Etiketter

torsdag 25 september 2014

SMAD- proteiiniperhe

Tämä Smad  proteiiniperhe on alettu tuntea ainakin 1997 ajoista alkaen.
Vaikuttaa siltä, että sen osuus on niin elementaarinen ihmisen sorvautumsiessa  kokoluokkaansa, että  siinä on jotain näkymättömyyttä, jota on vaikea aivan yhdellä lauseella selittää. Ehkä voisi kuvat sellaisen proteiinin signaalijärjestelmän merkitystä esim  näin: Koska on mm.  smad- signaalijärjestelmä olemassa, aikuisen ihmisen kehon kaikki osat ovat hänen suuruusluokkaansa siten, että ei esim tarvitse ostaa  kenkiä  jalkoihin  eri suuruusluokkaa,  esim oikeaan  numero 36 ja vasempaan numero 42- siis ihminen kaiken kaikkiaan ottaa kehoonsa jonkin  tietyn suuruusluokan, joka vallitsee  kautta kehon ja sopeuttaa elimet siihen suuruusluokkaan siten, että on mahdollista  valmistaa  vaatteitakin  tiettyjä kokoja. Asiahan on tietysti ITSESTÄÄN SELVÄ, ja siinä on sen näkymättömyys.  Tällaisen itsestään selvyyden signaaliteissä on SMAD järjestelmällä oma osuutensa.( Se kuuluu alueeseen; Central pathways)

http://www.nature.com/nature/journal/v425/n6958/images/nature02006-f4.2.jpg

Lähde josta olen suomentanut ajatuksia:

  •   Anders Sundqvist et al. Key signaling nodes in mammary gland development and cancer: Samd signal integration in epithelial cell plasticity. Breast Cancer Research 2012,14: 204 

(Tiivistelmästä)
Smad- proteiinit ovat  avainaseman omaavia  solunsisäisiä  molekyylejä, jotka välittävä   transformoivan kasvutekijän eli  TGF-beetan  signalointeja kudosten kehityksen ja erilaistumisen  aikana.  Jos tämä TGF-beeta signalointi häiriintyy, on havaittu ihmisellä syöpää ja  muita tauteja.

 Solutumassa  (nucleus)  smad-proteiinit triggeröivät esiin solusta ja asiayhteydestä riippuvaisia transkriptio-ohjelmia ja välittävät edelleen   ja integroivat siten TGF- beta superperheesta ja muista stimuluksista käsin  välittyviä   lukuisia  (biomolekyyli-)vaikutteita solujen mikromiljöösssä.  Smad-aktivaation  kulloinenkin  transkriptionaalinen ja biologinen lopputulos riippuu kriittisesti solun genomin  ja kromatiinin integroituneisuudesta ja  modifioitumistilasta.

 Solulimassa  olevat (sytoplasmiset) ja tuman puolella olevat  (nukleaariset) smad-proteiinit voivat  myös moduloida toisia signaalinvälittäjiä ja entsyymejä kuten esim.  mikroRNA.ta prosessoivia tekijöitä. Esim. rintasyövässä smad-proteiineilla on erityisen tärkeää merkitystä epiteliaalisessa plastisuudessa, tuumorin strooman interaktioissa, invaasiossa ja metastaaseissa.

 (Kommentti: Tästä johtuen  minkäänlaista tekstiä onkologiasta ei  kannata jatkaa tässä blogissa ennenkuin on hieman ottanut selvää näistä  SMAD- proteineista. Onhan MMP  myös muokkaamassa ja sorvaamassa kehoa  ja erityisesti extrasellulaarista matrixia joka jokaisella solulla on.  Smad-proteiinit voivat myös säätää  niitten  aktivoitumista jollain tavalla. Siksi kirjoitan niistä MMP- blogiin.  Tällaiset kehon sorvaaja- ja muokkaus (remodeling) molekyylit ovat tärkeitä, että ihmiset ovat normaaleja, terveitä, kehon solut uudistuvat   kullekin kudokselle tyypillistä vauhtia "normaalisti" jne, mutta  nämä sorvaajat  tai sorvaajiin vaikuttajat voivat koitua myös paikallisesti ja laajemmin keholle tuhoksikin.  Niitä on vähä vähältä kartoittettava, varsinkin niiden keskeisiä suhteitä. Se on ISO palapeli, jota kautta  maailman tehdään kuumeisella kiireellä).

