Rola czynnika transkrypcyjnego HSF1 w procesie nowotworzenia

Transkrypt

POSTĘPY BIOLOGII KOMÓRKI
TOM 39 2012 NR 2 (269–288)
ROLA CZYNNIKA TRANSKRYPCYJNEGO HSF1
W PROCESIE NOWOTWORZENIA*
THE ROLE OF HEAT SHOCK TRANSCRIPTION FACTOR 1 IN
CARCINOGENESIS
Agnieszka TOMA, Wiesława WIDŁAK, Natalia VYDRA
Centrum Badań Translacyjnych i Biologii Molekularnej Nowotworów,
Centrum Onkologii-Instytut im. M. Skłodowskiej-Curie
Streszczenie: HSF1 (ang. Heat Shock Factor 1) jest czynnikiem transkrypcyjnym aktywowanym pod
wpływem stresu środowiskowego, co prowadzi do wzmożonej ekspresji białek HSP (ang. Heat Shock
Proteins). HSP to białka opiekuńcze biorące udział w fałdowaniu innych białek i chroniące komórki
przed apopotozą wywołaną działaniem stresu. W wielu typach nowotworów HSF1 i HSP ulegają
zwiększonej ekspresji. HSF1 może wspierać transformację nowotworową, a także ułatwiać
przetrwanie komórek nowotworowo zmienionych, modulując ścieżki sygnałowe związane ze
wzrostem i proliferacją, apoptozą, metabolizmem oraz ruchliwością. HSF1 może promować
niestabilność genetyczną przez unikanie punktów kontrolnych cyklu komórkowego. Sekwencja
regulatorowa HSE rozpoznawana przez HSF1 występuje nie tylko w promotorach genów HSP, ale
także w innych genach, np. w genie oporności wielolekowej ABCB1 (MDR1), kodującym
glikoproteinę P aktywnie usuwającą leki z komórki. Działanie białka ABCB1 może znacznie
zmniejszać skuteczność terapii przeciwnowotworowej. Cytoprotekcyjne działanie HSF1
w warunkach wzrostu nowotworowego jest więc bardzo niepożądane i czyni z niego nowy, ważny cel
w terapii nowotworów.
Słowa kluczowe: czynnik transkrypcyjny HSF1, białka szoku termicznego, nowotworzenie
Summary: Heat Shock Factor 1 (HSF1) is a transcription factor activated during environmental stress,
which leads to HSPs (Heat Shock Proteins) expression. HSPs serve as molecular chaperons in the
refolding of proteins, and in enhancing cellular resistance to apoptosis, therefore having important
cytoprotective functions. In many tumor types, HSF1 and HSPs are overproduced. HSF1 can support
the neoplastic transformation as well as enhance survival of tumor cells in their microenvironment, by
modulating many signal transduction pathways that control cell growth, proliferation, apoptosis,
metabolism and cell motility. HSF1 can cause genomic instability by overriding cell cycle
checkpoints. Heat Shock Elements (HSEs), recognized by HSF1, are present not only in HSP
promoters but also in ABCB1 (MDR1) gene, coding for P-glycoprotein, which actively removes drugs
from the cell. In accordance with this observation, HSF1 would provide a selective advantage to
*Praca jest współfinansowana z grantów Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego Nr
N N401 031837 (NV) i N N301 002439 (WW) oraz ze środków Unii Europejskiej
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, projekt nr UDA - POKL-04.01.01-00-014
/10-00 (AT)
270
ROLA CZYNNIKA TRANSKRYPCYJNEGO HSF1 W PROCESIE NOWOTWORZENIA
tumor cells during cancer therapy. The normal cytoprotective role of HSF1 is highly undesirable in
cancer, and validates it as a new, important therapeutic target.
Key words: Heat Shock Factor 1, Heat Shock Proteins, carcinogenesis
Wykaz stosowanych skrótów: ABCB1 – (ang. ATP Binding Cassette sub–family B member) 1; BAG3
– (ang. BCL2-associated athanogene 3); cAMP – (ang. cyclic adenosine monophosphate), cykliczny
adenozynomonofosforan; CDC20 – (ang. cell division cycle protein 20 homolog); EGF – (ang.
Epidermal Growth Factor), nabłonkowy czynnik wzrostu; ERK – (ang. Extracellular-SignalRegulated Kinase), kinaza regulowana czynnikami zewnętrznymi; HSE – (ang. heat shock element),
sekwencja regulatorowa rozpoznawana przez czynniki transkrypcyjne HSF, typowa dla promotorów
genów HSP; HSF1 – (ang. heat shock factor 1), czynnik transkrypcyjny aktywowany stresem,
oddziałujący z sekwencją HSE; HSPs/HSPs – (ang. heat shock proteins), białka/geny szoku
termicznego; JNK/SAPK – (ang. c-Jun N-terminal kinase/stress-activated protein kinase), rodzina
kinaz aktywowanych stresem; LDH – (ang. lactate dehydrogenase), dehydrogenaza mleczanowa;
MAPK – (ang. mitogen activated protein kinase), kinaza aktywowana mitogenami; MDR1 – (ang.
Multidrug Resistance 1); mTOR – (ang. mammalian target of rapamycin); NFκB – (ang. Nuclear
Factor κB); PKA – (ang. protein kinase A), kinaza białkowa A; PLK1 – (ang. polo like kinase 1);
TNFα – (ang. tumor necrosis factor), czynnik martwicy nowotworu α
WSTĘP
Proces powstawania nowotworu jest bardzo złożony i długotrwały. Jego
wynikiem jest powstanie i rozrost populacji komórek, która wykazuje
charakterystyczne cechy: niezależność od zewnątrzkomórkowych sygnałów
wzrostu, niewrażliwość na czynniki hamujące wzrost, uchylanie się od aktywacji
śmierci komórkowej, nieograniczony potencjał replikacyjny, tworzenie naczyń
krwionośnych, infiltracja sąsiednich tkanek oraz zdolność do tworzenia przerzutów
[22]. Każda z powyższych cech komórek nowotworowych umożliwia im
przetrwanie w specyficznym środowisku guza.
Nowotwór często pojawia się jako skutek działania wielu czynników
etiologicznych, takich jak czynniki środowiskowe (np. palenie tytoniu, skażenie
środowiska związkami chemicznymi, niewłaściwa dieta), infekcje niektórymi
wirusami (np. wirusami grupy brodawczaków), czy dysfunkcje hormonalne.
Molekularnym podłożem powstania nowotworu są mutacje pewnych grup genów
prowadzące do powstania charakterystycznego fenotypu nowotworowego. Geny,
których mutacje dominujące prowadzą do nowotworzenia (wystarczy mutacja
jednego allelu) stanowią grupę onkogenów (np. NEU, RAS, ERBB). Geny, których
mutacje recesywne prowadzą do nowotworzenia (do utraty funkcji konieczna jest
mutacja w obu allelach genu), należą do grupy genów supresorowych transformacji
nowotworowej (np. RB, TP53, BRCA1, PTEN; prawidłowe białka supresorowe
hamują powstanie fenotypu nowotworowego).
Istotną rolę w procesie powstawania nowotworów odgrywają też czynniki
transkrypcyjne, uczestniczące w regulacji procesów różnicowania i proliferacji
komórek (wiele z nich jest onkogenami, np. FOS). Większość czynników
A. TOMA, W. WIDŁAK, N. VYDRA
271
transkrypcyjnych wykazuje komórkowo-swoistą ekspresję. Zmiana profilu ich
ekspresji oraz mutacje, mogą prowadzić do rozregulowania procesów
różnicowania komórek, zwiększonej proliferacji oraz zdolności do infiltracji
i migracji. Przykładem może być zwiększona ekspresja czynników
transkrypcyjnych należących do rodziny Forkhead (FOXC1, FOXC2, FOXM1),
która koreluje ze zwiększoną proliferacją komórek nowotworowych i zdolnością
do infiltracji, w związku z czym jest negatywnym czynnikiem prognostycznym
u chorych na białaczkę lub raka żołądka [2]. W niniejszej pracy omówiono rolę
czynnika transkrypcyjnego HSF1 (ang. Heat Shock Factor 1) w procesie
nowotworzenia. Gen HSF1 nie ma charakteru klasycznego onkogenu, czy też
supresora wzrostu nowotworowego. Jego aktywność wpływa natomiast na wiele
aspektów metabolizmu komórkowego istotnych dla fenotypu nowotworowego –
taki mechanizm działania nazwany został „non-oncogene addiction” [63].
