Iaps u pokretu: uloga inhibitora proteina apoptoze u migraciji stanica | stanična smrt i bolest

Iaps u pokretu: uloga inhibitora proteina apoptoze u migraciji stanica | stanična smrt i bolest

Anonim

teme

  • apoptoza
  • Migracija stanica
  • Metastaza

Sažetak

Inhibitori proteina apoptoze (IAP) su klasa visoko konzerviranih proteina koji su uglavnom poznati po regulaciji kaspaza i imunološkoj signalizaciji. Međutim, nedavni dokazi sugeriraju presudnu ulogu ovih molekula u regulaciji oblika i migracije tumorskih stanica kontrolom MAPK, NF- κB i Rho GTPaza. IAP-ovi izravno kontroliraju Rho GTPaze, regulirajući tako oblik ćelije i migraciju. Na primjer, XIAP i cIAP1 djeluju kao izravne E3 ubikvitinske ligaze Racl i ciljaju ga za proteasomalnu razgradnju. IAP-ovi su različito eksprimirani u tumorskim stanicama i meta ih je nekoliko terapijskih lijekova protiv raka koji su trenutno u kliničkim ispitivanjima. Ovdje sažeto prikazujemo trenutna saznanja o ulozi IAP-a u regulaciji stanične migracije i raspravljamo o mogućim implikacijama ovih opažanja u regulaciji metastaza tumorskih stanica.

činjenicama

  • IAP izravno reguliraju oblik stanica, migraciju i metastaze tumora.

  • IAP-ovi imaju pro-i antimigracijsku ulogu ovisno o staničnom kontekstu.

  • IAP-ovi mogu regulirati plastičnost migracije tumorskih stanica utječući na stabilnost i aktivaciju Rho GTPaza.

  • IAP-ovi su povezani s negativnom i pozitivnom prognozom tumora.

Otvorena pitanja

  • Koja je uloga IAP-a u regulaciji fizioloških oblika migracije stanica poput zacjeljivanja rana?

  • Koje su različite uloge različitih IAP-a u metastazi tumora?

  • Koji su različiti signalni putevi aktivirani od strane IAP antagonista u kontekstu invazije tumorskih stanica?

Inhibitor proteina apoptoze (IAP)

Inhibitor proteina apoptoze (IAP), također poznat kao BIRC (proteini koji sadrže BIR domenu) su klasa proteina koju karakterizira prisustvo bakulovirus IAP Repeat (BIR) domene, motiv interakcije Zn 2 + ion koji koordinira protein i protein. Vrlo su dobro očuvani od virusa do sisavaca, a otkriveni su na genetskom zaslonu bakuloviralnog genoma kao inhibitora mehanizama programiranih staničnih smrti domaćina, otuda su nazvani IAP. 1, 2. Međutim, nedavni napredak u području IAP / BIRC biologije snažno utvrđuje ove proteine ​​glavnim stanicama za brojne ćelijske signalne mreže. Studije drugih organizama niz evolucijsku ljestvicu također su otkrile da su IAP pleotropni proteini, a ne samo inhibitori kaspaza. Određeni prokarioti, kvasci i biljke prolaze kroz oblik programirane stanične smrti (PCD) pomoću homologa kaspaze poznatih kao metakapaze. 3 Ipak se ne nalaze homolozi IAP u prokariotima i biljkama; a metakapaze također nisu bitne za prokariotski PCD. U slučaju S. cerevisiae , jedinog poznatog IAP-a, BIR1p inhibira apoptozu na YCA1 ( S. cerevisiae metacaspase) neovisan način. BIR1p je potreban za pravilnu segregaciju kromosoma i citokinezu, a YCA1 također ima ulogu u regulaciji staničnog ciklusa, čišćenju proteinskih agregata i tako dalje. 4, 5, 6 Nadalje, iako postoje virusni IAP homolozi, homolozi kaspaze nisu identificirani u virusima. 1, 2