(Johdannosta)

  • Mitä tuo sana Smad tarkoittaa,  mistä se on lyhennys?
Nämä proteiinit ovat selkärankaishomologeja  banaanikärpäsen ( Drosophila) proteiinille MAD ( Mothers Against Decapentaplegic) ja  Caenorhabditis elegans  eliön proteiinista SMA( small), jotka ovat  geneettisissä seulonnoissa identtisiä.  Smad on kombinaatio näistä kahdesta lyhennyksestä.

  • Smad-proteiinit ovat avainasemassa olevia välittäjiä TGF-beeta signaloinnissa

TGF- beeta signalointi on taas evolutionaalisesti ottaen hyvin konservoitunut prosessi, jossa TGF- beeta -perheen sytokiinit indusoivat ( saavat aikaan) heteromeerisiä komplekseja:   tyypin I ja tyypin II seriinitreoniinikinaasi TGF-beeta reseptoreita solujen pintaan, jolloin konstitutiivisesti aktiivi reseptorityyppi  II (RII)  pystyy fosforyloimaan I-tyypin- reseptorin (RI).  Sen jälkeen I-tyypin reseptori aktivoi  reseptorivälitteiset Smad- proteiinit, (R- smad nimeltään).Sitten R- smad- proteiinit (Smad2, Smad3)  muodostavat heterodimeerisiä komplekseja "yleisen partnerinsa", common-partner Smad, Co-Smad,  kanssa. Tämä on myös  Smad4 nimeltään ja  sitten muodostunutta  kompleksia kertyy tumaan ja voi  aiheuttaa siellä solupsesifisen geeniexpressiokirjon tekemällä vuorovaikutuksia erilaisten spesifisten transkriptiotekijöitten  alaryhmien ( subsets)  kanssa;  läsnä  voi olla myös  co-aktivaattoreita tai  co- vaimentajia . Tällaiset  Smad- proteiinien kanssa vuorovaikutukseen käyvät proteiinit  ( - joita muuten kaikenkaikkiaan  on yli 100) sekä määräävät  asiayhteyden DNA-transkription solytyyppistä spesifisyyttä  että  voivat muuntaa transkription intensiteettiä ja kestoaikaa.

  • Minkälainen molekyylisesti  on Smad-proteiinien perhe?
Smad-perheessä on ainakin  kahdeksan jäsentä.
R-Smad- proteiinit:
 Kaksi niistä ovat edellämainitut TGF-beeta R- Smad proteiineja. Niiden nimet ovat Smad2 ja Smad3
Sitten on kolme R-  Smad-proteiinia jotka ovat BMP  (Resepotorivälitteinen) R-Smad- proteiineja. BMB on luun morfogeneettinen proteiini. Niitten nimet  ovat Smad1. Smad5 ja Smad8.

Co-Smad- proteiini
kuten edellä  kerrottiin, on Smad4 nimeltään. "Common  partner Smad"
I-Smad proteiinit
 Näitä  inhibitorisia Smad proteiineja ovat Smad6 ja Smad7.
 Inhibitoriset Smad-proteiinit  ovat erillinen alaluokka Smad-proteiinien joukossa ja ne vastavaikuttavat  TGFbetaR-reseptorien kautta välittyviin vaikutuksiin, R-Smad ja  Co-Smad-vaikutuksiin  Inhibitoriset  Smad-proteiinit ovat osana feed-back lenkissä, takaisinsyöttöreitissä. Niitä indusoituu TGF-beetasignaloinnissa ja ne toimivat kilpailemalla  R-Smad-proteiinien kanssa reseptoriin sitoutumisesta ja sitten estävät R- Smad-proteiinien  fosforyloitumista.
TGF-beeta/Smad  tietä kontrolloi lisäksi monitasoinen säätelyjärjestelmä , kuten fosfataaseilla ja ubikitiiniligaaseilla tapahtuva signaalien  lopettaminen (terminaatio).

