Filamina A mediatorem zmian zachodzących w komórkach

Filamina A mediatorem zmian zachodzących w komórkach nowotworowych
STRESZCZENIE
F
ilamina A (FLNA, filamina-1) jest homodimerycznym białkiem powszechnie występującym w organizmach zwierząt. Jej podstawową funkcją w komórce jest sieciowanie
filamentów aktyny, dzięki czemu bierze udział w organizacji cytoszkieletu aktynowego.
Filamina-1 oddziałuje z ponad 60 białkami partnerskimi o różnorodnych, często niezwiązanych ze sobą funkcjach, jak współtworzenie błony komórkowej, budowa cytoszkieletu i
utrzymywanie kształtu komórki, przekazywanie sygnałów wewnątrzkomórkowych, regulacja funkcji jądrowych, czy regulacja funkcji białek wiążących GTP. Oddziaływania FLNA z
białkami związanymi z procesami onkogenezy i metastazy, takimi jak K-RAS, TRAF2 czy
NIK, wskazują na ważną rolę tego białka w progresji choroby nowotworowej. Filamina-1
podlega proteolitycznej fragmentacji na mniejsze podjednostki, których translokacja do jądra może wiązać się ze zmianami zdolności przerzutowania komórek. Udowodniono również, że upośledzenie funkcji FLNA może skutkować uwrażliwieniem komórek na działanie
promieniowania jonizującego i stosowanych rutynowo chemioterapeutyków - bleomycyny
i cisplatyny, co stwarza nadzieję na opracowanie nowych, celowanych terapii przeciwnowotworowych.
WPROWADZENIE
Filaminy odkryto ponad 30 lat temu jako pierwszą rodzinę białek związaną
bezpośrednio z aktyną, występującą nie tylko w komórkach mięśniowych (F-aktyną) [1]. Ich występowanie nie ogranicza się wyłącznie do kręgowców, białka
te obecne są w organizmach ameb, owadów czy robaków [4]. Są niezbędne do
rozwoju organizmów ssaków, a mutacje w ludzkich genach filamin są przyczyną poważnych, wrodzonych wad rozwojowych i defektów mózgu, kości, serca
oraz wielu innych organów. Początkowo sądzono, że funkcja filamin ogranicza
się tylko do udziału w tworzeniu cytoszkieletu aktynowego, jednak w kolejnych
latach dowiedziono, że oddziałując z licznymi białkami, pośredniczą one także
w aktywacji szlaków sygnałowych, zmianach w migracji komórek czy regulacji
systemów naprawczych DNA [2,3].
Rodzina filamin u ssaków składa się z trzech białek homologicznych o zachowanej w ewolucji budowie: filamin A, B i C (FLNA, FLNB i FLNC), będących produktami różnych genów. FLNA i FLNB są szeroko rozpowszechnione
w wielu tkankach, natomiast obecność FLNC ogranicza się do komórek mięśni
poprzecznie prążkowanych [4,5].
Najbardziej rozpowszechnioną formą u ssaków jest filamina A (Ryc. 1), zwana też białkiem APB-280 (ang. actin binding protein 280) lub filaminą-1. Białko to
jest homodimerem, złożonym z dużych podjednostek o masie cząsteczkowej ok.
Katarzyna Wieczorek
Jolanta Niewiarowska
Zakład Biofizyki Molekularnej i Medycznej,
Łódź
Zakład Biofizyki Molekularnej i Medycznej, ul. Mazowiecka 6/8 92-215 Łódź; tel. (42)
2725722, e-mail: jolanta.niewiarowska@umed.
lodz.pl

Artykuł otrzymano: 12 lutego 2014 r.
Artykuł zaakceptowano: 19 lutego 2014 r.
Słowa kluczowe: filamina A, filamina-1, cytoszkielet, przerzutowanie, nowotwory
Wykaz skrótów: ALL (ang. acute lymphoblastic leukemia) — ostra białaczka limfoblastyczna; AML (ang. acute myleoid leukemia) — ostra
białaczka mieloblastyczna; DSB (ang. double
stranded breaks) — dwuniciowe pęknięcia
DNA; ECM (ang. extracellular matrix) - macierz pozakomórkowa; EMT (ang. epithelial to
mesenchymal transition) — przemiana nabłonkowo-mezenchymalna; GPCR (ang. G-protein
coupled receptor) — receptory sprzężone z białkami G; ICLs (ang. interstrand crosslinks) — wewnątrzniciowe wiązania krzyżowe; NIK (ang.
NF-κb-inducing kinase) — kinaza aktywująca
szlak NFκB; SSB (ang. single stranded breaks) —
jednoniciowe pęknięcia DNA; TNF (ang. tumor
necrosis factor) — czynnik martwiczy nowotworów; TRAF2 (ang. TNF receptor associated factor)
— czynnik związany z receptorem TNF
Podziękowania: Artykuł przygotowano w
trakcie realizacji projektów badawczych: MAESTRO UMO-2011/02/A/NZ3/00068, MOMENTO — Molecular Mechanisms of Tissue
Fibrosis — Pol-Nor/202952/5/2013, HARC
— Healthy Ageing Research Centre FP7-REGPOT-2012-2013-1.
Rycina 1: Struktura filaminy A, miejsca zawiasowe (Hinge-1 oraz
Hinge-2) są miejscami
proteolizy; każdy monomer składa się z 2647
reszt aminokwasowych
i 24 powtórzeń tandemowych, zawierających
po 96 reszt aminokwasowych, na podstawie [35].
Postępy Biochemii 60 (1) 2014
77
280 kDa, które po dimeryzacji nadają cząsteczce kształt litery V.
