Glypican - Glypican

Glypican
4acr.png
C-terminálně zkrácený lidský glypican-1. PDB 4acr
Identifikátory
SymbolGlypican
PfamPF01153
InterProIPR001863
STRÁNKAPDOC00927

Glypicans tvoří jednu ze dvou hlavních rodin heparan sulfát proteoglykany, přičemž další velká rodina je syndekany. U savců bylo identifikováno šest glypikanů, které jsou označovány jako GPC1 přes GPC6. v Drosophila dva glypicans byly identifikovány, a ty jsou označovány jako dally (rozdělení neobvykle zpožděné) a dally-like. Jeden další glypican byl identifikován v C. elegans.[1] Zdá se, že Glypicans hraje zásadní roli ve vývojové morfogenezi a byl navržen jako regulátor pro Wnt a Signální dráhy ježkových buněk. Dále byly navrženy jako regulátory pro signalizaci fibroblastového růstového faktoru a morfogenního proteinu kostí.[2]

Struktura

Zatímco u savců bylo identifikováno šest glypikanů, mezi těmito různými proteiny zůstává shodných několik charakteristik. Zaprvé, základní protein všech glypikanů má podobnou velikost, přibližně se pohybuje mezi 60 a 70 kDa.[3] Kromě toho je z hlediska aminokyselinové sekvence zachováno umístění čtrnácti cysteinových zbytků; Vědci však popisují, že glypikani mají obecně mírnou podobnost v aminokyselinové sekvenci.[1] Předpokládá se však, že čtrnáct konzervovaných cysteinových zbytků hraje zásadní roli při určování trojrozměrného tvaru, což naznačuje existenci vysoce podobné trojrozměrné struktury.[3] Celkově, GPC3 a GPC5 mají velmi podobné primární struktury s 43% sekvenční podobností. Na druhou stranu, GPC1, GPC2, GPC4 a GPC6 mají podobnost sekvence mezi 35% a 63%. Proto jsou GPC3 a GPC5 často označovány jako jedna podrodina glypikanů, přičemž druhou skupinu tvoří GPC1, GPC2, GPC4 a GPC6.[1] Mezi podskupinami glypikanů existuje přibližně 25% sekvenční podobnost.[2] Kromě toho je aminokyselinová sekvence a struktura každého glypikanu mezi druhy dobře zachována; všechny glypikány obratlovců jsou si více než 90% podobné bez ohledu na druh.[1]

U všech členů rodiny glypikanů je C-konec proteinu kovalentně připojen k buněčné membráně prostřednictvím kotvy glykosylfosfatidylinositolu (GPI). Aby se umožnilo přidání kotvy GPI, mají glypikany hydrofobní doménu na C-konci proteinu. Do 50 aminokyselin od této kotvy GPI se řetězce heparansulfátu připojují k proteinovému jádru. Proto jsou na rozdíl od syndekanů heparansulfátové glykosaminoglykanové řetězce připojené k glypikanům umístěny spíše blízko buněčné membrány.[3] Glypikany nalezené u obratlovců, Drosophila, a C. elegans všechny mají N-koncovou signální sekvenci.[1]

Funkce

Glypicans jsou kriticky zapojeni do vývojové morfogeneze a byli zapojeni jako regulátory do několika buněčných signálních drah.[1] Mezi ně patří Wnt a Ježek signální dráhy, stejně jako signalizace růstových faktorů fibroblastů a kostních morfogenních proteinů. Regulační procesy prováděné glypikany mohou buď stimulovat nebo inhibovat specifické buněčné procesy.[2] Mechanismy, kterými glypikany regulují buněčné dráhy, nejsou zcela jasné. Jeden běžně navrhovaný mechanismus naznačuje, že glypikany se chovají jako ko-receptory, které se vážou jak na ligand, tak na receptor. Wnt rozpoznává strukturu heparan sulfátu na GPC3, který obsahuje IdoA2S a GlcNS6S, a že 3-O-sulfatace v GlcNS6S3S zvyšuje vazbu Wnt na heparan sulfát glypican.[4] Byla identifikována doména bohatá na cystein na N-laloku GPC3, která tvoří hydrofobní drážku vázající Wnt včetně fenylalaninu-41, který interaguje s Wnt.[5] Glypikani jsou exprimováni v různých různých množstvích v závislosti na tkáni a jsou také exprimováni v různých stupních během různých stádií vývoje.[6] Drosophila Dally mutanti mají nepravidelný vývoj křídel, antény, genitálií a mozku.[2]

