Białka rodziny MRTF i ich udział w patogenezie

Białka rodziny MRTF i ich udział w patogenezie

Białka rodziny MRTF i ich udział w patogenezie
STRESZCZENIE
W
śród białek czynników transkrypcyjnych związanych z miokardyną (MRTF) wyróżniamy miokardynę, MRTF-A (MKL1, MAL) i MRTF-B (MKL2). Przedstawicieli rodziny MRTF przypisano do tej grupy ze względu na zachowane w ewolucji domeny, odpowiedzialne za homo- i heterodimeryzację z innymi białkami tej rodziny, wiązanie aktyny oraz
aktywację transkrypcji. Pomimo wysokiej homologii strukturalnej lokalizacja omawianych
czynników wykazuje odmienną charakterystykę. O ile synteza miokardyny ogranicza się
jedynie do komórek mięśnia sercowego oraz mięśni gładkich, to MRTF-A i MRTF-B występują powszechnie w wielu komórkach oraz tkankach. Ponadto, te ostatnie oddziałują z
czynnikami transkrypcyjnymi MADS box i czynnikami transkrypcyjnymi aktywowanymi
przez mitogeny surowicy (SRF), angażując się w ten sposób w przekazywanie sygnałów,
wynikających z reorganizacji cytoszkieletu, z cytoplazmy do jądra. Wykazano, że z jednej
strony biorą one udział w różnicowaniu komórek mięśniowych, z drugiej zaś zaangażowane
są w powstawanie stanów patologicznych (choroby układu naczyniowego, rozwój nowotworów czy zwłóknienia).
WPROWADZENIE
Miokardyna wraz z MRTF-A (MKL1, MAL) i MRTF-B (MKL2) tworzą rodzinę koaktywatorów transkrypcyjnych MRTF (MRTF, ang. myocardin-related transcription factors). Białka tej grupy wykazują wysoką homologię strukturalną, z
obecnością charakterystycznych domen: RPEL, domeny podstawowej, domeny
bogatej w glutaminę, SAP, LZ czy TAD. Pomimo wysokiej homologii występowanie miokardyny i MRTF jest odmienne. Miokardynę dotychczas zlokalizowano wyłącznie w mięśniach gładkich oraz w mięśniu sercowym, natomiast MRTF-A i MRTF-B występują powszechnie w wielu tkankach oraz komórkach [1,2].
Co więcej, wykazano, że podczas gdy miokardyna lokalizowana jest jedynie w
jądrze komórkowym, to MRTF mogą zmieniać swoje położenie w komórce: w
formie aktywnej, podobnie jak miokardyna, obecne są w jądrze komórkowym,
natomiast w formie nieaktywnej związane z monomerem aktyny pozostają w
cytoplazmie [3]. W prezentowanej pracy skupiamy się głównie na przedstawieniu budowy MRTF oraz omówieniu ich roli w stanach patologicznych komórki
związanych z rozwojem chorób układu krążenia, nowotworowych oraz kształtowaniu zmian zwłóknieniowych.
Miokardynę po raz pierwszy opisano w mięśniu poprzecznie prążkowanym serca podczas przeszukiwania metodami bioinformatycznymi dostępnych
wówczas białkowych baz danych [4]. Dokładniejsze badania wykazały, że u
ludzi gen kodujący miokardynę zlokalizowany jest na chromosomie 17p11.2. i
zawiera w swej sekwencji co najmniej 15 fragmentów kodujących około 92-kb
DNA, w tym co najmniej dwa (2a i 10a), ulegające alternatywnemu składaniu.
Początkowo wykazano, że mRNA ludzkiej miokardyny, wraz z obszarem 3’,
nieulegającym translacji, ma około 9,5-kb. Różnica ta sugeruje istotny wpływ
procesów potranskrypcyjnych na zmiany ekspresji i biologicznej roli miokardyny. Analiza RT-PCR czterech poznanych form tego białka dowiodła, że wersja
3, zawierająca ekson 2a, jest charakterystyczna dla tkanek i organów bogatych
w komórki mięśni gładkich, takich jak aorta czy pęcherz moczowy. Nieznaczna
ilość tej formy miokardyny obserwowana była w komórkach mięśnia sercowego, gdzie dominowała forma dłuższa, zawierająca fragment kodujący 10a. Z kolei ekspresja formy bez tego fragmentu w wyżej wymienionych strukturach była
bardzo niska. W zależności od formy ilość aminokwasów waha się w granicach
od 807 do 983 aa [5], a dwie najlepiej opisane: wersja 2 występująca w sercu
oraz 4 obecna w mięśniach gładkich składają się odpowiednio z 935 oraz 856 aa
(Ryc. 1) [6].
Marta Wawro1
Katarzyna Sobierajska1
Katarzyna Wieczorek1,2
Jolanta Niewiarowska1,*
Uniwersytet Medyczny w Łodzi; Zakład Molekularnych Mechanizmów Komórkowych, Łódź
2
Klinika Endokrynologii i Chorób Metabolicznych, Łódź
1
Uniwersytet Medyczny w Łodzi; Zakład
Molekularnych Mechanizmów Komórkowych,
ul. Mazowiecka 6/8, 92-215 Łódź; tel.: (42) 272
57 22, e-mail: jolanta.niewiarowska@umed.
lodz.pl
*
Artykuł otrzymano 7 maja 2015 r.
Artykuł zaakceptowano 1 czerwca 2015 r.
Słowa kluczowe: MRTF, miokardyna, przemiana nabłonkowo-mezenchymalna, Snail,
reorganizacja cytoszkieletu
Wykaz skrótów: GPCR (ang. G protein-couples
receptors) — receptory sprzężone z białkami
G; MRTFs (ang. myocardin-related transcription
factors) — rodzina koaktywatorów transkrypcyjnych; RTK (ang. receptor Tyr kinases) — receptor kinaz tyrozynowych; SRE (ang. serum
response element) — element odpowiedzi surowiczej; SRF (ang. serum response factor) — czynnik transkrypcyjny aktywowany przez mitogeny surowicy; TAD (ang. transcription activating
domain) — domena aktywująca transkrypcję;
TGFβR (ang. transforming growth factor-β receptors) — receptory transformującego czynnika
wzrostu β
Podziękowania: Projekt finansowany w ramach projektów: „Molecular Mechanisms of
Tissue Fibrosis” MOMENTO z Programu Polsko-Norweska Współpraca Badawcza realizowanego w ramach Norweskiego Mechanizmu
Finansowego na lata 2009–2014 oraz HARC
— Healthy Ageing Research Centre FP7-REGPOT-2012-2013-1.