FLNA reguluje przez jednoczesne łączenie sieci aktynowych
z cytoplazmatycznymi domenami receptorów błonowych.
Kluczowa dla funkcji białka jest domena wiążąca aktynę
(ABD, ang. actin binding domain), położona po stronie końca aminowego (N-końca), za pomocą której filamina-1 sieciuje filamenty aktyny, tworząc strukturę trójwymiarową
[6-8]. Każdy z monomercznych łańcuchów białka zawiera
także 24 homologiczne powtórzenia tandemowe, każde z
nich składa się z ok. 96 aminokwasów. Struktura tych powtórzeń jest zbliżona do immunoglobulin, stąd nazywane
są one również powtórzeniami Ig (ang. Ig-repeats). Monomery FLNA formują dimer poprzez końce karboksylowe,
zawierające domenę dimeryzacji. Powtórzenia Ig nie tylko
stwarzają dodatkowe miejsca powinowactwa do F-aktyny,
ale zapewniają też wewnętrzną elastycznosć i giętkość tego
białka, a w konsekwencji i tworzonych sieci aktynowych.
Jednym z najlepiej poznanych oddziaływań są oddziaływania z białkami z rodziny integryn. Udowodniono, że
po przyłączeniu do podjednostki β integryny, cząsteczka
FLNA podlega mechanicznemu rozciąganiu, co z kolei powoduje powstawanie nowych miejsc wiązań i modyfikuje
powinowactwo wiązania filaminy-1 z białkami partnerskimi [38,44]. Sugeruje się, że właśnie to zjawisko stanowi
podstawę mechanizmu regulacji funkcji cytoszkieletu przez
FLNA. Coraz więcej wyników badań wskazuje, że białko
to pełni ważną rolę w rozmieszczeniu integryn β1 na powierzchni błony komórkowej, które są niezbędne do procesu ukierunkowanej migracji komórek [45,46].
Domena Rod-1, dzięki swojej długości, giętkości i linearnej budowie, wspomaga przestrzenne ułożenie helisy F-aktyny i wiązanie obu cząsteczek. Konformacyjne zmiany
domeny Rod-2 z kolei modulują interakcje FLNA z różnymi
białkami partnerskimi (Tab. 1) [3,9-37], które mogą regulować siłę powinowactwa FLNA do filamentów aktyny [3841]. Relatywnie długie miejsca zawiasowe (Hinge-1 oraz
Hinge-2) pomiędzy domenami Rod1 i Rod2 oraz Rod2 i domeną odpowiadającą za dimeryzację filaminy dodatkowo
nadają cząsteczce giętkość, zwłaszcza podczas sieciowania
filamentów aktyny. Regiony te stanowią również miejsca
proteolitycznej fragmentacji FLNA przez zależne od jonów
wapnia kalpainy, generując fragmenty o wielkości 170, 150,
120, 110 i 90 kDa. Udowodniono, że do proteolizy FLNA
niezbędna jest fosforylacja reszty seryny 2152 w rejonie C-końcowym cząsteczki przez kinazę białkową PKA (ang.
cAMP-dependent protein kinase). Poza aktyną, filamina-1
odziałuje z ponad 60 innymi białkami partnerskimi o różnorodnych, często niezwiązanych ze sobą funkcjach (Tab. 1).
Liczne oddziaływania FLNA z białkami związanymi z
procesem metastazy (Tab. 1) wskazują na istotną rolę tego
białka w rozwoju choroby nowotworowej [9,47,48]. Przerzutowanie, z uwagi na niezwykle złożona naturę, jest jednak procesem wyjątkowo trudnym do zbadania, dlatego
też szczegółowe funkcje FLNA w tym zakresie pozostają
nieznane.
FLNA A KSZTAŁT KOMÓRKI
Cytoszkielet stanowi fundament dla przestrzennego ułożenia komórek oraz ich ruchliwości. Choć pozornie może
się wydawać, że jest on sztywną strukturą, cytoszkielet podlega ciągłym modyfikacjom, dynamicznym zmianom i reorganizacji. Głównym składnikiem cytoszkieletu aktynowego
jest białko aktyna, która może występować w formie globularnej, monomerycznej (tzw. G-aktyna) lub też spolimeryzowanej, w postaci filamentów (F-aktyna). Polimeryzacja
pociąga za sobą zmiany elastyczności i mechanicznej wytrzymałości całej komórki [3]. Struktura filamentów aktynowych jest determinowana przez oddziaływanie z różnorodnymi białkami, wiążącymi się z aktyną, takimi jak: spektryny, fimbryny, α-aktyniny i filaminy, m. in. filaminą-1 [36].
FLNA pełni również funkcje łączenia sieci aktynowych
z błoną plazmatyczną przez oddziaływanie z systemem integryn, co warunkuje kształt komórki i tworzenie struktur
przestrzennych, takich jak lamellipodia, pseudopodia i filopodia. Białko to działa jak specyficzne „rusztowanie” dla
cząsteczek pośredniczących w przekazywaniu sygnału wewnątrzkomórkowego [42,43]. Takie przenoszenie sygnałów
między białkami macierzy komórkowej a cytoszkieletem
78
FLNA A PRZERZUTOWANIE NOWOTWOROWE
Metastatyczne komórki nowotworowe, stopniowo zmieniając charakter z nabłonkowego w mezynchymalny (proces EMT, ang. epithelial to mesenchymal transition), odłączają
się od swojej pierwotnej niszy, aby następnie dokonać inwazji do naczynia krwionośnego, co prowadzi do kolonizacji w nowych, często odległych tkankach i organach. W
procesie tym komórki nowotworowe muszą charakteryzować się nie tylko dużymi zdolnościami adaptacji do zmian
kształtu i odporności na stres mechaniczny, występujący w
naczyniach krwionośnych, ale i podwyższoną ruchliwością
oraz zdolnością do powtórnego oddziaływania z macierzą
pozakomórkową (ECM) w nowo zasiedlanych niszach [49].