Lisäksi TGF-beeta( joka on laaja superperhe multifunktionaalisia sytokiinejä)  voi indusoida sellaistakin signalointia ja geeniexpressiota, joka on Smad-proteiineista riippumatonta. Esim.   aktivoimalla MAP-kinaaseja (MAPK) , PI3K-Akt/PKB ja pienten GTPaasien signalointitiet.
TGF-beeta superperheessä on useita alaperheitä kuten
varsinaiset  TGF-beetat 
BMP:t ( luun morfogeneettiset proteiini-4:t)
kasvu ja erilaistumistekijät8 growth and differentioation factors GFD:t)
aktiviinit
inhibiinit
MIS, muellerian inhibitibg substance
Nämä SYTOKIINIT säätelevät monia soluprosesseja kuten proliferaatiota (solujen  lisääntymistä ja kasvua) , erilaistumista, matrixin tuottoa ja apoptoosia ( ohjelmoitua solukuolemaa). Vaste vaihtelee solutyypistä riippuen. TGF-beetat  toimivat  sitoutumalla tyypin 1 ja tyypin 2 reseptoreihin ( R1) (R2). Sitoutuminen R2- reseptoriin aiheuttaa R1-reseptorin rekrytoitumisen kompleksiksi ja  fosforyloitumsen ( aktivoitumisen). Sitten aktiivi  RI välittää  signaalin sytoplasmassa sijaitsevaan  signaalimolekyylien  settiin ja tämä setti on sitä sofistista   SMAD-järjestelmää, joka  kantaa  signaalin tumaan  ja DNA:lle asti.
 Normaalina toimiessaan TGF-beta/SMAD  myös terminoituu järjestelmän sisäisesti  ja  "romuttuu", siis molekyylit silppuroituvat ja  aminohappo-osat käytetään sitten uudelleen johonkin muuhun  synteesiin.  Esim rintasyövässä TGF beta /SMAD  signaloinnin i akseli on murtunut. TGFbeta kyllä signaloi  sekä SMAD välitteisesti että non- SMAD välitteisesti ja  SMAD järjestelmä  "jää päälle" ja säästyy  rintasyövässä ja toimii syövän eduksi, samalla  hienosäätö ja  tasapaino  eri säätelyjärjestelmien kesken  on häiriintynyt, kudos tasapaino järkkyy.

  •  Syövän  eteneminen
On havaittu, että TGF-beeta/Smad signaloinnilla on bifaasinen (kaksivaiheinen) osuus syövän progredioitumisessa. Syövän varhaisvaiheessa TGF-beeta estää epiteelisolujen kasvua ja indusoi niissä apoptoosia ( programmoitua solukuolemaa) ja toimii täten  tuumoria suppressoivana .
 Tuumoreissa on yleisesti havaittavissa olevana ilmiönä, että  tapahtuu  TGF-beeta/Smad- indusoiman   kasvuneston  ja apoptoosin välttö, evaasio. ( Tällaista johtuu esim  tämän signaalitien  ydintekijöitten inaktivaatiomutaatioista tai deleetioista,  esim spesifisissä   reseptoreissa  tai SMAD-proteiineissa tai sitten  voi olla defektejä säätelyn alavirran kohdemolekyyleissä, jotka välittävät tuumorin vaimentumista)
Siis: Rintasyöpä  usein välttää ( evaasio)   TGF-beetan sytostaattisen vaikutuksen, ja  säilyttää    Smad-funktiot.
  Todellakin  rintasyövän myöhäisessä vaiheessa TGF-beeta/Smad-signaloinnin havaitaan edistävän tuumorin progredioitumista, etenemistä.
 Yhdessä muiden  rintasyövässä aktivoituvien signaaliteiden kanssa TGF-beeta/Smad stimuloi epiteelisolujen dedifferentiaatiota ( epiteliaalisen   erikoistumisen katoamista (- mikä on tyypillistä pahanlaatuiselle solumuutokselle) ja  solujen muuttumista   kohti malignia invasiivista ja metastaattista fibroblastisolua.

Tässä lähteessä mainitussa artikkelissa  tiedemiehet keskustelevat SMAD-proteiinien roolista  signaalien integroijina  rinnan epiteliaasessa plastisuudessa ja rintasyövän progressiossa ja tekevät katsausta  viime vuosien  tutkimuksista , jotka koskevat molekulaarista mekanismia, muitten  signaaliteitten välistä vuorovaikutusta, nykyistä Smad-proteiinitutkimusta  ja  tuumorin invaasiosssa ja metastaasissa  myötävaikuttavia  tekijöitä.