Gen MRTF-A pochodzenia ludzkiego początkowo był znany jako MAL/MKL1 (ang. megakaryoblastic leukemia factor-1), ponieważ został odkryty w procesie
Postępy Biochemii 61 (2) 2015
207
Rycina 1. Schematyczna budowa białek rodziny MRTF u myszy. Przedstawiono dwie izoformy miokardyny o długości 935 i 856 aa; zaznaczono domeny: RPEL, (+) — domena wzbogacona o aminokwasy z pozytywnie naładowanymi resztami bocznymi, (Q) — bogatą w glutaminę, SAP, LZ, TAD, a także funkcje pełnione przez nie (z wyjątkiem domeny SAP). W przypadku miokardyny domena RPEL ma odmienną budowę i z tego powodu nie wykazuje zdolności wiązania aktyny. Zmodyfikowano wg [6].
translokacji chromosomalnej w miejscu pęknięcia chromosomu, co wiązane było z występowaniem ostrej białaczki
megakarioblastycznej (ang. acute megakaryoblastic leukemia)
u niemowląt i dzieci. Zlokalizowano go na chromosomie
22q13.2. Białko kodowane przez gen MRTF-A składa się
z 929 aa [6-7]. Jego obecność stwierdzono właściwie we
wszystkich typach komórek.
Gen MRTF-B pochodzenia ludzkiego jest zlokalizowany
na chromosomie 16p13.12. [6] i zawiera 17 fragmentów kodujących, stanowiąc ponad 126-kb fragment na chromosomie 16 [8]. Białko kodowane przez gen MRTF-B składa się
z 1 039 aa [6].
BUDOWA
Wspólną cechą członków rodziny miokardyny i MRTF
jest obecność homologicznych domen funkcjonalnych [4].
Wszystkie one zawierają na końcu aminowym cząsteczki
unikalną, trzykrotnie powtórzoną, domenę RPEL. Wykazano, że w przypadku czynników MRTF motyw RPEL zawierający sekwencje arginina-prolina-X-X-X-glutamina-leucyna, gdzie X to dowolny aminokwas, jest zaangażowany
w przyłączanie do globularnej aktyny [1,4] oraz importyny, czyli białek regulujących lokalizację komórkową MRTF
(Ryc. 1).
Kolejną domeną rodziny MRTF jest SAP o długości
35 reszt aminokwasowych. Jej nazwa pochodzi od nazw
czynników transkrypcyjnych SAF-A/-B, Acinus oraz PIAS
[4]. Czynniki SAF-A/-B (ang. scaffold attachment factors-A/-B) odpowiadają za rozpoznawanie regionów chromosomów takich jak SARs i MARs (ang. scaffold/matrix attachment regions). Acinus jest białkiem aktywowanym przez
kaspazę 3, niezbędnym do kondensacji chromatyny w
procesie apoptozy, natomiast PIAS (ang. protein inhibitor
of activated STAT) jest inhibitorem aktywacji genów, w której pośredniczą czynniki STAT (ang. signal transducer and
activator of transcription) [9]. Domena SAP, występująca w
innych białkach jest zaangażowana w podział jądrowy,
dynamikę chromosomalną oraz fragmentację DNA podczas procesu apoptozy. Prawdopodobnie przybiera ona
strukturę heliks-łącznik-heliks, podobną do homeodome-
208
ny bez motywu rozpoznającego DNA. Badania wskazują,
iż mutanty miokardyny pozbawione SAP w dalszym ciągu mogą łączyć się i aktywować transkrypcję części genów
odpowiedzialnych za miogenezę [10]. Na podstawie tej
obserwacji można przypuszczać, iż domena SAP jest zaangażowana w oddziaływania z niektórymi czynnikami
transkrypcyjnymi specyficznymi dla promotora. W interakcji pomiędzy białkami tej rodziny a czynnikiem transkrypcyjnym aktywowanym przez mitogeny surowicy SRF
bierze udział krótka sekwencja peptydowa, zawierająca
domeny podstawową oraz o dużej zawartości reszt glutaminowych.
Czynniki MRTF-A, MRTF-B i miokardyna występują w
postaci homo- i heterodimerów. Zaangażowana jest w to
struktura przestrzenna helisa-helisa (ang. coiled-coil), podobna do motywu zamka leucynowego. Odpowiada ona
prawdopodobnie za oddziaływania pomiędzy kasetami
CArG w genach mięśni zależnych od czynnika SRF [4].
Sekwencje aminokwasowe miokardyny i MRTF zlokalizowane na C-końcu wykazują zróżnicowanie. Dotychczasowe badania sugerują, że mogą one służyć jako domeny
aktywujące transkrypcję TAD (ang. transcription activating
domain). Zastąpienie prawidłowej domeny TAD przez jej
heterologiczny odpowiednik, pobrany np. z koaktywatora wirusowego VP16, nie wywołuje zmiany w jej funkcjonowaniu jako aktywatora reportera w warunkach in vitro.
Na podstawie tej obserwacji stwierdzono, że domena TAD
jest zaangażowana w aktywację transkrypcji, natomiast nie
wpływa na specyficzność MRTF w koaktywacji czynnika
SRF [9]. Opisywana rodzina białek zawiera również zakonserwowaną domenę B1, położoną między domeną bogatą
w reszty glutaminowe a domeną podstawową. W budowie
powyższych czynników wyróżnić można również domenę B2, występującą pomiędzy drugim a trzecim motywem
RPEL [11], biorącą udział w translokacji MRTF-A i MRTF-B
do jądra [12].