Liczne badania wskazują, że FLNA jest białkiem utrzymującym komórki nowotworowe w pierwotnej tkance występowania, natomiast zmiany w regulacji jej funkcji lub też
brak tego białka, zwiększają ryzyko wystąpienia przerzutów [35].
Grupa badaczy, na podstawie analiz proteomicznych,
wykazała, że wysoki poziom ekspresji FLNA jest skorelowany z potencjałem przerzutowania w komórkach nowotworu
wątroby (ang. hepatocellular carcinoma, HCC) [50]. Podobnie
Alper i wsp., analizując bioptaty guzów piersi dowiedli, że
poziom FLNA jest istotnie wyższy w tkance nowotworowej
w porównaniu do zdrowej [51]. Co ciekawe, ekspresja tego
genu była wyraźnie wyższa w próbkach guzów inwazyjnych niż komórkach nowotworów niezłośliwych, co dobitnie wskazuje na powiązanie ekspresji FLNA z progresją
nowotworową. Sugeruje się również, że początkowy niski
poziom ekspresji FLNA w komórkach nowotworów piersi
u pacjentek bez przerzutów choroby jest skorelowany z lepszymi rokowaniami na wyzdrowienie [52].
Kolejne doświadczenia przeprowadzone na myszach
przez liczne grupy badaczy, wskazują, że na obniżenie
www.postepybiochemii.pl
Tabela 1. Przykłady białek oddziałujących z FLNA wraz z miejscem wiązania ze strukturą FLNA oraz określeniem metody badawczej, potwierdzającej oddziaływanie i
jego znaczenie biologiczne [35].
Partner
oddziaływań
Miejsca wiązania
Metoda badawcza
Znaczenie
Piśmiennictwo
Rola: budowa cytoszkieletu i utrzymywanie kształtu komórki
F-aktyna
domena ABD, Rod-1
in vitro pull down
organizacja cytoszkieletu aktynowego
[1,11]
Wimentyna
w obrębie powtórzeń
tandemowych 1-8
koimmunoprecypitacja
fosforylacja FLNA, synteza integryn β1,
adhezja i przyleganie komórek do kolagenu
[12]
Kalmodulina
domena ABD
in vitro pull down
regulacja wiązania do filamentów aktyny in vitro
[13]
R-Ras
w obrębie powtórzenia
tandemowego 3
koimmunoprecypitacja;
in vitro pull down
stymulacja aktywacji integryn,
utrzymywanie bariery śródbłonkowej
[14]
Rola: organizacja błony komórkowej
β-integryny
w obrębie powtórzenia
tandemowego 21
koimmunoprecypitacja
adhezja, współzawodniczenie z taliną
o przyłączenie do miejsca wiązania
integryn i ich aktywację
[15-16]
Migfilina
(FBLP-1)
w obrębie powtórzenia
tandemowego 21
koimmunoprecypitacja;
in vitro pull down;
drożdżowy system
dwuhybrydowy
odłączanie filaminy A od integryn i
promowanie wiązania taliny z integryną
[17-19]
Kaweolina-1
w obrębie powtórzeń
tandemowych 22-24
in vitro pull down;
drożdżowy system
dwuhybrydowy
wewnątrzkomórkowe przekazywanie sygnału
[20]
CECAM-1
w obrębie powtórzeń
tandemowych 23-24
in vitro pull down;
drożdżowy system
dwuhybrydowy
spowolnienie migracji komórek
[21]
Rola: wewnątrzkomórkowe przekazywanie sygnałów
K-RAS
brak danych
brak danych
zahamowanie syntezy filaminy-1
powoduje znaczącą redukcję odtwarzania
guzów nowotworowych w płucach
indukowanych przez K-RAS
β-arestyny
w obrębie powtórzenia
tandemowego 22
koimmunoprecypitacja;
in vitro pull down;
drożdżowy system
dwuhybrydowy
aktywacja szlaków ERK; reorganizacja
cytoszkieletu aktynowego
[23]
Wee1
w obrębie powtórzeń
tandemowych 22-24
koimmunoprecypitacja;
in vitro pull down
regulacja syntezy Wee1; promocja
fazy G2/M cyklu komórkowego
[24]
NIK
brak danych
in vitro pull down
pośrednictwo w aktywacji kaskady IKKα/
NF-κb przez szlak sygnałowy CD28
[25]
[22]
Rola: regulacja funkcji jądrowych
BRCA1
w obrębie powtórzeń
tandemowych 23-24
koimmunoprecypitacja;
in vitro pull down;
drożdżowy system
dwuhybrydowy
ułatwianie rekrutacji BRAC1 i RAD51 do miejsc
wiązania DNA, stabilizuje holoenzym DNA-PK
[26]
BRCA2
w obrębie powtórzeń
tandemowych 21-24
koimmunoprecypitacja;
in vitro pull down
wymagane do efektywnej naprawy zmian
w rekombinacji homologicznej DNA
oraz odtwarzania systemów hamujących
cykl komórkowy w fazie G2/M
[27-29]
Refilina B
w obrębie powtórzeń
tandemowych 15-24
drożdżowy system
dwuhybrydowy;
in vitro pull down
stabilizacja okołojądrowych włókien aktyny,
regulacja kształtu jądra komórkowego
[30]
TIF-IA,
RPA40
domena ABD
in vitro pull down;
supresja transkrypcji genów rybosomalnego RNA
[31]
Rho/Cdc42/
RaclA
w obrębie powtórzenia
tandemowego 24
koimmunoprecypitacja
przebudowa cytoszkieletu
[32]
ROCK
w obrębie powtórzenia
tandemowego 24
koimmunoprecypitacja;
in vitro pull down
przebudowa cytoszkieletu
[33]
FilGAP
w obrębie powtórzenia
tandemowego 23
koimmunoprecypitacja;
in vitro pull down;
drożdżowy system
dwuhybrydowy
przyleganie komórek; aktywacja białek
aktywujacych GTP-azy (GAP)
[34]
Rola: oddziaływania z małymi białkami wiążącymi GTP oraz ich regulatorami
Postępy Biochemii 60 (1) 2014
79
ruchliwości, inwazyjności i potencjału przerzutowania komórek nowotworowych ma wpływ knock-down lub też wyciszanie ekspresji FLNA za pomocą specyficznych shRNA
[52,53].
