Role molekulárních chaperonů a ko-chaperonů v biologii nádorů
Role molekulárních chaperonů a ko-chaperonů v biologii nádorů
Molekulární chaperony (heat-shock proteiny, Hsps) jsou proteiny, které udržují intracelulární homeostázu skládáním a stabilizací konformace jiných proteinů. Díky schopnosti chránit proteom před špatně složenými a agregovanými proteiny jsou chaperony nezbytné pro přežití buněk vystavených stresu. Kromě základní funkce v udržování buněčné homeostázy a ochraně před vnějšími stresovými faktory hrají některé molekulární chaperony důležitou roli i při transformaci nádorové buňky. Zvýšená hladina chaperonů byla detekována u mnoha solidních nádorů a hematopoetických malignit. Nárůst aktivity chaperonů v nádorových buňkách odráží jejich schopnost kompenzovat stresové podmínky způsobené hypoxií, zvýšenou proteosyntézou a přítomností mutantních a potenciálně nestabilních proteinů. Chaperony navíc umožňují nádorovým buňkám tolerovat genetické změny stabilizováním terciární struktury mutantních proteinů – typicky onkoproteinů –, které by jinak byly pro buňku letální. Z tohoto pohledu chaperony zprostředkovávají fenotypové vyjádření onkogeních mutací a přispívají k získání všech základních znaků nádorové buňky. Kvůli jejich nezbytné funkci v nádorech ovlivňující současně několik esenciálních onkogenních drah se chaperony staly atraktivním cílem nádorové terapie.
Klíčova slova:
molekulární chaperony – ko-chaperony – Hsp90 – nádorové onemocnění
Autoři:
M. Ďurech; B. Vojtesek; P. Müller
Působiště autorů:
Regional Centre for Applied Molecular Oncology, Masaryk Memorial Cancer Institute, Brno, Czech Republic
Vyšlo v časopise:
Klin Onkol 2012; 25(Supplementum 2): 45-49
Práce byla podpořena granty IGA MZ ČR NT/13794-4/2012, GAČR P206/12/G151 a Evropským fondem pro regionální rozvoj a státním rozpočtem České republiky (OP VaVpI –RECAMO, CZ.1.05/2.1.00/03.0101).
Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.
Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do bi omedicínských časopisů.
Obdrženo: 11. 10. 2012
Přijato: 24. 10. 2012
Souhrn
Molekulární chaperony (heat-shock proteiny, Hsps) jsou proteiny, které udržují intracelulární homeostázu skládáním a stabilizací konformace jiných proteinů. Díky schopnosti chránit proteom před špatně složenými a agregovanými proteiny jsou chaperony nezbytné pro přežití buněk vystavených stresu. Kromě základní funkce v udržování buněčné homeostázy a ochraně před vnějšími stresovými faktory hrají některé molekulární chaperony důležitou roli i při transformaci nádorové buňky. Zvýšená hladina chaperonů byla detekována u mnoha solidních nádorů a hematopoetických malignit. Nárůst aktivity chaperonů v nádorových buňkách odráží jejich schopnost kompenzovat stresové podmínky způsobené hypoxií, zvýšenou proteosyntézou a přítomností mutantních a potenciálně nestabilních proteinů. Chaperony navíc umožňují nádorovým buňkám tolerovat genetické změny stabilizováním terciární struktury mutantních proteinů – typicky onkoproteinů –, které by jinak byly pro buňku letální. Z tohoto pohledu chaperony zprostředkovávají fenotypové vyjádření onkogeních mutací a přispívají k získání všech základních znaků nádorové buňky. Kvůli jejich nezbytné funkci v nádorech ovlivňující současně několik esenciálních onkogenních drah se chaperony staly atraktivním cílem nádorové terapie.
Klíčova slova:
molekulární chaperony – ko-chaperony – Hsp90 – nádorové onemocnění
Zdroje
1. Taipale M, Jarosz DF, Lindquist S. HSP90 at the hub of protein homeostasis: emerging mechanistic insights. Nat Rev Mol Cell Biol 2010; 11(7): 515–528.
2. Smith DF, Whitesell L, Nair SC et al. Progesterone receptor structure and function altered by geldanamycin, an hsp90-binding agent. Mol Cell Biol 1995; 15(12): 6804–6812.
3. Prodromou C, Panaretou B, Chohan S et al. The ATPase cycle of Hsp90 drives a molecular ‚clamp‘ via transient dimerization of the N-terminal domains. EMBO J 2000; 19(16): 4383–4392.
4. Whitesell L, Lindquist SL. HSP90 and the chaperoning of cancer. Nat Rev Cancer 2005; 5(10): 761–772.
5. Lee P, Shabbir A, Cardozo C et al. Sti1 and Cdc37 can stabilize Hsp90 in chaperone complexes with a protein kinase. Mol Biol Cell 2004; 15(4): 1785–1792.