Czynnik transkrypcyjny HSF1 jest aktywowany pod wpływem stresu
środowiskowego (między innymi obniżenie pH, reaktywne formy tlenu, metale
ciężkie oraz podwyższoną temperaturę). Na poziomie komórkowym działanie
czynników stresujących może prowadzić do uszkodzenia różnych struktur
i makrocząsteczek. Jednym z głównych mechanizmów odpowiedzi komórek na
stres związany z uszkodzeniem struktury białek jest aktywacja ekspresji białek
szoku termicznego HSP (ang. Heat Shock Protein) regulowana przez czynnik
HSF1. Pod względem masy cząsteczkowej u ssaków wyróżniono 5 głównych
rodzin białek HSP: HSPH (HSP110), HSPC (HSP90), HSPA (HSP70), HSPD
(HSP60) i (tzw. „małe”) HSPB (HSP27) [30]. Białka HSPA (HSP70) stanowią
najliczniejszą rodzinę białek HSP [40]. Białka HSP są syntetyzowane w komórce,
nie tylko w warunkach stresu (tzw. HSP indukowalne), ale również w warunkach
fizjologicznych. Jako tzw. białka opiekuńcze (ang. molecular chaperones), HSP
pełnią istotne funkcje: chronią inne białka przed utratą prawidłowej konformacji
(np. zapobiegają nieprawidłowej agregacji białek), a także biorą udział
w transporcie białek, prezentacji antygenów, regulacji receptorów sterydowych,
sygnalizacji zewnątrzkomórkowej, apoptozie i innych procesach [3, 5, 54, 59, 65].
Zwiększoną ekspresję niektórych białek HSP (HSP90, HSP70, HSP27)
zaobserwowano w różnych typach nowotworów, a także w komórkach
nowotworowych hodowanych in vitro [28]. Zwiększona ekspresja HSP
w nowotworach jest zjawiskiem niekorzystnym – zwiększa np. odporność komórek
na działanie czynników indukujących proces apoptozy [4].
Poza czysto regulatorową funkcją w aktywacji ekspresji genów, która jest
pełniona poprzez wiązanie z DNA, HSF1 może mieć szerokie spektrum działania
będące efektem interakcji z innymi białkami. Dotychczas wykazano oddziaływania
HSF1 z
co
najmniej
75
białkami
(lista
genów
na
stronie:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/3297 w zakładce Interactions). Dzięki
oddziaływaniom z innymi białkami, HSF1 może np. indukować remodelowanie
chromatyny, wpływać na wydajność poliadenylacji, czy na transport mRNA do
cytoplazmy. Nie do końca poznane mechanizmy zależne od HSF1 mają
272
niewątpliwie wpływ również na powstanie fenotypu nowotworowego, wzrost
i przeżywalność komórek nowotworowych [10].
RYCINA 1. Schemat struktury oraz regulacji aktywności HSF1. (A) Schematyczne rozmieszczenie
funkcjonalnych domen w cząsteczce HSF1 człowieka. Oznaczenia: DBD – domena oddziałująca 139
z DNA, HR – domeny odpowiedzialne za oligomeryzację, AD – domena aktywująca. Liczby 140
umieszczone nad prostokątami oznaczają położenie poszczególnych domen w odniesieniu do 141
pierwszego aminokwasu z końca aminowego białka. Czerwone prostokąty oznaczają położenie 142
aminokwasów, których fosforylacja prowadzi do hamowania aktywności HSF1. Zielone prostokąty
143 oznaczają położenie aminokwasów, których fosforylacja prowadzi do aktywacji HSF1. (B)
Schemat 144 cyklu przemian konformacyjnych HSF1 w komórce w czasie odpowiedzi na stres.
W warunkach 145 fizjologicznych białka HSP oddziałują z HSF1 hamując jego trimeryzację.
W czasie stresu 146 komórkowego HSF1 uwalnia się z kompleksów z białkami HSP i nabywa
zdolność do trimeryzacji 147 oraz wiązania do DNA i aktywacji genów HSP
FIGURE 1. Schematic representation of HSF1 structure and regulation of HSF1 activity. (A) Position
of functional domains in human HSF1. Symbols: DBD – DNA binding domain, HR – oligomerization
domain, AD – activation domain. Numbers placed above rectangles indicate domain positions in
relation to the first amino acid of N-terminus. Red rectangles indicate position of amino acids, the
phosphorylation of which leads to suppression of HSF1 activity. Green rectangles indicate position of
amino acids, the phosphorylation of which leads to HSF1 activation. (B). Schematic representation of
HSF1 conformational changes in response to cellular stress. Under physiological conditions, HSF1
exists as an inert monomer due to interaction with HSP. In response to cellular stress, HSF1 is
recruited from HSP, trimerized, acquires DNA-binding ability and induces HSP gene expression
273
BUDOWA HSF1 I REGULACJA JEGO AKTYWNOŚCI
TRANSKRYPCYJNEJ
W komórkach wyższych Eukaryota, HSF1 jest głównym czynnikiem
transkrypcyjnym aktywowanym w warunkach stresu komórkowego i indukującym
ekspresję białek HSP. HSF1 należy do rodziny czynników transkrypcyjnych HSF,
do której u kręgowców zaliczane są również HSF2, HSF3, HSF4 i HSFy. Każdy
z nich jest odmiennie regulowany i w inny sposób wpływa na transkrypcję genów
[1, 15].
Do nabycia aktywności i zdolności wiązania z DNA konieczna jest
oligomeryzacja (trimeryzacja) czynników HSF, co uważane jest za ich osobliwą
cechę. W prawidłowych warunkach fizjologicznych HSF1 znajduje się
w cytoplazmie w postaci nieaktywnego monomeru. Szok termiczny lub inny
bodziec stresowy prowadzi do powstania transkrypcyjnie aktywnej formy
trimerycznej [40].
W budowie HSF1 wyróżniono kilka domen (ryc. 1A) [53]:
- domena wiążąca DNA (DBD, ang. DNA binding domain): zlokalizowana
w N-końcu; oddziałuje z DNA i wykazuje istotne podobieństwo sekwencji
aminokwasów pomiędzy różnymi czynnikami HSF;
- hydrofobowe regiony oligomeryzacji (HR-A, HR-B i HR-C, ang. heptad
repeats): motywy strukturalne zawierające swoiste powtórzenia siedmiu
aminokwasów; umożliwiają utrzymanie monomeru oraz homotrimeryzację
cząsteczek HSF1. Aktywna, trimeryczna forma czynnika HSF1 powstaje w wyniku
oddziaływań między regionami helikalnymi HR-A/B trzech cząsteczek HSF1,
natomiast forma monomeryczna utrzymywana jest poprzez wewnątrzcząsteczkowe
oddziaływania pomiędzy regionami HR-A/B i HR-C;
- domena regulatorowa (RD, ang. regulatory domain): znajduje się
w środkowej części białka i zawiera ulegające fosforylacji (konstytutywnie lub
w warunkach stresu) reszty serynowe, co wpływa na aktywność domeny
transaktywacyjnej, oraz sekwencję NLS (ang. nuclear localization signal)
kierującą HSF1 do jądra komórkowego;
- domena transaktywacyjna (AD, ang. activation domain): znajduje się blisko Ckońca i oddziałuje z białkami kompleksu inicjacyjnego w warunkach stresu
komórkowego, stymulując zarówno inicjację transkrypcji jak i elongację.
Struktura monomeryczna HSF1 stabilizowana jest przez oddziaływania
z kompleksem białek opiekuńczych (ryc. 1B). Główne znaczenie w utrzymywaniu
HSF1 w postaci monomeru ma białko HSP90 [81]. Funkcjonuje ono w kompleksie
z białkiem p23 i immunofiliną. Kompleks HSP90-p23-immunofilina oddziałuje
z domeną regulatorową monomeru HSF1 hamując aktywację HSF1.
W prawidłowych warunkach fizjologicznych, przy niewielkiej ilości białek
zdenaturowanych, HSF1 jest związany z białkami HSP i pozostaje nieaktywny.
Gdy w warunkach stresu ilość zdenaturowanych białek wzrasta, białka HSP
274
odłączają się od HSF1, aby pełnić swoje funkcje opiekuńcze wobec innych białek.
Uwolnienie HSF1 z kompleksu prowadzi do jego oligomeryzacji i aktywacji.
Proces ten regulowany jest przez czynnik elongacji translacji eEF1a i niekodujące
RNA HSR1 [58]. Powrót do formy nieaktywnej, monomerycznej, zachodzi dzięki
oddziaływaniom domeny transaktywacyjnej HSF1 z białkami HSP/C70,
HSP40/Hdj1 [60] i HSBP1 [56, 70]. Również kompleks HSP90-p23-immunofilina
oddziałuje z trimeryczną formą HSF1, przyczyniając się do powstania
nieaktywnego monomeru [19].