Grupa Baldassarre i wsp. wykazała, że delecja FLNA w
modelu włókniakomięsaka powodowała wzrost aktywności metaloproteazy MMP-2, stymulację zmian w macierzy
pozakomórkowej, a w konsekwencji wzrost potencjału inwazyjnego komórek. Ciekawym spostrzeżeniem zespołu
był fakt, że zmiany w komórkach pozbawionych FLNA nie
wywoływały zmian w spontanicznej migracji [54]. Podobne
zależności potwierdzono w komórkach nowotworu piersi
z podwyższoną syntezą białka ErbB2, w których, po delecji
FLNA, odnotowano ich podwyższenie zdolności do migracji, inwazji i metastazy [55].
FLNA jest białkiem mogącym podlegać proteolizie w
miejscach zawiasowych na mniejsze fragmenty. Okazuje
się, że ich rozmieszczenie w komórce może mieć również
związek z procesem metastazy. Doświadczenia wykorzystujące techniki immunohistochemiczne przeprowadzone
in vitro przez grupę Bedolla i wsp. obrazują występowanie
FLNA o pełnej długości w cytoplazmie inwazyjnych komórek nowotworu prostaty, a jej proteoliza w tym modelu doświadczalnym koreluje ze zmniejszonym potencjałem przerzutowania [56].
Odmienne wyniki badań zaprezentował O’Conell i wsp.,
gdzie fragmentacja FLNA występowała wyłącznie w liniach
komórek o podwyższonej zdolności do przerzutowania
[57]. Wyraźne rozbieżności uzyskanych wyników sugerują,
że poziom ekspresji FLNA w komórkach nowotworowych
może być niewystarczającym wskaźnikiem do określenia
zdolności przerzutowania nowotworu. Prawdopodobnie
zarówno typ komórek nowotworowych, ekspresja innych
genów, proteoliza FLNA, jak i oddziaływanie ze środowiskiem zewnętrznym są nierozerwalnie ze sobą powiązane.
FLNA A PRZEKAZYWANIE SYGNAŁÓW W
KOMÓRKACH NOWOTWOROWYCH
Filamina A, oddziałując z licznymi białkami partnerskimi
(Tab. 1), zaangażowana jest w wiele szlaków sygnałowych
związanych z progresją nowotworową. Udowodniono, że
interakcja FLNA z R-RAS, należącym do licznej nadrodziny
białek Ras, odpowiada za utrzymanie funkcjonalnej bariery
nabłonkowej [14], istotnej w przemianie EMT. U myszy z
wyłączonym genem FLNA stwierdzono zredukowanie właściwości onkogennych białka K-RAS, takich jak: tworzenie
przerzutów w płucach, wzmożoną proliferację fibroblastów
z ekspresją K-RAS i zdolność do aktywacji szlaków kinaz
ERK i AKT [22].
Ostatnio FLNA zidentyfikowano także jako nowy gen
partnerski w fuzji z genem MLL. Połączenie takie prowadzi
do zaburzeń różnicowania hematopoetycznych pluripotencjalnych lub limfoidalnych czy mieloidalnych komórek,
prowadząc do rozwoju białaczek, takich jak ostra białaczka limfoblastyczna (ALL, ang. acute lymphoblastic leukemia)
i ostra białaczka mieloblastyczna (AML, ang. acute myleoid leukemia) [58]. Filamina A może również pośredniczyć,
80
przez oddziaływanie z kinazą NIK, w aktywacji szlaku
NF-κb. Udowodniono też, że białko to jest niezbędne do
aktywacji szlaku IKKα-NF-κb za pośrednictwem receptora
CD28 [25]. FLNA oddziałuje z receptorami zmieniającymi
powierzchnię błony komórkowej, np. GPCR (ang. G-protein Coupled Receptor), a także z innymi receptorami, takimi
jak EGFR czy TRAF2, pośredniczącymi w przekazywaniu
sygnałów pochodzących od innych receptorów z rodziny
TNF [59].
Mutacje FLNA mogą być powodem poważnych chorób
człowieka. Mutacja zerowa (typu null) w genie FLNA prowadzi do niedorozwoju mózgu sprzężonego z chromosomem X, zwanym PVNH (ang. periventricular nodular heterotropia). Z kolei mutacje zmiany sensu (typu missense) skutkują różnorodnymi, wrodzonymi wadami rozwojowymi
szkieletu, np. OPD (ang. Otopalatodigital Syndrome) czy MNS
(ang. Melnick-Needles Syndrome) oraz deformacjami twarzy
i zmysłu słuchu, jak FMD (ang. frontometaphyseal dysplasia)
[5,60]. Mutacje w genie FLNA uważane są również za jedną
z przyczyn chorób serca, określanych mianem XMVD (ang.
X-linked Myxoid Valvular Dystrophy) [61].