6. Roe SM, Ali MM, Meyer P et al. The Mechanism of Hsp90 regulation by the protein kinase-specific cochaperone p50(cdc37). Cell 2004; 116(1): 87–98.
7. Hanahan D, Weinberg RA. The hallmarks of cancer. Cell 2000; 100(1): 57–70.
8. Nathan DF, Vos MH, Lindquist S. In vivo functions of the Saccharomyces cerevisiae Hsp90 chaperone. Proc Natl Acad Sci U S A 1997; 94(24): 12949–12956.
9. Pratt WB. The hsp90-based chaperone system: involvement in signal transduction from a variety of hormone and growth factor receptors. Proc Soc Exp Biol Med 1998; 217(4): 420–434.
10. Ruckova E, Muller P, Vojtesek B. [Hsp90 – a target for anticancer therapy]. Klin Onkol 2011; 24(5): 329–337.
11. Falsone SF, Leptihn S, Osterauer A et al. Oncogenic mutations reduce the stability of SRC kinase. J Mol Biol 2004; 344(1): 281–291.
12. Xu Y, Singer MA, Lindquist S. Maturation of the tyrosine kinase c-src as a kinase and as a substrate depends on the molecular chaperone Hsp90. Proc Natl Acad Sci U S A 1999; 96(1): 109–114.
13. Brugge J, Yonemoto W, Darrow D. Interaction between the Rous sarcoma virus transforming protein and two cellular phosphoproteins: analysis of the turnover and distribution of this complex. Mol Cell Biol 1983; 3(1): 9–19.
14. Oppermann H, Levinson W, Bishop JM. A cellular protein that associates with the transforming protein of Rous sarcoma virus is also a heat-shock protein. Proc Natl Acad Sci U S A 1981; 78(2): 1067–1071.
15. Picard.ch [online]. Department of Cell Biology. University of Geneva, Switzerland; c2011 [updated 2012 August; cited 2012 October]. Available from: http://www.picard.ch/downloads/Hsp90interactors.pdf.
16. Kim YS, Alarcon SV, Lee S et al. Update on Hsp90 inhibitors in clinical trial. Curr Top Med Chem 2009; 9(15): 1479–1492.
17. Neckers L, Workman P. Hsp90 molecular chaperone inhibitors: are we there yet? Clin Cancer Res 2012; 18(1): 64–76.
18. Roe SM, Prodromou C, O‘Brien R et al. Structural basis for inhibition of the Hsp90 molecular chaperone by the antitumor antibiotics radicicol and geldanamycin. J Med Chem 1999; 42(2): 260–266.
19. Xu W, Marcu M, Yuan X et al. Chaperone-dependent E3 ubiquitin ligase CHIP mediates a degradative pathway for c-ErbB2/Neu. Proc Natl Acad Sci U S A 2002; 99(20): 12847–12852.
20. Kamal A, Boehm MF, Burrows FJ. Therapeutic and diagnostic implications of Hsp90 activation. Trends Mol Med 2004; 10(6): 283–290.
21. Kamal A, Thao L, Sensintaffar J et al. A high-affinity conformation of Hsp90 confers tumour selectivity on Hsp90 inhibitors. Nature 2003; 425(6956): 407–410.
22. Whitesell L, Bagatell R, Falsey R. The stress response: implications for the clinical development of hsp90 inhibitors. Curr Cancer Drug Targets 2003; 3(5): 349–358.
23. Kim HR, Kang HS, Kim HD. Geldanamycin induces heat shock protein expression through activation of HSF1 in K562 erythroleukemic cells. IUBMB Life 1999; 48(4): 429–433.
24. Dai C, Whitesell L, Rogers AB et al. Heat shock factor 1 is a powerful multifaceted modifier of carcinogenesis. Cell 2007; 130(6): 1005–1018.
25. Birch-Machin I, Gao S, Huen D et al. Genomic analysis of heat-shock factor targets in Drosophila. Genome Biol 2005; 6(7): R63.
26. Solimini NL, Luo J, Elledge SJ. Non-oncogene addiction and the stress phenotype of cancer cells. Cell 2007; 130(6): 986–988.
27. Guo F, Rocha K, Bali P et al. Abrogation of heat shock protein 70 induction as a strategy to increase antileukemia activity of heat shock protein 90 inhibitor 17-allylamino-demethoxy geldanamycin. Cancer Res 2005; 65(22): 10536–10544.
28. Powers MV, Clarke PA, Workman P. Dual targeting of HSC70 and HSP72 inhibits HSP90 function and induces tumor-specific apoptosis. Cancer Cell 2008; 14(3): 250–262.
29. Williamson DS, Borgognoni J, Clay A et al. Novel adenosine-derived inhibitors of 70 kDa heat shock protein, discovered through structure-based design. J Med Chem 2009; 52(6): 1510–1513.
