p14arf

Den här artikeln handlar om en tumörsuppressorgen. För ARF litet GTP-bindande protein, se ADP-ribosyleringsfaktor .
cyklinberoende kinashämmare 2A (melanom, p16, hämmar CDK4)
Identifierare
Symbol CDKN2A
Alt. symboler CDKN2, MLM
NCBI-genen 1029
HGNC 1787
OMIM 600160
RefSeq NM_058195
UniProt P42771
Övriga uppgifter
Ställe Chr. 9 s21
Söka efter
Strukturer Schweizisk modell
Domäner InterPro

p14ARF (även kallad ARF-tumörsuppressor , ARF , p14 ARF ) är en alternativ läsramsproteinprodukt från CDKN2A - lokuset (dvs. INK4a / ARF - lokus) . p14ARF induceras som svar på förhöjd mitogen stimulering, såsom avvikande tillväxtsignaler från MYC och Ras (protein) . Det ackumuleras huvudsakligen i nukleolen där det bildar stabila komplex med NPM eller Mdm2 . Dessa interaktioner tillåter p14ARF att fungera som en tumörsuppressor genom att hämma ribosombiogenes eller initiera p53 -beroende cellcykelstopp respektive apoptos . p14ARF är ett atypiskt protein, vad gäller dess transkription, dess aminosyrasammansättning och dess nedbrytning: det transkriberas i en alternativ läsram av ett annat protein, det är mycket basiskt och det är polyubikinerat vid N-terminalen .

Både p16INK4a och p14ARF är involverade i cellcykelreglering . p14ARF hämmar mdm2 , vilket främjar p53 , som främjar p21- aktivering, som sedan G1 /S-kontrollpunkten binder och inaktiverar vissa cyklin - CDK -komplex, som annars skulle främja transkription av gener som skulle bära cellen genom i cellcykeln. Förlust av p14ARF genom en homozygot mutation i CDKN2A ( INK4A )-genen kommer att leda till förhöjda nivåer i mdm2 och därför förlust av p53 -funktion och cellcykelkontroll.

Motsvarigheten i möss är p19ARF.

Bakgrund

p14ARF-transkriptet identifierades först hos människor 1995, och dess proteinprodukt bekräftades i möss samma år. Dess genlokus är på den korta armen av kromosom 9 hos människor, och på en motsvarande plats på kromosom 4 hos möss. Det är beläget nära generna för tandemupprepningarna INK4a och INK4b, som är 16 kDa (p16 INK4a ) respektive 15 kDa (p15 INK4b ) proteiner. Dessa INK4-proteiner hämmar direkt de cyklin D-beroende kinaserna CDK4 och CDK6 . Det finns andra INK4-gener på andra kromosomer, men dessa är inte kopplade till cancer , så deras funktioner kommer sannolikt inte att överlappa varandra. Ett viktigt cyklinberoende substrat är retinoblastomproteinet Rb, som är fosforylerat i sen gap 1-fas ( G1-fas ), vilket tillåter G1-exit. Rb-proteinet begränsar cellproliferation genom att blockera aktiviteten hos E2F -transkriptionsfaktorer, som aktiverar transkriptionen av gener som behövs för DNA- replikation. När Rb fosforyleras av cyklin D och E-beroende kinaser under G1-fasen av cellcykeln, kan Rb inte blockera E2F-beroende transkription, och cellen kan gå vidare till den syntetiska DNA-fasen (S-fasen ) . Därför tjänar INK4a och INK4b som tumörsuppressorer genom att begränsa proliferation genom hämningen av CDK:erna som är ansvariga för Rb- fosforylering .

Förutom INK4a-proteinet, transkriberas det orelaterade proteinet, ARF, från en alternativ läsram vid INK4a/ARF-lokuset. INK4a och p14ARF mRNA består var och en av tre exoner . De delar exon 2 och 3, men det finns två olika exon 1-transkript, α och β. Exon 1β (E1β) är interkalerat mellan generna för INK4a och INK4b. Även om exon 1α (E1α) och E1β är ungefär desamma vad gäller innehåll och storlek, har 5' AUG ( startkodon ) för exon 1β sin egen promotor och öppnar en alternativ läsram i exon 2, därav namnet p14ARF (ARF exon 3 är inte översatt). På grund av detta har INK4a och p14ARF orelaterade aminosyrasekvenser trots överlappande kodande regioner och har distinkta funktioner. Denna dubbla användning av kodande sekvenser ses inte vanligt hos däggdjur, vilket gör p14ARF till ett ovanligt protein. När ARF β-transkriptet hittades trodde man att det förmodligen inte skulle koda för ett protein. Hos människor översätts ARF till proteinet på 14 kDa, 132 aminosyror [[p14 ARF ]] och hos möss, översätts det till 19 kDa, 169 aminosyror p19 Arf . E1β-proteinsegmentet hos mus och human ARF är 45 % identiska, med en total ARF-identitet på 50 %, jämfört med en 72 % identitet mellan mus och human INK4a E1α-segment och en 65 % total identitet.