Umístění

GPC5 a GPC6 jsou vedle sebe na chromozomu 13q32 (u lidí). GPC3 a GPC4 se také nacházejí vedle sebe a jsou umístěny na lidském chromozomu Xq26.[1] Někteří naznačují, že z toho vyplývá, že tito glypikani vznikli kvůli duplikaci genů.[6] Gen pro GPC1 se nachází na chromozomu 2q36. Blízké geny zahrnují ZIC2, ZIC3, COL4A1 / 2 a COL4A3 / 4.[1]

Simpson-Golabi-Behmelův syndrom

Od roku 1996 je známo, že pacienti s Simpson – Golabi – Behmelův syndrom (SGBS) mají mutace v GPC3. Protože se jedná o syndrom vázaný na X, zdá se, že ovlivňuje muže významněji než ženy. Zatímco fenotyp spojený s tímto stavem se může lišit od mírného až po smrtelný, běžné příznaky zahrnují makroglosii, rozštěp patra, syndaktyliu, polydaktylii, cystické a dysplastické ledviny, vrozené srdeční vady a výrazný vzhled obličeje. Byly také zaznamenány další příznaky / vlastnosti. Celkově se tyto příznaky / vlastnosti vyznačují prenatálním a postnatálním růstem. Pacienti s SGBS mají typicky bodové mutace nebo mikrodelece v genu kódujícím GPC3 a mutace se mohou vyskytovat na více různých místech genu. Nebyla zaznamenána žádná korelace mezi umístěním mutace GPC3 a fenotypovým projevem tohoto onemocnění. proto je odvozeno, že výsledky SGBS jsou výsledkem nefunkčního proteinu GPC3. Vědci v současné době spekulují, že GPC3 je negativní regulátor buněčné proliferace, a to by vysvětlovalo, proč u pacientů s SGBS dochází k přerůstání.[2]

Důsledky pro rakovinu

Abnormální exprese glypikanů byla zaznamenána u mnoha typů rakoviny, včetně lidského hepatocelulárního karcinomu, rakoviny vaječníků, mezoteliomu, rakoviny pankreatu, gliomu, rakoviny prsu a nedávno GPC2 u neuroblastomu.[7] Většina výzkumů týkajících se vztahu mezi glypikany a rakovinou se zaměřila na GPC1 a GPC3.

Korelace mezi hladinami exprese GPC3 a různými typy rakoviny. Pro shrnutí těchto zjištění lze obecně říci, že tkáně, které normálně exprimují GPC3, vykazují down-regulaci exprese GPC3 během progrese nádoru. Podobně odpovídající rakoviny tkání, které normálně nevykazují expresi GPC3, často exprimují GPC3. Kromě toho často dochází k expresi GPC3 během embryonálního vývoje v těchto tkáních a následně je znovu exprimována během progrese nádoru.[6] Exprese GPC3 může být detekována v normálních ovariálních buňkách; několik buněčných linií rakoviny vaječníků však neexprimuje GPC3.[8][9] Na druhou stranu je exprese GPC3 u zdravých dospělých jaterních buněk nedetekovatelná, zatímco exprese GPC3 se vyskytuje u většiny lidských hepatocelulárních karcinomů.[10] Podobná korelace byla nalezena u kolorektálních nádorů. GPC3 je onkofetální protein jak v játrech, tak ve střevech, protože GPC3 je typicky exprimován pouze během embryonálního vývoje, ale také v rakovinových nádorech.[6]

