GTPaasia aktivoivien proteiinien roolit säädellyssä solukuolemassa ja kasvainimmuniteetissa

Abstrakti

GTPaasi-aktivoiva proteiini (GAP) on GTPaasi-proteiinin negatiivinen säätelijä, jonka uskotaan edistävän aktiivisen GTPaasi-GTP-muodon muuttumista GTPaasi-GDP-muodoksi. Sen kykynsä perusteella säädellä GTPaasiproteiineja ja muita domeeneja, GAP:t ovat suoraan tai epäsuorasti mukana erilaisissa solun tarveprosesseissa. Tarkastelimme olemassa olevia todisteita säänneltyä solukuolemaa (RCD) säätelevistä GAP:eista, pääasiassa apoptoosista ja autofagiasta, sekä joitain uusia RCD:itä kiinnittäen erityistä huomiota niiden yhteyteen sairauksiin, erityisesti syöpään. Pohdimme myös, että GAP:t voivat vaikuttaa kasvainimmuniteettiin ja yritimme yhdistää GAP:t, RCD:t ja kasvainimmuniteetin. Näiden prosessien säätelyn GAP:ien syvemmä ymmärtäminen voisi johtaa uusien terapeuttisten kohteiden löytämiseen patologisen soluhäviön välttämiseksi tai syöpäsolukuoleman välittämiseksi.

Säätelevä solukuolema viittaa immuunijärjestelmän säätelysoluluokan aktiiviseen kuolemaan, mikä säätelee immuunivasteen intensiteettiä ja kestoa. Sääteleviä soluja ovat säätelevät T-solut ja säätelevät B-solut jne., jotka ovat ratkaisevia immuunijärjestelmän homeostaasin ylläpitämisessä. Sääntelysolukuoleman ja immuniteetin välillä on läheinen yhteys. Sääntelysolukuolema voi vaikuttaa immuunivasteen voimakkuuteen ja kestoon ja siten immuniteetin tasoon. Toisaalta säädelty solukuolema voi vahvistaa immuunivastetta ja edistää patogeenien puhdistumista. Toisaalta liiallinen säätelevä solukuolema voi myös heikentää immuniteettia, mikä johtaa infektioalttiuteen ja autoimmuunisairauksiin. Yhteenvetona voidaan todeta, että säätelevä solukuolema liittyy läheisesti immuniteettiin. Asianmukainen säätelevä solukuolema voi vahvistaa immuunivastetta ja edistää taudinaiheuttajien puhdistumista, mutta liiallinen säätelysolukuolema voi myös heikentää vastustuskykyä tehden elimistön alttiiksi infektioille ja autoimmuunisairauksien esiintymiselle. Siksi meidän on kiinnitettävä erityistä huomiota vastustuskyvyn parantamiseen. Cistanche voi parantaa immuniteettia. Cistanche sisältää runsaasti erilaisia ​​antioksidantteja, kuten C-vitamiinia, C-vitamiinia, karotenoideja jne. Nämä ainesosat voivat poistaa vapaita radikaaleja, vähentää oksidatiivista stressiä ja parantaa vastustuskykyä. immuunijärjestelmän vastustuskyky.

Napsauta cistanche deserticola -lisäosaa

Avainsanat:

GTPaasia aktivoivat proteiinit, säädelty solukuolema, tuumoriimmuniteetti.

Johdanto

Ihmisen pienten guanosiinitrifosfataasien (pienten GTPaasien) Ras-superperhe (monomeeriset GTPaasit) käsittää yli 150 jäsentä [1], ja se on yleensä jaettu viiteen pääperheeseen: Ras-, Rho-, Rab-, Arf- ja Ran-perheisiin [2]. Ne liittyvät erilaisiin soluprosesseihin, mukaan lukien signaalin siirto, materiaalin kuljetus ja sytoplasmisen luuston rakentaminen [3]. Pienillä GTPaaseilla on kaksi erilaista konformaatiotilaa ja ne kiertävät edestakaisin niiden välillä.

Aktivoidussa tilassa ne on sidottu GTP:hen ja päinvastoin BKT:n kohdalla. Tätä tilasiirtymää hallitsevat kolme säätelijää: guaniininukleotidin vaihtotekijät (GEF), guaniininukleotidien dissosiaatioinhibiittorit (GDI) ja GTPaasia aktivoivat proteiinit (GAP) [4]. Näistä GEF:t ovat positiivisia tekijöitä, jotka aktivoivat GTPaasin edistämällä sitoutumista GTP:hen, kun taas GDI:t ja GAP:t ovat molemmat negatiivisia tekijöitä, jotka inaktivoivat GTPaasin eristämällä ja hydrolysoimalla GTP:tä, vastaavasti [3, 4].

GAP:t ovat useita rakenteellisia domeeniproteiineja (kuvio 1), joiden koko on 50-250 kDa [5]. Vastaavasti GTPaasien Ras-superperhettä, GAP:t voidaan jakaa myös viiteen pääperheeseen: Ras-GAP-, RhoGAP-, Rab-GAP-, Arf-GAP- ja Ran-GAP-perheisiin. Toisin kuin Ras-superperheen GAP:t, GAP-luokka, jota kutsutaan G-proteiinin signaloinnin säätelijöiksi (RGS:t), vaikuttaa heterotrimeerisiin G-proteiineihin [5, 6]. Kun GAP:t ovat GDP:hen sitoutuneessa konformaatiossa, ne voivat yleensä lopettaa vastaavat alavirran signalointikaskadit hydrolysoimalla GTP:tä. GTP-hydrolyysireaktio on äärimmäisen hidas, mutta GAP:t voivat nopeuttaa katkaisuvaihetta useilla suuruusluokilla hydrolyysinopeuden lisäämiseksi. RasGTP-hydrolyysin aikana perinteiset GAP:t työntävät arginiinisormen tai asparagiinipeukalon kohteena olevan GTPaasin nukleotideja sitovaan uraan stimuloidakseen hydrolyysiä [7, 8], kun taas RGS-proteiinit sitoutuvat suoraan G-proteiiniin kytketyn reseptorin aktiivisiin G-alayksiköihin. (GPCR) indusoimaan hydrolyysiä [6].

Fysiologisesti solukuolema on homeostaattinen mekanismi, joka säätelee ja ylläpitää kudosten ja elinten toimintaa ja kokoa. Satunnaisesta solukuolemasta (ACD) poiketen ulkoisen ympäristön häiriön, säädellyn solukuoleman (RCD), seurauksia tarvitaan fysiologisissa tai patologisissa haitoissa, jotka aktivoivat endogeenisiä geneettisesti koodattuja molekyylirakenteisia signalointikaskadeja ja -mekanismeja, joita geneettiset voivat häiritä. tai farmakologinen lääketiede. RCD voidaan luokitella kahteen päätyyppiin: apoptoottiseen ja ei-apoptoottiseen. Apoptoosi on ohjelmoidun solukuoleman (PCD) yleisin muoto, kun taas toinen tärkeä ei-apoptoottisen RCD:n luokka, johon kuuluvat nekroptoosi, autofagia, mitoottinen katastrofi, pyroptoosi, ferroptoosi, metuoosi, proptoosi, parthanatos, lysosomista riippuvainen solukuolema, entoosi ja onkoosi, on myös saamassa huomiota [9, 10].