Postoji osam poznatih IAP / BIRC sisavaca (slika 1): BIRC1 (neuronski IAP / NAIP), BIRC2 (stanični IAP1 / cIAP1 / HIAP2), BIRC3 (stanični IAP2 / cIAP2 / HIAP1), BIRC4 (XAP-vezani IAP / XIAP / hILP), BIRC5 (Survivin), BIRC6 (BIR koji sadrži ubikvitin konjugirajući enzim / BRUCE / Apolon), BIRC7 (Melanom IAP / ML-IAP / Livin) i BIRC8 (IAP-sličan protein 2 / hILP2 / Ts-IAP). Osim domena BIR, postoje i razni drugi strukturni motivi koji definiraju karakteristike IAP-a. NAIP ima NACHT domenu i ponovljenima bogatim leucinom (LRR) koji su uključeni u signale urođenog imuniteta posredovani Nod-receptorima (NLR). 7 Druga važna domena je stvarno zanimljiva domena novog gena (RING) prisutna u cIAP1, cIAP2, XIAP, ML-IAP i hILP2. Ova domena pruža aktivnost e3 ubikvitin ligaze na proteine ​​zahvaljujući kojoj može promovirati vezanje monomernih ubikvitinskih ili ubikvitinskih lanaca raznih vrsta na supstrat. Pokazalo se da su RING domene IAP odgovorne za auto-ubikvitinaciju, unakrsnu ubikvitinaciju ostalih IAP-ova i svekorištenje supstrata. cIAP1, cIAP2, XIAP i hILP2 također imaju domenu povezanu sa ubikvitinom (UBA). 8, 9 UBA domena veže se za monomerni ubikvitin, kao i ubikvitinske lance, pomažući u sastavljanju proteina složenih s ciljem promicanja različitih događaja signalizacije stanica. 10 BRUCE nedostaje i RING i UBA domena, ali ima ubikvitinsku konjugaciju ili UBC domenu koja katalizira konjugaciju ubikvitina na supstrat. cIAP1 i cIAP2 imaju CARD domenu (CAspase Recruitment Domain), koja je također prisutna u različitim komponentama apoptotičkih i signalno-signalnih kompleksa poput kaspaza (-1 / -2 / -4 / -5 / -9 i -13), Apaf- 1, PIDD, RAIDD, NODs i RIP2. Uloga CARD domene u IAP-ovima nepoznata je, iako je nedavno istraživanje sugeriralo njezinu ulogu u autoinhibiciji aktivnosti RING domene cIAP1 11 (Slika 1).

Image

Arhitektura domena sisavaca IAP. ( a ) Opisan je prototipični IAP koji se sastoji od domena tipa I i tipa II BIR, domena koja veže ubikvitin i RING domena sa njihovim funkcijama i molekularnim strukturama. ( b ) Prikazani su različiti IAP-ovi sisavaca s poznatim funkcionalnim domenama. BIR, bakuloviralna IAP ponavljana domena; NACHT / NOD, domena vezivanja nukleotida i oligomerizacija; LRR, ponavlja se bogat leucinom; UBA, domena povezana s ubikvitinom; CARD, domena regrutacije za kaspazu; RING, doista zanimljiva nova genska domena; UBC, domena konjugacije ubikvitina

Slika pune veličine

Kao što je gore navedeno, IAP-ovi mogu se regulirati automatskom sveprisutnošću i unakrsnom ubikvitinacijom putem njihovih RING domena. Objavljeno je da gubitak jednog IAP-a dovodi do povećanja razine proteina drugog IAP-a. 12 Nadalje, za RIA domenu cIAP1 objavljeno je da posreduje razgradnju ostalih IAP-ova koji nose RING. 13 U tim se crtama pokazalo da IAP postoje kao heteromerni kompleksi u citosolu mnogih ljudskih staničnih linija. 14 Nadalje, pokazalo se da je heteromerni kompleks surivivina i XIAP otporan na apoptozu. 15 IAP-ovi mogu se regulirati i određenim endogenim inhibitorima IAP-a poput Smac / DIABLO, Omi / HtrA2, XAF1, ARTS i TWEAK. 16, 17, 18, 19, 20 Smac / DIABLO, naj proučavani IAP inhibitor je mitohondrijski protein koji se oslobađa u citosol tijekom apoptotske indukcije. Nakon puštanja u citosol, Smac / DIABLO se veže izravno na XIAP svojim N-terminalnim, IAP-motivom vezivanja (IBM). IBM surađuje s BIR2 i BIR3 XIAP-a i time prekida funkciju XIAP-a za blokiranje kaspaze-3, -7 i -9. 21 Smac je također pokazao da pokreće auto-sveprisutnost cIAP-a, XIAP-a i ML-IAP-a što dovodi do proteasomalne degradacije cIAP-a, ali ne i XIAP-a i ML-IAP-a. 22

IAP-ovi su se pojavili kao vitalne signalne molekule na razini različitih putova smrti i preživljavanja. Osim apoptotičko-kaspazne kaskade, IAP su bitni modulatori urođene imunosti signala, kanonskih i nekanonskih NF- κ B staza kao i TGF β signalni put 23 (Slika 2). Njihova uloga modulatora tumora potkrijepljena je diferencijalnom ekspresijom članova IAP obitelji u raznim malignim bolestima. Povišena ekspresija IAP-a u određenim vrstama tumora povezana je s preživljavanjem tumora i rezistencijom na kemoterapiju. Dakle, osmišljeni su i klinički testirani različiti antitumorski terapeutici, posebno inhibitori malih molekula protiv IAP-a (IAP antagonistički spojevi (IAC), Smac mimetici). 24, 25 Iako je nekoliko studija pokazalo povišenu razinu višestrukih IAP-a u nizu humanih karcinoma kao i modela tumora, za mnoge od njih nije mogla biti utvrđena klinička povezanost. Nadalje, relativni doprinos pojedinih IAP-a koripćivanju tumora i progresiji daleko je od jasnog. Postoje suprotstavljene prognostičke implikacije za IAP u različitim tipovima tumora, što snažno sugerira da je uloga IAP-a u tumorigenezi ovisna o kontekstu i staničnoj vrsti.