U pacjentów z powyższymi schorzeniami, nie odnotowano jednak zwiększonej częstości występowania chorób
nowotworowych. Co więcej, obecność filaminy-A nie jest
niezbędna dla autonomicznego przetrwania komórki. Doświadczenia prowadzące do utraty funkcji lub wyciszenia
ekspresji FLNA techniką RNAi, nie powodowały wzmożonej śmierci komórek czy zahamowania ich wzrostu [27,62].
Biorąc jednak pod uwagę różnorodność oddziaływań
FLNA, należy oczekiwać, że wszelkie zaburzenia funkcji
tego białka mogą pośrednio przyczyniać się do zmian onkogennych.
FLNA W TERAPII PRZECIWNOWOTWOROWEJ
Jednym z najbardziej efektywnych typów terapii przeciwnowotworowej jest stosowanie środków powodujących
uszkodzenia DNA komórek zmienionych nowotworowo.
W tym celu stosowane jest m.in. promieniowanie jonizujące
oraz różnorodne leki o działaniu genotoksycznym, jak np.
bleomycyna i cisplatyna. Niestety, niektóre typy nowotworów mają wysoce rozwinięte systemy naprawcze DNA, co
skutkuje nabyciem oporności na leczenie i nawrotem choroby. Niedawne odkrycia dają nadzieję, że to właśnie FLNA
może stać się nie tylko nowym biomarkerem, pomocnym w
ocenie wrażliwości komórek nowotworowych na planowaną chemioterapię, ale również potencjalnym kandydatem
do terapii celowanej [35].
Potencjalną rolę FLNA w terapii potwierdza również jej
udowodnione oddziaływanie z białkami BRCA-1 i BRCA-2,
niezbędnymi w procesach efektywnego usuwania błędów
w strukturze DNA oraz prawidłowej rekombinacji homologicznej [26]. W kolejnych badaniach wykazano, że defekty
w funkcji FLNA skutkują powstaniem zaburzeń w systemie
usuwania pęknięć dwuniciowych (DSB, ang. double stranded breaks), a co za tym idzie uwrażliwieniem komórek na
działanie promieniowania jonizującego [28]. Grupa Yue i
wsp. rozszerzyła powyższe obserwacje, wykonując badania na mysim modelu czerniaka. Dowiedziono, że delecja
www.postepybiochemii.pl
w genie FLNA uwrażliwia komórki również na działanie
bleomycyny i cisplatyny, opóźniając naprawę nie tylko
dwuniciowych pęknięć DNA, ale i jednoniciowych pęknięć
DNA (SSB, ang. single stranded breaks) oraz wewnątrzniciowych wiązań krzyżowych (ICLs, ang. interstrand crosslinks).
Efektem wtórnego zablokowania ekspresji FLNA za pomocą specyficznych shRNA w ksenograftach myszy było efektywniejsze leczenie bleomycyną i cisplatyną. W doświadczeniach tych, analizując różne linie komórek czerniaka,
wykazano korelację pomiędzy poziomem FLNA a wrażliwością na leczenie ww. związkami [27].
Blokowanie funkcji FLNA prowadzone jest również
za pomocą niskocząsteczkowych inhibitorów, takich jak
PT-125. Związek ten wykorzystano już m.in. w pionierskich badaniach, mających na celu hamowanie syntezy
amyloidu-β42 w chorobie Alzheimera [63]. Innym sposobem upośledzenia funkcji FLNA mogłoby być również blokowanie powstawania dimeru w części karboksylowej (C-końcowej) jej łańcucha polipeptydowego.
Oprócz strategii hamowania ekspresji i blokowania syntezy i funkcji FLNA zaproponowano także inne metody,
które w przyszłości mogą znaleźć zastosowanie w terapii
przeciwnowotworowej. Bedolla i wsp., wykazując w swoich badaniach rolę proteolitycznej fragmentacji FLNA w
redukcji potencjału przerzutowania komórek nowotworowych sugerują, że kluczowa w procesie skutecznego hamowania metastazy jest właśnie indukcja proteolizy FLNA
[56]. Udowodniono, że proteoliza filaminy-1 przez kalpainy
jest regulowana na drodze fosforylacji FLNA zależnej od
szlaku AKT, ponieważ zastosowanie specyficznego inhibitora PI3K, zaburzającego aktywność AKT, stymuluje proteolizę FLNA i translokację produktów degradacji do jądra
komórkowego [64]. Należy jednak podkreślić, że filamina-1
pełni tak zróżnicowane i liczne funkcje w komórce, że konsekwencje wpływu upośledzenia jej funkcji na proces metastazy nowotworowej mogą zależeć od wielu innych czynników, m.in. stopnia zaawansowania nowotworu.
Poznanie szczegółowych funkcji, jaką pełni filamina-1
w procesie nowotworowym wciąż wymaga wielu badań.
Wydaje się, że jednym z najlepszych sposobów na śledzenie
roli FLNA jest poznanie jej oddziaływań z poszczególnymi
białkami partnerskimi, biorącymi udział w onkogenezie.
Dokładniejsze zbadanie funkcji i mechanizmów interakcji
FLNA na pewno jest kluczem do przyszłego efektywniejszego leczenia onkologicznego.