Nämä erilaiset solukuolematyypit eroavat niiden kuoleman ärsykkeiden aiheuttamista morfologisista muutoksista ja biokemiallisista piirteistä, mutta jotkin solukuoleman muodot eivät ole täysin riippumattomia muista, ja niillä on tiettyjä molekyyliominaisuuksien risteyksiä, kuten apoptoosi ja autofaginen solukuolema [11]. ]. Riippumatta normaalin solukuoleman säännöistä, syöpäsolut säilyvät hengissä, kun niiden ei pitäisi suurelta osin tuottaa merkityksellisiä geneettisiä mutaatioita tai epigeneettisiä modifikaatioita, jotka vaikuttavat solukuolemasignaalien välittämiseen RCD:n kiertämiseksi.

GAP:ien GTPaasi-aktiivisuuden säätely laukaisee sarjan signalointimuutoksia, erityisesti solujen kasvussa, lisääntymisessä ja kuolemassa, ja kehystimme mitä voimme havaita RCD:n ja kasvainimmuniteetin suhteen tutkiaksemme näiden kolmen välisiä yhteyksiä. Tässä katsauksessa keskustelemme ensin GAP:iden molekyylimekanismien ymmärtämisestä eri RCD:ille, havainnollistaen sitä suurella määrällä yksittäisiä esimerkkejä (taulukko 1), ja lopuksi pääpaino kiinnitetään kasvaimen immuniteetin säätelyyn GAP:ien avulla. . Teemme yhteenvedon tästä tiedosta, kehitämme edelleen näiden prosessien GAP-sääntelyn patofysiologisia vaikutuksia ja korostamme lupaavia syövän hoitomenetelmiä näiden uusien löydösten valossa.

Apoptoosi

Apoptoosi on PCD:n muoto, ja sitä kutsutaan myös "kutistumisnekroosiksi" [12] kromatiinin kondensoitumisen ja solujen kutistumisen (pyknoosi) morfologisten ominaisuuksien vuoksi. Lisäksi sen ominaisuuksia ovat DNA-fragmentoituminen (karyorrhexis), apoptosomien muodostuminen ja kalvon blebbing [9]. Kaksi yleistä signalointireittiä indusoivat apoptoosia: toinen reitti on sisäinen reitti, joka johtuu muutoksista mitokondrioiden kalvopotentiaalissa ja ulkokalvon läpäisevyydessä ja sitten mitokondrioiden proteiinien, kuten sytokromi c:n, vapautumisen edistämisestä, mikä aktivoi kaspaasi 3:n ja muodostaa apoptosomeja [13]. ]. Tätä prosessia säätelevät BCL-2-proteiiniperhe, pääasiassa proapoptoottiset proteiinit (BAX, BAK, BIM, PUMA ja BID) ja antiapoptoottiset proteiinit (BCL-2, BCL-XL ja MCL1). 14]. Toinen reitti on ulkoinen apoptoosireitti, jonka käynnistävät kuolemaa indusoiva signalointikompleksi (DISC) ja kuolemanreseptorit (solukalvoproteiini), kuten Fas, tuumorinekroositekijän (TNF) reseptorit ja TNF:ään liittyvä apoptoosia indusoiva ligandi. (TRAIL) reseptorit, jotka viime kädessä aktivoivat kaspaasiproteaasiperheen, solun apoptoosin toteuttajia ja indusoivat solujen apoptoosia [13, 15].

Apoptoosihäiriöt liittyvät läheisesti autoimmuunisairauksien, neurodegeneratiivisten sairauksien ja kasvainten esiintymiseen ja kehittymiseen. Esimerkiksi syöpäsoluilla on usein ominaisuuksia, jotka estävät apoptoosia rajoittamattoman lisääntymisen varmistamiseksi.

Uudet tutkimukset ovat osoittaneet, että GAP:t liittyvät läheisesti apoptoottiseen etenemiseen (kuvio 2). Jotkut GAP:t voivat edistää kasvainsolujen apoptoosia suojellakseen organismia. p120RasGAP, G-proteiinisignaloinnin 3 (RGS3) säätelijä, poistettu maksasyövästä 1 (DLC1), DOC{7}}/DAB2-vuorovaikutteinen proteiini (DAB2IP) ja STARD13 ovat tyypillisiä esimerkkejä, koska viisi GAP:ta voivat vaikuttaa tasapainoon. antiapoptoottisten proteiinien ja proapoptoottisten proteiinien ja/tai vastaavan signaalireitin apoptoosin indusoimiseksi. p120RasGAP (tunnetaan myös nimellä RASA1), RAS:n klassinen GAP, indusoi Ras-riippuvaista tuumorigeenisyyttä, kun sen transkription säätely tukahdutetaan. Sorafenibi kohdennettuna aineena hepatosellulaarisessa karsinoomassa (HCC) voi indusoida kasvainsolujen apoptoosia. Tutkimukset ovat osoittaneet, että sen tärkeä reitti lisää p120RasGAP:n tasoa sen terapeuttisen vaikutuksen saavuttamiseksi edistämällä aivolisäkkeen homeobox 1:n (PITX1) fosforylaatiota sen ilmentymisen ja stabiilisuuden lisäämiseksi [16]. Kuitenkin, voidaanko apoptoosi indusoida onnistuneesti, riippuu signalointireitin aktiivisuuden asteesta. Kaspaasi-3 aktivoituu lievemmin, mikä estää apoptoosia ja edistää solujen eloonjäämistä pilkkomalla p120RasGAP:n kahdeksi fragmentiksi; sen N-terminaalinen fragmentti aktivoi PI3k/Akt-reitin, ja vain kaspaasin hyperaktivaatio edistää apoptoottista solukuolemaa [17, 18].

HCC:ssä RGS3:n ilmentymiseen vaikuttaa onkogeeninen lncRNA HOXD-AS1, joka alentaa RGS3:n mRNA-tasoja ja aktivoi MEK/ERK-signalointireitin apoptoosin estämiseksi [19]. HOXD-AS1 lisää myös ARHGAP11A:n (RhoGAP) ilmentymistä ja johtaa etäpesäkkeiden induktioon toimimalla kilpailevana endogeenisenä RNA:na (ceRNA) ja tukahduttamalla miR19:ää [19]. Samoin kuin HOXD-AS1, STARD13 (DLC2, RhoGAP) 3'UTR toimii seRNA:na ja lisää Bcl{15}} modifioivan tekijän (BMF) ilmentymistä sitoutumalla kilpailevasti miR-125b:hen rintasyövässä.