Mutace GPC3 se nevyskytují v kódující sekvenci tohoto proteinu. Buněčné linie rakoviny vaječníků neexprimují GPC3 v důsledku hypermethylace promotoru GPC3. Po odstranění těchto methylových skupin autoři obnovili expresi GPC3.[8] Buněčné linie mezoteliomu obsahují promotor GPC3, který je nesprávně methylován.[9] Obnovení exprese GPC3 zabránilo tvorbě kolonií rakovinnými buňkami.[8][9]

Dopady GPC1 na rakovinu

Kromě GPC3 se GPC1 také podílí na progresi nádoru, zejména u rakoviny pankreatu, gliomu a rakoviny prsu.[2] Exprese GPC1 je výrazně vysoká v buňkách duktálního adenokarcinomu pankreatu a výsledky ukazují, že exprese GPC1 je spojena s progresí rakoviny, včetně růstu nádoru, angiogeneze a metastáz. Kromě nadměrné exprese GPC1 na plazmatické membráně buněk pankreatického duktálního adenokarcinomu. GPC1 je těmito buňkami uvolňován do mikroprostředí nádoru. Protože glypikany hrají roli ve vazbě růstových faktorů, vědci spekulovali, že zvýšené hladiny GPC1 v mikroprostředí nádoru mohou fungovat k ukládání růstových faktorů pro rakovinné buňky.[2] Snížením hladiny GCP1 v buňkách adenokarcinomu pankreatu byl bráněn růst těchto buněk. Snížením hladiny exprimovaných imunokompromitovaných myší GCP1 zpomalil růst nádorů a snížil angiogenezi a metastázy ve srovnání s kontrolními myší GCP1. GPC1 je vysoce exprimován v endoteliálních buňkách krevních cév člověka. Dále zvýšení úrovně GPC1 v myší mozek endoteliální buňky vedou k buněčnému růstu a stimulují mitózu v reakci na angiogenní faktor, FGF2. To naznačuje, že GPC1 působí jako regulátor pro progresi buněčného cyklu.[11] Exprese GPC1 je u lidských rakovin prsu výrazně nad normální hodnotou, zatímco exprese GPC1 je ve zdravé prsní tkáni nízká. Exprese navíc nebyla významně zvýšena u žádného jiného glypikanu. GPC1 hraje roli při vazbě heparinu a progresi buněčného cyklu v prsní tkáni.[12]

Dopady GPC2 na rakovinu

Glypican-2 (GPC2) je heparansulfátový proteoglykan na buněčném povrchu, který je důležitý pro adhezi neuronových buněk a růst neuritů. Protein GPC2 je vysoce exprimován asi u poloviny případů neuroblastomu a že vysoká exprese GPC2 koreluje se špatným celkovým přežitím ve srovnání s pacienty s nízkou expresí GPC2, což naznačuje, že GPC2 je terapeutickým cílem v neuroblastomu.[7][13] Umlčení GPC2 pomocí CRISPR / Cas9 vede k inhibici růstu nádorových buněk neuroblastomu. Ztlumení GPC2 deaktivuje signalizaci Wnt / β-katenin a snižuje expresi cílového genu N-Myc, onkogenního stimulátoru tumorigeneze neuroblastomu.[7] Pro léčbu neuroblastomu a dalších rakovin pozitivních na GPC2 byly vyvinuty imunotoxiny a T buňky chimérického receptoru antigenu (CAR) zaměřené na GPC2. Léčba imunotoxinem inhibuje růst neuroblastomu u myší. CAR T buňky zaměřené na GPC2 mohou eliminovat nádory v myším modelu metastatického neuroblastomu.[7] Konjugát protilátka-léčivo zaměřený na GPC2 (ADC) je schopen zabíjet neuroblastomové buňky exprimující GPC2.[13]