PIŚMIENNICTWO
1. Hartwig JH, Stossel TP (1975) Isolation and properties of actin, myosin
and a new actin binding protein in rabbit alveolar macrophages. J Biol
Chem 250: 5696-5705
2. Nakamura F, Stossel TP, Hartwig JH (2011) The filamins: organizers of
cell structure and function. Cell Adh Migr 5: 160-169
3. Popowicz GM, Schleicher M, Noegel AA, Holak TA (2006) Filamins:
promiscuous organizers of the cytoskeleton. Trends Biochem Sci 31:
411-419
6. Gorlin JB, Yamin R, Egan S, Stewart M, Stossel TP, Kwiatkowski DJ,
Hartwig JH (1990) Human endothelial actin-binding protein (ABP280, nonmuscle filamin): a molecular leaf spring. J Cell Biol 111: 10891105
7. Stossel TP, Condeelis J, Cooley L, Hartwig JH, Noegel A, Schleicher M,
Shapiro SS (2001) Filamins as integrators of cell mechanics and signalling. Nat Rev Mol Cell Biol 2: 138-145
8. Cunningham CC, Gorlin JB, Kwiatkowski DJ, Hartwig JH, Janmey PA,
Byers HR, Stossel TP (1992) Actin-binding protein requirement for cortical stability and efficient locomotion. Science 255: 325-327
9. Ohta Y, Hartwig JH, Stossel TP (2006) FilGAP, a Rho- and ROCK-regulated GAP for Rac binds filamin A to control actin remodelling. Nat
Cell Biol 8: 803-814
10.Feng Y, Walsh CA (2004) The many faces of filamin: a versatile molecular scaffold for cell motility and signalling. Nat Cell Biol 6: 1034-1038
11.Nakamura F, Osborn TM, Hartemink CA, Hartwig JH, Stossel TP
(2007) Structural basis of filamin A functions. J Cell Biol 179: 1011-1025
12.Kim H, Nakamura F, Lee W, Hong C, Perez-Sala D, McCulloch CA
(2010) Regulation of cell adhesion to collagen via beta1 integrins is dependent on interactions of filamin A with vimentin and protein kinase
C epsilon. Exp Cell Res 316: 1829-1844
13.Nakamura F, Hartwig JH, Stossel TP, Szymanski PT (2005) Ca2+ and
calmodulin regulate the binding of filamin A to actin filaments. J Biol
Chem 280: 32426-32433
14.Griffiths GS, Grundl M, Allen JS 3rd, Matter ML (2011) R-Ras interacts
with filamin a to maintain endothelial barrier function. J Cell Physiol
226: 2287-2296
15.Kiema T, Lad Y, Jiang P, Oxley CL, Baldassarre M, Wegener KL,
Campbell ID, Ylanne J, Calderwood DA (2006) The molecular basis
of filamin binding to integrins and competition with talin. Mol Cell
21: 337-347
16.Sharma CP, Ezzell RM, Arnaout MA (1995) Direct interaction of filamin (ABP-280) with the beta 2-integrin subunit CD18. J Immunol 154:
3461-3470
17.Lad Y, Jiang P, Ruskamo S, Harburger DS, Ylanne J, Campbell ID, Calderwood DA (2008) Structural basis of the migfilin-filamin interaction
and competition with integrin beta tails. J Biol Chem 283: 35154-35163
18. Ithychanda SS, Das M, Ma YQ, Ding K, Wang X, Gupta S, Wu C, Plow
EF, Qin J (2009) Migfilin, a molecular switch in regulation of integrin
activation. J Biol Chem 284: 4713-4722
19.Tu Y, Wu S, Shi X, Chen K, Wu C (2003) Migfilin and Mig-2 link focal
adhesions to filamin and the actin cytoskeleton and function in cell
shape modulation. Cell 113: 37-47
20.Muriel O, Echarri A, Hellriegel C, Pavon DM, Beccari L, Del Pozo MA
(2011) Phosphorylated filamin A regulates actin-linked caveolae dynamics. J Cell Sci 124: 2763-2776
21.Klaile E, Muller MM, Kannicht C, Singer BB, Lucka L (2005) CEACAM1 functionally interacts with filamin A and exerts a dual role in
the regulation of cell migration. J Cell Sci 118: 5513-5524
22.Nallapalli RK, Ibrahim MX, Zhou AX, Bandaru S, Naresh S, Redfors
B, Pazooki D, Zhang Y, Boren J, Cao Y, Bergo MO, Akyürek LM (2012)
Targeting filamin A reduces K-RAS induced lung adenocarcinomas
and endothelial response to tumor growth in mice. Mol Cancer 11: 50
23.Scott MG, Pierotti V, Storez H, Lindberg E, Thuret A, Muntaner O,
Labbe-Jullie C, Pitcher JA, Marullo S (2006) Cooperative regulation of
extracellular signal-regulated kinase activation and cell shape change
by filamin A and beta-arrestins. Mol Cell Biol 26: 3432-3445
4. Razinia Z, Mäkelä T, Ylänne J, Calderwood DA (2012) Filamins in mechanosensing and signaling. Annu Rev Biophys 41: 227-246
24.Lian G, Lu J, Hu J, Zhang J, Cross SH, Ferland RJ, Sheen VL (2012) Filamin a regulates neural progenitor proliferation and cortical size through Wee1-dependent Cdk1 phosphorylation. J Neurosci 32: 7672-7684
5. Zhou AX, Hartwig JH, Akyurek LM (2010) Filamins in cell signaling,
transcription and organ development. Trends Cell Biol 20: 113-123
25.Muscolini M, Sajeva A, Caristi S, Tuosto L (2011) A novel association
between filamin A and NF-kappaB inducing kinase couples CD28 to
Postępy Biochemii 60 (1) 2014
81
inhibitor of NF-kappaB kinase alpha and NF-kappaB activation. Immunol Lett 136: 203-212
26.Velkova A, Carvalho MA, Johnson JO, Tavtigian SV, Monteiro AN
(2010) Identification of Filamin A as a BRCA1-interacting protein required for efficient DNA repair. Cell Cycle 9: 1421-1433
27.Yue J, Wang Q, Lu H, Brenneman M, Fan F, Shen Z (2009) The cytoskeleton protein filamin-A is required for an efficient recombinational