Även om INK4a- och ARF-proteinerna är strukturellt och funktionellt olika, är de båda involverade i cellcykelprogression . Tillsammans kan deras breda hämmande roll hjälpa till att motverka onkogena signaler. Som nämnts ovan hämmar INK4a proliferation genom att indirekt tillåta Rb att förbli associerad med E2F- transkriptionsfaktorer. ARF är involverad i p53- aktivering genom att hämma Mdm2 (HDM2 hos människor). Mdm2 binder till p53 och hämmar dess transkriptionsaktivitet. Mdm2 har också E3 ubiquitinligasaktivitet mot p53 och främjar dess export från cellkärnan till cytoplasman för nedbrytning. Genom att antagonisera Mdm2 tillåter ARF transkriptionsaktiviteten av p53 som skulle leda till cellcykelstopp eller apoptos . En förlust av ARF eller p53 skulle därför ge celler en överlevnadsfördel.

Funktionen av ARF har främst tillskrivits dess Mdm2/p53-mekanism. ARF hämmar emellertid också proliferation i celler som saknar p53 eller p53 och Mdm2. År 2004 har man funnit att en av ARF:s p53-oberoende funktioner involverar dess bindning till nukleofosmin /B23 (NPM). NPM är en sur ribosomal chaperon (protein) involverad i preribosomal bearbetning och kärnexport oberoende av p53, och oligomeriserar med sig själv och p14 ARF . Nästan hälften av p14 ARF finns i NPM-innehållande komplex med hög molekylvikt (2 till 5 MDa). Påtvingat uttryck av ARF fördröjer tidig 47S/45S rRNA- prekursorbearbetning och hämmar 32S rRNA-klyvning. Detta tyder på att p14 ARF kan binda till NPM, vilket hämmar rRNA-bearbetning. ARF-nullceller har ökad nukleolarea, ökad ribosombiogenes och en motsvarande ökning av proteinsyntes . Den större storleken som är resultatet av fler ribosomer och protein är dock inte associerad med ökad proliferation, och denna ARF-null-fenotyp inträffar även om de normala basala nivåerna av Arf vanligtvis är låga. Att slå ner ARF med siRNA till exon 1β resulterar i ökade rRNA-transkript, rRNA-bearbetning och ribosomkärnexport. Den ohämmade ribosombiogenes som ses när NPM inte är bundet till ARF inträffar inte om NPM också är frånvarande. Även om induktionen av ARF som svar på onkogena signaler anses vara av primär betydelse, har de låga nivåerna av ARF som ses i interfasceller också en avsevärd effekt när det gäller att hålla celltillväxten i schack. Därför verkar funktionen av basalnivå ARF i NPM/ARF-komplexet vara att övervaka ribosombiogenes och tillväxt vid steady-state oberoende av att förhindra proliferation.

Roll i sjukdom

Mycket vanligt är cancer associerad med en förlust av funktion av INK4a, ARF, Rb eller p53 . Utan INK4a kan Cdk4/6 olämpligt fosforylera Rb, vilket leder till ökad E2F -beroende transkription. Utan ARF Mdm2 hämma p53 på ett olämpligt sätt, vilket leder till ökad cellöverlevnad.

INK4a/ARF-lokuset visar sig vara raderat eller tystat i många typer av tumörer. Till exempel, av de 100 primära bröstkarcinomen, har cirka 41 % p14 ARF- defekter. I en separat studie visade sig 32% av kolorektaladenom ( icke-cancerösa tumörer) ha p14 ARF- inaktivering på grund av hypermetylering av promotorn . Musmodeller som saknar p19 Arf , p53 och Mdm2 är mer benägna för tumörutveckling än möss utan Mdm2 och p53 enbart. Detta tyder på att p19 Arf också har Mdm2- och p53-oberoende effekter. Att undersöka denna idé ledde till den senaste upptäckten av smARF.

Homozygota deletioner och andra mutationer av CDK2NA (ARF) har visat sig vara associerade med glioblastom .

smARF

Tills nyligen var de två kända effekterna av ARF tillväxthämning av NPM-interaktioner och apoptosinduktion av Mdm2 -interaktioner. Funktionen av ARF som involverar p53 -oberoende död, har nu tillskrivits den lilla mitokondriella isoformen av ARF, smARF. Medan fullängds ARF hämmar celltillväxt genom cellcykelstopp eller typ I apoptotisk död, dödar smARF celler genom autofagisk typ II död. Liksom ARF ökar uttrycket av smARF när det finns avvikande spridningssignaler. När smARF överuttrycks, lokaliseras det till mitokondriernas matris , vilket skadar mitokondriernas membranpotential och struktur och leder till autofagisk celldöd.