Sillä välin STARD13 3'UTR voisi edistää BMF/Bcl-2:n vuorovaikutusta Baxin ja sytokromi c:n vapauttamiseksi apoptoosin sisäisen reitin aktivoimiseksi [20]. DLC1 ja DAB2IP vaikuttavat suoraan vastaavaan reittiin ja kohdeproteiiniin apoptoosin indusoimiseksi. Esimerkiksi DLC1 (RhoGAP) vapauttaa TNFAIP3/A20:n ilmentymisen ja lisää BCL211/BIM:n ja kaspaasin ilmentymistä-3 indusoidakseen solukuoleman inaktivoimalla NF-KB-signaloinnin angiosarkoomassa [21]. DAB2IP:n vaikutus apoptoosin edistämiseen sisältää useita signaalireittejä syövässä [22]. Eturauhassyövässä (PCa) DAB2IP:llä on kaksinkertainen rooli apoptoosiin vaikuttamisessa. Ensinnäkin DAB2IP on suoraan vuorovaikutuksessa STAT3:n kanssa ja estää sen fosforylaatiota (tyrosiini 705 ja seriini 727) ja transaktivaatiota, mikä häiritsee proapoptoottisten geenien (Bax) ja anti-apoptoottisten geenien (eloonjääneet, Bcl-2 ja Bcl) tasapainoista ilmentymistä. -xL) ja edistää apoptoosia. Toiseksi DAB2IP aktivoi sisäisiä reittejä, mukaan lukien mitokondrioiden membraanipotentiaalin katkeaminen ja sytokromi c:n, Omi/HtrA2:n ja Smacin vapautuminen, mikä lopulta aktivoi kaspaasikaskadin [23].

RACGAP1 voi edistää etäpesäkkeiden muodostumista ja syövän kehittymistä estämällä apoptoosia. RACGAP1 vaikuttaa pieniin Rho-perheen G-proteiineihin stimuloiden GTP-hydrolyysiä ja sääteleen CDC42:ta ja RAC1:tä. RACGAP1:n ilmentymiseen ja stabiilisuuteen vaikuttavat STAT3 ja epiteelisolujen transformoiva sekvenssi 2 (ECT2). HCC:ssä STAT3, RACGAP1:n transkriptiotekijä, voi lisätä RACGAP1:n ilmentymistä, ja sitten RACGAP1 vähentää Hippo-signalointireittiä F-aktiinin kertymisen kautta aktivoidakseen transkription koaktivaattorin kyllä-assosioituneen proteiinin (YAP). YAP:lla nukleoporiinin translokoituneen promoottorialueen (TPR) transkriptio lisääntyy. TPR puolestaan ​​voi säädellä RACGAP1:n fosforylaatiota ja lokalisoitumista keskuskarassa. Tämän seurauksena apoptoosi estyy, kun taas kasvainsolujen kasvua edistetään [24]. ECT2, guaniinin nukleotidien vaihdon katalyyttinen aine pienissä GTPaaseissa [25], on vuorovaikutuksessa RacGAP1:n kanssa. HCC:ssä toisaalta ECT2 edistää RacGAP1-proteiinin stabiilisuutta ja toisaalta RacGAP1 edistää ECT2-välitteistä RhoA-aktivaatiota ja HCC-solumetastaaseja [26]. Basaalimaisessa rintasyövässä (BLBC) knockdown-RACGAP1-solujen on myös osoitettu epäonnistuvan sytokineesissa ja aiheuttavan apoptoosin alkamista [27].

Varmasti GAP:illa on merkittävä rooli myös muissa apoptoosiin liittyvissä sairauksissa syöpää lukuun ottamatta. Ennenaikainen ja sopimaton apoptoosi lisää sydän- ja verisuonitautien esiintymistä. Seitsemänkymmenellä prosentilla kapillaariepämuodostuma-arteriovenoosi-epämuodostumapotilaista on inaktivoituja mutaatioita RASA1-geenissä. Todennäköisimmin RASA1:n pilkkoneen N-terminaalisen fragmentin toiminnan anti-apoptoosin välittäjänä perusteella RASA1-puutos johtaa imusuonten (LV) endoteelisolujen apoptoosiin, mikä laukaisee LV-läppien muodostumisen heikkenemisen [28].

Lisäksi RGS5 ei vain koordinoi proapoptoottisten proteiinien, antiapoptoottisten proteiinien ja kaspaasin aktiivisuutta-3, vaan myös estää JNK1/2- ja p38-signalointireittejä sydänlihassolujen apoptoosin estämiseksi, jota esiintyy sydänlihaksen iskemia-reperfuusiossa [29 ]. Tarpeeton apoptoosi liittyy myös neurologisiin sairauksiin ja optiseen neuropatiaan. Tutkijat ehdottavat, että DAB2IP:n, jolla on uusi nimi apoptoosin signaalia säätelevä kinaasi 1-vuorovaikuttava proteiini-1, yli-ilmentyminen voi edistää Alzheimerin taudin kehittymistä välittämällä amyloidin aiheuttamaa aivojen endoteelisolujen apoptoosia, kun taas TBC1D17:n yli-ilmentyminen edistää verkkokalvon solukuolemaa optisen neuropatian saavuttamiseksi [30, 31].

Yhteenvetona voidaan todeta, että edellä mainitut GAP:t ovat vuorovaikutuksessa kohdeproteiininsa tai signalointireittiensä kanssa aktivoidakseen tai estääkseen apoptoottisia signalointireittejä ja vaikuttaa apoptoosiin, mikä vaikuttaa taudin kehittymiseen. Tutkijat ovat jatkuvasti kiinnittäneet vahvaa huomiota kasvainten mekanismeihin ja hoitostrategioihin. Tässä esittelemme joitain GPA:ita, jotka vaikuttavat apoptoosiin paljastamaan patologinen prosessi ja parantamaan kasvainten terapeuttista vaikutusta. Tietysti GAP-tutkimus paljastaa myös muiden patologisten prosessien erityismekanismit, mikä antaa meille paremman käsityksen suunnittelusta ja auttaa meitä kehittämään tehokkaan hoidon erityiskohteisiin.

Ei-apoptoottinen RCD

Tämä osio ei kata vain autofagiasta riippuvaa solukuolemaa selittääkseen yhteyden GAP:ien kanssa, vaan myös uusia solukuoleman muotoja, kuten ferroptoosia, pyroptoosia ja muita epävirallisia tyyppejä (kuva 3).

Autofagiasta riippuvainen solukuolema

Fyysisen homeostaasimme ja terveytemme ylläpitämiseksi on välttämätöntä aktivoida autofagia solun ylimääräisten ja haitallisten komponenttien poistamiseksi. Autofagia on tärkeä, konservoitunut ja normaali soluprosessi, joka jakautuu aina useisiin vaiheisiin: fagoforien induktioon, autofagosomien ja autolysosomien muodostumiseen sekä luminaalisen sisällön hajoamiseen ja kierrätykseen. Tärkeimmät ominaisuudet ovat erityiset kalvorakenteet, mukaan lukien fagoforit, autofagosomit ja autolysosomit. Autofagiaa pidetään solun selviytymismekanismina, mutta kun autofagia yliaktivoituu solun kapasiteetin yli, se johtaa solukuolemaan, jota kutsutaan autofagiasta riippuvaiseen solukuolemaan (ADCD). ADCD:n tunnistaminen edellyttää autofagisen aktiivisuuden lisääntymistä ja muista muodoista johtuvan solukuoleman poissulkemista, ja sitä voidaan modifioida autofagiatekijöiden geneettisellä ja/tai farmakologisella estolla [32].