Molekulární biologie

Glypikané mohou modifikovat buněčné signální dráhy a přispívat k buněčné proliferaci a růstu tkáně. v Drosophilaglypican dally napomáhá šíření morfogenu podporujícího růst rodiny BMP Decapentaplegic ve vyvíjejícím se křídle, zatímco vývojový ohlávka chybí dally a zůstává malý.[14] Extracelulární lokalizace druhého glypikanu v Drosophila, dally-like, je také vyžadován pro správnou úroveň Ježková signalizace ve vyvíjejícím se křídle.[15]

Klinický

U lidí je glypican-1 nadměrně exprimován v prsu[12] a rakoviny mozku (gliomy),[16] zatímco glypican-3 je nadměrně exprimován v rakovině jater.[17][10] Glypican-2 je nadměrně exprimován v neuroblastomu.[7]

Mutace v tomto genu byly také spojeny s biliární atrézie.[18]

Reference

  1. ^ A b C d E F G h De Cat B, David G (duben 2001). "Vývojové role glypikanů". Semináře z buněčné a vývojové biologie. 12 (2): 117–25. doi:10.1006 / scdb.2000.0240. PMID  11292377.
  2. ^ A b C d E F G Filmus J, Capurro M, Rast J (2008). "Glypicans". Genome Biology. 9 (5): 224. doi:10.1186 / gb-2008-9-5-224. PMC  2441458. PMID  18505598.
  3. ^ A b C Filmus J, Selleck SB (srpen 2001). „Glypicans: proteoglykany s překvapením“ (PDF). The Journal of Clinical Investigation. 108 (4): 497–501. doi:10,1172 / JCI13712. PMC  209407. PMID  11518720.
  4. ^ Gao, Wei; Xu, Yongmei; Liu, Jian; Ho, Mitchell (17. května 2016). „Mapování epitopu pomocí protilátky blokující Wnt: důkazy o vazebné doméně Wnt v heparan sulfátu“. Vědecké zprávy. 6: 26245. Bibcode:2016NatSR ... 626245G. doi:10.1038 / srep26245. ISSN  2045-2322. PMC  4869111. PMID  27185050.
  5. ^ Li, Na; Wei, Liwen; Liu, Xiaoyu; Bai, Hongjun; Ye, Yvonne; Li, Dan; Li, Nan; Baxa, Ulrich; Wang, Qun; Lv, Ling; Chen, Yun (říjen 2019). „Krepovitá doména bohatá na cystein v glypikanu-3 zprostředkovává vazbu Wnt a reguluje růst nádoru hepatocelulárního karcinomu u myší“. Hepatologie. 70 (4): 1231–1245. doi:10,1002 / hep.30646. ISSN  1527-3350. PMC  6783318. PMID  30963603.
  6. ^ A b C d Filmus J (březen 2001). "Glypicans v kontrole růstu a rakovině". Glykobiologie. 11 (3): 19R – 23R. doi:10.1093 / glycob / 11.3.19r. PMID  11320054.
  7. ^ A b C d E Li N, Fu H, Hewitt SM, Dimitrov DS, Ho M (srpen 2017). „Terapeuticky cílené na glypican-2 prostřednictvím chimérických receptorů na bázi jedné domény s chimérickými antigeny a imunotoxinů v neuroblastomu“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 114 (32): E6623 – E6631. doi:10.1073 / pnas.1706055114. PMC  5559039. PMID  28739923.
  8. ^ A b C Lin H, Huber R, Schlessinger D, Morin PJ (únor 1999). "Časté umlčování genu GPC3 v buněčných liniích rakoviny vaječníků". Výzkum rakoviny. 59 (4): 807–10. PMID  10029067.
