inaktivoi Ras aktivoimalla sen GTPaasiaktiivisuuden. Siten GAP: t nopeuttavat Ras -inaktivointia .

GEF: t katalysoivat "työnnä ja vedä" -reaktiota, joka vapauttaa BKT: n Rasista. Ne lisäävät lähellä P-silmukka ja magnesium kationi sitoutumiskohta ja estävät vuorovaikutusta näiden kanssa gamma-fosfaatti anioni . Kytkimen II happamat (negatiiviset) jäämät "vetävät" P-silmukassa olevan lysiinin pois BKT: stä, mikä "työntää" kytkimen I pois guaniinista. Yhteydet, joilla BKT pysyy paikallaan, katkeavat ja se vapautuu sytoplasmaan. Koska solunsisäinen GTP on runsas suhteessa BKT: hen (noin 10 kertaa enemmän), GTP palaa pääasiassa uudelleen Rasin nukleotidia sitovaan taskuun ja lataa jousen uudelleen. Siten GEF: t helpottavat Ras -aktivointia . Hyvin tunnettuja GEF: t sisältävät Poika sevenless- (SOS) ja cdc25 jotka sisältävät RasGEF verkkotunnuksen .

GEF: n ja GAP: n aktiivisuuden välinen tasapaino määrittää Rasin guaniininukleotiditilan ja säätelee siten Ras -aktiivisuutta.

GTP-sitoutuneessa konformaatiossa Rasilla on suuri affiniteetti lukuisiin efektoreihin, joiden avulla se voi suorittaa tehtävänsä. Näitä ovat PI3K . Muut pienet GTPaasit voivat sitoa sovittimia, kuten arfaptiinia tai toisia lähetinjärjestelmiä , kuten adenylyylisyklaasia . Ras -sitoutumisdomeeni löytyy monista efektoreista ja se sitoutuu aina johonkin kytkentäalueesta, koska nämä muuttavat aktiivisen ja inaktiivisen muodon välistä konformaatiota. Ne voivat kuitenkin myös sitoutua muuhun proteiinipintaan.

On olemassa muita proteiineja, jotka voivat muuttaa Ras -perheen proteiinien aktiivisuutta. Yksi esimerkki on GDI (GDP Disassociation Inhibitor). Nämä toimivat hidastamalla BKT: n vaihtoa GTP: ksi, mikä pidentää Ras -perheenjäsenten passiivista tilaa. Muita proteiineja, jotka lisäävät tätä sykliä, voi olla olemassa.

Kalvon kiinnitys

Ras on kiinnitetty solukalvon vuoksi sen prenylaation ja palmitylaatio ( HRAS ja NRAS ) tai yhdistelmä prenylaation ja moniarvoisen sekvenssin vieressä prenylaatio sivuston ( KRAS ). Rasin C-terminaalinen CaaX-laatikko farnesyloituu ensin sen Cys-tähteestä sytosolissa, jolloin Ras voi löyhästi liittää endoplasmaattisen verkkokalvon ja muiden solukalvojen kalvoon. Tripeptidi (aaX) katkaistaan ​​sitten spesifisellä prenyyliproteiinispesifisellä endoproteaasilla C-päästä ja uusi C-pää metyloidaan metyylitransferaasilla . KRas -käsittely on valmis tässä vaiheessa. Dynaamiset sähköstaattiset vuorovaikutukset sen positiivisesti varautuneen perussekvenssin ja negatiivisten varausten välillä plasmamembraanin sisälehdessä selittävät sen hallitsevan sijainnin solun pinnalla vakaassa tilassa. NRAS ja HRAS käsitellään edelleen pinnalle ja Golgin laitteen mukaan palmitylaatio yhden tai kahden Cys-tähteen, vastaavasti, vieressä CaaX laatikko . Proteiinit siten tulla stabiilisti kalvo ankkuroitu (rasvalautoissa) ja kuljetetaan solukalvon on vesikkelit on eritysreitille . Depalmitoylation mukaan asyyli-proteiini tioesteraasit lopulta vapauttaa proteiineja kalvon, joiden avulla ne voivat siirtyä toiseen sykli palmitylaatiokohta ja depalmitoylation. Tämän syklin uskotaan estävän NRAS: n ja HRAS: n vuotamisen muihin kalvoihin ajan mittaan ja säilyttävän niiden vakaan tilan lokalisoinnin Golgi-laitetta , eritysreittiä , plasmakalvoa ja toisiinsa liittyvää endosytoosia pitkin .

Jäsenet

Ras -alaperheen kliinisesti merkittävimmät jäsenet ovat HRAS , KRAS ja NRAS , pääasiassa siksi, että ne liittyvät moniin syöpätyyppeihin.