ADCD:n käsite on kuitenkin edelleen erittäin kiistanalainen. Toisaalta ylikuuluminen autofagian ja muiden RCD:iden, kuten apoptoosin, välillä tekee vaikeaksi määritellä ADCD:n itsenäiseksi solukuolemaprosessiksi vain asiaankuuluvien molekyyli- ja morfologisten markkerien perusteella, ja toisaalta kynnys luokitella tappavaksi. ja ei-tappavaa autofagiaa on vaikea määrittää [33, 34]. Autofagian rooli kasvaimissa voi olla kaksipuolinen. Vaikka autofagian häviäminen edistää kasvaimen etenemistä hiirimalleissa, enemmän todisteita osoittaa, että autofagia voi tukahduttaa kasvainspesifisiä tulehdusvasteita ja auttaa kasvainsolujen metaboliaa ravinnerajoitteisessa mikroympäristössä edistäen kasvaimen kasvua [35, 36]. On osoitettu, että jotkin syöpälääkkeet, kuten resveratroli ja arseenitrioksidi, voivat indusoida ADCD:tä [37–39], ja lisäksi ADCD:tä esiintyy onkogeenisissä Ras-proteiinia ilmentävissä soluissa muiden kotransformoituneiden geenien puuttuessa [40], mutta roolia erilaisissa kasvaimissa on vielä tutkimatta. Siksi tarjoamme täällä vain rajoitetun johdannon GAP:ien rooliin autofagiassa.

Autofagosomit ovat autofagian morfologisia markkereita, kun taas autofagiaan (ATG) liittyvät proteiinit ovat avainasemassa autofagosomien muodostumisessa ja ovat autofagian molekyylimarkkereita. RAB GTPaasit voivat kontrolloida solunsisäisten rakkuloiden kuljetusta [41] ja osoittaa autofagosomien kypsymisen [42]. Noin 10 RAB-proteiinilla on selvät toiminnot autofagiassa [43]. Siksi RABGAP:t, mukaan lukien TBC (TRE{5}}BUB2-CDC16) -alueen sisältävät RABGAP:t, ovat myös mukana autofagiassa. RAB33B vaikuttaa autofagosomien muodostumiseen värväämällä Atg12-Atg5-Atg16L1-kompleksin fagosyytteihin, ja Atg16L1 on RAB33B:n sitova proteiini [44].

Yksi tutkimus osoitti, että OATL1 on GAP, joka vaikuttaa RAB33B:hen, ja sen yli-ilmentyminen voi viivyttää autofagosomien kypsymistä säätelemällä autofagosomien ja lysosomien välistä fuusiota [45]. RalA/B (RAS kuten A/B), Ras GTPase -perheen jäsen, on myös keskeinen vesikkelikuljetuksen säätelijä [46]. Nisäkässolumallissa RalB ja sen efektoriproteiini Exo84 indusoivat yhdessä ULK1-Beclin1-VPS34-kokoonpanon, jota tarvitaan autofagosomien muodostumiseen. Koeolosuhteissa, joissa ei ole ravintorajoituksia, RalGAP:n lasku voi aktivoida RalB:n ja aiheuttaa autofagian lisääntymisen [47]. Toisessa kokeessa, jossa käytettiin Drosophilaa mallina, tutkijat havaitsivat, että Ral GTPaasi säätelee autofagiaa PCD:n yhteydessä [48], jota voidaan pitää ADCD:nä.

Rapamysiinin (mTOR) mekaaninen kohde integroi kasvutekijät ja ravinnesignaalit autofagian estämiseksi. mTORC1, joka on signalointikompleksi, jonka pääkomponentti on mTOR, edistää ULK1:n fosforylaatiota (ei -51-kuten kinaasi 1) riittävien ravintoaineiden läsnä ollessa [49]. AKT- ja AMPK-signalointikinaasien säätelyn alaisena tuberkuloosiskleroosikompleksi 1/2 (TSC1/2) toimii Rhebin GAP:na (aivoissa rikastettu Ras-homologi) ja estää GTP:hen sitoutuneen Rhebin muodostumisen ja osallistuu säätelyyn. Rheb-mTORC1-ULK1-signalointireitistä autofagian edistämiseksi [49–51]. Tsc1/2-puutos on vastuussa tuberkuloosiskleroosikompleksin (TSC) kehittymisestä. Se on autosomaalisesti hallitseva sairaus, joka altistaa potilaat useiden elinjärjestelmien kasvainten kehittymiselle [52]. Siksi viallinen autofagia TSC:ssä voi johtaa autofagisten substraattien, mukaan lukien epänormaalit proteiinit ja organellit, kerääntymiseen soluun, mikä edistää kasvainten muodostumista. Tutkimukset ovat myös osoittaneet, että RalGAP:n deleetio indusoi mTORC1-aktiivisuuden lisääntymistä, mikä johtaa autofagian vähenemiseen.

Samaan aikaan haimasyövässä RalGAP estää kasvainsolujen tunkeutumisen mTORC1-signaloinnin kautta [53]. Autofagia lisää kasvainsolujen vastustuskykyä kemoterapiaa ja sädehoitoa vastaan. Temotsolomidi (TMZ) glioblastooman (GBM) hoitoon on taipuvainen aiheuttamaan autofagiaa ja voi tehdä kasvainsoluista resistenttejä lääkkeelle. DAB2IP:n havaittiin säätelevän negatiivisesti ATG9B:n ilmentymistä Wnt/-catenin-signalointireitin kautta, mikä estää TMZ:n aiheuttamaa autofagiaa ja lisää lääkeherkkyyttä GBM-soluissa [54]. Lisäksi DAB2IP:n on myös osoitettu olevan negatiivinen autofagiaan liittyvän säteilyresistanssin säätelijä PCa:ssa. DAB2IP:n ylävirran säätelijänä miR-32 alentaa DAB2IP:n proteiinitasoa kohdistamalla sen 3'-UTR:ään ja estämällä sen translaatiota [55]. Myöhemmin mTOR-S6K-reitti aktivoituu, mutta autofagian aktiivisuus voimistuu, mikä voi johtua Akt:n negatiivisesta takaisinkytkennän estämisestä [56], mikä viime kädessä parantaa PCa-solujen säteilyresistanssia [55, 57].

Jotkut GAP:t vaikuttavat hermostoon säätelemällä autofagiaa. SIPA1L2, Rap GTPaasia aktivoiva proteiini, säätelee välittäjäaineiden vapautumisprosessia, joka liittyy TrkB/Rap1-signalointiin ja amfisomeihin, jotka ovat TrkB-myöhäisten endosomien fuusioorganelleja autofagosomien kanssa [58], kun taas muut, mukaan lukien TBC1D5 ja TBC1D15, liittyvät motorisiin hermosoluihin, ja nämä GAP:t aiheuttavat häiriöstä hajoavan autofagian ja myrkyllisten proteiinien aggregoitumisen [59–63]. SGSM3/RABGAP5 ja TBC1D10A molemmat inaktivoivat vastaavat GTPaasit lopettamaan autofagian ja vaikuttavat immuunijärjestelmään, kun autofagia eliminoi patogeenejä ja vaurioittaa solujen organelleja [64, 65]. GAP:ien puuttuminen voi johtaa geneettisesti heterogeenisiin autosomaalisiin sairauksiin. Esimerkiksi TBC1D20-proteiinin deleetio voi lisätä Warburgin mikrosyndrooma 4:n tapaturmaa, joka on autosomaalinen sairaus ja jolla on epänormaalit silmä-, aivo- ja sukuelinten toiminnot [66]. Autofagia on myös luontainen mekanismi aineenvaihdunnan ylläpitämiseksi ja ravinteiden kierrättämiseksi nälän tai stressin aikana. TBC1D5 sitoo ja eristää LC3:a sekä autofagisia osastoja ja lisää glukoosin kuljettajan GLUT1/Slc2a1:n ilmentymistä plasmakalvolla, mikä helpottaa glukoosin ottoa ja glykolyyttistä virtausta [67].