Översättningen av den trunkerade ARF, smARF, initieras vid en intern metionin (M45) av ARF-transkriptet i mänskliga celler och musceller. SmARF detekteras också hos råttor, även om ett internt metionin inte finns i råtttranskriptet. Detta tyder på att det finns en alternativ mekanism för att bilda smARF, vilket understryker vikten av denna isoform . Rollen för smARF är skild från den för ARF, eftersom den saknar kärnlokaliseringssignalen ( NLS ) och inte kan binda till Mdm2 eller NPM. I vissa celltyper kan dock fullängds ARF också lokaliseras till mitokondrierna och inducera celldöd av typ II, vilket tyder på att utöver att autofagi är en svält eller annan miljörespons, kan den också vara involverad i att svara på onkogenaktivering .

Biokemi

ARF-uttryck regleras av onkogen signalering. Avvikande mitogen stimulering, såsom genom MYC eller Ras (protein), kommer att öka dess uttryck, liksom en amplifiering av muterad p53 eller Mdm2 , eller p53-förlust. ARF kan också induceras av påtvingat E2F -uttryck. Även om E2F-uttryck ökas under cellcykeln , beror ARF-uttryck förmodligen inte på att aktiveringen av en andra, okänd transkriptionsfaktor kan behövas för att förhindra ett ARF-svar på övergående E2F-ökningar. ARF regleras negativt av Rb-E2F-komplex och av amplifierad p53-aktivering. Avvikande tillväxtsignaler ökar också smARF-uttryck.

ARF är ett mycket basiskt (pl>12) och hydrofobt protein. Dess grundläggande karaktär tillskrivs dess arginininnehåll; mer än 20 % av dess aminosyror är arginin, och den innehåller lite eller inget lysin. På grund av dessa egenskaper är ARF sannolikt ostrukturerad om den inte är bunden till andra mål. Det sägs att det komplexbinds med mer än 25 proteiner, även om betydelsen av var och en av dessa interaktioner inte är känd. En av dessa interaktioner resulterar i sumoylerande aktivitet, vilket tyder på att ARF kan modifiera proteiner till vilka den binder. SUMO -proteinet är en liten ubiquitin -liknande modifierare, som tillsätts till lysly ε-aminogrupper. Denna process involverar en tre- enzymkaskad som liknar hur ubiquitylering sker. E1 är ett aktiverande enzym, E2 är ett konjugationsenzym och E3 är ett ligas. ARF associerar med UBC9, den enda kända SUMO E2, vilket tyder på att ARF underlättar SUMO-konjugering. Vikten av denna roll är okänd, eftersom sumoylering är involverad i olika funktioner, såsom proteinhandel, ubiquityleringsinterferens och genuttrycksförändringar.

Halveringstiden för ARF är cirka 6 timmar, medan halveringstiden för smARF är mindre än 1 timme . Båda isoformerna bryts ned i proteasomen . ARF är inriktat på proteasomen genom N-terminal ubiquitylering . Proteiner är vanligtvis ubikinerade vid lysinrester . Human [[p14 ARF ]] innehåller dock inga lysiner, och mus p19 Arf innehåller bara ett lysin. Om muslysinet ersätts med arginin, finns det ingen effekt på dess nedbrytning, vilket tyder på att det också är ubiquinerat vid N-terminalen. Detta bidrar till det unika med ARF-proteinerna, eftersom de flesta eukaryota proteiner acetyleras vid N-terminalen , vilket förhindrar ubiquination på denna plats. Näst sista rester påverkar effektiviteten av acetylering, genom att acetylering främjas av sura rester och hämmas av basiska. De N-terminala aminosyrasekvenserna av p19 Arf (Met-Gly-Arg) och p14 ARF (Met-Val-Arg) skulle bearbetas av metioninaminopeptidas men skulle inte acetyleras, vilket tillåter ubikinering att fortsätta. Sekvensen för smARF förutsäger emellertid att det initierande metioninet inte skulle klyvas av metioninaminopeptidas och troligen skulle acetyleras, och så bryts det ned av proteasomen utan ubiquination.

Nukleolär ARF i full längd verkar stabiliseras av NPM. NPM-ARF-komplexet blockerar inte N-terminalen av ARF men skyddar sannolikt ARF från att nås av nedbrytningsmaskineri. Det mitokondriella matrisproteinet p32 stabiliserar smARF. Detta protein binder olika cellulära och virala proteiner, men dess exakta funktion är okänd. Att slå ner p32 minskar dramatiskt smARF-nivåerna genom att öka dess omsättning. Nivåerna av p19 Arf påverkas inte av p32 knockdown, och därför stabiliserar p32 specifikt smARF, möjligen genom att skydda den från proteasomen eller från mitokondriella proteaser .

Zhang, Y., Y. Xiong och WG Yarbrough. ARF främjar MDM2-nedbrytning och stabiliserar p53: ARF-INK4a-lokusdeletion försämrar både Rb- och p53-tumörsuppressionsvägarna. Cell 1998, 92(6):725-34.

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=P14arf&oldid=1109394947 "