Tähän alaperheeseen kuuluu kuitenkin myös monia muita jäseniä: DIRAS1 ; DIRAS2 ; DIRAS3 ; ERAS ; GEM ; MRAS ; NKIRAS1 ; NKIRAS2 ; RALA ; RALB ; RAP1A ; RAP1B ; RAP2A ; RAP2B ; RAP2C ; RASD1 ; RASD2 ; RASL10A ; RASL10B ; RASL11A ; RASL11B ; RASL12 ; REM1 ; REM2 ; RERG ; RERGL ; RRAD ; RRAS ; RRAS2

Ras syöpään

Proto-onkogeenien Ras-perheen mutaatiot (mukaan lukien H-Ras, N-Ras ja K-Ras) ovat hyvin yleisiä, ja niitä esiintyy 20-30%: ssa kaikista ihmisen kasvaimista. On järkevää spekuloida, että farmakologinen lähestymistapa, joka rajoittaa Ras -aktiivisuutta, voi edustaa mahdollista tapaa estää tiettyjä syöpätyyppejä. Ras-pistemutaatiot ovat ihmisen proto-onkogeenien yleisin poikkeavuus. Ras-estäjällä trans-farnesyylitiosiosalisyylihapolla (FTS, Salirasib ) on syvällisiä onkogeenisiä vaikutuksia monissa syöpäsolulinjoissa.

Sopimaton aktivointi

Geenin sopimattomalla aktivoinnilla on osoitettu olevan keskeinen rooli virheellisessä signaalinsiirrossa, proliferaatiossa ja pahanlaatuisessa transformaatiossa.

Mutaatiot useissa eri geeneissä sekä RAS itse voivat vaikuttaa tähän. Onkogeenit , kuten p210BCR-ABL tai kasvureseptori erbB, ovat Rasista ylävirtaan, joten jos ne aktivoidaan konstitutiivisesti, niiden signaalit kulkevat Rasin kautta.

Tuumorisuppressorigeenin NF1 koodaa Ras-GAP - sen mutaation neurofibromatoosi tarkoittaa, että Ras on vähemmän todennäköistä, että inaktivoitu. Ras voidaan myös monistaa, vaikka tämä tapahtuu vain satunnaisesti kasvaimissa.

Lopuksi Ras-onkogeenit voidaan aktivoida pistemutaatioilla niin, että GAPaasi-reaktiota ei enää voida stimuloida GAP: lla-tämä pidentää aktiivisten Ras-GTP-mutanttien puoliintumisaikaa.

Perustuslaillisesti aktiivinen Ras

Konstitutiivisesti aktiivinen Ras ( Ras D ) sisältää mutaatioita, jotka estävät GTP -hydrolyysiä ja lukitsevat Rasin pysyvästi On -tilaan.

Yleisimmät mutaatiot löytyvät tähteestä G12 P-silmukassa ja katalyyttisesta tähteestä Q61.

  • Glysiini -valiini -mutaatio tähteessä 12 tekee Ras: n GTPaasi -domeenista epäherkän GAP: n inaktivointiin ja on siten jumissa "on -tilassa". Ras vaatii GAP: n inaktivointiin, koska se on itsessään suhteellisen huono katalyytti, toisin kuin muut G-domeenia sisältävät proteiinit, kuten heterotrimeeristen G-proteiinien alfa-alayksikkö.
  • Jäännös 61 vastaa GTP -hydrolyysin siirtymätilan vakauttamisesta. Koska entsyymikatalyysi yleensä saavutetaan alentamalla substraatin ja tuotteen välistä energiaestettä, Q61: n mutaatio K: ksi (glutamiini lysiiniksi) vähentää välttämättä sisäisen Ras GTP -hydrolyysin nopeuden fysiologisesti merkityksettömille tasoille.

Katso myös "hallitsevat negatiiviset" mutantit, kuten S17N ja D119N.

Ras-kohdennettuja syövän hoitoja

Reoviruksen todettiin olevan potentiaalinen syöpälääke, kun tutkimusten mukaan se lisääntyy hyvin tietyissä syöpäsolulinjoissa. Se replikoituu erityisesti soluissa, joissa on aktivoitu Ras -reitti (solun signalointireitti, joka osallistuu solujen kasvuun ja erilaistumiseen). Reovirus replikoituu ja lopulta tappaa Ras-aktivoidut kasvainsolut, ja kun solukuolema tapahtuu, jälkeläisviruspartikkelit voivat vapaasti tartuttaa ympäröiviä syöpäsoluja. Tämän infektion, replikaation ja solukuoleman syklin uskotaan toistuvan, kunnes kaikki tuumorisolut, joissa on aktivoitu Ras -reitti, tuhoutuvat.