Image

Stanični fenotipi posredovani IAP-IAP kompleksima. Prikazani su poznati stanični fenotipi koje regulira IAP. IAP mogu tvoriti homomerne ili hetermerne komplekse unutar stanica i imati središnju ulogu u različitim staničnim signalnim putovima koji se mogu prevesti u različite fenotipe

Slika pune veličine

Uloga IAP-a u tumorigenezi i progresiji tumora

IAP su u korelaciji s negativnom prognozom

IAP su prekomjerno izraženi u velikom broju tumora i prepoznato je da reguliraju kancerogenezu u različitim fazama. raznim genetičkim studijama cIAP1 i cIAP2 predloženi su kao proto-onkogene. cIAP1 / 2 i YAP (da-povezani protein) dio su pojačanja od 11q21–11q23 koja se opažaju u različitim vrstama karcinoma, poput hepatocelularnog karcinoma, medulloblastoma, glioblastoma, karcinoma želuca, ne-staničnog karcinoma pluća i osteosarkoma. 26, 27, 28, 29 Brisanje CARD i RING domena u cIAP2 povezano je s stvaranjem onkoproteina u limfomu MALT (tkivo povezano s limfnim tkivom). 30 cIAP2, zajedno s BAX-om i BMF-om predloženo je kao tro-genski potpis za prognozu akutne mijeloidne leukemije (ALL), ali postojala su kontrastna izvješća o važnosti povišene razine IAP-a u drugim oblicima leukemije. 31, 32, 33, 34 Povišena razina IAP-a kod karcinoma mokraćnog mjehura i kolorektalnog karcinoma povezana je s progresivnim stadijima tumora, kao i smanjenim ukupnim preživljavanjem bolesnika. 35, 36, 37, 38 U karcinomu dojke, viša nuklearna ekspresija XIAP-a povezana je s nižim preživljavanjem bolesnika. 39 Slično, kod karcinoma grlića maternice, stope preživljavanja bez recidiva bile su niže s visokim razinama nuklearnog cIAP1. 40 Nadalje, uočena je pojačana ekspresija preživina, cIAP1, cIAP2 i XIAP kod multiplog mijeloma rezistentnog na kemoterapiju. 41 Pored IAP-a, pro-apoptotički, endogeni IAP antagonisti poput Smac, Omi / HtrA2, XAF1 i ARTS također su karakterizirani za prognozu raka. 42, 43, 44, 45 Neovisne studije pokazale su da pacijenti koji izražavaju višu razinu Smaca imaju veće izglede za preživljavanje bez recidiva u AML, karcinomu dojke, NSCLC, RCC, karcinomu mjehura i kolorektalnom karcinomu, dok su niže razine povezane s tumorom metastaze i niži životni vijek. 46, 47, 48, 49, 50 Studije s XAF1 potvrdile su njegovu prognostičku vrijednost u karcinomu gušterače, karcinomu pločastih stanica pluća i raku jajnika. 51, 52 Nizak nivo ekspresije XAF1 mogao bi biti povezan sa stadijem bolesti, statusom diferencijacije i metastazama u limfnim čvorovima kod pacijenata s pločasti ćelijom. 53 Nadalje, studije koje su proveli Elhasid i sur. otkrili su gubitak ekspresije proteina ARTS u svim zloćudnim limfoblastima kod većine pedijatrijskih SVIH pacijenata, što je remisijom reverzno kod gotovo svih njih 54 (Tablica 1).

Tablica pune veličine

IAP su u korelaciji s pozitivnom prognozom

Objavljena su i izvješća koja pokazuju povoljnu prognozu raka s povišenom razinom IAP-a. U slučaju NSCLC, studija Ferreira i sur. 55 izvijestilo je da su visoke razine XIAP-a povezane s nižom stopom proliferacije i dužim preživljavanjem pacijenata, sugerirajući to kao pozitivan prognostički faktor za NSCLC. Povišena ekspresija ML-IAP utvrđena je kao neovisni povoljan faktor prognoze za dječji ALL kao i preživljavanje bez relapsa u RCC-u. 56, 57 U tim se linijama nalazi nedavna studija Lazara i sur. 58 je pokazalo da su visoke razine ML-IAP povezane s lošom prognozom u bolesnika koji su reagirali na autologno cjepivo protiv melanoma. Suprotno tome, u bolesnika koji su ostali s aktivnom bolešću nakon liječenja cjepivom protiv melanoma, niska do srednja razina umjesto odsutnosti proteina povezana je s povoljnom prognozom zbog paradoksalnog pro-apoptotičnog ML-IAP djelovanja. 20, 58 Nadalje, zabilježene su veće razine IAP-a (BIRC1-5) u staničnim linijama karcinoma prostate, kao i u uzorcima raka prostate bez ikakve kliničke korelacije. 59, 60 Međutim, neke nedavne studije identificirale su XIAP ekspresiju kao neovisan povoljan prognostički marker za duže preživljavanje bez relapsa u bolesnika s karcinomom prostate (Tablica 2). Nedavno su prepoznati IAP kao ključni regulatori migracije tumorskih stanica i metastaza. 61 U ovom ćemo se pregledu uglavnom usredotočiti dalje na staničnu migraciju posredovanu IAP-om u fiziološkom i patofiziološkom kontekstu.