Czynniki MRTF-A i MRTF-B pochodzenia mysiego w
około 35% wykazują identyczną budowę z miokardyną, a w
przypadku sekwencji aminokwasowych w obrębie zakonserwowanych funkcjonalnych domen identyczność przekracza nawet 60% [10].
www.postepybiochemii.pl
Rycina 2. Receptory wpływające na dynamikę aktyny. Przedstawiono 6 klas receptorów błonowych: integryn, sprzężonych z białkami G (GPCR, ang. G protein-couples
receptors), receptorowej kinazy tyrozynowej (RTK, ang. receptor Tyr kinases), transformującego czynnika wzrostu β (TGFβR, ang. transforming growth factor-β receptors),
E-kadheryn oraz Frizzled. Zmodyfikowano wg [13].
REGULACJA AKTYWNOŚCI MRTF-A
Do aktywacji białek MRTF dochodzi po odłączeniu się
od nich monomeru aktyny. Proces ten jest efektem spadku ogólnej puli monomerycznej aktyny w komórce, wynikający z jej polimeryzacji, której przyczyną jest aktywacja
białek z rodziny Rho GTPaz (Rho, Rac, Cdc42), uprzednio
wywołana pobudzeniem licznych receptorów błonowych
związanych z modulacją ruchu komórkowego. Według najnowszych danych literaturowych z aktywacją szlaku Rho-cytoszkielet aktynowy-MRTF-SRF związane są opisane
poniżej receptory i szlaki (Ryc. 2).
RECEPTORY SPRZĘŻONE Z BIAŁKAMI G (GPCR)
Stanowią one dużą rodzinę receptorów błonowych, charakteryzujących się obecnością 7 hydrofobowych domen
transbłonowych, zbudowanych z 22–28 reszt aminokwasowych. Przyłączone są do nich heterotrimeryczne białka
G złożone z podjednostek α-, β- i γ. Po aktywacji receptora
dochodzi do dysocjacji białek G na podjednostkę Gα oraz
dimer Gβγ. Dowiedziono, że podtypy podjednostki Gα,
Gα12/13, Gαq/11 i Gαi/o biorą udział w regulacji poziomu monomerycznej i fibrylarnej aktyny poprzez GTPazę Rho [14].
Receptory GPCR oddziałują z całym spektrum ligandów,
między innymi z hormonami, cytokinami, aktywatorami
płytek krwi czy czynnymi peptydami hormonalnymi przewodu pokarmowego. Dotychczas wykazano, że do aktywacji MRTF dochodzi tylko wówczas, gdy ligandami białek
G są kwas lizofosfatydowy (LPA), sfingozyno-1-fosforan
(S1P) oraz sieroce ligandy neuronalne C [15-17].
RECEPTOROWE KINAZY TYROZYNOWE
Na aktywność GTPazy Rho wpływają liczne receptory
kinaz tyrozynowych. Do aktywatorów tych receptorów
należą m.in. płytkowy czynnik wzrostu (PDGF), insulina,
Postępy Biochemii 61 (2) 2015
epinefryny A (EphA) i B (EphB) oraz czynniki wzrostu:
naskórkowy (EGF), fibroblastów (FGF) i śródbłonka naczyń (VEGF). Wiele z receptorowych kinaz tyrozynowych
ma istotny wpływ na zmiany ruchu komórek. Wykazano, że w przypadku komórek śródbłonka do aktywacji
szlaku aktyna-MRTF-SRF przyczynia się receptor VEGF
[18], natomiast w neuronach EphA [19,20]. Wydaje się, że
kluczowe znaczenie w przypadku oddziaływania przez
ten typ receptorów na ścieżkę SRF mają nieprawidłowości w waskulogenezie [21,22]. Prace z udziałem myszy
knock-out dowiodły także istotności roli tych receptorów
we właściwym przekazywaniu sygnału w komórkach
[19,23,24].
RECEPTORY INTEGRYNOWE
Integryny są rodziną glikoproteinowych receptorów
transbłonowych odpowiedzialnych za rozpoznawanie
i przyleganie komórek do określonych białek macierzy
pozakomórkowej, takich jak fibronektyna, fibrynogen,
witronektyna, laminina i kolagen. Receptory te są także zaangażowane w oddziaływanie komórek pomiędzy
sobą. Dzięki temu stanowią, obok kadheryn oraz immunoglobulin Ig-SF, główny element procesu adhezji i tworzenia miejsc przylegania komórek do podłoża. Ponadto, regulując ich migrację wywierają ogromny wpływ na
reorganizację cytoszkieletu aktynowego [25]. Wszystkie
receptory integrynowe zbudowane są z podjednostek α
i β, tworzących niekowalencyjnie związany heterodimer.
Inicjowana aktywacją integryn adhezja komórek związana jest z uruchomieniem ścieżek zależnych od RhoA
i Rac1. Proces ten, indukowany przez kinazy FAK, ILK i
SRC 17, wpływa na zmiany lokalizacji i funkcji MRTF w
komórce. Jednakże wydaje się, że w przypadku aktywacji
szlaku MRTF najistotniejsza jest ich zdolność do aktywacji szlaku integrynowego regulowanego zmianami naprężeń mechanicznych komórki [26].
209
samym na regulację aktywności szlaku
MRTF-SRF przez GTPazę Rac1 [31-33].
Uwolnienie katenin, związane ze zniesieniem oddziaływań komórka-komórka
(α-katenina, β-kateniny i p120-katenina),
zmienia stosunek aktyny monomerycznej
do fibrylarnej aktyny i może bezpośrednio
modulować funkcję białek jądrowych [34].
NIEKANONICZNY SZLAK WNT
Ten, początkowo odkryty u muszki
Drosophila melanogaster, niezależny od
β-kateniny szlak sygnałowy związany z
białkiem Wnt opiera się na zmianach zachodzących w dynamice aktyny i łączy się
z całym szeregiem białek biorących udział
w reorganizacji cytoszkieletu komórki, takich jak Rho, Rac, Cdc42, GTPazy, białka
ROCK czy DAAM1 (ang. formin-related
protein Dishevelled-associated activator of
morphogenesis 1). W komórkach kręgowców szlak ten reguluje dynamikę aktyny
w celu polaryzacji ruchu komórek podczas
gastrulacji i organogenezy. Przy obecnym
stanie wiedzy powiązanie szlaków Wnt i
Rho-aktyna-MRTF-SRF jest czysto hipotetyczne.