Trimeryczna forma HSF1 wiąże się z określonymi rejonami w genomie, z tzw.
sekwencją HSE (ang. Heat Shock Element). Sekwencja regulatorowa HSE ma
budowę modułową, a jednostką struktury HSE jest pentanukleotyd NGAAN (gdzie
N oznacza dowolny nukleotyd). Funkcjonalny element HSE jest ciągiem
przynajmniej trzech pentanukleotydów następujących po sobie w odwróconej
orientacji, [NGAAN][NTTCN][NGAAN]. W promotorach różnych genów HSP
liczba pentamerów w ciągu tworzącym HSE może wynosić od 3 do 8. Liczba
funkcjonalnych miejsc HSE waha się od 2 do 4, a rozmieszczenie bloków HSE
względem siebie i względem miejsca inicjacji transkrypcji także bywa odmienne.
Każdy moduł NGAAN w regionie HSE oddziałuje z domeną DBD jednej
cząsteczki HSF1 w trimerze. Wraz ze wzrostem liczby pentanukleotydów w HSE
zwiększa się liczba przyłączanych cząsteczek HSF1 i jednocześnie znacznie
wzrasta stabilność kompleksu HSE-HSF1 [40].
Proces wiązania HSF1 z DNA i aktywacja transkrypcji są procesami
niezależnymi [29]. Ważnym elementem aktywacji HSF1 jest fosforylacja reszt
aminokwasowych (serynowych i treoninowych) w domenie regulatorowej HSF1
sprawującej nadzór nad domeną aktywującą transkrypcję genów docelowych.
W warunkach fizjologicznych konstytutywnie fosforylowane są reszty serynowe
w pozycjach 121, 303, 307, 363, co przeciwdziała aktywacji HSF1. Fosforylacja
Ser121 przez kinazę MK2 (ang. mitogen activated protein kinase-activated protein
kinase, MAPKAP kinase 2) sprzyja oddziaływaniu HSF1 z HSP90 i tym samym
hamuje transkrypcyjną aktywność HSF1 [71]. Pozostałe reszty serynowe
fosforylowane są przez: GSK-3 (ang. glycogen synthase kinase 3; Ser303), ERK
(ang. extracellular signal-regulated kinase; Ser307), JNK/SAPK (ang. c-Jun Nterminal kinases/stress activated protein kinases) oraz kinazę PKC (ang. protein
kinase C; Ser363) [7, 11, 38]. Fosforylacja Ser230, Ser326 oraz Thr142 zachodzi
w warunkach stresu i jest istotna w procesie aktywacji HSF1. Ser230 jest
prawdopodobnie substratem kinazy CaMKII (ang. calcium/calmodulin-dependent
protein kinase II) [24], a Thr142 – substratem kinazy białkowej CK2 [64]. Z kolei
fosforylacja Ser419 odgrywa ważną rolę w akumulacji HSF1 w jądrze (odbywa się
przy udziale PLK1, ang. polo-like kinase 1; [35]). Nie można wykluczyć innych
dodatkowych modyfikacji potranslacyjnych prowadzących do aktywacji białka
HSF1. Modyfikacja domeny regulatorowej prowadzi do stymulacji C-końcowej
części HSF1 i aktywacji ekspresji genów docelowych, głównie genów HSP.
275
Oprócz zdolności do indukcji transkrypcji HSF1 może przeciwdziałać
aktywacji niektórych genów, głównie kodujących cytokiny prozapalne biorące
udział w reakcjach immunologicznych: interleukinę 1β [77] i TNFα (ang. tumor
necrosis factor α) [62]. W czasie szoku termicznego hamuje także działanie
ważnego czynnika prozapalnego NFκB (ang. Nuclear Factor κB) przez hamowanie
fosforylacji i degradacji jego inhibitora IκB [39].
ZNACZENIE HSF1 W PROCESIE NOWOTWORZENIA
Zwiększona ekspresja genu HSF1 jest charakterystyczna dla wielu typów
nowotworów. Została wykryta między innymi w komórkach PC-3 raka prostaty
charakteryzujących się wysoką zdolnością do przerzutów [23], w komórkach
pochodzących z płaskonabłonkowego raka jamy ustnej [25], w raku jelita grubego
[6], raku piersi [9], czy pierwotnym raku wątroby [12]. Wysoki poziom HSF1
koreluje ze złą prognozą i pojawiły się sugestie, by wykorzystać HSF1 jako marker
prognostyczny. Podstawową funkcją HSF1 jest aktywacja ekspresji genów HSP.
Nadekspresja białek HSP także towarzyszy różnego typu nowotworom. Jako
czynnik transkrypcyjny HSF1 może regulować ekspresję również innych genów,
np. związanych z progresją nowotworów, czy opornością na leki (np. LDHA,
BAG3, ABCB1).
Doświadczenia prowadzone na liniach komórek nowotworowych lub myszach
z obniżoną ekspresją HSF1 wskazują na jego ważną rolę w procesie powstania
nowotworów i tworzenia przerzutów. Hamowanie ekspresji genu HSF1
z wykorzystaniem techniki RNAi (ang. RNA interferance) wpływa na żywotność
linii nowotworowych, pozostaje zaś obojętne dla linii nienowotworowych [10].
Mysie fibroblasty zarodkowe (MEF, ang. mouse embryonic fibroblasts)
pozbawione genu Hsf1 (Hsf1-/-) wykazują obniżoną zdolność do transformacji
nowotworowej. Tworzą np. mniejszą liczbę kolonii po wprowadzeniu do nich
onkogenu H-Ras w porównaniu do komórek z prawidłową ekspresją HSF1.
U myszy Hsf1-/- mniejsza jest częstość występowania raka skóry indukowanego
chemicznie. Myszy takie są również mniej podatne na nowotworzenie związane
z obecnością nieprawidłowego białka p53 lub jego brakiem [10, 48].
Czynnik HSF1 pełni kilka funkcji mających potencjalne znaczenie dla procesu
nowotworzenia. Wykazano, że aktywacja HSF1 osłabia funkcjonowanie punktów
kontrolnych cyklu komórkowego, co może prowadzić do aneuploidii [42], często
występującej w nowotworach. HSF1 ułatwia wzrost komórek niezależny od
podłoża, co może mieć znaczenie dla powstania fenotypu inwazyjnego [31].
Ponadto, HSF1 wpływa na ścieżki sygnałowe RAS/MAPK i cAMP/PKA, mające
istotne znaczenie dla transformacji nowotworowej, oraz jest niezbędny do
biogenezy rybosomów i aktywacji kinazy p70S6 w warunkach braku czynników
wzrostu oraz aktywacji glikolizy, które zwykle towarzyszą transformacji
nowotworowej (ryc. 2) [10].
276
RYCINA 2. Udział HSF1 w procesie nowotworzenia: (i) osłabienie funkcjonowania punktów
kontrolnych cyklu komórkowego prowadzące do aneuploidii i nieograniczonego potencjału 285
replikacyjnego; (ii) ułatwianie wzrostu komórek niezależnego od podłoża oraz wpływ na ścieżki 286
sygnałowe RAS/MAPK i cAMP/PKA, mające znaczenie dla powstania przerzutów, (iii) wpływ na
287 biogenezę rybosomów i aktywację kinazy p70S6 oraz aktywację glikolizy, które sprzyjają
wzrostowi 288 komórek w warunkach braku czynników wzrostu; (iv) ułatwianie przetrwania
zmienionych 289 nowotworowo komórek poprzez modulację ścieżek sygnałowych związanych
z apoptozą 290
FIGURE 2. The role of HSF1 in tumorigenesis: (i) overriding cell cycle checkpoints leading to
genomic instability and unrestricted proliferation; (ii) facilitating anchorage-independent growth of
cells and modulating RAS/MAPK and cAMP/PKA signal transduction pathways that have impact on
metastasis formation; (iii) effect on ribosome biogenesis, kinase p70S6 activation and glycolysis
activation, which enhance cell growth under growth factor-reduced conditions; (iv) faciltating
malignant cell survival by modulating apoptosis activation
HSF1 A BIAŁKO P53
Białko p53 jest czynnikiem transkrypcyjnym, który reguluje ekspresję wielu
genów związanych z cyklem komórkowym, naprawą DNA i apoptozą. Aktywacja
czynnika transkrypcyjnego p53 następuje w warunkach stresu komórkowego
związanego z uszkodzeniem DNA i prowadzi do zahamowania cyklu
komórkowego lub aktywacji apoptozy. Zatrzymanie cyklu komórkowego następuje
zazwyczaj w fazie G1 i związane jest z aktywacją ekspresji białek p21 i GADD45.
Pozwala to komórce naprawić uszkodzenia DNA. W warunkach ostrego stresu p53
aktywuje ekspresję białek pro-apoptotycznych z rodziny Bcl-2 (BAX, PUMA,
NOXA) [51]. W tym przypadku, aktywacja p53 pozwala uruchomić kaskadę
277
apoptotyczną, a tym samym pozbyć się uszkodzonych komórek [80]. Białko p53
określone zostało strażnikiem jakości genomu, gdyż uniemożliwia kontynuację
podziałów komórkom z uszkodzonym DNA, aktywując jednocześnie białka
naprawy DNA oraz kierując komórkę na drogę apoptozy w sytuacji, gdy naprawa
DNA jest niemożliwa. Tak więc jego brak lub nieprawidłowe działanie zwiększa
prawdopodobieństwo rozwoju nowotworów. Mutacje w genie TP53 znajdują się
w około 50% nowotworów złośliwych u ludzi.