Tablica pune veličine

Migracija stanica

Migracije su složeni i ovisni o staničnoj osnovi temeljni proces koji je podložan ključnim biološkim fenomenima poput stvaranja i održavanja tkiva, regeneracije kao i patoloških stanja poput metastaza raka. Iako postoje različiti faktori koji utječu na oblik stanica i migraciju poput adhezije na stanicu i stanični matriks, periceralnu proteolizu, polaritet, kao i izvanstanični matriks (ECM), osnovna stanična karakteristika koja pokreće ovaj proces je citoskelet aktina. Seminarski rad Lauffenburgera i Horwitza 62 u 1996. predložio je proces u pet koraka za staničnu migraciju. Proces migracije ćelije započinje izbočenjem koje formira stanica na vodećem rubu kao odgovor na odgovarajući migracijski poticaj. To dovodi do stvaranja kompleksa žarišne adhezije (FA) koji pomažu pričvršćivanje stanice na ECM. U slučaju izlučivanja proteaza dolazi do razgradnje matriksa na vodećem rubu stanice. Nakon toga slijedi kontraktilnost aktomiozina i konačno odvajanje stražnjeg dijela stanice. 62 Iako je većina studija o migraciji stanica provedena u 2D matricama i supstratima, nedavna istraživanja s 3D matricama otkrila su da stanice iskorištavaju mnogo veći raspon protruzivnih struktura kako bi se migrirale kroz ove matrice poput filopodije i lobopodija. 63 Ovo objašnjava neke od sukobljenih rezultata dobivenih ovisno o modelu sustava odabranom za proučavanje migracije ćelija. Stoga treba paziti na tumačenje rezultata različitih sustava modela.

Zbog integralne uloge citoskeleta aktina u migraciji stanica, Rho GTPaze, za koje se zna da reguliraju mnoge aspekte unutarćelijske dinamike aktina, uvelike su uključene u ovaj proces. Rho GTPaze su obitelj od 20 proteina među kojima su najbolje proučavani Rac1, RhoA i Cdc42. Seminske studije su pokazale da svaki od tih proteina ima ulogu u preuređivanju aktinog citoskeleta; Rac1 je bio povezan s stvaranjem lamellipodije, Cdc42 na filopodiju, a RhoA na stvaranje vlakana stresa generiranjem kontraktilnosti aktomijozina. 64

Stanice mogu migrirati kao pojedinačne stanice ili kao skupina u grozdovima, listovima; to je dovelo do klasifikacije stanične migracije u jednostaničnu i kolektivnu staničnu migraciju. Jednostanična migracija se dalje može podijeliti na mezenhimske i ameboidne oblike migracije. Mezenhimsku migraciju karakterizira izdužena morfologija, visoka privrženost stanica ECM-u putem FA kompleksa, kao i izlučivanje proteaza da bi se ECM razgradio. Kretanje amoeboida uglavnom je neovisno o kontaktu stanica i matriksa i proteolitičkoj razgradnji, a stanice pokazuju zaobljenu morfologiju. Rac1 i Cdc42 imaju važnu ulogu na vodećem rubu stanice u mezenhimskom obliku migracije. Rac1 pomaže u pokretanju stvaranja lamelipodija, a Cdc42 održava usmjerenost stanice. 65, 66 RhoA se obično otkriva na prednjem rubu tih stanica, što olakšava povlačenje repa. RhoA ima istaknutiju ulogu u pokretu ameboida preko kontraktilnosti aktomiozina aktivacijom miozina. 67, 68 Cdc42 je također uključen u migraciju amoeboida i invaziju u stanicama melanoma. 69

Iako stanice preferirano upotrebljavaju jedan od gore opisanih tipova migracije, one se imaju sposobnost prilagođavanja promjenama u svom mikrookolju i prelazak s jednog načina migracije na drugi. Dakle, plastičnost migracije stanica ima obilnu fiziološku i patofiziološku važnost. Rho GTPaze imaju sastavnu ulogu u ovom prekidaču, čija aktivnost često odgovara preferiranom načinu migracije određenog tipa ćelije. Na primjer, RhoA aktivacija povezana je s ameboidnim oblikom migracije, a Rac1 s mezenhimskim načinom migracije, iako je aktomiozin kontraktilnost posredovana RhoA također bitna komponenta mezenhimalne migracije koja pridonosi povlačenju repa. Nedavne studije su također uključile i druge Rho GTPaze u ove procese; Na primjer, RhoE je smanjen u hepatocelularnom karcinomu i to je povezano s lošom prognozom zbog gubitka E-kadherina na spojnicama, što dovodi do progresije tumora i metastaza. 70, 71