FUNKCJE
Dzięki obecności w strukturze charakterystycznych domen wszystkie omawiane białka wykazują zdolność oddziaływania z czynnikami transkrypcyjnymi
MADS box oraz z czynnikami transkrypcyjnymi aktywowanymi przez mitogeny
surowicy (SRF). Współdziałają one także
podczas indukcji transkrypcji genów odpowiedzialnych za
różnicowanie komórek mięśniowych i organizację cytoszkieletu komórkowego. Ponadto białka tej rodziny są odpowiedzialne za homo- i heterodimeryzację z innymi białkami
tej rodziny, organizację skondensowanej chromatyny oraz
indukcję transkrypcji [6].
Rycina 3. Szlak sygnalizacyjny TGF-β, zachodzący w komórkach śródbłonka. Przedstawiono dwie odmienne ścieżki: 1) przyłączenie TGF-β do receptora typu I (ALK5) skutkuje zahamowaniem migracji i proliferacji
komórek śródbłonka; 2) związanie z receptorem ALK1 wywołuje przeciwstawną reakcję. Zaznaczono receptor endoglinę (ENG), mający zdolność do hamowania ścieżki sygnałowej TGF-β/ALK5 oraz pobudzania TGFβ/ALK1. Zmodyfikowano wg [29,30].
SZLAKI ZALEŻNE OD TRANSFORMUJĄCEGO
CZYNNIKA WZROSTU β (TGFβ)
TGFβ, indukując zmiany w budowie i ruchliwości komórki, pełni istotną rolę podczas przemiany nabłonkowo-mezenchymalnej (EMT). Proces ten jest związany nie tylko
z rozwojem embrionalnym, ale także z inwazyjnością nowotworów czy powstawaniem patologicznych zwłóknień.
Wykazano, że TGFβ, oprócz udziału w regulacji aktywności MRTF przez klasyczną ścieżkę związaną z RhoGTPazą,
może także niezależnie wpłynąć na aktywację tych białek
przez ścieżkę zależną od białek Smad, co udowodniono w
przypadku białek Smad3 (Ryc. 3). Ostatnie publikacje dowodzą, że regulacja MRTF przez szlaki zależne od TGFβ z
udziałem białek Smad obserwowana jest nie tylko w EMT,
ale także w przemianie nabłonkowo-mięśniowej (EMyT)
czy śródbłonkowo-mezenchymalnej (EndMT) [27,28].
SZLAKI ZALEŻNE OD E-KADHERYNY
E-kadheryny zaangażowane są w tworzenie połączeń
typu komórka-komórka. Białka te, poprzez kateniny, są
funkcjonalnie związane z tworzeniem opartego o aktomiozynę rusztowania komórki. Tworzenie i niszczenie kontaktów typu komórka-komórka wywołuje zmiany w poziomie monomerycznej i fibrylarnej aktyny, wpływając tym
210
Miokardyna wykazuje właściwości bardzo silnego koaktywatora transkrypcji, przyłączającego się do czynnika SRF,
indukując transkrypcję grupy genów białek kurczliwych i
cytoszkieletalnych [9]. SRF zaliczany jest do rodziny MADS
(MCM1, Agamous, SRF, Deficiens). Przedstawiciele tej rodziny zawierają zachowaną w ewolucji domenę MADS box
o długości 57 reszt aminokwasowych, biorącą udział w homodimeryzacji, wiązaniu z innymi czynnikami oraz przyłączaniu się do DNA [6]. SRF wiąże się z sekwencją [CC(A/T)6GG] CArG box bogatą w pary A/T, zwaną również
elementem odpowiedzi surowiczej SRE (ang. serum response
element) [1,6]. Sekwencję CArG po raz pierwszy odkryto w
transkrypcyjnych elementach regulatorowych odpowiedzialnych za kontrolowanie ekspresji genów takich jak np.
c-fos i egr-1. Badania z zastosowaniem mikromacierzy oraz
skanowanie całego genomu pozwoliły na zidentyfikowanie
ponad 150 genów, będących najprawdopodobniej bezpowww.postepybiochemii.pl
na jest z ich aktywacją przez MRTF-SRF.
Rozpoznano wśród nich geny białek cytoszkieletu aktynowego i tubulinowego
(biorących udział w oddziaływaniach komórka-komórka, komórka-macierz pozakomórkowa), macierzy pozakomórkowej,
a także błony pęcherzyków endocytarnych. MRTF modulują poziom czynników ekspresyjnych, białek związanych z
rozwojem i metabolizmem komórkowym
oraz odpowiedzialnych za regulację zegara okołodobowego [36].
UDZIAŁ SZLAKU AKTYNAMRTF-SRF W PATOGENEZIE
Pośredniczenie pomiędzy zmianami w
obrębie cytoszkieletu a regulacją syntezy
szeregu białek przez MRTF powoduje,
że mogą być one angażowane w rozwój
stanów patologicznych. Przy obecnym
stanie wiedzy omawiane białka zdają się
być istotnym elementem rozwoju chorób
sercowo-naczyniowych, nowotworowych
czy patologicznych zwłóknień.
CHOROBY UKŁADU SERCOWONACZYNIOWEGO
Rycina 4. Szlak sygnalizacyjny Rho. Zmodyfikowano wg [6,11,13].
średnim transkrypcyjnym celem dla SRF. Znaczna ich część
bierze udział w organizacji cytoszkieletu, wzroście, proliferacji i migracji komórek oraz w różnicowaniu komórek mięśniowych [6] (Ryc.4).