HSF1 odgrywa ważną rolę w powstaniu nowotworów u myszy zawierających
mutację w genie Trp53 (kodującym mysie białko p53). Mutacja heterozygotyczna
w Trp53 (pR172H) skutkuje rozwojem różnego typu nowotworów (mięsaki, raki,
chłoniaki). Myszy pozbawione HSF1, mają znacznie dłuży czas przeżycia wolny
od nowotworów związanych z obecnością nieprawidłowego białka p53, niż myszy
posiadające HSF1 [10]. HSF1 ma również wpływ na spektrum nowotworów
powstających przy całkowitym braku p53. U myszy Trp53-/- rozwijają się głównie
chłoniaki. Przy dodatkowym braku HSF1 spada częstość zachorowania na
chłoniaki i przeważają inne nowotwory. Taka selektywna supresja chłoniaków
u myszy Trp53-/-/Hsf1-/- wynika prawdopodobnie z zahamowania produkcji
czynników prozapalnych i zmienionej sygnalizacji poprzez cytokiny. U myszy tych
zaobserwowano również wzrost częstości apoptozy niezależnej od p53 [48].
Powyższe obserwacje sugerują, że HSF1 w pewien sposób wspiera transformację
nowotworową, przy czym nie ma jednego prostego mechanizmu, a działanie HSF1
jest raczej plejotropowe.
Białko p53 jest nieaktywne w warunkach fizjologicznych, a jego poziom
w komórce jest regulowany poprzez utrzymanie równowagi pomiędzy syntezą
i degradacją. Obecność nieprawidłowych form p53 prowadzi do zaburzenia tej
równowagi i rozregulowania całej ścieżki sygnałowej zależnej od p53.
Nieprawidłowe białko p53 jest stabilizowane przez HSP90 i CHIP (ang. carboxyterminus of Hsp70-interacting protein), a więc białka, których ekspresja zależna
jest od HSF1 [44, 74]. Wykazano, że obniżenie ekspresji HSF1 za pomocą siRNA
w komórkach nowotworowych lub hamowanie aktywności HSP90 za pomocą
swoistego inhibitora 17-AAG (ang. 17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin),
prowadzi do degradacji nieprawidłowego białka p53 i zwiększonej umieralności
komórek [44]. Natomiast w mysich fibroblastach zarodkowych pozbawionych
HSF1 oraz ze zmniejszonym poziomem ekspresji małych białek HSP (HSP40,
HSP25 i αB-krystaliny) nie stwierdzono degradacji nieprawidłowego białka p53
(pR175H) [27]. Możliwe, że o akumulacji lub degradacji białka p53 decyduje,
zależna od HSF1, zróżnicowana aktywacja ekspresji białek HSP (HSP90 lub αBkrystaliny).
Prawidłowe białko p53 transportowane jest do jądra komórkowego wzdłuż
mikrotubul cytoszkieletu. Polimeryzacja mikrotubul wymaga obecności HSP90,
HSP70 i małych HSP. Tak więc HSF1, regulując ekspresję HSP uczestniczy
pośrednio w organizacji sieci mikrotubul. Oddziałuje również bezpośrednio
z mikrotubulami, prawdopodobnie je stabilizując [45]. Udział HSF1 w translokacji
278
p53 do jądra komórkowego mógłby więc częściowo tłumaczyć zaburzenia
odpowiedzi na stres genotoksyczny przy braku HSF1 w komórce. Wykazano także,
że w odpowiedzi na działanie czynników genotoksycznych HSF1 współpracuje
bezpośrednio z p53 w aktywacji transkrypcji [47]. W obecności czynników
genotoksycznych (doksorubicyna, etopozyd) HSF1 wraz z p53 wiąże się do
promotorów genów regulowanych przez p53 (np. genu Cdkn1a kodującego białko
p21), prowadząc do zahamowania cyklu komórkowego w fazie G2/M oraz do
apoptozy. Rola HSF1 w aktywacji białka p53 polega na oddziaływaniu z zespołem
kinaz stresowych CHK1/ATR, co umożliwia fosforylację Ser15 białka p53 i jego
aktywację. Obserwacje te wskazują na zupełnie nową rolę czynnika HSF1.
W odróżnieniu od jego cytoprotekcyjnego działania w warunkach stresu
termicznego, w czasie stresu genotoksycznego interakcja białek p53 i HSF1
umożliwia proces apoptozy [47]. Wydaje się więc, że HSF1 może uczestniczyć,
zarówno w procesach pro-apoptotycznych jak i anty-apoptotycznych, w zależności
od kontekstu komórkowego (ryc. 3).
RYCINA 3. Oddziaływania szlaków sygnałowych zależnych od HSF1 i p53. Opis w tekście
FIGURE 3. HSF1 and p53 interactions . Description in the text
Innym procesem, w którym biorą udział zarówno HSF1 jak i p53 jest regulacja
przejścia cyklu komórkowego w fazę mitozy. W komórkach pozbawionych p53,
HSF1 wywołuje aneuploidię i niestabilność genomu [32].
279
ROLA HSF1 W REGULACJI CYKLU KOMÓRKOWEGO
I POWSTAWANIU NIESTABILNOŚCI GENETYCZNEJ
Procesowi zezłośliwienia komórek towarzyszy postępująca destabilizacja
genomu. Zmiany na poziomie chromosomalnym obejmują rearanżację
chromosomów, a także zaburzenia liczby chromosomów (aneuploidia).
Aneuploidia jest obserwowana w około 90% guzów litych [21] oraz
w nowotworach układu krwiotwórczego [49]. Aneuploidia powstaje w wyniku
zaburzenia duplikacji DNA i centrosomów lub rozregulowania mechanizmów
kontroli cyklu komórkowego, głównie na etapie mitozy. Prawidłowe działanie tego
punktu kontrolnego zależne jest od wielu białek, również od HSF1. W mysich
fibroblastach zarodkowych brak ekspresji HSF1 powoduje zaburzenia
w końcowych etapach mitozy i podziału komórkowego [43]. Dostępne dane
sugerują, że udział HSF1 w regulacji cyklu komórkowego nie jest zależny od jego
aktywności transkrypcyjnej, lecz od oddziaływań z innymi białkami wynikających
ze statusu fosforylacji.
We wczesnych etapach mitozy HSF1 lokalizuje się w okolicach kinetochoru.
Jest fosforylowany (Ser216) przez kinazę PLK1, która reguluje progresję mitozy.
Fosforylacja HSF1 prowadzi do oddziaływań z białkiem CDC20 (ang. cell-division
cycle protein 20). HSF1 jest następnie ubikwitynowany przez kompleks
SCFβ-TrCP i degradowany. Uwolnione CDC20 oddziałuje z białkiem MAD2 (ang.
mitotic arrest deficient 2), a następnie z APC (ang. anaphase promoting complex),
co umożliwia przejście z metafazy do anafazy. Ostatnio wykryto zwiększony
poziom białek PLK1 i HSF1 w komórkach płaskonabłonkowego raka jamy ustnej.
Obniżenie poziomu ekspresji obu białek prowadzi do obniżenia tempa proliferacji
komórek oraz zwiększa umieralność na drodze apoptozy [34].
W komórkach z nieprawidłowym p53 obserwuje się nadmierną fosforylację
HSF1 przez PLK1. Stabilizuje to oddziaływanie HSF1 z CDC20. Hamowane jest
więc oddziaływanie CDC20 z MAD2, co zatrzymuje przejście z metafazy do
anafazy i prowadzi do aneuploidii [32, 42, 43]. W obecności prawidłowego białka
p53 nie dochodzi do nadmiernej fosforylacji HSF1 (kinaza PLK1 fosforyluje wtedy
p53) i cykl komórkowy jest regulowany prawidłowo (ryc. 3) [33]. Zależną od
HSF1 niestabilność genetyczną zaobserwowano w wielu liniach nowotworowych
z inaktywacją genu TP53 [32, 72].
HSF1 A APOPTOZA
HSF1 jest generalnie uważany za cytoprotekcyjny czynnik o działaniu
anty-apoptotycznym (funkcję tę pełni głównie za pośrednictwem białek HSP).
Komórki z obniżoną ekspresją HSF1 wykazują większą wrażliwość na apoptozę
wywoływaną np. szokiem termicznym [61]. Natomiast zwiększona ekspresja HSF1
280
chroni komórki przed apoptozą wywołaną np. stresem oksydacyjnym [78] lub
cisplatyną [31].