  9. ^ A b C Murthy SS, Shen T, De Rienzo A, Lee WC, Ferriola PC, Jhanwar SC, Mossman BT, Filmus J, Testa JR (leden 2000). "Exprese GPC3, X-vázaného recesivního genu pro růst, je umlčena v maligním mezoteliomu". Onkogen. 19 (3): 410–6. doi:10.1038 / sj.onc.1203322. PMID  10656689.
  10. ^ A b Ho M, Kim H (únor 2011). „Glypican-3: nový cíl imunoterapie proti rakovině“. European Journal of Cancer. 47 (3): 333–8. doi:10.1016 / j.ejca.2010.10.024. PMC  3031711. PMID  21112773.
  11. ^ Qiao D, Yang X, Meyer K, Friedl A (červenec 2008). „Glypican-1 reguluje anafázu podporující komplexní / cyklosomové substráty a progresi buněčného cyklu v endotelových buňkách“. Molekulární biologie buňky. 19 (7): 2789–801. doi:10,1091 / mbc.E07-10-1025. PMC  2441674. PMID  18417614.
  12. ^ A b Matsuda K, Marujama H, Guo F, Kleeff J, Itakura J, Matsumoto Y, Lander AD, Korc M (červenec 2001). „Glypican-1 je v lidské rakovině prsu nadměrně exprimován a moduluje mitogenní účinky různých růstových faktorů vázajících heparin v buňkách rakoviny prsu“. Výzkum rakoviny. 61 (14): 5562–9. PMID  11454708.
  13. ^ A b Bosse KR, Raman P, Zhu Z, Lane M, Martinez D, Heitzeneder S, Rathi KS, Kendsersky NM, Randall M, Donovan L, Morrissy S, Sussman RT, Zhelev DV, Feng Y, Wang Y, Hwang J, Lopez G , Harenza JL, Wei JS, Pawel B, Bhatti T, Santi M, Ganguly A, Khan J, Marra MA, Taylor MD, Dimitrov DS, Mackall CL, Maris JM (září 2017). „Identifikace GPC2 jako onkoproteinu a kandidátního imunoterapeutického cíle u vysoce rizikového neuroblastomu“. Rakovinová buňka. 32 (3): 295–309.e12. doi:10.1016 / j.ccell.2017.08.003. PMC  5600520. PMID  28898695.
  14. ^ Crickmore MA, Mann RS (leden 2007). „Hoxova kontrola mobility morfogenů a vývoje orgánů regulací glypikanové exprese“. Rozvoj. 134 (2): 327–34. doi:10,1242 / dev.02737. PMID  17166918.
  15. ^ Gallet A, Staccini-Lavenant L, Thérond PP (květen 2008). „Buněčné obchodování s glypikanem podobné Dally je vyžadováno pro signalizaci ježků plné síly a bezkřídlé transcytózy“. Vývojová buňka. 14 (5): 712–25. doi:10.1016 / j.devcel.2008.03.001. PMID  18477454.
  16. ^ Su G, Meyer K, Nandini CD, Qiao D, Salamat S, Friedl A (červen 2006). „Glypican-1 je často nadměrně exprimován v lidských gliomech a zvyšuje signalizaci FGF-2 v gliomových buňkách“. American Journal of Pathology. 168 (6): 2014–26. doi:10.2353 / ajpath.2006.050800. PMC  1606624. PMID  16723715.
  17. ^ Pang RW, Joh JW, Johnson PJ, Monden M, Pawlik TM, Poon RT (duben 2008). "Biologie hepatocelulárního karcinomu". Annals of Surgical Oncology. 15 (4): 962–71. doi:10.1245 / s10434-007-9730-z. PMID  18236113.
  18. ^ Cui S, Leyva-Vega M, Tsai EA, EauClaire SF, Glessner JT, Hakonarson H, Devoto M, Haber BA, Spinner NB, Matthews RP (květen 2013). „Důkazy od člověka a zebrafish, že GPC1 je gen náchylnosti k biliární atrézii“. Gastroenterologie. 144 (5): 1107–1115.e3. doi:10.1053 / j.gastro.2013.01.022. PMC  3736559. PMID  23336978.