Wiązanie czynnika SRF z koaktywatorami: miokardyną
oraz MRTF-A i MRTF-B powoduje wzmocnienie jego aktywności transkrypcyjnej [1]. Miokardyna, za pomocą transaktywacji wybranych markerowych genów, wpływa na
proces różnicowania mięśnia sercowego oraz mięśni gładkich [9]. Czynniki MRTF-A i MRTF-B są odpowiedzialne za
różnicowanie komórek mięśni gładkich, natomiast ich rola
w komórkach pochodzenia odmiennego niż mięśniowe nie
jest do końca wyjaśniona (z wyjątkiem wpływu na różnicowanie komórek mionabłonkowych sutka). Czynnik SRF
pełni dwie kluczowe funkcje: przekazuje sygnały związane
z reorganizacją cytoszkieletu do jądra i reguluje ekspresję
genów kodujących białka wchodzące w skład cytoszkieletu
[35]. W przekazywaniu sygnału Rho-aktyna z cytoplazmy
do jądra oraz indukcji transkrypcji zależnej od SRF główną
rolę odgrywają czynniki MRTF, wspomagając wiązanie SRF
z jedną, bądź dwiema kasetami CArG box, co prowadzi do
aktywacji transkrypcji genów kodujących białka mitogenne
i budujące cytoszkielet [3,11].
Wyniki niedawno przeprowadzonych badań wykazały,
że w przypadku fibroblastów ekspresja 921 genów związaPostępy Biochemii 61 (2) 2015
MRTF wraz z SRF biorą udział w regulacji ekspresji genów wielu białek aparatu
skurczu. Stąd ich wpływ na rozwój chorób
związanych z zaburzeniami prawidłowej
pracy układu sercowo-naczyniowego, jak
nadciśnienie czy przerost mięśnia sercowego nie może być zaskoczeniem. Wykazano, że w kardiomiopatii przerostowej
serca ekspresja genów dwóch głównych modulatorów SRF,
STARS i miokardyny wzrasta znacząco [37,38]. Z kolei trawienie SRF przez kaspazę 3 w czasie niewydolności serca
powoduje powstanie dominującej negatywnej formy tego
białka, co powoduje zahamowanie ekspresji genów białek
tworzących sarkomer. Wynika z tego, że nie tylko zbyt niski, ale także zbyt wysoki poziom SRF może być przyczyną
rozwoju chorób serca. Wskazuje to także, że dla zapewnienia jego prawidłowej pracy istotne jest oddziaływanie między białkami MRTF i SRF. Istnieją przesłanki, że w proces
ten są zaangażowane mikroRNAs [13].
W badaniach nad poznaniem etiopatogenezy choroby
Alzheimera wykazano wzrost poziomu miokardyny i SRF
w małych naczyniach krwionośnych mózgu. Ich udział w
postępie choroby związany jest prawdopodobnie z hiperkurczliwością tętniczek, wynikającą ze wzrostu syntezy
białek kurczliwych regulowanych przez MRTF-SRF, co w
efekcie zmniejsza dopływ krwi do mózgu. Ponadto, SRF i
miokardyna kontrolują klirens β-amyloidu w komórkach
mięśni gładkich naczyń krwionośnych mózgu [39].
SRF jest także głównym regulatorem fenotypu komórek
mięśni gładkich w reakcji na uszkodzenie i przyczynia się
do ich patologicznej proliferacji w ścianie naczynia. Również podczas rozwoju miażdżycy tętnic oraz zwężenia na-
211
czyń sygnały, które zmniejszają aktywność miokardyny i
MRTF wywołują nadmierną proliferacją tych komórek [40].
ROZWÓJ NOWOTWORU
Dotychczasowe wyniki dowodzą, że szlak aktyna-MRTF-SRF bierze również udział w procesie nowotworzenia. Wykazano, że miokardyna, przez indukowanie zróżnicowania
komórek, pełni rolę supresora nowotworu. Ponadto dowiedziono spadku syntezy w komórkach sarkomy mezenchymalnej. Niemniej w komórkach LMS (leiomyosarcoma)
mięśni gładkich obserwowano wzrost syntezy tego białka.
Z kolei w linii ludzkich komórek raka gruczołu krokowego szlak ten reguluje aktywność receptora androgenowego
(FHL2), który zwrotnie może wpływać na aktywność SRF.
Wykazano, że wysoki poziom tych białek zmniejsza przeżywalność pacjentów.
Obecnie w onkologii najważniejszą rzeczą wydaje się być
zbadanie roli MRTF-SRF podczas EMT. Obniżenie poziomu
jednego z czynników powoduje zmniejszenie adhezji, rozprzestrzeniania, ruchliwości i inwazyjności komórek nowotworowych zarówno w doświadczeniach przeprowadzanych na liniach komórkowych, jak i w analizach materiału
pobranego od pacjentów. Wykazano w nich, że supresor
inwazyjności komórek nowotworowych (SCAl) blokuje aktywność MRTF. Postulowano, że SCAI obniża indukowaną
przez kompleks MRTF-SRF syntezę integryny beta 1, wpływając w ten sposób na zmniejszenie potencjału inwazyjnego
nowotworu. W badaniach linii nowotworu piersi oraz czerniaka z wyciszoną ekspresją MRTF, wykazano udział szlaku
MRTF-SRF w regulacji adhezji, inwazyjności i ruchliwości
tych komórek. Nie zaobserwowano wpływu tego szlaku na
ich proliferację oraz podatność na apoptozę. Doświadczenia
z udziałem tych komórek w mysim modelu ksenograficznym wskazują na mniejszą ruchliwość przy zachowanym
potencjale proliferacyjnym [41].
Przemiana nabłonkowo-mezenchymalna (EMT) jest kluczowym zjawiskiem zachodzącym podczas zwłóknienia
(fibrozy), embriogenezy oraz progresji nowotworów, a w
szczególności ich przerzutowania. Podczas EMT zachodzą
dwa główne procesy, do których należą: przebudowa cytoszkieletu aktynowego oraz zerwanie połączeń komórka-komórka [2,42,43]. Podczas EMT dochodzi do utraty połączeń pomiędzy komórkami nabłonkowymi oraz zerwania
kontaktu z błoną podstawną, której rolą jest odseparowanie
odmiennych tkanek w zarodku [42]. Komórka o fenotypie
nabłonkowym, mająca określoną polarność, ulega przekształceniu w komórkę mezenchymalną, charakteryzującą
się inwazyjnością, przyśpieszoną migracją oraz opornością
na proces apoptozy, a także zwiększoną syntezą składników macierzy pozakomórkowej [44]. Podczas tej przemiany
dochodzi to zwiększenia poziomu czynników transkrypcyjnych Slug, Snail i Twist, co w efekcie prowadzi do osłabienia połączeń międzykomórkowych. Coraz więcej doniesień
naukowych wskazuje na to, że w inicjacji procesu EMT bądź
przez indukcję ekspresji ww. czynników transkrypcyjnych,
bądź przez regulację oddziaływań typu komórka-komórka
biorą udział białka MRTF [2,31-33]. Rola MRTF w rozwoju
nowotworu jest ciągle niewyjaśniona. Część autorów sugeruje udział MRTF-A i MRTF-B w supresji nowotworów
212
przez indukcję syntezy takich białek hamujących potencjał
inwazyjny komórek, jak tropomiozyna, kaldesmon, Eplin-α
czy mig6 [15,45,46].