Uloga signala posredovanog IAP-om u migraciji ćelija

IAP u fiziološkim oblicima migracije

Prvi dokaz o ulozi IAP-a u staničnoj migraciji pokazali su Geisbrecht i Montell 2004. godine tijekom svojih studija s migracijom graničnih stanica u jajnicima Drosophila , što je važan fenomen za oogenezu tijekom embrionalnog razvoja. Proces migracije graničnih stanica pokazuje kako stanice epitela stječu migracijska svojstva. Izvijestili su da ekspresija dominantno-negativnog Racl (Rac1-N17) u graničnim stanicama inhibira migraciju graničnih stanica, te stoga leti leti neplodno. Nadalje, na zaslonu genetike prema naprijed otkrili su da kada je prekomjerno izražen, DIAP1 ili Drosophila IAP1 mogu suzbiti defekt granične stanice migracije Rac-N17. Taj je učinak posredovao BIR domenama DIAP1 i bio je neovisan o anti-apoptotičkoj aktivnosti kao i RING domeni. 72 Nadalje, nađeno je da DIAP1 djeluje u interakciji s profilinom, aktinom koji veže aktin i vezom za Racl. Ovo sugerira promigracijsku ulogu DIAP1 u polimerizaciji aktina preko profilina kako bi se posredovala granična migracija granične stanice u jajnicima Drosophila . U tim smo crtama otkrili da XIAP i cIAP1 mogu funkcionirati kao izravna e3 ubikvitin ligaza Rac1. 73 Gubitak ove dvije IAP stabilizira Racl i potiče izduženi-mezenhimalni način migracije u mnogim primarnim i tumorskim staničnim linijama (prikazano u nastavku). Ovo je opažanje u suprotnosti s rezultatima pronađenim s DIAP1, ali da li se IAP-ovi sisavaca mogu vezati na profilin i fiziološku važnost ove interakcije još treba ispitati.

U suradnji s skupinom Reinharda Köstera, pokazali smo ulogu DrXIAP-a u migraciji neurona cerebralne granule (CGN) tijekom cerebelarnog razvoja u Danio rerio . Koristili smo transgeni soj zebra za stvaranje generacije transgena u stanicama gornje rombične usne. Pojačana ekspresija DrXIAP-a u CGN-ima dovodi do gubitka stanične polarnosti, a stanice se često nalaze u četvrtim klasterima koji stvaraju klijetke. Ovi efekti su ovisni o Racl jer povećavanje ekspresije divljeg tipa Racl s DrXIAP može spasiti fenotip. 73 Prema tome, DrXIAP pokazuje antimigratorni učinak na migraciju ćelija prethodnika tijekom razvoja mozga zebrafish reguliranjem Rac1. Također smo primijetili da je pad XIAP-a u besmrtnim cerebralnim zrnastim stanicama dobivenim od miševa pokazao povećane razine Racl, sugerirajući evolucijski sačuvanu ulogu IAP-a u kontroli Rac1 homeostaze.

Pokazalo se i da su IAP-i modulirali migraciju endotelnih stanica. Kim i sur. 74, 75 pronašli su ulogu XIAP-a u reguliranju preživljavanja i migracije endotelnih stanica. Otkrili su da se caveolin1 može vezati za XIAP preko njegove BIR3 domene i na taj način regrutuje XIAP na α 5-integrin kompleks. XIAP je također regrutirao FAK u ovaj kompleks i nađeno je da je on od presudne važnosti za fosforilaciju Y567 uzrokovanu smicanjem stresa, aktivaciju FAK-a FAK i ERK1 / 2. 76 Također su pokazali da se XIAP može izravno vezati za FAK putem FRNK domene FAK-a i promicati migraciju endotelnih stanica inhibiranjem FRNK-posredovane stanične adhezije. Kako su Rac1, FAK i integrini vitalni za dinamiku svih oblika stanične adhezije i migracije, primamljivo je istražiti ulogu IAP-a u drugim fiziološkim oblicima migracije stanica, uključujući zacjeljivanje rana i imunološku reakciju stanica. Pokazalo se da IAP pokazuju pro-i anti-migracijske funkcije u tumorskim stanicama, koje su spomenute u nastavku.

Pro-migratorni učinci IAP-a u tumorskim stanicama

Nedavna studija Lopeza i sur. 11 sugerira da CARD domena cIAP1 sprječava njegovu auto-ubikvitinaciju intramolekularnom inhibicijom RING dimerizacije, a samim tim i aktivnostima E3 ubikvitin ligaze. Nadalje su pokazali da regulacija RING-a posredovana CARD-om utječe na staničnu proliferaciju i migraciju. cIAP1 surađuje s Myc-om za pokretanje proliferacije stanica ubikvitacijom i degradacijom myc antagonista, Mad1. Pomoću studija rekonstitucije u cIAP1 / 2 DKO MEF-ovima, mogli su primijetiti više RING aktivnosti u mutantu za uklanjanje CARD-a cIAP1 u usporedbi s WT cIAP1. Koristeći istu strategiju i s testovima ogrebotina, primijetili su pojačanu migraciju u mutiranim rekonstituiranim cIAP1 stanicama u usporedbi s WT cIAP1 stanicama. Ovo sugerira ulogu CARD domene u reguliranju migracije ćelija posredovanih cIAP1. Nadalje, pokazali su gubitak sposobnosti zacjeljivanja rana u MCF-7 stanicama nakon pada cIAP1, sugerirajući promigracijsku ulogu cIAP1 u tim stanicama. Iako je ovo istraživanje pronašlo ulogu za CARD domene u regulaciji RING aktivnosti i migraciji, postoje i druge studije koje koriste IAC-posredovanu degradaciju cIAP1 koja sugeriraju drugačiji mehanizam regulacije stabilnosti cIAP1. Izvještaj Blankenship i sur. 8 pomoću cIAP1 WT i mutanta za brisanje CARD sugerira da je povezujuće područje između BIR3 i CARD domene cIAP1, a ne CARD domena po sebi važno za moduliranje njegove stabilnosti. Studije Fairbrother i sur. 24 sugeriraju ulogu interakcije BIR3-RING u modulaciji aktivnosti RIA E3 ligaze cIAP1. 78