30. Wandinger SK, Richter K, Buchner J. The Hsp90 chaperone machinery. J Biol Chem 2008; 283(27): 18473–18477.
31. Pearl LH, Prodromou C. Structure and mechanism of the Hsp90 molecular chaperone machinery. Annu Rev Biochem 2006; 75: 271–294.
32. Forafonov F, Toogun OA, Grad I et al. p23/Sba1p protects against Hsp90 inhibitors independently of its intrinsic chaperone activity. Mol Cell Biol 2008; 28(10): 3446–3456.
33. Holmes JL, Sharp SY, Hobbs S et al. Silencing of HSP90 cochaperone AHA1 expression decreases client protein activation and increases cellular sensitivity to the HSP90 inhibitor 17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin. Cancer Res 2008; 68(4): 1188–1197.
34. Usmani SZ, Bona R, Li Z. 17 AAG for HSP90 inhibition in cancer – from bench to bedside. Curr Mol Med 2009; 9(5): 654–664.
35. Smith JR, Workman P. Targeting CDC37: an alternative, kinase-directed strategy for disruption of oncogenic chaperoning. Cell Cycle 2009; 8(3): 362–372.
36. Hernandez MP, Sullivan WP, Toft DO. The assembly and intermolecular properties of the hsp70-Hop-hsp90 molecular chaperone complex. J Biol Chem 2002; 277(41): 38294–38304.
37. Wochnik GM, Ruegg J, Abel GA et al. FK506-binding proteins 51 and 52 differentially regulate dynein interaction and nuclear translocation of the glucocorticoid receptor in mammalian cells. J Biol Chem 2005; 280(6): 4609–4616.
38. McDowell CL, Bryan Sutton R, Obermann WM. Expression of Hsp90 chaperone [corrected] proteins in human tumor tissue. Int J Biol Macromol 2009; 45(3): 310–314.
39. Gray PJ Jr, Stevenson MA, Calderwood SK. Targeting Cdc37 inhibits multiple signaling pathways and induces growth arrest in prostate cancer cells. Cancer Res 2007; 67(24): 11942–11950.
40. Kubota H, Yamamoto S, Itoh E et al. Increased expression of co-chaperone HOP with HSP90 and HSC70 and complex formation in human colonic carcinoma. Cell Stress Chaperones 2010; 15(6): 1003–1011.
41. Sun W, Xing B, Sun Y et al. Proteome analysis of hepatocellular carcinoma by two-dimensional difference gel electrophoresis: novel protein markers in hepatocellular carcinoma tissues. Mol Cell Proteomics 2007; 6(10): 1798–1808.
42. Walsh N, O‘Donovan N, Kennedy S et al. Identification of pancreatic cancer invasion-related proteins by proteomic analysis. Proteome Sci 2009; 7: 3.
43. Walsh N, Larkin A, Swan N et al. RNAi knockdown of Hop (Hsp70/Hsp90 organising protein) decreases invasion via MMP-2 down regulation. Cancer Lett 2011; 306(2): 180–189.
44. Shimokawa T, Matsushima S, Tsunoda T et al. Identification of TOMM34, which shows elevated expression in the majority of human colon cancers, as a novel drug target. Int J Oncol 2006; 29(2): 381–386.
45. Murata S, Minami Y, Minami M et al. CHIP is a chaperone-dependent E3 ligase that ubiquitylates unfolded protein. EMBO Rep 2001; 2(12): 1133–1138.
46. Kajiro M, Hirota R, Nakajima Y et al. The ubiquitin ligase CHIP acts as an upstream regulator of oncogenic pathways. Nat Cell Biol 2009; 11(3): 312–319.
47. Muller P, Ruckova E, Halada P et al. C-terminal phosphorylation of Hsp70 and Hsp90 regulates alternate binding to co-chaperones CHIP and HOP to determine cellular protein folding/degradation balances. Oncogene. In press 2012.
48. Ruckova E, Muller P, Nenutil R et al. Alterations of the Hsp70/Hsp90 chaperone and the HOP/CHIP co-chaperone system in cancer. Cell Mol Biol Lett 2012; 17(3): 446–458.
Štítky
Paediatric clinical oncology Surgery Clinical oncologyČlánok vyšiel v časopise
Clinical Oncology
2012 Číslo Supplementum 2
- Spasmolytic Effect of Metamizole
- Metamizole at a Glance and in Practice – Effective Non-Opioid Analgesic for All Ages
- Metamizole in perioperative treatment in children under 14 years – results of a questionnaire survey from practice
- Current Insights into the Antispasmodic and Analgesic Effects of Metamizole on the Gastrointestinal Tract
- Obstacle Called Vasospasm: Which Solution Is Most Effective in Microsurgery and How to Pharmacologically Assist It?
Najčítanejšie v tomto čísle
- p63 – an Important Player in Epidermal and Tumour Development
- NKT-like Cells are Expanded in Solid Tumour Patients
- The Many Roles of Molecular Chaperones and Co-chaperones in Tumour Biology
- Phase I Trial in Oncology – Theory and Practice