DNA double strand break repair. Cancer Res 69 : 7978-7985
28.Yuan Y, Shen Z (2001) Interaction with BRCA2 suggests a role for filamin-1 (hsFLNa) in DNA damage response. J Biol Chem 276: 4831848324
29.Meng X, Yuan Y, Maestas A, Shen Z (2004) Recovery from DNA damage-induced G2 arrest requires actin-binding protein filamin-A/actin-binding protein 280. J Biol Chem 279: 6098-6105
30.Gay O, Gilquin B, Nakamura F, Jenkins ZA, McCartney R, Krakow
D, Deshiere A, Assard N, Hartwig JH, Robertson SP, Baudier J (2011)
RefilinB (FAM101B) targets filamin A to organize perinuclear actin
networks and regulates nuclear shape. Proc Natl Acad Sci USA 108:
11464-11469
44.Pentikainen U, Ylanne J (2009) The regulation mechanism for the auto-inhibition of binding of human filamin A to integrin. J Mol Biol 393:
644-657
45.D’Addario M, Arora PD, Fan J, Ganss B, Ellen RP, McCulloch CA
(2001) Cytoprotection against mechanical forces delivered through
beta 1 integrins requires induction of filamin A. J Biol Chem 276:
31969-31977
46.Meyer SC, Sanan DA, Fox JE (1998) Role of actin-binding protein in
insertion of adhesion receptors into the membrane. J Biol Chem 273:
3013-3020
47.Byfield FJ, Wen Q, Levental I, Nordstrom K, Arratia PE, Miller RT, Janmey PA (2009) Absence of filamin A prevents cells from responding
to stiffness gradients on gels coated with collagen but not fibronectin.
Biophys J 96: 5095-5102
48.Kim H, Sengupta A, Glogauer M, McCulloch CA (2008) Filamin A regulates cell spreading and survival via beta1 integrins. Exp Cell Res
314: 834-846
49.Tsai JH, Yang J (2013) Epithelial-mesenchymal plasticity in carcinoma
metastasis. Genes Dev 27: 2192-2206
31.Deng W, Lopez-Camacho C, Tang JY, Mendoza-Villanueva D, Maya-Mendoza A, Jackson DA, Shore P (2012) Cytoskeletal protein filamin
A is a nucleolar protein that suppresses ribosomal RNA gene transcription. Proc Natl Acad Sci USA 109: 1524-1529
50.Ai J, Huang H, Lv X, Tang Z, Chen M, Chen T, Duan W, Sun H, Li Q,
Tan R, Liu Y, Duan J, Yang Y, Wei Y, Li Y, Zhou Q (2011) FLNA and
PGK1 are two potential markers for progression in hepatocellular carcinoma. Cell Physiol Biochem 27: 207–216
32.Ohta Y, Suzuki N, Nakamura S, Hartwig JH, Stossel TP (1999) The
small GTPase RalA targets filamin to induce filopodia. Proc Natl Acad
Sci USA 96: 2122-2128
51.Alper O, Stetler-Stevenson WG, Harris LN, Leitner WW, Ozdemirli
M, Hartmann D, Raffeld M, Abu-Asab M, Byers S, Zhuang Z, Oldfield
EH, Tong Y, Bergmann-Leitner E, Criss WE, Nagasaki K, Mok SC, Cramer DW, Karaveli FS, Goldbach-Mansky R, Leo P, Stromberg K, Weil
RJ (2009) Novel antifilamin-A antibody detects a secreted variant of
filamin-A in plasma from patients with breast carcinoma and high-grade astrocytoma. Cancer Sci 100: 1748-1756
33.Ueda K, Ohta Y, Hosoya H (2003) The carboxy-terminal pleckstrin homology domain of ROCK interacts with filamin-A. Biochem Biophys
Res Commun 301: 886-890
34.Nakamura F, Heikkinen O, Pentikainen OT, Osborn TM, Kasza KE,
Weitz DA, Kupiainen O, Permi P, Kilpelainen I, Ylanne J, Hartwig JH,
Stossel TP (2009) Molecular basis of filamin A-FilGAP interaction and
its impairment in congenital disorders associated with filamin A mutations. PLoS One 4: 4928
35.Yue J, Huhn S, Shen Z (2013) Complex roles of filamin-A mediated
cytoskeleton network in cancer progression. Cell Biosci 3: 1-12
36.Tseng Y, An KM, Esue O, Wirtz D (2004) The bimodal role of filamin in
controlling the architecture and mechanics of F-actin networks. J Biol
Chem 279: 1819-1826
37.Nakamura F, Osborn TM, Hartemink CA, Hartwig JH, Stossel TP
(2007) Structural basis of filamin A functions. J Cell Biol 179: 1011-1025
38.Ithychanda SS, Qin J (2011) Evidence for multisite ligand binding and
stretching of filamin by integrin and migfilin. Biochemistry 50: 42294231
39.Pentikainen U, Ylanne J (2009) The regulation mechanism for the auto-inhibition of binding of human filamin A to integrin. J Mol Biol 393:
644-657
40.Lad Y, Kiema T, Jiang P, Pentikainen OT, Coles CH, Campbell ID, Calderwood DA, Ylanne J. (2007) Structure of three tandem filamin domains reveals auto-inhibition of ligand binding. EMBO J 26: 3993-4004
41.Samuelsson SJ, Luther PW, Pumplin DW, Bloch RJ (1993) Structures
linking microfilament bundles to the membrane at focal contacts. J Cell
Biol 122: 485-496
42.Flanagan LA, Chou J, Falet H, Neujahr R, Hartwig JH, Stossel TP
(2001) Filamin A, the Arp2/3 complex, and the morphology and function of cortical actin filaments in human melanoma cells. J Cell Biol
155: 511-517
43.Nakamura F, Osborn E, Janmey PA, Stossel TP (2002) Comparison of
filamin A-induced cross-linking and Arp2/3 complex-mediated branching on the mechanics of actin filaments. J Biol Chem 277: 9148-9154
82
52.Xi J, Yue J, Lu H, Campbell N, Yang Q, Lan S, Haffty BG, Yuan C, Shen
Z (2013) Inhibition of filamin-A reduces cancer metastatic potential.