Obniżona zdolność do apoptozy jest cechą charakterystyczną komórki
nowotworowej. W komórkach nowotworowych co najmniej dwa białka z rodziny
HSP (HSP70 i HSP27) wykazują zwiększoną ekspresję. Ich nadekspresję
wykazano w wielu typach nowotworów, a także w komórkach nowotworowych
hodowanych in vitro [8]. Wykazano, że podwyższona ekspresja HSP70 (np.
w czerniaku i raku piersi) chroni komórki nowotworu przed apoptozą i zwiększa
ich oporność na terapię [68]. Białka HSP mogą wpływać na proces apoptozy,
hamując przemieszczanie proapoptotycznego białka BAX do mitochondriów, bądź
przez blokowanie uwalniania cytochromu c z mitochondriów, czy też zapobiegając
formowaniu apoptosomu [17]. Białka HSP mogą również efektywnie hamować
zewnętrzną (receptorową) ścieżkę apoptotyczną przez ligandy TRAIL [52] lub
FAS [57] hamując aktywność kompleksu DISC (ang. death inducing signaling
complex,), lub zapobiegając aktywacji pro-apoptotycznego czynnika BID (ang.
BH3 interacting domain death agonist) w odpowiedzi na TNFα [16].
Unikanie apoptozy w komórkach nowotworowych może zachodzić również za
pośrednictwem białka BAG3 (ang. BCL2-associated athanogene 3), którego
ekspresja regulowana jest przez HSF1 [13]. Białko BAG3 stabilizuje
anty-apoptotyczne białka z rodziny Bcl-2 (Bcl-2, Bcl-XL, Mcl-1). Konstytutywną
ekspresję genu BAG3 wykryto w nowotworach trzustki, tarczycy oraz białaczkach.
BAG3 aktywuje się pod wpływem stosowania chemioterapeutyków, bądź infekcji
wirusowej. W linii RKO nowotworowych komórek raka jelita grubego człowieka,
aktywacja HSF1 prowadzi do wzrostu ekspresji BAG3, stabilizacji białek
anty-apoptotycznych z rodziny Bcl-2 oraz zahamowania apoptozy w warunkach
stresu proteotoksycznego. W prawidłowych komórkach jelita grubego BAG3 nie
stabilizuje białek anty-apoptycznych [26].
HSF1 I METABOLIZM GLUKOZY
Komórki nowotworowe charakteryzują się specyficznym metabolizmem
glukozy. Katabolizują ją głównie na drodze glikolizy beztlenowej (nawet gdy tlen
jest dostępny), w której pirogronian ulega redukcji do mleczanu w reakcji
katalizowanej przez dehydrogenazę mleczanową (LDH). Podwyższony poziom
produkcji mleczanu w obecności tlenu nazwano efektem Warburga. Glikolizie
beztlenowej sprzyja dodatkowo panująca w mikrośrodowisku nowotworu hipoksja
(niedotlenienie). Ponieważ wykorzystanie glukozy na drodze glikolizy beztlenowej
jest wysoce niewydajne energetycznie, komórki nowotworowe muszą pobierać
ogromne jej ilości z otoczenia. Zjawisko to określono mianem uzależnienia
komórek nowotworowych od cukru [33].
U drożdży wykazano, że 30% genów indukowanych przez usunięcie glukozy
z pożywki jest regulowanych także przez HSF. W efekcie dochodzi do ekspresji
281
białek stresowych (np. CUP1, HSP26, HSP104) i przejścia z metabolizmu
fermentacji alkoholowej na metabolizm oksydacyjny. W warunkach dostatku
glukozy kinaza PKA (ang. protein kinase A) negatywnie reguluje HSF, prowadząc
tym samym do zahamowania ekspresji białek stresowych [20]. Również u ssaków
HSF1 jest zaangażowany w metabolizm glukozy. Mysie fibroblasty zarodkowe
z delecją Hsf1 pobierają znacznie mniej glukozy z otoczenia, a ponadto lepiej niż
fibroblasty bez delecji Hsf1 przeżywają w warunkach hodowli z obniżoną ilością
glukozy w pożywce. Brak ekspresji lub ograniczenie ekspresji HSF1 powoduje
obniżoną produkcję kwasu mlekowego w wyniku zmniejszenia aktywności LDH
[10]. W komórkach nowotworowych wykazano zwiększoną ekspresję
dehydrogenazy mleczanowej typu A (LDH-A) [18], a hamowanie jej aktywności
powoduje aktywację stresu oksydacyjnego, zahamowanie wzrostu i zwiększoną
umieralność komórek (np. komórek P493B chłoniaka; [41]; MCF-7 i MDA-MB231 raka piersi; [73]). Wykazano, że w komórkach raka piersi wykazujących
zwiększoną ekspresję receptorów ERBB2, HSF1 może wiązać się z sekwencją
promotorową genu LDHA. Obniżenie ekspresji HSF1 w tych komórkach prowadzi
do zahamowania ekspresji genu LDHA, hamowania glikolizy i wzrostu komórek
[79].
HSF1 I BIOSYNTEZA BIAŁEK
Kontrola biogenezy rybosomów i translacja w komórkach nowotworowych
zachodzą w sposób niezależny od sygnałów wzrostowych, co umożliwia
niekontrolowany wzrost. HSF1 prawdopodobnie wpływa na procesy translacji
białka w sposób zależny od kinazy mTOR (ang. mammalian target of rapamycin).
W prawidłowych komórkach kinaza mTOR, dzięki integracji sygnałów
pochodzących od czynników wzrostowych i składników odżywczych, oraz
udziałowi w regulacji translacji białek, koordynuje wzrost, podział i ruch komórek,
umożliwiając uporządkowany wzrost organów. Hamowanie kinazy mTOR
rapamycyną wpływa negatywnie na translację, czego efektem jest zatrzymanie
komórek w fazie G1 cyklu i zredukowanie ich rozmiaru [14]. Efekt ten nasila się
przy braku HSF1.
Dane wskazujące na możliwy udział HSF1 w regulacji biosyntezy białek
pochodzą z modelu myszy z usuniętym genem Hsf1. Myszy takie są mniejsze niż
myszy typu dzikiego. Podobnie ich zarodkowe fibroblasty mają rozmiar
zredukowany o ok. 20% [76]. W hodowli w pożywce pozbawionej czynników
wzrostowych komórki te wykazują niższy poziom ekspresji kluczowych białek
rybosomalnych oraz fosforylowanej kinazy rybosomalnej p70S6 (p70S6K), która
reguluje translację, w porównaniu do komórek z prawidłowym HSF1. Dai i wsp
[10] sugerują, że HSF1 podtrzymuje aktywność aparatu translacyjnego komórki
i kontynuację cyklu komórkowego w warunkach niedostatku czynników
wzrostowych poprzez oddziaływanie ze ścieżką kinazy mTOR.
282
ROLA HSF1 W NABYWANIU ZDOLNOŚCI KOMÓREK
NOWOTWOROWYCH DO MIGRACJI I TWORZENIA
PRZERZUTÓW
Inwazja i tworzenie przerzutów są jedną z ostatnich faz progresji nowotworu,
podczas której komórki nowotworowe stają się ruchliwe i naciekają sąsiednie
tkanki, by w końcu przedostać się do okolicznych węzłów chłonnych i odległych
organów [22]. Bezpośrednią korelację między ekspresją HSF1 i wzrostem
agresywności guzów wykazano w przypadku nowotworów prostaty u ludzi [23,
66].
Delecja genu Hsf1 ogranicza migrację mysich fibroblastów zarodkowych.
Efekt ten jest związany z zaburzeniem funkcji ścieżki sygnałowej MAPK. Drugi
mechanizm, który może być zaangażowany w regulację ruchliwości komórek
poprzez HSF1 obejmuje regulację ekspresji EGFR (ang. epidermal growth factor
receptor) zależną od aktywacji ścieżek sygnałowych MAPK i RAS. Spadek
aktywności białka RAS, kinaz z rodziny MAP (głównie ERK/JNK) oraz poziomu
receptora EGF zaobserwowano w komórkach MEF z delecją Hsf1. Koreluje to
z obniżoną zdolnością do przemieszczania się komórek. W jaki sposób dochodzi
do obniżenia ekspresji receptora EGF oraz hamowania szlaków sygnałowych
zależnych od MAPK i RAS, nie zostało jeszcze wyjaśnione [50].