Toinen tuumoria hajottava virus, joka kohdistaa spesifisesti kasvainsoluja aktivoidulla Ras-reitillä, on tyypin II herpes simplex -virukseen (HSV-2) perustuva aine, nimeltään FusOn-H2. Ras-proteiinin ja Ras-proteiinin ylävirtaan tulevien elementtien mutaatioiden aktivoinnilla voi olla rooli yli kahdessa kolmasosassa kaikista ihmisen syövistä, mukaan lukien useimmat etäpesäkkeet. Reolysin , reoviruksen valmiste ja FusOn-H2 ovat parhaillaan kliinisissä tutkimuksissa tai kehitteillä eri syöpien hoitoon. Lisäksi siRNA-mutaatioon K-RAS (G12D) perustuva hoito, nimeltään siG12D LODER, on tällä hetkellä kliinisissä tutkimuksissa paikallisesti edenneen haimasyövän hoitoon (NCT01188785, NCT01676259).

Glioblastoomahiirimalleissa SHP2 -tasot kohosivat syöpäsoluissa. SHP2 : n estäminen puolestaan ​​esti Ras -defosforylaation . Tämä pienensi kasvaimen kokoja ja lisäsi eloonjäämisasteita.

Muilla strategioilla on yritetty manipuloida edellä mainitun Rasin lokalisoinnin säätelyä. Farnesyylitransferaasi-inhibiittoreita on kehitetty pysäyttämään farnesylaatiota Ras ja näin ollen heikentää sen affiniteettia membraaneihin. Muut inhibiittorit kohdistuvat palmitylaatio sykli Ras estämällä depalmitoylation mukaan asyyli-proteiini tioesteraasit , mikä saattaa johtaa epävakauteen Ras aikana.

Muissa lajeissa

Useimmissa useimpien lajien solutyypeissä suurin osa Ras on BKT -tyyppi. Tämä pätee Xenopus -munasoluihin ja hiiren fibroblasteihin .

Xenopus laevis

Kuten edellä mainittiin, suurin osa X. oosyytti Ras on BKT -konjugaatti. Nisäkäs Ras indusoi meioosi vuonna X. laevis oosyyteissä lähes varmasti mahdollistamalla insuliinin indusoimaa Meioosin muttei progesteroni indusoiman. Proteiinisynteesi ei näytä olevan osa tätä vaihetta. Injektio kasvaa synteesi diasyyliglyserolin peräisin fosfatidyylikoliinin . Jotkut meioosi vaikutuksia antagonisoi mukaan rap1 (ja jonka Ras modifioitu laituriin virheellisesti). Sekä rap1 että modifioitu Ras ovat rinnakkaisantagonisteja p120Ras GAP: n kanssa tällä reitillä.

Drosophila melanogaster

Ilmentyy kaikissa Drosophila melanogsterin kudoksissa, mutta enimmäkseen hermosoluissa. Yliekspressio on jonkin verran tappava ja kehityksen aikana aiheuttaa silmä- ja siipipoikkeavuuksia. (Tämä rinnastuu - ja voi olla syy - samankaltaisiin poikkeavuuksiin, jotka johtuvat mutatoituneista reseptorityrosiinikinaaseista .) D. -geenit ras -esille nisäkkäillä aiheuttavat poikkeavuuksia.

Aplysia

Eniten ilmentyy Aplysia spp. on hermosoluissa.

Caenorhabditis elegans

C. elegansin geeni on 60 . Näyttää myös olevan rooli reseptorityrosiinikinaasin muodostumisessa tässä mallissa. Yliakspressio tuottaa monivulvalisen kehityksen, koska se osallistuu alueen normaaliin kehitykseen; liiallinen ilmentyminen efektorikohdissa tappavaa.

Dictyostelium discoideum

Olennaista Dictyostelium discoideumissa . Tämän todistaa vakava kehityshäiriö puutteellisessa ras -ilmentymisessä ja erilaisten elämän toimintojen merkittävä heikentyminen keinotekoisesti ilmennettynä, kuten: lisääntynyt inositolifosfaattien pitoisuus ; todennäköisesti cAMP: n sitoutumisen väheneminen kemotaksisreseptoreihin ; ja se on todennäköisesti syy cGMP -synteesin heikentymiseen. Ras ei vaikuta adenylaattisyklaasiaktiivisuuteen .

Viitteet

Lue lisää

Ulkoiset linkit