Int J Biol Sci 9: 67-77
53.Carabalona A, Beguin S, Pallesi-Pocachard E, Buhler E, Pellegrino
C, Arnaud K, Hubert P, Oualha M, Siffroi JP, Khantane S, Coupry I,
Goizet C, Gelot AB, Represa A, Cardoso C (2012) A glial origin for
periventricular nodular heterotopia caused by impaired expression of
Filamin-A. Hum Mol Genet 21: 1004-1017
54.Baldassarre M, Razinia Z, Brahme N, Buccione R, Calderwood DA
(2012) Filamin A controls matrix metalloprotease activity and regulates cell invasion in human fibrosarcoma cells. J Cell Sci 2012: 17
55.Xi J, Yue J, Lu H, Campbell N, Yang Q, Lan S, Haffty BG, Yuan C, Shen
Z (2013) Inhibition of Filamin-A reduces cancer metastatic potential.
Int J Biol Sci 9: 67-77
56.Bedolla RG, Wang Y, Asuncion A, Chamie K, Siddiqui S, Mudryj MM,
Prihoda TJ, Siddiqui J, Chinnaiyan AM, Mehra R, de Vere White RW,
Ghosh PM (2009) Nuclear versus cytoplasmic localization of filamin A
in prostate cancer: immunohistochemical correlation with metastases.
Clin Cancer Res 15: 788-796
57.O’Connell MP, Fiori JL, Baugher KM, Indig FE, French AD, Camilli
TC, Frank BP, Earley R, Hoek KS, Hasskamp JH, Elias EG, Taub DD,
Bernier M, Weeraratna AT (2009) Wnt5A activates the calpain-mediated cleavage of filamin A. J Invest Dermatol 129: 782-789
58.De Braekeleer M, Morel F, Le Bris MJ, Herry A, Douet-Guilbert N
(2005) The MLL gene and translocations involving chromosomal band
11q23 in acute leukemia. Anticancer Res 25: 1931-1944
59.Leonardi A, Ellinger-Ziegelbauer H, Franzoso G, Brown K, Siebenlist
U (2000) Physical and functional interaction of filamin (actin-binding
protein-280) and tumor necrosis factor receptor-associated factor 2. J
Biol Chem 275: 271-278
60.Fox JW, Lamperti ED, Ekşioğlu YZ, Hong SE, Feng Y, Graham DA,
Scheffer IE, Dobyns WB, Hirsch BA, Radtke RA, Berkovic SF, Huttenlocher PR, Walsh CA (1998) Mutations in filamin 1 prevent migrawww.postepybiochemii.pl
tion of cerebral cortical neurons in human periventricular heterotopia.
Neuron 21: 1315-1325
61.Kyndt F, Gueffet JP, Probst V, Jaafar P, Legendre A, Le Bouffant F,
Toquet C, Roy E, McGregor L, Lynch SA, Newbury-Ecob R, Tran V,
Young I, Trochu JN, Le Marec H, Schott JJ (2007) Mutations in the gene
encoding filamin A as a cause for familial cardiac valvular dystrophy.
Circulation 115: 40-49
62.Yue J, Lan S, Yuan C, Shen Z (2012) Prognostic values of filamin-A status for topoisomerase II poison chemotherapy. Int J Biol Sci 8: 442-450
63.Wang HY, Bakshi K, Frankfurt M, Stucky A, Goberdhan M, Shah
SM, Burns LH (2012) Reducing amyloid-related Alzheimer’s disease
pathogenesis by a small molecule targeting filamin A. J Neurosci 32:
9773-9784
64.Jay D, Garcia EJ, Lara JE, Medina MA, de la Luz IM (2000). Determination of a cAMP-dependent protein kinase phosphorylation site in the
C-terminal region of human endothelial actin-binding protein. Arch
Biochem Biophys 377: 80-84
Filamin A as a mediator of alterations in cancer cells
Katarzyna Wieczorek, Jolanta Niewiarowska
Department of Molecular and Medical Biophysics, 6/8 Mazowiecka St., 92-215 Lodz, Poland

e-mail: [email protected]
Key words: filamin A, filamin-1, cytoskeleton, metastasis, cancer
ABSTRACT
Filamin A (FLNA, filamin-1) is a homodimeric protein, commonly expressed in animal organisms. Its basic function in the cell is actin crosslinking and forming 3D cytoskeleton structure. Filamin-1 interacts with more than 60 different proteins with various functions such as: cell
membrane and cytoskeleton formation, maintaining cell shape, intracellular signaling, nuclear functions or GTP-binding proteins regulation.
FLNA interactions with oncogenesis- and metastasis-related proteins, such as K-RAS, TRAF2 or NIK indicate its crucial role in cancer progression. Filamin-1 undergoes proteolytic fragmentation producing products, translocation of which to the nucleus may be related to alterations in
the cell metastatic ability. It was also demonstrated that FLNA dysfunctions can lead to sensitization of cells to ionizing irradiation or common
chemotherapeutics: bleomycin and cisplatin. These findings indicate that FLNA can be considered as a novel target in anti-cancer therapy.
Postępy Biochemii 60 (1) 2014
83