  • SMAD signaloinnin molekulaarisesta mekanismista
  • (1) Smad domains and function
Smad molekyyleillä ( noin 400 -500 aminohappoa sisältävillä)  on  aminoterminaali (N) ja karboksyterminaali (C) . Molemmat päädyt ovat globulaariset ja välissä on linker alue.  N-terminalia sanotaan MH1 ja  C-terminaalia MH2  alueeksi.
R-Smad ja Co- Smad- proteiineilla on samankaltaiset hyvin konservoituneet  domaanit MH1 ja MH2  vastaavissa päädyissään. MH1 suorittaa interaktiota DNA:n kanssa ja MH2  tunnistaa  transkriptionaalisia koaktivaattoreita tai korepressoreita.
Inhibitorisilla I-Smad proteiineilla on vain MH2 domaani konservoituNe blokeeraavat R ja Co-Smadit.

R-Smad ja  Smad4 sitovat DNA:ta  beeta-hiuspinni-struktuurillaan MH1- domaanin kohdalta. Molemmat domaanit MH1 ja MH2 välittävät Smad vuorovaikutuksia muihin transkriptiotekijöihin, co-aktivoijiin ja co-vaimentajiin sekä kromatiinin muokkaajiin.
Smad-proteiinien kyky vuorovaikuttaa toisiin DNA:ta sitoviin tekijöihin  kiihdyttää suuresti geenisäätöä.
MH2 domaani R- Smadissa , varsinkin L3-lenkki,  vastaa myös siitä interaktiosta mikä R- Smad proteiinien ja i-tyypin smadien   kesken on  ennen fosforylaatiota, koska MH1 ja MH2 välisessä linkkidomaanissa ( joka ei ole konservoitunut R-Smad ja Smad4 kesken)  on monille erilaisille kinaaseille  fosforylaatiokohtia, samoin linkissä on  PY-motiivi ( proliinityrosiini), joka  voi sitoa sitoo ubiqitiiniligaaseja ""Lisäys 15.3. 2018  (Esim TRIM33: TRIM33 voi monoubikitinyloida  Smad4:n , jolloin estyy  SMAD2/3 ja Smad 4:n välisen  kompleksin muodostuminen. Jos TRIM33  liittyy  Smad2/3:een-  ne tumaan siirtyneenä  voivat toimia kromatiininlukijana  ja  SMAD4/Smad2/3 kompleksi tumaan siirtyneenä voi aloittaa transkription.-erään kuvan mukaan. TRIM33 vaikutus  Smad4:ään on transkriptiota  repressoiva, vaikka TRIM33 ei vähennä SMAD4 määrää). Katso linkki jonka lisään 15.3. 2018

https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0014579312002232-gr2.jpg

  1.  Secluded Smad sites
  2. References
 //


Esimerkiksi Smad3 proteiinin MH1- ja linkkidomaanissa on erilaisia fosforylaatiokohtia, joihin kohtiin voi vaikuttaa kinaasit ja muut modifioivat  entsyymit.

Artikkelissa seuraa seuravia otsikoita molekularisesta mekanismista:
(2) Fosforylaatiolla tapahtuva Smad- säätely. Regulation of Smads by phosphorylation.
(3) Ubikitinaatiolla tapahtuva Smad- säätely.  Control of Smads by ubiquitination
(4) Muita  Smad-modifikaatioita: Asetylaatio, sumoylaatio, metylaatio ja parylaatio.  Other Smads modifications: acetylation, sumoylation, methylation, and parylation
(5)  Proteiini-proteiinivälitteinen Smad- säätely. Control of Smad activity protein-protein interaction
(6) Smad-välitteiset toiminnot.  Smad-mediated functions
(7) Rintarauhasen kehitys, kantasolut ja syöpä.  Mammary development, stem cells, and cancer
(8)  Normaalin rintarauhasen epiteelisolut  Normal mammary epithelial cells 
(9) TGF-beeta/Smad- signaloinnista riippuvan  kasvun eston menettäminen ja siitä seuraava tuumorin progredioituminen.  Loss of TGF-beta /Smad-dependent growth inhibition and subsequent tumor progression
(10)  Muuntuma epiteliaalisesta mesenkymaaliseksi (EMT).   Epithelial to Mesenchymal transition (EMT)
(11) Vuorovaikutus  tuumorin ja ympäröivän kudoksen kesken ja invasoituminen.   Tumor-stroma interactions and invasion
(12)  Etäispesäkkeiden muodostuminen.  Metastasis
Conclusions and perspectives

 Suomennos jatkuu.
Päivitys 26.9. 2014
Läisäys TRIM33 /TGF/SMAD signalointitie  15.3. 2018 





Inga kommentarer:

Skicka en kommentar