UDZIAŁ HSF1 W ZJAWISKU OPORNOŚCI
WIELOLEKOWEJ
W kontekście komórek nowotworowych zjawisko oporności wielolekowej
(MDR, ang. multidrug resistance) definiowane jest jako nabycie przez komórki
nowotworowe równoczesnej niewrażliwości na kilka grup różnych, niezwiązanych
ze sobą czynników terapeutycznych. Oporność rozwija się w odpowiedzi na
stosowanie leku cytostatycznego i jest jedną z głównych przyczyn niepowodzeń
systemowej terapii nowotworowej. Niektóre z nowotworów wykazują pierwotną
oporność na stosowane leki, inne natomiast, początkowo wrażliwe, nabywają cechę
lekooporności podczas chemioterapii. Komórkowe mechanizmy dotyczące zmian
w szybkości wnikania leków do komórki oraz ich transporcie pomiędzy jądrem
komórkowym a cytoplazmą, aktywacji lub inaktywacji związków
farmakologicznych w komórkach nowotworowych, zdolności komórek
nowotworowych do zaburzania regulacji procesu apoptozy, zmian w procesach
naprawy DNA, a także możliwości aktywnego usuwania cytostatyków z komórki
odgrywają istotną rolę w powstaniu oporności wielolekowej. Ważną rolę
w usuwaniu leków z komórki odgrywają błonowe białka transportowe. Większość
białek oporności wielolekowej należy do dużej nadrodziny ABC (ang. ATP-
283
binding cassette). Najważniejszym spośród białek transportowych jest
glikoproteina P (P-gp), kodowana przez gen ABCB1 (MDR1).
Związek HSF1 ze zjawiskiem oporności wielolekowej wydaje się być
oczywisty, gdyż ludzki promotor genu ABCB1 zawiera kilka charakterystycznych
sekwencji HSE [37]. Konstytutywne wiązanie HSF1 do promotora genu ABCB1
oraz wysoki poziom białka ABCB1 wykazano w chemoodpornej linii mysiej
białaczki P388/M. Efekt był zniesiony poprzez stosowanie inhibitora kinazy PKA,
hamującego aktywację HSF1 i jego wiązanie do promotora genu ABCB1 [36].
Również w linii HeLa raka szyjki macicy wykazano regulację ekspresji genu
ABCB1 przez HSF1 na poziomie transkrypcji. Innym proponowanym
mechanizmem wzrostu ekspresji ABCB1 w komórkach ze zwiększoną ekspresją
HSF1 jest stabilizacja transkryptów i/lub modulacja składania genu ABCB1.
W linii U2-OS kostniakomięsaka, szok termiczny i zwiększona ekspresja HSF1,
nie powodują aktywacji ekspresji ABCB1 oraz nie zwiększają aktywności
promotora ABCB1. Mimo to obserwuje się 6-krotny wzrost poziomu mRNA genu
ABCB1. Modulacja ekspresji ABCB1 zachodzi prawdopodobnie na poziomie
potranskrypcyjnym, gdyż również zmutowana forma HSF1 (brak C-końcowej
domeny), niezdolna do indukowania ekspresji białek HSP, powoduje powstanie
chemoodpornego fenotypu [67]. W badaniach funkcjonalnych udowodniono, że
komórki ze zwiększoną ekspresją HSF1 wykazywały obniżoną akumulację
chemioterapeutyków w wyniku zwiększonego wyrzutu leków w stosunku do linii
kontrolnej [69].
HSF1 JAKO CEL TERAPII PRZECIWNOWOTWOROWEJ
HSF1 wykazuje właściwości cytoprotekcyjne, chroniąc komórkę przed
uszkodzeniami wywołanymi niedotlenieniem, podwyższoną temperaturą,
działaniem endotoksyn lub zmianami towarzyszącymi procesom starzenia. Te
właściwości cytoprotekcyjne HSF1 mogą odgrywać niekorzystną rolę w terapii
nowotworowej zwiększając oporność komórek nowotworowych na działanie
czynnika cytotoksycznego. Obniżenie ekspresji HSF1 bądź hamowanie aktywności
może być jednym ze sposobów zwiększenia skuteczności leczenia nowotworów.
Wykazano, że obniżenie ekspresji HSF1 uwrażliwia komórki na działanie
promieniowania jonizującego [46] oraz na działanie podwyższonej temperatury
skojarzonej z działaniem cisplatyny [55]. Dane te wskazują, że stosowanie
inhibitorów HSF1 może stanowić terapię uzupełniającą. Do związków
obniżających aktywność HSF1 zalicza się kwercetynę, syntetyczny laktam
benzylidenu, triptolid, emuninę i jej pochodne.
Najlepiej poznanym inhibitorem HSF1 jest bioflawonoid roślinny – kwercetyna
i jej pochodne. Pomimo niskiej toksyczności hamują one także wiele kinaz, co
ogranicza ich zastosowanie jako leku. Mechanizm działania związków laktamu
benzylidenu oraz triptolidu nie jest do końca wyjaśniony, ponadto triptolid zaburza
284
działanie mediatora procesów zapalnych NFκB. Tak więc niska specyficzność,
brak skuteczności lub znaczna toksyczność znanych inhibitorów HSF1 ogranicza
ich zastosowanie jako leków w terapii nowotworów. Należy również pamiętać, że
HSF1 pełni istotną rolę w ochronie komórek przed wysoką temperaturą,
zakwaszeniem oraz chorobami neurodegradacyjnymi, a więc jego terapeutyczne
hamowanie musi ograniczyć się wyłącznie do obszaru guza nowotworowego [75].
Istotna rola HSF1 w modulowaniu wielu ścieżek sygnałowych kontrolujących
wzrost, podział komórek, apoptozę oraz stymulowanie progresji nowotworu czyni
z tego białka nowy potencjalny cel terapeutyczny. W przyszłości okaże się, czy
hamowanie aktywności HSF1 w nowotworach będzie istotnym elementem leczenia
o charakterze uzupełniającym. Będzie to jednak uwarunkowane zastosowaniem
swoistych sposobów hamowania aktywności tego czynnika, które pozwolą na
zminimalizowanie możliwych do wyobrażenia niekorzystnych efektów ubocznych
takiej terapii.
LITERATURA
[1] AKERFELT M, TROUILLET D, MEZGER V, SISTONEN L. Heat shock factors at a crossroad
between stress and development. Ann N Y Acad Sci 2007; 1113: 15-27.
[2] BENAYOUN BA, CABURET S, VEITIA RA. Forkhead transcription factors: key players in health
and disease. Trends Genet 2011; 27(6): 224-32.
[3] BINDER RJ, VATNER R, SRIVASTAVA P. The heat-shock protein receptors: some answers and
more questions. Tissue Antigens 2004; 64(4): 442-51.
[4] CALDERWOOD SK, KHALEQUE MA, SAWYER DB, CIOCCA DR. Heat shock proteins in cancer:
chaperones of tumorigenesis. Trends Biochem Sci 2006; 31(3): 164-72.
[5] CALDERWOOD SK, MAMBULA SS, GRAY PJ JR. Extracellular heat shock proteins in cell
signaling and immunity. Ann N Y Acad Sci 2007; 1113: 28-39.
[6] CEN H, ZHENG S, FANG YM, TANG XP, DONG Q. Induction of HSF1 expression is associated
with sporadic colorectal cancer. World J Gastroenterol 2004; 10(21): 3122-6.
[7] CHU B, ZHONG R, SONCIN F, STEVENSON MA, CALDERWOOD SK. Transcriptional activity of
heat shock factor 1 at 37 degrees C is repressed through phosphorylation on two distinct serine
residues by glycogen synthase kinase 3 and protein kinases Calpha and Czeta. J Biol Chem 1998;
273(29): 18640-6.
[8] CIOCCA DR, CALDERWOOD SK. Heat shock proteins in cancer: diagnostic, prognostic, predictive,
and treatment implications. Cell Stress Chaperones 2005; 10(2): 86-103.
[9] CIOCCA DR, GAGO FE, FANELLI MA, CALDERWOOD SK. Co-expression of steroid receptors
(estrogen receptor alpha and/or progesterone receptors) and Her-2/neu: Clinical implications. J Steroid
Biochem Mol Biol 2006; 102(1-5): 32-40.
[10] DAI C, WHITESELL L, ROGERS AB, LINDQUIST S. Heat shock factor 1 is a powerful
multifaceted modifier of carcinogenesis. Cell 2007; 130(6): 1005-18.
[11] DAI R, FREJTAG W, HE B, ZHANG Y, MIVECHI NF. c-Jun NH2-terminal kinase targeting and
phosphorylation of heat shock factor-1 suppress its transcriptional activity. J Biol Chem 2000;
275(24): 18210-8.
[12] FANG F, CHANG R, YANG L. Heat shock factor 1 promotes invasion and metastasis of
hepatocellular carcinoma in vitro and in vivo. Cancer 2011; Aug 25.
[13] FINGAR DC, BLENIS J. Target of rapamycin (TOR): an integrator of nutrient and growth factor
signals and coordinator of cell growth and cell cycle progression. Oncogene 2004; 23(18): 3151-71.