Druga studija Liu i sur. 79 pokušaja definiranja uloge XIAP-RING domene u migraciji ćelija raka. Pokazano je da osiromašenje XIAP-a u stanicama karcinoma debelog crijeva HCT116 dovodi do smanjene migracije u ispitivanjima ogrebotina, a migracija ćelija karcinoma posredovana XIAP-om ovisi o RING domeni. Ista skupina je također odredila ulogu za XIAP-RhoGDI interakciju preko RING domene XIAP, da posreduje staničnu pokretljivost reguliranjem citoskeleta aktina. Otkriveno je da XIAP negativno regulira RhoGDI-sumoilaciju na Lys-138 da promiče pokretljivost ćelija raka. 80, 81

Antimigratorni učinci IAP-a na tumorske stanice

Bilo je i studija koje su definirale antimigratorne učinke IAP-a u tumorskim scenarijima. Pokazali smo da cIAP1, cIAP2, XIAP i ML-IAP mogu promovirati proteasomalnu degradaciju C-RAF, središnje kinaze klasičnog MAPK putanja koja igra važnu ulogu u tumorigenezi nizvodno od Ras. 82, 83 Srušavanje IAP-a primjenom siRNA dovodi do pojačane lamelipodije i stvaranja filopodija u stanicama HeLa, kao i do povećane migracije stanica ovisnih o C-RAF. Onkogene mutacije Ras pojavljuju se u ∼ 30% svih karcinoma kod ljudi, a C-RAF je ključan za Ras signalizaciju. Aktivacija staza C-RAF / MAPK može pospješiti preživljavanje stanica reguliranjem ekspresije / aktivnosti članova BCL-2. 84 C-RAF također može izravno obuzdati apoptozu vezanjem i inhibiranjem kinaze uzrokovane stresom ASK-1. 85 Nadalje, C-RAF može potaknuti EMT, invaziju tkiva i metastaze proizvodnjom TGF β i inhibicijom Rho efektora, ROCK2. 86, 87, 88

Daljnji rad u ovim linijama pokazao je da obustava IAP-a upotrebom IAC-a dovodi do izdužene morfologije u različitim primarnim i tumorskim stanicama, kao i do pojačane migracije tumorskih stanica ovisne o Racl i MAPK. Iac-posredovano propadanje IAP-a može dovesti do stabilizacije i aktivacije Rac1, što dovodi do pojačane migracije tumora u mesenhimalnom tipu 73, 89 (Slika 3). Ovaj migracijski fenotip mogao bi se rekapitulirati upotrebom ranih prolaza cIAP1 - / - kao i XIAP - / - MEF. Izbacivanje MEF-a pokazalo je izduženu morfologiju i učinkovitije migriralo u usporedbi s WT MEF-om koji se podudaraju sa naprezanjem na način ovisan o Rac1 (Slika 3). Većina razlika koje su uočene s obzirom na pro-i antimigratorne učinke IAP-a mogla bi se pripisati razlici korištenih staničnih tipova, jer bi mnogi molekuli koje reguliraju migraciju kontrolirane IAP-om mogle promicati ili inhibirati migraciju u kontekstu ovisnom način.

Image

IAP moduliraju staničnu morfologiju i migraciju. Prolazno iscrpljivanje IAP-a primjenom siRNA-a i IAC-a, kao i CIAP1 i XIAP-om iz MEF-a, pokazuje izduženu morfologiju sličnu mezenhimu i mezenhimalni način migracije (* označava aktiviranje)

Slika pune veličine

Uloga signala IAP-efektora u migraciji stanica

Fenotip koji smo primijetili u našim istraživanjima pri rušenju IAP-a primjenom siRNA-a i IAC-a podsjeća na epitelno-mezenhimski prijelaz (EMT) u stanicama. 73 EMT je važan stanični program koji se pojavljuje kako tijekom embrionalnog razvoja tako i tijekom patogeneze. Primarni tumori epitela mogu prouzrokovati diseminaciju pojedinih stanica karcinoma podvrgavanjem EMT i tako dovesti do migracije tumora i metastaza. 90 U skladu s tim, ranije je pokazano da je za koordinaciju stanica i migraciju stanica potrebna koordinirana aktivacija Rac1 i puta RAF / MAPK, ključnih komponenti EMT-a nakon aktiviranja Ras-a u staničnoj liniji NBT II karcinoma mokraćnog mjehura štakora. 91 To je u skladu s našim opažanjima da koordinirana aktivacija i C-RAF i Rac1 puteva dovodi do migracije stanica nakon iscrpljivanja IAP-a.