CHOROBA ZWŁÓKNIENIOWA
Istotny element rozwoju chorób zwłóknieniowych stanowią zmiany naprężeń mechanicznych. Zaobserwowano,
że zmiany w miąższu wątroby poprzedzają jej zwłóknienie [47,48]. Przejawem rozwoju fibrozy jest pojawienie się
w komórkach de novo syntetyzowanej aktyny mięśni gładkich oraz włókien naprężeniowych, co powoduje generację
przez komórkę skurczu wywołującego nacisk na otaczającą
macierz pozakomórkową. W rezultacie dochodzi do przekształcenia fibroblastów w miofibroblasty, których obecność
stwierdzono w płucu, wątrobie, skórze, sercu czy nerce [4954]. Wykazano, że MRTF-A reguluje poziom markera komórek mezenchymalnych, aktynę mięśni gładkich [55-57].
W ostatnim czasie badania nad poznaniem funkcji MRTF
zostały rozszerzone o modele zwierzęce z knock-outem
MRTF-A. Udowodniono w nich zmniejszenie procesu
zwłóknienia i bliznowacenia w przypadku chorób zwłóknieniowych serca, płuca, skóry i naczyń krwionośnych. Wykazano, że podczas zwłóknienia MRTF może bezpośrednio
indukować syntezę kolagenu I [58].
Aktualnie prowadzone badania nad poznaniem udziału
szlaku MRTF-SRF w rozwoju istotnych chorób cywilizacyjnych pozwalają mieć nadzieję na stworzenie nowych terapii skutecznie zapobiegających rozwojowi lub leczących te
schorzenia. Pierwsze związki selektywnie modulujące tę
ścieżkę sygnałową są obecnie na etapie badań przedklinicznych [26,59,60].
PIŚMIENNICTWO
1. Small EM, Thatcher JE, Sutherland LB, Kinoshita H, Gerard RD, Richardson JA, DiMaio JM, Sadek H, Kuwahara K, Olson EN (2010)
Myocardin-related transcription factor-a controls myofibroblast activation and fibrosis in response to myocardial infarction. Circ Res 107:
294-304
2. Morita T, Mayanagi T, Sobue K (2007) Dual roles of myocardin-related
transcription factors in epithelial-mesenchymal transition via slug induction and actin remodeling. J Biol Chem 179: 1027-1042
3. Du KL, Chen M, Li J, Lepore JJ, Mericko P, Parmacek MS (2004) Megakaryoblastic Leukemia Factor-1 Transduces Cytoskeletal Signals and
Induces Smooth Muscle Cell Differentiation from Undifferentiated
Embryonic Stem Cells. J Biol Chem 279: 17578-17586
4. Teg Pipes GC, Creemers EE, Olson EN (2006) The myocardin family of
transcriptional coactivators: versatile regulators of cell growth, migration, and myogenesis. Genes Dev 20: 1545-1556
5. Imamura M, Long X, Nanda V, Miano JM (2010) Expression and functional activity of four myocardin isoforms. Gene 464: 1-10
6. Parmacek MS (2007) Myocardin-Related Transcription Factors: Critical Coactivators Regulating Cardiovascular Development and Adaptation. Circ Res 100: 633-644
7. Parmacek MS (2010) Myocardin-related transcription factor-A: mending a broken heart. Circ Res 107: 168-170
8. Selvaraj A, Prywes R (2003) Megakaryoblastic leukemia-1/2, a transcriptional co-activator of serum response factor, is required for skeletal
myogenic differentiation. J Biol Chem 278: 41977-41987
9. Wang DZ, Chang PS, Wang Z, Sutherland L, Richardson JA, Small E,
Krieg PA, Olson EN (2001) Activation of cardiac gene expression by
myocardin, a transcriptional cofactor for serum response factor. Cell
105: 851-862
www.postepybiochemii.pl
10.Wang DZ, Li S, Hockemeyer D, Sutherland L, Wang Z, Schratt G, Richardson JA, Nordheim A, Olson EN (2002) Potentiation of serum response factor activity by a family of myocardin-related transcriptions
factors. Proc Natl Acad Sci USA 99: 14855-14860
11.Miralles F, Posern G, Zaromytidou AI, Treisman R (2003) Actin dynamics control SRF activity by regulation of its coactivator MAL. Cell
113: 329-342
12.Posern G, Treisman R (2006) Actin’ together: serum response factor,
its cofactors and the link to signal transduction. Trends Cell Biol 16:
588-596
ted through TAK1 and SMAD7 in a subset of head and neck cancers.