Yhteenvetona voidaan todeta, että useimmat GAP:t alentavat vastaavaa GTPaasiaktiivisuutta säätelemään suoraan autofagiaa fyysisiin toimintoihimme vaikuttamiseksi, mutta harvat toimivat efektoreina säätelemään epäsuorasti autofagiaa tämän tavoitteen saavuttamiseksi. Autofagia liittyy läheisesti fyysiseen homeostaasiin ja terveyteen. Merkittävää on, että GAP:t vaikuttavat autofagian prosessiin. Valitettavasti ADCD:llä itsessään on monia tutkimattomia alueita, ja sen seurauksena ADCD- ja GAP-tutkimuksia on vähän. Voimme päätellä GAP:ien mahdollisen roolin ADCD:ssä vain autofagian ja GAP:ien välisestä yhteydestä. Siksi lisätutkimukset ovat tarpeen, jotta voimme ymmärtää paremmin, kuinka GAP:t säätelevät ADCD:tä fysiologisissa ja patologisissa tilanteissa, ymmärtävät oikein patologisen kehityksen ja löytävät terapeuttisia kohteita.

Ferroptoosi

Ferroptoosi on uusi oksidatiivinen RCD, jonka seuraukset kumuloituvat tappavan raudan riippuvuuden vuoksi lipidihydroperoksideista [68]. Sen tieteellinen havainto käynnistää elastiinin aiheuttaman selektiivisen solukuoleman kokeen vuonna 2003, ja termi "ferroptoosi" keksittiin vuonna 2012 [69]. Myöhemmin tutkijat saivat aikaan nousun ferroptoositutkimuksessa. Sen morfologian ainutlaatuinen piirre on mitokondrioiden muutokset, joihin kuuluvat pieni koko, kalvotiheyden muuttuminen, mitokondriaalisen cristan väheneminen tai katoaminen ja ulkokalvojen repeämä [70]. Ferroptoosi liittyy useisiin sairauksiin, mukaan lukien akuutti munuaisvaurio, syöpä ja sydän- ja verisuonitauti. Osa ferroptoosin induktiosta on RAS-riippuvaista [71]. Ras-mutanttisyöpäsoluissa RAS-RAF-MEK-reitin estäminen estää elastiinin, joka on solukuolemaa edistävä kasvainlääke, indusoimaa ferroptoosia [72]. GAP:ien ja ferroptoosin välisestä yhteydestä tiedetään kuitenkin suhteellisen vähän.

Suuri määrä molekyylimarkkereita ja -reittejä on kuvattu autofagialle mahdollisina ferroptoosin prosesseina [9, 73]. GTPaasit ja GAP:t, joilla on rooli autofagiassa, voivat myös olla ferroptoosin säätelijöitä. RAB7A osallistuu autofagian aiheuttamaan lipidipisaroiden (LDs) hajoamiseen, ja siihen liittyvä lipidiperoksidaatio pahentaa ferroptoosia [74]. Näin ollen TBC1D2 RAB7A:n negatiivisena säätelijänä voisi säädellä ferroptoosia RAB7A-riippuvaisella tavalla [75]. G3BP1 (Ras-GTPaasi-aktivoiva proteiinia sitova proteiini 1) osallistuu Ras-signalointireitin säätämiseen. Sen aiheuttama solukuolema on liitetty pitkään ei-koodaavaan RNA:han P53RRA, jota säätelevät LSH ja p53. Tämän prosessin aikana P53RRA:n nukleotidit 1 ja 871 ovat suoraan vuorovaikutuksessa G3BP1:n RNA-tunnistusmotiivin vuorovaikutusdomeenin kanssa (aa 177–466) muodostaen P53RRA-G3BP1-kompleksin. Sytoplasmassa P53RRA-G3BP1-vuorovaikutus syrjäyttää p53:n G3BP1-kompleksista, mikä johtaa p53:n uudelleenjakaumaan p53:n siirtymisen kautta sytoplasmasta tumaan, mikä aktivoi p53-signalointireitin ja vaikuttaa useiden metabolisten geenien, kuten TIGARin, ilmentymiseen. ja SLC7A11, aiheuttaen lopulta solusyklin pysähtymisen, mikä johtaa apoptoosiin ja ferroptoosiin [76].

Pyroptoosi

Pyroptoosi on eräänlainen tulehduksellinen RCD, joka on synnynnäinen immuunimekanismi vastustaa patogeenien tunkeutumista ja ylläpitää fyysistä homeostaasia [77]. Kaspaasin-1/4/5/11 aktivoitumisen indusoivat jotkin tulehdukset, jotka lisäävät gasdermiini D:n pilkkoutumisnopeutta ja erittävät kypsiä tulehduksellisia sytokiinejä, kuten interleukiinia-18 ja interleukiinia-1 [78 ]. Sen piirteitä ovat DNA:n fragmentoituminen, solujen turpoaminen ja kuplat, jotka lopulta rikkovat plasmakalvon.

Pyroptoosin ja GAP:ien välinen yhteys näkyy tiettyjen mikro-organismien aiheuttamassa solukuolemassa. YopE on eräänlainen Yersinian ulkoproteiini (Yops) ja se voi toimia Rho GTPaasin isäntä-GAP:na hydrolysoimalla GTP:hen sitoutunutta Rho GTPaasia ei-kovalenttisella tavalla Yersiniassa. Yersinia-infektion ja solukuoleman induktion aikana YopE:llä on toinen yhteistyökumppani, YopT, kysteiiniproteaasi, joka hajottaa kovalenttisesti Rho GTPaasin C-pään, mikä johtaa Rho GTPaasin dissosiaatioon ja inaktivoitumiseen. Vaikka YopE ja YopT eroavat olennaisesti Rho GTPaasin inaktivaatiosta, molemmat ovat Rhomodifioivia toksiineja, jotka vaikuttavat isäntäsolun fysiologiaan ja välttävät immuunivasteita. Tämä prosessi indusoidaan suoraan tavalla, joka defosforyloi pyriinin aktiiviset Ser205- ja Ser241-kohdat ja muodostaa pyriinin tulehduksen, mikä lopulta johtaa pyroptoosiin [79].

Entoosisolukuolema

Vuonna 2007 tutkijat kuvasivat ei-apoptoottista solukuolemaprosessin entoosia selittääkseen kasvainsolujen välillä havaitun solunsyömisilmiön [80, 81]. Kun samat tai erityyppiset solut kuluttavat eläviä soluja, syntyy "solu solussa" -rakenne, mikä johtaa sisäistettyjen solujen (entoottisten solujen) kuolemaan. Kuolevilla entoottisilla soluilla ei ole apoptoosin morfologisia ja molekulaarisia ominaisuuksia, mutta niillä on autofagiariippuvuus, ja lysosomi- ja tyhjiökalvon autofagiaproteiinista riippuvainen fuusio indusoi entoosia [82, 83].