[14] FRANCESCHELLI S, ROSATI A, LEROSE R, DE NICOLA S, TURCO MC, PASCALE M. Bag3
gene expression is regulated by heat shock factor 1. J Cell Physiol 2008; 215(3): 575-7.
285
[15] FUJIMOTO M, NAKAI A. The heat shock factor family and adaptation to proteotoxic stress. FEBS J
2010; 277(20): 4112-25.
[16] GABAI VL, MABUCHI K, MOSSER DD, SHERMAN MY. Hsp72 and stress kinase c-jun Nterminal kinase regulate the bid-dependent pathway in tumor necrosis factor-induced apoptosis. Mol
Cell Biol 2002; 22(10): 3415-24.
[17] GARRIDO C, BRUNET M, DIDELOT C, ZERMATI Y, SCHMITT E, KROEMER G. Heat shock
proteins 27 and 70: anti-apoptotic proteins with tumorigenic properties. Cell Cycle 2006; 5(22): 2592601.
[18] GOLDMAN RD, KAPLAN NO, HALL TC. Lactic dehydrogenase in human neoplastic tissues.
Cancer Res 1964; 24: 389-99.
[19] GUO Y, GUETTOUCHE T, FENNAT M, BOELLMANN, PRATT WB, TOFT DO, SMITH DF,
VOELLMY R. Evidence for a mechanism of repression of heat shock factor 1 transcriptional activity
by a multichaperone complex. J Biol Chem 2001; 276: 45791-45799.
[20] HAHN JS, HU Z, THIELE DJ, IYER VR. Genome-wide analysis of the biology of stress responses
through heat shock transcription factor. Mol Cell Biol 2009; 24(12): 5249-56.
[21] HAHN WC, WEINBERG RA. Modelling the molecular circuitry of cancer. Nat Rev Cancer 2002; 2:
331-41.
[22] HANAHAN D, WEINBERG RA. The hallmarks of cancer. Cell 2000; 100(1): 57-70.
[23] HOANG AT, HUANG J, RUDRA-GANGULY N, ZHENG J, POWELL WC, RABINDRAN SK, WU
C, ROY-BURMAN P. A novel association between the human heat shock transcription factor 1
(HSF1) and prostate adenocarcinoma. Am J Pathol 2000; 156(3): 857-64.
[24] HOLMBERG CI, HIIETAKANGAS V, MIKHAILOV A, RANTANEN JO, KALLIO M,
MEINANDER A, HELLMAN J, MORRICE N, MACKINTOSH C, MORIMOTO RI, ERIKSSON JE,
SISTONEN L. Phosphorylation of serine 230 promotes inducible transcriptional activity of heat shock
factor 1. EMBO J 2001; 20: 3800-3810.
[25] ISHIWATA J, KASAMATSU A, SAKUMA K, IYODA M, YAMATOJI M, USUKURA K, ISHIGE
S, SHIMIZU T, YAMANO Y, OGAWARA K, SHIIBA M, TANZAWA H, UZAWA K. State of heat
shock factor 1 expression as a putative diagnostic marker for oral squamous cell carcinoma. Int J
Oncol 2011; 40(1): 47-52.
[26] JACOBS AT, MARNETT LJ. HSF1-mediated BAG3 expression attenuates apoptosis in 4hydroxynonenal-treated colon cancer cells via stabilization of anti-apoptotic Bcl-2 proteins. J Biol
Chem 2009; 284(14): 9176-83.
[27] JIN X, MOSKOPHIDIS D, HU Y, PHILLIPS A, MIVECHI NF. Heat shock factor 1 deficiency via its
downstream target gene alphaB-crystallin (Hspb5) impairs p53 degradation. J Cell Biochem 2009;
107(3): 504-15.
[28] JOLLY C, MORIMOTO RI. Role of the heat shock response and molecular chaperones in
oncogenesis and cell death. J Natl Cancer Inst 2000; 92(19): 1564-72.
[29] JURIVICH DA, PACHETTI C, QIU L, WELK JF. Salicylate triggers heat shock factor differently
than heat. J Biol Chem 1995; 270(41): 24489-95.
[30] KAMPINGA HH, HAGEMAN J, VOS MJ, KUBOTA H, TANGUAY RM, BRUFORD EA,
CHEETHAM ME, CHEN B, HIGHTOWER LE. Guidelines for the nomenclature of the human heat
shock proteins. Cell Stress Chaperones 2009; 14(1): 105-11.
[31] KHALEQUE MA, BHARTI A, SAWYER D, GONG J, BENJAMIN IJ, STEVENSON MA,
CALDERWOOD SK. Induction of heat shock proteins by heregulin beta1 leads to protection from
apoptosis and anchorage-independent growth. Oncogene 2005; 24(43): 6564-73.
[32] KIM EH, LEE YJ, BAE S, LEE JS, KIM J, LEE YS. Heat shock factor 1-mediated aneuploidy
requires a defective function of p53. Cancer Res 2009; 69(24): 9404-12.
[33] KIM JW, DANG CV. Cancer's molecular sweet tooth and the Warburg effect. Cancer Res 2006;
66(18): 8927-30.
[34] KIM SA, KWON SM, YOON JH, AHN SG. The antitumor effect of PLK1 and HSF1 double
knockdown on human oral carcinoma cells. Int J Oncol 2010; 36(4): 867-72.
[35] KIM SA, YOON JH, LEE SH, AHN SG. Polo-like kinase 1 phosphorylates heat shock transcription
factor 1 and mediates its nuclear translocation during heat stress. J Biol Chem 2005; 280(13): 12653-7.
286
[36] KIM SH, HUR WY, KANG CD, LIM YS, KIM DW, CHUNG BS. Involvement of heat shock factor
in regulating transcriptional activation of MDR1 gene in multidrug-resistant cells. Cancer Lett 1997;
115(1): 9-14.
[37] KIOKA N, YAMANO Y, KOMANO T, UEDA K. Heat-shock responsive elements in the induction of
the multidrug resistance gene (MDR1). FEBS Lett 1992; 301(1): 37-40.
[38] KLINE MP, MORIMOTO RI. Repression of the heat shock factor 1 transcriptional activation domain
is modulated by constitutive phosphorylation. Mol Cell Biol 1997; 17(4): 2107-15.
[39] KNOWLTON AA. NFkappaB, heat shock proteins, HSF-1, and inflammation. Cardiovasc Res 2006;
69(1): 7-8.
[40] KRAWCZYK Z, LISOWSKA K. Gene expression regulation of the heat shock protein hsp70i.
Postepy Biochem 2000; 46(1): 24-37.
[41] LE A, COOPER CR, GOUW AM, DINAVAHI R, MAITRA A, DECK LM, ROYER RE, VANDER
JAGT DL, SEMENZA GL, DANG CV. Inhibition of lactate dehydrogenase A induces oxidative stress
and inhibits tumor progression. Proc Natl Acad Sci U S A 2010; 107(5): 2037-42.
[42] LEE YJ, KIM EH, LEE JS, JEOUNG D, BAE S, KWON SH, LEE YS. HSF1 as a mitotic regulator:
phosphorylation of HSF1 by Plk1 is essential for mitotic progression. Oncogene 2008; 27(21): 29993009.
[43] LEE YJ, LEE HJ, LEE JS, JEOUNG D, KANG CM, BAE S, LEE SJ, KWON SH, KANG D, LEE
YS. A novel function for HSF1-induced mitotic exit failure and genomic instability through direct
interaction between HSF1 and Cdc20. Oncogene 2008; 27(21): 2999-3009.
[44] LI D, MARCHENKO ND, SCHULZ R, FISCHER V, VELASCO-HERNANDEZ T, TALOS F,
MOLL UM. Functional inactivation of endogenous MDM2 and CHIP by HSP90 causes aberrant
stabilization of mutant p53 in human cancer cells. Mol Cancer Res 2011; 577-88.
[45] LI Q, FELDMAN RA, RADHAKRISHNAN VM, CAREY S, MARTINEZ JD. Hsf1 is required for
the nuclear translocation of p53 tumor suppressor. Neoplasia 2008; 10(10): 1138-45.
[46] LI Q, MARTINEZ JD. Loss of HSF1 results in defective radiation-induced G(2) arrest and DNA
repair. Radiat Res 2011; 176(1): 17-24.
[47] LOGAN IR, MCNEILL HV, COOK S, LU X, MEEK DW, FULLER-PACE FV, LUNEC J, ROBSON
CN. Heat shock factor-1 modulates p53 activity in the transcriptional response to DNA damage.
Nucleic Acids Res 2009; 37(9): 2962-73.
[48] MIN JN, HUANG L, ZIMONJIC DB, MOSKOPHIDIS D, MIVECHI NF. Selective suppression of
lymphomas by functional loss of Hsf1 in a p53-deficient mouse model for spontaneous tumors.
Oncogene 2007; 26(35): 5086-97.
