Β-тубулин класса III - Class III β-tubulin
Β-тубулин класса III , иначе известный как βIII-тубулин (β3-тубулин) или β-тубулин III , представляет собой элемент микротрубочек семейства тубулина, обнаруживаемый почти исключительно в нейронах и в клетках семенников . В организме человека он кодируется TUBB3 геном .
Можно использовать моноклональные антитела и иммуногистохимию для идентификации нейронов в образцах ткани мозга , отделяя нейроны от глиальных клеток , которые не экспрессируют β-тубулин класса III.
Β-тубулин класса III является одним из семи изотипов β-тубулина, идентифицированных в геноме человека, преимущественно в нейронах и семенниках. Он условно выражается в ряде других тканей после воздействия токсической микросреды, характеризующейся гипоксией и плохим снабжением питательными веществами. Для функциональной активности необходимы посттрансляционные изменения, включая фосфорилирование и гликозилирование. Роль β-тубулина класса III в нервном развитии оправдывает его использование в качестве раннего биомаркера дифференцировки нервных клеток от мультипотентных предшественников. Инактивация TUBB3 нарушает пролиферацию нейральных предшественников. Эксперименты по спасению демонстрируют невзаимозаменяемость TUBB3 с другими классами β-тубулинов, которые не могут восстановить фенотип, возникший в результате инактивации TUBB3. Врожденные неврологические синдромы, связанные с миссенс-мутациями TUBB3, демонстрируют критическую важность β-тубулина класса III для нормального нервного развития.
Ген
Ген TUBB3 человека расположен на хромосоме 16q24.3 и состоит из 4 экзонов, которые транскрибируют белок 450aa. Более короткая изоформа 378aa, полученная в результате альтернативного сплайсинга экзона 1, лишена части N-конца и может отвечать за экспрессию митохондрий. Как и другие изотипы β-тубулина, βIII-тубулин имеет домен GTPase, который играет важную роль в регулировании динамики микротрубочек. Различия между классом I (наиболее часто представленный и конститутивно выраженный изотип) и β-тубулином класса III ограничиваются только 13aa в пределах области 1-429aa, в то время как все аминокислоты в области 430-450aa расходятся. Эти вариации в первичной структуре влияют на связывающий домен паклитаксела (имитатор Nur77) на βIII-тубулин и могут объяснять способность этого изотипа придавать устойчивость к апоптозу, инициированному Nur77.
Функция
Остатки цистеина в β-тубулине класса III активно участвуют в регуляции взаимодействий лигандов и образования микротрубочек. Протеомный анализ показал, что многие факторы, связанные с этими остатками цистеина, участвуют в окислительном стрессе и реакции депривации глюкозы. Это особенно интересно в свете того факта, что β-тубулин класса III впервые появляется на филогенетическом древе, когда жизнь вышла из морей и клетки подверглись воздействию атмосферного кислорода. С точки зрения структуры, конститутивные β-тубулины класса I (TUBB) и класса IVb (TUBB2C) содержат цистеин в положении 239, тогда как βIII-тубулин имеет цистеин в положении 124. Положение 239 может быть легко окислено, в то время как положение 124 относительно устойчиво к окисление. Таким образом, относительное количество βIII-тубулина в ситуациях окислительного стресса может обеспечить защитный эффект.
Взаимодействия
Интерактом из класса III бета-тубулина включает в ГТФаза GBP1 (гуанилатциклазы связывающий белок 1) и панель дополнительных 19 киназ , имеющих prosurvival деятельности , включая PIM1 (провирусной интеграции сайта 1) и NEK6 (НИМА-связанной киназы 6). Включение этих киназ в цитоскелет посредством взаимодействия с β-тубулином GBP-1 / класса III защищает киназы от быстрой деградации. Другие факторы, способствующие выживанию, взаимодействующие с β-тубулином класса III, обеспечивающие клеточную адаптацию к окислительному стрессу, включают молекулярный шаперон HSP70 / GRP75. FMO4 (виментин / диметилаланин монооксигеназа 4) и GSTM4 (глутатионтрансфераза M4).
Регулирование
Экспрессия β-тубулина класса III регулируется как на уровне транскрипции, так и на уровне трансляции. В нервной ткани конститутивная экспрессия управляется Sox4 и Sox11. В не нервных тканях регуляция зависит от сайта E-бокса в 3'-фланкирующей области на +168 нуклеотидах. Этот сайт связывает основные факторы транскрипции Hif-1α и Hif-2α, вызванные гипоксией (bHLH), и эпигенетически модифицируется в раковых клетках с конститутивной экспрессией TUBB3. Регуляция трансляции TUBB3 происходит в 3'-фланкирующей области при взаимодействии микро-РНК семейства miR-200c. MiR-200c, в свою очередь, модулируется белком HuR (кодируемым ELAVL1). Когда HuR преимущественно находится в ядре, явление, обычно возникающее при карциномах низкой стадии, miR-200c подавляет трансляцию β-тубулина класса III. Напротив, цитоплазматический HuR и miR-200c усиливают трансляцию β-тубулина класса III, облегчая проникновение мРНК в рибосому.
Роль в раке
В онкологии β-тубулин класса III был исследован как прогностический биомаркер и индикатор устойчивости к таксанам и другим соединениям. В большинстве сообщений β-тубулин класса III считается биомаркером неблагоприятного исхода. Однако есть также данные о светлоклеточном раке, меланоме и раке груди, показывающие благоприятный прогноз. Β-тубулин класса III является неотъемлемым компонентом каскадного молекулярного пути, способствующего выживанию, который делает раковые клетки устойчивыми к апоптозу и увеличивает их способность проникать в местные ткани и метастазировать. Β-тубулин класса III лучше всего работает в качестве прогностического биомаркера при анализе в контексте интегрированной сигнатуры, включающей вышестоящие регуляторы и нижележащие эффекторы. Мутация TUBB3 связана с микролисэнцефалией .
Сверхэкспрессия этого изотипа в клинических образцах коррелирует с агрессивностью опухоли, устойчивостью к химиотерапевтическим препаратам и плохой выживаемостью пациентов.
Патофизиология
Изотип β3 увеличивает агрессивность опухоли за счет двух различных механизмов. Включение этого изотипа делает сети микротрубочек гипостабильными, что позволяет им противостоять цитотоксическим эффектам препаратов, стабилизирующих микротрубочки, таких как таксаны или эпотилоны. Механически было обнаружено, что сверхэкспрессия β3-тубулина увеличивает скорость отделения микротрубочек от центров организации микротрубочек, активность, которая подавляется такими лекарствами, как паклитаксел.
Экспрессия β3-тубулина также делает клетки более агрессивными, изменяя их реакцию на лекарственное подавление динамики микротрубочек. Динамические микротрубочки необходимы для миграции клеток, которая лежит в основе таких процессов, как метастазирование опухоли и ангиогенез. Эта динамика обычно подавляется низкими субтоксичными концентрациями микротрубочек, которые также ингибируют миграцию клеток. Однако включение β3-тубулина в микротрубочки увеличивает концентрацию лекарственного средства, которое необходимо для подавления динамики и подавления миграции клеток. Таким образом, опухоли, которые экспрессируют β3-тубулин, устойчивы не только к цитотоксическим эффектам лекарств, нацеленных на микротрубочки, но и к их способности подавлять метастазирование опухоли. Более того, экспрессия β3-тубулина также противодействует способности этих лекарств ингибировать ангиогенез, что обычно является еще одним важным аспектом их действия.
Примечания