Solujen adheesio ja sytoskeletaalin uudelleenjärjestely ovat avainprosesseja entoosissa, eikä niitä voida määritellä epiteelin kadheriinin ja Rho-ROCK-signaloinnin yhteydessä [80]. P190A RhoGAP:n kerääntyminen solujen ja solujen liitoksiin estää Rho-reitin aktiivisuutta, mikä johtaa myosiinin kevyen ketjun fosforylaation vähenemiseen, mikä vähentää aktomyosiinin supistumista ja suppressoi kalmoduliinitasoja. P190A RhoGAP:n polarisoidusta jakautumisesta johtuen aktiinin supistuminen soluadheesion distaalisessa päässä on merkittävästi suurempi kuin soluadheesiokohdassa [84]. Lisäksi RhoGEF aktivoi Rho:n soluadheesion distaalisessa päässä [85]. Siksi RhoGAP ja RhoGEF toimivat erikseen Rho:lle, mutta synergistisesti ketoosin induktiolle.

Mitoottinen katastrofi

Mitoottinen katastrofi (MC) on eräänlainen epänormaali mitoottinen solukuolema, joka on myös tehokas syövän vastainen mekanismi ja hoito [86]. Sen morfologiset ominaisuudet ovat ainutlaatuisia ydinmuutoksia, joissa on yleensä moniytiminen ja/tai mikronukleaatio [87]. Tarkemmin sanottuna MC ei ole eräänlainen RCD, koska MC, kuten autofagia, ei välttämättä aiheuta solukuolemaa, ja siksi Solukuoleman nimikkeistökomitea 2018 suosittelee käyttämään termiä mitoottinen kuolema tämäntyyppisen kuoleman nimenä [10 ]. Lisäksi tutkimukset ovat osoittaneet, että useimpien MC-solujen lopullinen kohtalo on luontainen apoptoosi [10, 88], ja näiden kahden välillä on eroja ja yhteyksiä.

Puutyypit GAP:t liittyvät poikkeavaan mitoosiin: RasGAP NF1, p190RhoGAP ja RanGAP. NF1:n mutaatiot voivat aktivoida RAS:iin liittyviä alavirran signalointireittejä. Tässä tapauksessa muiden signalointireittien, kuten PKC:hen liittyvien reittien, koordinointia tarvitaan säätelemään RAS-yliaktivaation soluhäiriöitä ja sitä tarvitaan solujen eloonjäämisen varmistamiseksi. Nf1-puutteellisissa olosuhteissa endogeenisen proteiinikinaasi C:n (PKC) suppressio toimii todennäköisimmin yhteistyössä Akt-reitin (yksi poikkeavan Rasin alavirran efektoreista) kanssa aktivoidakseen Chk1:n, pidentää mitoottista pysähtymistä ja aiheuttaa sen jälkeen apoptoosia MC:n kautta. [89]. Useiden kopioiden yli-ilmentyminen T-solumaligniteetissa 1 (MCT-1) vastustaa PTEN-geenin esiintymistä ja vaikuttaa negatiivisesti sen proteiinien vakauteen ja toiminnalliseen aktiivisuuteen aktivoiden fosfoinositidi 3 -kinaasi/AKT-signalointia. Lisäksi MCT-1 vähensi p190RhoGAP:tä ja lisäsi p190B:n ilmentymistä, joka sitoo Src:tä, on vuorovaikutuksessa MCT-1:n kanssa ja aktivoi Src/p190B-signaloinnin. Lopulta lisääntynyt MCT-1 ja inhiboitu PTEN lisäävät synergistisesti Src/p190B-reittiä, mikä aiheuttaa RhoA-aktiivisuuden laskun ja lisää MC:n esiintymisnopeutta [90].

Toisin kuin yllä olevien GAP:ien kuvauksessa, sen lisäksi, että importiini 1 vaikuttaa RanGAP1:n kinetokooriin ja karan lokalisaatioon, joka on päävaiheiden välisten ytimien vektorissa ja mitoottisessa etenemisessä mukana oleva säätelijä, RanGAP1:n sumoylaatio liittyy myös importiiniin. 1 ja osoittaa positiivista korrelaatiota. Mekanismi on mitä todennäköisimmin se, että RanBP2 on suoraan vuorovaikutuksessa importiini 1:n N-pään kanssa, eristää endogeenisen RanBP2:n, vähentää sitä ja importiini 1:tä ja diffundoi molempia, mikä johtaa epänormaaliin karan muodostumiseen ja kromosomien kohdistumisen heikkenemiseen, mikä lopulta aiheuttaa solukuoleman [91] . Yhteenvetona voidaan todeta, että GAP:ien aiheuttama vastaavan GTPaasiproteiinin aktiivisuuden epänormaali säätely voi häiritä normaalia signaalikaskadia ja lopulta lisätä MC-onnettomuuksien määrää.

menetelmät

Metuoosi on ainutlaatuinen RCD:n muoto, ja sen erityispiirteenä on vakuolisaatio, rakkuloiden kerääntyminen (yksittäinen kalvo ja makropinosomeista, mikä erottaa autofagosomien kaksoiskalvojen rakenteen) ja lopulta plasmakalvon repeämä [92]. Metuoosi liittyy läheisesti Ras-signalointireittiin (jatkuva aktivaatio), jolle on tunnusomaista GBM ja mahasyöpä [93].

GIT1 toimii GAP:na Arf6:n inaktivoimiseksi hydrolysoimalla GTP:tä vaikuttamaan menetelmiin. Tässä prosessissa hyperaktiivinen H-Ras aktivoi Rac1 GEF:n ja lisää Rac1-GTP:n määrää. Mikropinosytoosi, jota tehostaa Rac1:n aktivaatio ja klatriinista riippumaton endosytoosi (CIE), saavat joitain piirteitä myöhäisistä endosomeista (Rab7 ja LAMP1). Samaan aikaan on olemassa palautemekanismi, jossa hyperaktiivinen Rac1 mahdollistaa Rac{10}}GTP:n suoran vuorovaikutuksen GIT1:n kanssa, mikä vähentää Arf6:n aktiivisuutta, heikentää CIE:n kierrätystä ja epäonnistuu sulautumaan lysosomien kanssa. Lopuksi nämä seuraukset johtavat CIE:n kertymiseen, ja myöhäiset endosomaaliset vesikkelit sulautuvat yhteen muodostaen siten suurempia nestetäytteisiä sytoplasmisia vakuoleja, jotka lopulta rikkovat plasmakalvon ja aiheuttavat solukuoleman [94, 95]. Yllä oleva tulos on kuitenkin ristiriidassa Shliomin ja kollegoiden rahoituksen kanssa, jonka mukaan Arf6 (Q67 L) -aktiivisuus edistää vakuolien muodostumista soluissa, jotka ilmentävät H-Ras:a (G12V) [96]. Asianmukaisin selitys tälle ilmiölle on se, että ne vaikuttavat ilmaantuviin vakuoleihin