Oncogene 32: 1549-1559
31.Fan L, Sebe A, Péterfi Z, Masszi A, Thirone ACP, Rotstein OD, Nakano
H, McCulloch ChA, Szászi K, Mucsi I, Kapus A (2007) Cell contact-dependent regulation of epithelial-myofibroblast transition via the Rho-Rho kinase-phospho-myosin pathway. Mol Biol Cell 18: 1083-1097
32.Busche S, Descot A, Julien S, Genth H, Posern G (2008) Epithelial cell-cell contacts regulate SRF-mediated transcription via Rac-actin-MAL
signalling. J Cell Sci 121: 1025-1035
13.Olson EN, Nordheim A (2010) Linking actin dynamics and gene transcription to drive cellular motile functions. Nat Rev Mol Cell Biol 11:
353-365
33.Sebe A, Masszi A, Zulys M, Yeung T, Speight P, Rotstein OD, Nakano
H, Mucsi I, Szászi K, Kapus A (2008) Rac, PAK and p38 regulate cell
contact-dependent nuclear translocation of myocardin-related transcription factor. FEBS Lett 582: 291-298
14.Cotton M, Claing A (2009) G protein-coupled receptors stimulation
and the control of cell migration. Cell Signal 21:1045-1053
34.Perez-Moreno M, Fuchs E (2006) Catenins: keeping cells from getting
their signals crossed. Dev Cell 11: 601-612
15.Descot A, Hoffmann R, Shaposhnikov D, Reschke M, Ullrich A, Posern G (2009) Negative regulation of the EGFR-MAPK cascade by actin-MAL-mediated Mig6/Errfi-1 induction. Mol Cell 35: 291-304
35.Selvaraj A, Prywes R (2004) Expression profiling of serum inducible
genes identifies a subset of SRF target genes that are MKL dependent.
BMC Mol Biol 5: 1-15
16.Lockman K, Hinson JS, Medlin MD, Morris D, Taylor JM, Mack CP
(2004) Sphingosine 1-phosphate stimulates smooth muscle cell differentiation and proliferation by activating separate serum response
factor co-factors. J Biol Chem 279: 42422-42430
36.Esnault C, Stewart A, Gualdrini F, East P, Horswell S, Matthews N,
Treisman R (2014) Rho-actin signaling to the MRTF coactivators dominates the immediate transcriptional response to serum in fibroblasts.
Gene Dev 28: 943-958
17.Iguchi T, Sakata K, Yoshizaki K, Tago K, Mizuno N, Itoh H (2008) Orphan G protein-coupled receptor GPR56 regulates neural progenitor
cell migration via a G alpha 12/13 and Rho pathway. J Biol Chem 283:
14469-14478
37.Kuwahara K, Teg Pipes GC, McAnally J, Richardson JA, Hill JA, Bassel-Duby R, Olson EN (2007) Modulation of adverse cardiac remodeling by STARS, a mediator of MEF2 signaling and SRF activity. J Clin
Invest 117: 1324-1334
18.Chai J, Jones MK, Tarnawski AS (2004) Serum response factor is a critical requirement for VEGF signaling in endothelial cells and VEGF-induced angiogenesis. FASEB J 18: 1264-1266
38.Xing W, Zhu P, Doi H, Wang D, van Tuyn J (2006) MYOCD — myocardin Homo sapiens Synonyms: MYCD, Myocardin Gene Review
19.Knöll B, Kretz O, Fiedler Ch, Alberti S, Schütz G, Frotscher M, Nordheim A (2006) Serum response factor controls neuronal circuit assembly
in the hippocampus. Nat Neurosci 9: 195-204
39.Bell RD, Deane R, Chow N, Long X, Sagare A, Singh I, Streb JW, Guo
H, Rubio A, Van Nostrand W, Miano JM, Zlokovic BV (2009) SRF and
myocardin regulate LRP-mediated amyloid-beta clearance in brain
vascular cells. Nat Cell Biol 11: 143-153
20.Stern S, Debre E, Stritt C, Berger J, Posern G, Knöll B (2009) A nuclear
actin function regulates neuronal motility by serum response factor-dependent gene transcription. J Neurosci 29: 4512-4518
40.Owens GK, Kumar MS, Wamhoff BR (2004) Molecular regulation of
vascular smooth muscle cell differentiation in development and disease. Physiol Rev 84: 767-801
21.Franco CA, Mericskay M, Parlakian A, Gary-Bobo G, Gao-Li J, Paulin D, Gustafsson E, Li Z (2008) Serum response factor is required for
sprouting angiogenesis and vascular integrity. Dev Cell 15: 448-461
41.Medjkane S, Perez-Sanchez C, Gaggioli C, Sahai E, Treisman R (2009)
Myocardin-related transcription factors and SRF are required for cytoskeletal dynamics and experimental metastasis. Nat Cell Biol 11:
257-268
22.Holtz ML, Misra RP (2008) Endothelial-specific ablation of Serum Response Factor causes hemorrhaging, yolk sac vascular failure, and embryonic lethality. BMC Dev Biol 8: 65
42.Wang Y, Shi J, Chai K, Ying X, Zhou BP (2013) The Role of Snail in
EMT and Tumorigenesis. Curr Cancer Drug Targets 13: 963-972
23.Wickramasinghe SR, Alvania RS, Ramanan N, Wood JN, Mandai K,
Ginty DD (2008) Serum response factor mediates NGF-dependent
target innervation by embryonic DRG sensory neurons. Neuron 58:
532-545
43.Gupta M, Korol A, West-Mays JA (2013) Nuclear translocation of myocardin-related transcription factor-A during transforming growth
factor beta-induced epithelial to mesenchymal transition of lens epithelial cells. Mol Vis 19: 1017-1028
24.Knöll B, Nordheim A (2009) Functional versatility of transcription factors in the nervous system: the SRF paradigm. Trends Neurosci 32:
432-442
44.Kalluri R, Weinberg RA (2009) The basics of epithelial-mesenchymal
transition. J Clin Invest 119: 1420-1428
25.Huveneers S, Danen EH (2009) Adhesion signaling - crosstalk between
integrins, Src and Rho. J Cell Sci 122: 1059-1069
26.Zhao XH, Laschinger C, Arora P, Szászi K, Kapus A, McCulloch CA
(2007) Force activates smooth muscle alpha-actin promoter activity
through the Rho signaling pathway. J Cell Sci 120: 1801-1809
27.O’Connor JW, Gomez EW (2013) Cell Adhesion and Shape Regulate
TGF-Beta1-Induced Epithelial-Myofibroblast Transition via MRTF-A
Signaling. PLoS One 8: e83188
28.Cooley BC, Nevado J, Mellad J, Yang D, St Hilaire C, Negro A, Fang
F, Chen G, San H, Walts AD, Schwartzbeck RL, Taylor B, Lanzer JD,
Wragg A, Elagha A, Beltran LE, Berry C, Feil R, Virmani R, Ladich E,
Kovacic JC, Boehm M (2014) TGF-β signaling mediates endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT) during vein graft remodeling. Sci
Transl Med 6: 227ra34
29.van Meeteren LA, ten Dijke P (2012) Regulation of endothelial cell plasticity by TGF-β. Cell Tissue Res 347: 177-186
30.Freudlsperger C, Bian Y, Wise SC, Burnett J, Coupar J, Yang X, Chen Z,
Waes CV (2013) TGF-β and NF-κB signal pathway cross-talk is media-
Postępy Biochemii 61 (2) 2015
45.Leitner L, Shaposhnikov D, Descot A, Hoffmann R, Posern G (2010)
Epithelial Protein Lost in Neoplasm alpha (Eplin-alpha) is transcriptionally regulated by G-actin and MAL/MRTF coactivators. Mol Cancer 9: 60
46.Yoshio T, Morita T, Tsujii M, Hayashi N, Sobue K (2010) MRTF-A/B
suppress the oncogenic properties of v-ras- and v-src-mediated transformants. Carcinogenesis 31: 1185-1193
47.Georges PC, Hui JJ, Gombos Z, McCormick ME, Wang AY, Uemura
M, Mick R, Janmey PA, Furth EE, Wells RG (2007) Increased stiffness
of the rat liver precedes matrix deposition: implications for fibrosis.
Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 293: G1147-1154
48.Perepelyuk M, Terajima M, Wang AY, Georges PC, Janmey PA,
Yamauchi M, Wells RG (2013) Hepatic stellate cells and portal fibroblasts are the major cellular sources of collagens and lysyl oxidases in
normal liver and early after injury. Am J Physiol Gastrointest Liver
Physiol 304: G605-614
49.Balestrini JL, Chaudhry S, Sarrazy V, Koehler A, Hinz B (2012) The
mechanical memory of lung myofibroblasts. Integr Biol 4: 410-421
213
50.Galie PA, Westfall MV, Stegemann JP (2011) Reduced serum content
and increased matrix stiffness promote the cardiac myofibroblast
transition in 3D collagen matrices. Cardiovascular Pathol 20: 325-333
51.Li Z, Dranof JA, Chan EP, Uemura M, Sevigny J, Wells RG (2007)
Transforming growth factor-beta and substrate stiffness regulate portal fibroblast activation in culture. Hepatology 46: 1246-1256
52.Olsen AL, Bloomer SA, Chan EP, Gaca MD, Georges PC, Sackey B,
Uemura M, Janmey PA, Wells RG (2011) Hepatic stellate cells require
a stiff environment for myofibroblastic differentiation. Am J Physiol
Gastrointest Liver Physiol 301: G110-G118
53.Squier CA (1981) The effect of stretching on formation of myofibroblasts in mouse skin. Cell Tissue Res 220: 325-335
54.Tomasek JJ, Gabbiani G, Hinz B, Chaponnier C, Brown RA (2002) Myofibroblasts and mechano-regulation of connective tissue remodeling.
Nat Rev Mol Cell Biol 3: 349-363
55.Crider BJ, Risinger GM Jr, Haaksma CJ, Howard EW, Tomasek JJ
(2011) Myocardin-related transcription factors A and B are key regulators of TGFbeta1-induced fibroblast to myofibroblast differentiation. J
Invest Dermatol 131: 2378-2385
56.Elberg G, Chen L, Elberg D, Chan MD, Logan CJ, Turman MA (2008)
MKL1 mediates TGF-beta1-induced alpha-smooth muscle actin
expression in human renal epithelial cells. Am J Physiol Renal Physiol
294: F1116-1128
57.Sandbo N, Lau A, Kach J, Ngam C, Yau D, Dulin NO (2011) Delayed
stress fiber formation mediates pulmonary myofibroblast differentiation in response to TGF-beta. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 301:
L656-666
58.Luchsinger LL, Patenaude CA, Smith BD, Layne MD (2011) Myocardin-related transcription factor-A complexes activate type I collagen
expression in lung fibroblasts. J Biol Chem 286: 44116-44125
59.Novoyatleva T, Sajjad A, Engel FB (2014) TWEAK-Fn14 Cytokine-Receptor Axis: A New Player of Myocardial Remodeling and Cardiac
Failure. Front Immunol. 5: 1-10
60.Lundquist MR, Storaska AJ, Liu T-C, Larsen SD, Evans T, Neubig RR,
Jaffrey SR (2014) Redox modification of nuclear actin by MICAL-2 regulates SRF signaling. Cell 156: 563-576
MRTFs protein family and its role in pathological stages
Marta Wawro1, Katarzyna Sobierajska1, Katarzyna Wieczorek1,2, Jolanta Niewiarowska1,*
Medical University of Lodz, 1Department of Cell Molecular Mechanisms, 6/8 Mazowiecka St., 92-215 Lodz, Poland; 2Department of Endocrinology
and Metabolic Diseases, 281/289 Rzgowska St., 93-338 Lodz, Poland
*
e-mail: [email protected]
Key words: MRTFs, myocardin, epithelial-mesenchymal transition, Snail, cytoskeleton reorganisation
ABSTRACT
The MRTFs (myocardin-releated transcription factors) protein family consists of myocardin, MRTF-A (MKL1, MAL) and MRTF-B (MKL2).
These proteins are included in the common family due to the presence of evolutionarily conserved domains which are responsible for homoand heterodimerization with other members of the family as well as actin binding and transcription activation. Despite high structural homology, these factors present different characteristics in terms of localization. The expression of myocardin is limited to the myocardial cells
and smooth muscle cells, exclusively, whereas MRTF-A and MRTF-B are commonly found in various cells and tissues. These proteins interact
with MADS box transcription factors as well as serum response factors (SRF) thus being engaged into signal transduction, which results from
cytoskeleton reorganisation, from cytoplasm to the nucleus. It has been concluded that these proteins both take part in muscle tissue differentiation as well as mediate the development of pathological conditions (vascular diseases, cancer and fibrosis).
214
www.postepybiochemii.pl