Osim ovih izvještaja, bilo je različitih slučajeva koji su pokazali da ti putevi potencijalno djeluju. Nedavno izvješće opisuje da ERK2, nizvodna kinaza puta Ras-Raf-MEK-ERK, može izravno fosforitirati komponente WAVE2 kompleksa, WAVE2 i Abi1, neophodne za interakciju WAVE kompleksa s Arp2 / 3 i aktina kako bi posredovao polimerizacijom aktina i lamellipodiju formacija. 92 Rac1 je izravni aktivator WAVE kompleksa i sada je pokazano da MAPK aktivacija može pojačati njegov učinak. Suprotno tome, pokazalo se da Rac1 potencira stvaranje ovisnog o ras-kožnom tumoru hiperaktivacijom MEK-ERK1 / 2 signalizacije pomoću Rac1 efektora, Pak1. 93 Nadalje, RacGEF Tiam1 implicira tumorsku invazivnost i metastaze. 94, 95, 96, 97 Aktivacija Rac1 može pospješiti EMT i mezenhmalno-epitelijski prijelaz (MET) reguliranjem sklapanja i demontaže pridržanih spojnica i na taj način ima mogućnost bilo sprečavanja ili olakšavanja metastaza tumora i sekundarnog stvaranja tumora. 98, 99, 100 Rac1 aktivnost je od vitalne važnosti za demontažu FA inducirane mikrotubulama za pokretanje migracije ćelija. 101 Nadalje, kao što je prethodno navedeno, plastičnost tumorskih stanica glavni je doprinos metastaziranju. Aktivacija Rac1 pokreće mezenhimni način migracije, što ograničava kolonizaciju pluća kod miševa. 102 Nadalje, obustava IAP-a također može dovesti do inaktivacije RhoA. 73 Uz to, neobjavljena zapažanja iz našeg laboratorija otkrivaju izravnu interakciju između IAP-a i RhoA neovisno o statusu aktivacije RhoA. Stoga je potrebno pažljivo ispitivanje koordiniranog Rac1-RhoA signalnog puta da bi se predvidio konačni fenotip migracije u stanicama srušenim u IAP-u (Slika 4).

Image

IAP-posredovani signalni putovi uključeni u EMT / MET, migraciju stanica, invaziju i metastaze. Prikazan je prikaz različitih staničnih signalnih putova koji su modulirani pomoću IAP-a. IAP-ovi reguliraju transdukciju signala putem MAPK, RhoGTPase, NF- κ B i nekoliko drugih puteva za moduliranje stanične migracije na endogenim razinama, kao i u uvjetima progresije tumora. Raspored između ovih različitih putova može utjecati na migracijsku sposobnost stanica na način koji ovisi o kontekstu / stanici i tipu (* označava aktivaciju)

Slika pune veličine

Osim C-RAF, Rac1 i RhoA, IAP mogu posredovati i kanonske i nekanonske NF- κ B puteve sveprisutnim RIP i NIK kinazama, na interfejsu stanične smrti / preživljavanja, upale i urođenog imunološkog odgovora. pregledani. 23, 24 put NF- κB može se aktivirati zahvaljujući TNF-u koji izlučuju aktivirani makrofagi, fibroblasti, Kupffer-ove stanice i razne tumorske stanice uključujući karcinom dojke, karcinom debelog crijeva i B-stanični limfom. Indukcija signalnih putova NF- κ B i Akt pomoću sekrecije TNF α inhibira fosforilaciju puževa i β- katenina posredovanu GSK-3 β , inducirajući njihovu stabilizaciju i nuklearnu lokalizaciju. 103, 104 Puž može komunicirati s β- kateninom i uspostaviti pozitivnu povratnu vezu za transkripciju ovisnu o Wnt-u. 105 Uzeto zajedno, svi gore navedeni signalni događaji doprinose angiogenoj aktivnosti, ubrzanoj EMT i invaziji i metastazama tumorskih stanica. Aktivacija NF- κ B također može izravno promicati preživljavanje tumora i metastaze. 106, 107, 108, 109 Nedavno istraživanje pokazalo je ulogu za IAP-posredovanu regulaciju nekanonske NF- κ B signalizacije u moduliranju migracije i invazije u stanicama glioblastoma u pretkliničkom modelu tumora. 110 Kako IAP mogu izravno regulirati put NF- κ B, oni mogu ili promovirati ili inhibirati invaziju tumora i metastaze na način ovisan o kontekstu. Bilo je i izvještaja Baumanna i sur. 111 navodeći da C-RAF može sinergirati s drugom kinazom, MEKK1 za aktiviranje NF- κ B putanje, što doprinosi zamršenosti ovih signalnih kompleksa (Slika 4).