GAP:t säätelevät kasvainimmuniteettia

RCD ja immuniteetti liittyvät läheisesti toisiinsa

RCD:n uskottiin alun perin olevan immuuni-tolerogeeninen tapahtuma, erityisesti apoptoosi [97]. Myöhemmät todisteet ja immunogeenisen solukuoleman (ICD) käsitteen käyttöönotto ovat kuitenkin vähitellen vahvistaneet immuuniaktiivisuuden roolin RCD:ssä. ICD ei ole itsenäinen kuolemantapa, ja se viittaa erään tyyppiseen RCD:hen, jolla on adaptiivinen immuniteetti, jota ohjaa sytotoksisten T-lymfosyyttien (CTL) aktivoituminen vasteena stressin aiheuttamaan solukuolemaan [97, 98]. ICD:n kehittyminen on monimutkainen prosessi, jossa sellaisten antigeenien olemassaolo, jotka eivät kuulu keskustoleranssin piiriin kuolleissa soluissa ja vaurioon liittyvien molekyylimallien (DAMP) altistuminen ja vapautuminen ovat avainkomponentteja, joita kutsutaan vastaavasti antigeenisyydeksi ja adjuvanttisuudeksi [98 ]. DAMP-solut edistävät antigeeniä esittelevien solujen (APC) värväämistä ja kypsymistä, mikä laukaisee CTL-riippuvaisen immuunivasteen [99]. Jotkut tavanomaiset kemoterapeuttiset aineet, onkolyyttiset virukset, kohdistetut syöpälääkkeet, spesifiset sädehoitomenetelmät ja muut tekijät voivat olla ICD:n indusoijia [100, 101].

Tämän havainnon perusteella vuonna 2013 tutkijat ehdottivat, että ICD-indusoijien yhdistelmät muiden immunomodulaattoreiden kanssa voisivat johtaa tehokkaisiin kasvainten vastaisiin vaikutuksiin [99], ja myöhemmät tutkimukset ovat vahvistaneet, että monoklonaaliset vasta-aineet kohdistuvat klassisesti inhiboimiin immuunitarkastuspisteisiin, kuten sytotoksisiin T-lymfosyytteihin liittyviin antigeeni 4 (CTLA-4), ohjelmoitu solukuolema-1 (PD-1) ja sitä vastaava ligandi PD-L1 ovat hyviä yhteistyökumppaneita ICD:ssä [102–104]. Viime aikoina myös syövän immunoterapia yhdistettynä nanoteknologiaan ICD:n indusoimiseksi on osoittanut uusia näkymiä [105, 106]. Muut RCD:t eivät tietenkään ole solun loppu, vaan ne voivat olla immuunivasteen tai jopa ICD:n alkua [107]. Lisäksi nämä RCD:t vaikuttavat myös kasvainten vastaiseen immuniteettiin [108, 109]. Esimerkiksi T-solut ja ferroptoosi välittävät toisiaan kasvaimissa. Immunoterapialla aktivoidut CD8 plus T-solut tehostivat lipidiperoksidaatiota kasvainsoluissa, mikä puolestaan ​​vaikutti immunoterapian kasvainten vastaiseen tehokkuuteen lisääntyneen ferroptoosin kanssa [110]. Tämä todiste riittää osoittamaan, että RCD liittyy erottamattomasti immuuniaktiivisuuteen ja immuunihoitoon.

GAP:t edistävät immuunijärjestelmän mikroympäristöä

GAP:t vaikuttavat useiden immuunisolujen muodostumiseen ja perustoimintoihin (kuvio 4A). T-solut ovat kasvaintenvastaisen immuniteetin tukipilari. Epäkypsät kaksoispositiiviset (DP) tymosyytit erilaistuvat osittain CD4 plus- tai CD8 plus yksipositiivisiksi (SP) T-soluiksi positiivisen valinnan jälkeen, kun taas muut DP-T-solut läpikäyvät apoptoosin. Mekanismia, jolla Ras-MAPK-reitti säätelee tätä prosessia, on tutkittu hyvin [111, 112].
RASA1-puutteellisessa kateenkorvassa DP-soluilla on lisääntynyt herkkyys apoptoosille, mutta lisääntynyt CD4 SP:n suhde DP:hen viittaa siihen, että RASA1-deleetio edistää positiivista valintaa ja saattaa liittyä Ras-MAPK-signalointireitin aktivaatioon [113]. Lisäksi DAB2IP:n proapoptoottisen vaikutuksen vuoksi CCR4-NOT-kompleksi heikentää DAB2IP:tä osallistuakseen tymosyyttien positiiviseen valintaan [114]. Mielenkiintoista on, että toinen tutkimus osoitti, että NF1 edistää tymosyyttien positiivista valintaa naaraspuolisissa HY TCR Tg -hiirissä, mutta mekanismi on epäselvä [115]. Toinen esimerkki T-solusäätelystä on se, että ARHGAP19 koordinoi T-lymfosyyttien jakautumiseen tarvittavaa soluskeletin uudelleenmuodostumista ja kontrolloi kromosomien segregaatiota säätelemällä RhoA:ta [116]. ARHGAP45 voisi säädellä RHO:ta organisoidakseen muutoksia naiivien T-solujen sytoskeletonissa, lisätäkseen niiden muodonmuutoksia ja siirtymistä imusolmukkeisiin (LN:t) ja edistääkseen T-solujen progenitorien kateenkorvan kylvöä [117].

Lisäksi Rab35:tä ja sen GAP EPI64C:tä (TBC1D10C) tarvitaan immunologisten synapsien (IS) muodostumiseen, jotka ovat osa T-solu-APC-vuorovaikutusta [118]. Makrofageilla on keskeinen rooli immuunivasteen myötävirtaan nielaisemalla kuolleita soluja. Aiemmat tutkimukset ovat luonnehtineet Rho GTPaasin jäsenet Rac1 ja Cdc42 molekyylikytkimiksi, jotka säätelevät aktiinin sytoskeleton kudosta säätelemään Fc-reseptorivälitteistä fagosytoosia [119, 120]. Sh3BP1, ArhGAP12 ja ArhGAP25 inaktivoivat yhdessä Racin ja Cdc42:n ajassa ja tilassa, mikä päätti makrofagien fagosytoosin suuriksi hiukkasiksi, kuten apoptoottisiksi soluiksi [121]. Makrofagien polarisaatio, liikkuvuus ja solujen leviämisominaisuudet liittyvät RASA{17}}välitteiseen p190RhoGAP-translokaation säätelyyn [122]. Toisen RhoGAP-myosiinin Myo9b-deleetion makrofageissa osoitettiin johtavan muuttuneeseen solumorfologiaan ja heikentyneeseen migraatiokykyyn [123]. RhoGAP-perheen rooli neutrofiileissä on laajempi, sisältäen pääasiassa neutrofiilien muodon muutoksia, adheesiota, kemotaksista ja fagosytoosia, kuten Roland Csépányi-Kömi et ai. [124].

Kasvainmikroympäristön vaikutuksesta kasvainsolut voivat paeta immuunijärjestelmän valvonnasta ja siten selviytyä immuunihyökkäyksestä kehitysprosessin aikana. Neurofibromiinia koodaava NF1 on hyvä esimerkki havainnollistamaan GAP:ien roolia kasvaimen immuuni-mikroympäristössä (kuvio 4B). Neurofibromiini on GTPaasia aktivoiva proteiini, joka vähentää RAS-aktiivisuutta, ja näin ollen NF1:n mutaatiot voivat aktivoida RAS:iin liittyviä alavirran signalointireittejä. Neurofibromatoosi tyyppi 1 (NF1) on hermoston geneettinen häiriö, joka johtuu neurofibromiiniproteiinin GAP-aktiivisuuden menetyksestä [125]. Immuunisolut, kuten tunkeutuvat tulehdukselliset syöttösolut, ovat osa NF1:tä, ja NF1-geenin mutaatiot immuunisoluissa ovat myös välttämättömiä tälle taudille [126]. Tutkijat suunnittelivat NF1fox/−; Krox20- Cre-hiiret, joissa oli NF1−/− Schwann-soluja ja NF1 plus/− -syöttösoluja, ja havaitsivat, että hiirille, joilla oli Schwann-solujen lisääntyminen sekä massiivinen syöttösolujen infiltraatio, kehittyi pleksiformisia neurofibroomeja verrokkihiiriin verrattuna. Tämä havainto osoittaa, että NF1-syöttösolujen haploinsufektiivisuus luo NF1 plus/− -immuunimikroympäristön, joka suosii kasvaimia [127].