[49] MITELMAN F, JOHANSSON B, MERTENS F. Mitelman Database of Chromosome Aberrations in
Cancer 2010; http://cgap.nci.nih.gov/Chromosomes/Mitelman.
[50] O'CALLAGHAN-SUNOL C, SHERMAN MY. Heat shock transcription factor (HSF1) plays a critical
role in cell migration via maintaining MAP kinase signaling. Cell Cycle 2006; 5(13): 1431-7.
[51] OZAKI T, NAKAGAWARA A. p53: the attractive tumor suppressor in the cancer research field. J
Biomed Biotechnol 2011; 603925.
[52] OZÖREN N, EL-DEIRY W. Heat shock protects HCT116 and H460 cells from TRAIL-induced
apoptosis. Exp Cell Res 2003; 281(2): 175-81.
[53] PIRKKALA L, NYKÄNEN P, SISTONEN L. Roles of the heat shock transcription factors in
regulation of the heat shock response and beyond. FASEB J 2001; 15(7): 1118-31.
[54] PRATT WB, GALIGNIANA MD, MORISHIMA Y, MURPHY PJ. Role of molecular chaperones in
steroid receptor action. Essays Biochem 2004; 40: 41-58.
[55] ROSSI A, CIAFRÈ S, BALSAMO M, PIERIMARCHI P, SANTORO MG. Targeting the heat shock
factor 1 by RNA interference: a potent tool to enhance hyperthermochemotherapy efficacy in cervical
cancer. Cancer Res 2006; 66(15): 7678-85.
[56] SATYAL SH, CHEN D, FOX SG, KRAMER JM, MORIMOTO RI. Negative regulation of the heat
shock transcriptional response by HSBP1. Genes Dev 1998; 12(13): 1962-74.
[57] SCHETT G, STEINER CW, GRÖGER M, WINKLER S, GRANINGER W, SMOLEN J, XU Q,
STEINER G. Activation of Fas inhibits heat-induced activation of HSF1 and up-regulation of hsp70.
FASEB J 1999; 13(8): 833-42.
287
[58] SHAMOVSKY I, GERSHON D. Novel regulatory factors of HSF-1 activation: facts and perspectives
regarding their involvement in the age-associated attenuation of the heat shock response. Mech Ageing
Dev 2006; 125(10-11): 767-75.
[59] SHARP FR, MASSA SM, SWANSON RA. Heat-shock protein protection. Trends Neurosci 1999;
22(3): 97-9.
[60] SHI Y, MOSSER DD, MORIMOTO RI. Molecular chaperones as HSF1-specific transcriptional
repressors. Genes Dev 1998; 12(5): 654-66.
[61] SHUN-MEI E, XIAO WM, WANG KK, WANG QP, LIU MD, LIU K, XIAO XZ. HSF1 inhibits heat
stress-induced apoptosis in Raw264.7 macrophages. Zhong Nan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban 2006;
31(2): 162-6.
[62] SINGH IS, HE J, CALDERWOOD S, HASDAY JD. A high affinity HSF1 binding site in the 5’untranslated region of the murine tumor necrosis factorChem 2002; 277: 4981-4988.
[63] SOLIMINI NL, LUO J, ELLEDGE SJ. Non-oncogene addiction and the stress phenotype of cancer
cells. Cell 2007; 130(6): 986-8.
[64] SONCIN F, ZHANG X, CHU B, WANG X, ASEA A, ANN STEVENSON M, SACKS DB,
CALDERWOOD SK. Transcriptional activity and DNA binding of heat shock factor-1 involve
phosphorylation on threonine 142 by CK2. Biochem Biophys Res Commun 2003; 303: 700-6.
[65] SREEDHAR AS, CSERMELY P. Heat shock proteins in the regulation of apoptosis: new strategies in
tumor therapy: a comprehensive review. Pharmacol Ther 2004; 101(3): 227-57.
[66] TANG D, KHALEQUE MA, JONES EL, THERIAULT JR, LI C, WONG WH, STEVENSON MA,
CALDERWOOD SK. Expression of heat shock proteins and heat shock protein messenger ribonucleic
acid in human prostate carcinoma in vitro and in tumors in vivo. Cell Stress Chaperones 2005; 10(1):
46-58.
[67] TCHÉNIO T, HAVARD M, MARTINEZ LA, DAUTRY F. Heat shock-independent induction of
multidrug resistance by heat shock factor 1. Mol Cell Biol 2006; 26(2): 580-91.
[68] TILIGADA E. Chemotherapy: induction of stress responses. Endocr Relat Cancer 2006; 13 Suppl 1:
S115-24.
[69] VILABOA NE, GALÁN A, TROYANO A, DE BLAS E, ALLER P. Regulation of multidrug
resistance 1 (MDR1)/P-glycoprotein gene expression and activity by heat-shock transcription factor 1
(HSF1). J Biol Chem 2000; 275(32): 24970-6.
[70] VOELLMY R. Transcriptional regulation of the metazoan stress protein response. Prog Nucleic Acid
Res Mol Biol 2004; 78: 143-85.
[71] WANG X, KHALEQUE MA, ZHAO MJ, ZHONG R, GAESTEL M, CALDERWOOD SK.
Phosphorylation of HSF1 by MAPK-activated protein kinase 2 on serine 121, inhibits transcriptional
activity and promotes HSP90 binding. J Biol Chem 2006; 281(2): 782-91.
[72] WANG Y, THERIAULT JR, HE H, GONG J, CALDERWOOD SK. Expression of a dominant
negative heat shock factor-1 construct inhibits aneuploidy in prostate carcinoma cells. J Biol Chem
2004; 279(31): 32651-9.
[73] WANG ZY, LOO TY, SHEN JG, WANG N, WANG DM, YANG DP, MO SL, GUAN XY, CHEN
JP. LDH-A silencing suppresses breast cancer tumorigenicity through induction of oxidative stress
mediated mitochondrial pathway apoptosis. Breast Cancer Res Treat 2011; 131(3): 791-800.
[74] WHITESELL L, LINDQUIST SL. HSP90 and the chaperoning of cancer. Nat Rev Cancer 2005;
5(10): 761-72.
[75] WHITESELL L, LINDQUIST S. Inhibiting the transcription factor HSF1 as an anticancer strategy.
Expert Opin Ther Targets 2009; 13(4): 469-78.
[76] XIAO X, ZUO X, DAVIS AA, MCMILLAN DR, CURRY BB, RICHARDSON JA, BENJAMIN IJ.
HSF1 is required for extra-embryonic development, postnatal growth and protection during
inflammatory responses in mice. EMBO J 1999; 18(21): 5943-52.
[77] XIE Y, CHEN C, STEVENSON MA, AURON PE, CALDERWOOD SK. Heat shock factor 1
represses transcription of the IL-1beta gene through physical interaction with the nuclear factor of
interleukin 6. J Biol Chem 2002; 277: 11802-10.
[78] ZHANG L, JIANG H, GAO X, ZOU Y, LIU M, LIANG Y, YU Y, ZHU W, CHEN H, GE J. Heat
shock transcription factor-1 inhibits H2O2-induced apoptosis via down-regulation of reactive oxygen
species in cardiac myocytes. Mol Cell Biochem 2011; 347(1-2): 21-8.
288
[79] ZHAO YH, ZHOU M, LIU H, DING Y, KHONG HT, YU D, FODSTAD O, TAN M. Upregulation of
lactate dehydrogenase A by ErbB2 through heat shock factor 1 promotes breast cancer cell glycolysis
and growth. Oncogene 2009; 28(42): 3689-701.
[80] ZHELTUKHIN AO, CHUMAKOV PM. Constitutive and induced functions of the p53 gene.
Biochemistry (Mosc) 2010; 75(13): 1692-721.
[81] ZOU J, GUO Y, GUETTOUCHE T, SMITH DF, VOELLMY R. Repression of heat shock
transcription factor HSF1 activation by HSP90 (HSP90 complex) that forms a stress-sensitive complex
with HSF1. Cell 1998; 94(4): 471-80.
Redaktor prowadzący – M. Nowicki
Otrzymano: 12.03.2012
Przyjęto: 10.05.2012
Natalia Vydra
Centrum Badań Translacyjnych i Biologii Molekularnej Nowotworów, Centrum Onkologii
Instytut im. M. Skłodowskiej Curie
ul. Wybrzeże Armii Krajowej 15, 44-101 Gliwice
tel.: 32 278 9893
e-mail: [email protected]

Rola czynnika transkrypcyjnego HSF1 w procesie nowotworzenia

Transkrypt

Podobne dokumenty

Pobierz jako plik PDF

Tytułu nie będzie

Wpływ błędów w doborze przewodów i osprzętu

Nasze talenty muzyczne wypłyną na szerokie wody?

informacja o produkcie

Mania-Perfum.pl