Zaključak i buduće perspektive

Studije stanične migracije sugeriraju kontekst ovisnu ulogu IAP-a u migraciji tumorskih stanica. Završni test na letalnost povezanu s tumorom je njegov metastatski potencijal ili sposobnost migriranja s mjesta primarnog tumora. Gotovo 90% smrtnosti tumora može se pripisati metastazama. Stoga je od vitalne važnosti utvrditi izravnu ulogu IAP-a u metastazama tumora. Hwang i sur. 112 ispitao je ulogu XIAP u razvoju raka prostate korištenjem TRAMP (transgeni adenokarcinoma mišje prostate). Provjerili su na rast tumora i metastatski potencijal kod divljih tipova i XIAP-nedostatnih, imunokompetentnih TRAMP miševa i otkrili da nedostatak XIAP dovodi do agresivnog oblika bolesti bez ikakvog kompenzacijskog povećanja razine cIAP1 ili cIAP2. 112 Stoga se može pretpostaviti da iako su u karcinomu prostate povišene razine XIAP-a, on možda nije odgovoran za karcinogenezu i metastaze. U skladu s tim, provedeno je još jedno istraživanje Mehrotra i sur. 113 istražiti kombinirani utjecaj XIAP-a i Survivina primjenom mišjeg modela metastaza kao i in vitro testa invazije matrigela. Oni su ubrizgali tumorske stanice iz dvije stanične linije adenokarcinoma, HCT116 (kolorektalna) i MCF-7 (dojka) izravno u slezinu kako bi provjerili je li metastaza u jetri kod imunokompromitiranih SCID miševa. Korištenje staničnih linija, ili stabilno prekomjerno eksprimirajući Survivin ili stabilno propadanje XIAP-a ili oboje, mogu pokazati veći metastatski potencijal ubrizganih tumorskih stanica koreliranih s višim razinama ekspresije IAP-a. 113 Oba su navedena istraživanja provedena na mišjim modelima s različitom pozadinom (imunokompetentni prema imunokompromitirani) koristeći adenokarcinomi različitog podrijetla kao osnovu za svoju studiju i pokazali su kontrastne rezultate na metastazi tumora posredovanih XIAP-om. To zahtijeva dodatno objašnjenje putova reguliranih od strane IAP-a u različitim patofiziološkim uvjetima.

Further, tumor microenvironment is a complex concoction of interacting factors and trying to mimic a human tumor in vitro or using in vivo mouse models including genetically engineered and humanized models might not be a true representation of the scenario. Though mouse models have contributed greatly to our current knowledge base and treatment strategies, recapitulating the stochastic nature of human tumorigenesis in a model organism is not completely possible. 114 There are numerous examples of preclinically successful drugs failing to deliver clinically leading to loss of enormous amount of time, efforts and money. Therefore, it is vital that we exercise caution while extrapolating results from various tumor models.

IAPs are a part of complex signaling network, regulating components responsible for a diverse array of migration phenotypes. Deciphering the individual contribution of these components for a particular context (cell type/tumor type/stage) could determine the final fate of the cell. Therefore, it is also imperative that we recognize the underlying nature of the pathology for appropriate use of IAP-mediated cancer therapeutics. To improve the treatment efficacy of IAP antagonists, various combinatorial strategies for them including chemotherapy and radiotherapy have been tested pre-clinically. 24 For instance, beneficial synergistic effects were observed when IAP antagonists are used in combination with death receptor agonists like TRAIL. 115 Apart from this, recent study depicted combinatorial effect of Pak1, a downstream Rac effector, inhibition on IAP antagonist treatment in NSCLC cell lines, rendering these cells hypersensitive to apoptotic cell death. 116 Development of combination therapy is being supported as it promotes better patient survival as shown recently in a metastatic breast cancer Phase III clinical trial. 117 Combination therapy might promote synergistic effects leading to low drug dosage, as well as suppresses resistance to therapy if multiple cell survival pathways are targeted at once though there are chances of higher toxicity. 118 Fortunately, clinical trials with IAP antagonists did not show any dose-limiting toxicity till date. 24

In summary, a move towards IAP antagonist-based therapy should be pursued with caution as we still need better understanding of the complex signaling interplay in context of particular tumor types by using improved and multiple model systems. Further, as there might be a chance of enhanced cell migration and motility upon IAP inhibition in surviving tumor cells, enhancing the apoptotic potential and hampering the migratory potential of IAP antagonists by using cell death inducers and Pak1 antagonists, respectively, in combination promises to be a viable anticancer therapy.

Glosar

IAP

inhibitor apoptoze

BIR

baculovirus IAP repeat

RING

really interesting new gene

UBA

ubiquitin-associated domain

UBC

ubiquitin conjugation domain

LRR

ponavlja se bogat leucinom

KARTICA

caspase regrutacija domena

PCD

programmed cell death

NLR

NOD-receptor

IBM

IAP-binding motif

IAC

IAP antagonist compound

MALT

mucosa-associated lymphoid tissue

SVI

acute myeloid leukemia

NSCLC

non-small cell lung carcinoma

RCC

renal cell carcinoma

TRAMP

transgenic adenocarcinoma of mouse prostate

GEF

guanine nucleotide exchange factor

GAP

GTPase-activating protein

RhoGDI

rho GDP-dissociation inhibitor

ECM

izvanstanični matriks

FA

focal adhesion

CGN

cerebellar granule neurons

EMT

epithelial–mesenchymal transition

MET

mesenchmal–epithelial transition