Lisäksi NF1−/− Schwann-solut tehostavat Nf1-haploinsufektiivista syöttösolujen migraatiota kantasolutekijän (SCF) avulla ja degranulaatiota PIK-3-reitin c-kit-välitteisen aktivoinnin kautta [128–130]. Tavallisiin ihmisiin verrattuna NF1-potilailla on taipumus kehittää keskushermoston kasvaimia. Matala-asteisessa glioomassa (LGG) tutkijat ovat löytäneet keskeisen neuroimmuuniakselin, mikä viittaa siihen, että NF1-mutanttihermosolut tuottavat midkine-soluja, jotka saavat T-solut aktivoimaan mikrogliaa tuottamaan CCL5:tä, LGG:n kasvua edistävää tekijää [131]. Samanlaisia ​​tuloksia löytyi GBM:stä.

Äskettäinen tutkimus osoitti, että kasvainmallit, joissa oli Nf1:n ja Ptenin koodideleetio ja EGFRVIII:n yli-ilmentyminen, saattoivat välttää immuunipuhdistuman ja suuren immunosuppressiivisen mikroympäristön, ja Nf1:n häviäminen oli avaintapahtuma [132]. Mielenkiintoista on, että vaikka NF1-alleelien epätäydellinen mutaatio on kasvainten aiheuttaja, jotkut tutkijat esittävät ristiriitaa siinä, että NF1:n puuttuminen T-soluista voi lisätä T-solujen aktiivisuutta kasvaimen fyysisen immuunivalvontamekanismin tehostamiseksi ja pahanlaatuisen migraation estämiseksi. Tämän havainnon mukaisesti NF1-potilaiden kliininen ilmiö, jossa useimmat NF1:een liittyvät kasvaimet ovat ei-pahanlaatuisia, muokkaa NF1-geenimutaatioiden tunnistamista [133].

Lisäksi tutkimukset ovat osoittaneet, että Ras-proteiinin aktivaattorin kaltainen 1-proteiini (Rasal1) säätelee negatiivisesti P21Ras-ERK-reittiä T-soluissa, mikä estää T-solujen aktivaatiota vähentäen T-solujen kasvainvastaista immuniteettia, kun taas RASAL1-knockdown on osoitettu tehostamaan T-solujen kasvainten vastaista aktiivisuutta B16-melanoomassa ja EL{7}}-lymfoomassa [134]. G-proteiinien GAP:na RGS-perhe osallistuu immuunitoiminnan säätelyyn monin tavoin ja sillä on potentiaalia kohdennettuun immuunihoitoon [135]. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että RGS1 estää T1-solujen ja CTL-solujen kuljetusta kasvaimiin, mikä helpottaa "kylmien kasvainten" muodostumista rintasyövässä ja heikentää kasvainten vastaista immuniteettia [136]. Sillä välin hiirikokeet osoittivat, että kasvainspesifisten CTL-solujen siirto RGS1-knockdownilla yhdessä PD-L1:n kanssa voisi olla lupaava immunoterapeuttinen strategia rintasyövälle [136].

Päätelmät ja näkökulmat

Tautien, erityisesti syövän, GAP-tutkimus on lisääntynyt viime vuosina. Jotkut GAP:t voivat olla vaikuttavia tekijöitä syöpäsolujen lisääntymisessä, migraatiossa, lääkeresistenssissä ja pahanlaatuisessa transformaatiossa ja voivat jopa olla uusia syövän terapeuttisia kohteita ja prognostisia markkereita. GAP:t voivat virittää RCD:hen liittyviä signalointireittejä tämän prosessin aikana. Tyypillisin esimerkki on RASGAP:ien estäminen RAS:iin liittyvien reittien apoptoottisen prosessin säätelemiseksi syöpäsoluissa. Tutkimukset kasvainimmuniteetin säätelystä GAP:iden avulla ovat rajallisia. Tässä, tiivistämällä GAP:ien laajan roolin RCD:n säätelyssä, arvelemme, että voisi olla mahdollista, että GAP:t ovat läsnä RCD:hen liittyvässä immuuniaktiivisuudessa tai tarkemmin sanottuna ICD:n aiheuttamissa kasvainten vastaisissa immuunivasteissa. Lisäksi immuunisoluissa ilmentyvät GAP:t ovat välttämättömiä immuunisolujen fysiologisten toimintojen ylläpitämisessä ja osallistuvat immuunivasteen kiertoon ja kasvainten vastaiseen immuniteettiin säätelemällä immuunisoluja.

Yksi onkogeenisten RAS-proteiinien aktivoinnin tunnusmerkeistä on kyky estää syöpäsolujen apoptoosia rajoittamattoman lisääntymisen saavuttamiseksi. Onkogeenisessä RAS:ssa voi olla mutaatioita, jotka vastustavat RASGAP:ien laukaisemaa hydrolyyttistä estoa.

Vaikka pienimolekyylisten lääkkeiden etsimistä, jotka voisivat toimia GAP-lääkkeiden vastineena RAS-GTP-hydrolyysin edistämiseksi, on ehdotettu pitkään, optimistista edistystä ei ole saavutettu. On osoitettu, että semaforiini 4D vaikuttaa GAP-aktiiviseen reseptoriin Plexin-B1 inaktivoiden R-Ras:ia ja sääteleen siten integriinin aktivaatiota ja solumigraatiota [137]. Muita esimerkkejä on olemassa tiettyjen GAP-toimintojen sääntelystä. Esimerkiksi synteettinen proteiinirepulsiivinen ohjausmolekyyli A (RGMA) -reseptori neogeniini lisää p120GAP-aktiivisuutta, mikä johtaa Ras:n ja sen alavirran efektorin Akt:n estoon [138]. RASGAP:ien toiminnan estoa saattaa esiintyä myös syövässä. Tyypillisesti liittyvän NF1-sairauden terapeuttiset menetelmät ovat kuitenkin edelleen erittäin vaikeita, ja nykyiset strategiat sisältävät enimmäkseen RAS/MEK-reitin eston [139]. Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka GAP:ien perustoiminnallisuus ymmärretään hyvin, lisätutkimuksia tarvitaan, jotta voidaan ymmärtää paremmin, kuinka GAP:t säätelevät biologisia prosesseja, ymmärtääkseen oikein patologista kehitystä ja tunnistaakseen terapeuttisia kohteita.

Lyhenteet

GAP: GTPaasia aktivoiva proteiini; RCD: säädelty solukuolema; GEF:t: guaniininukleotidinvaihtotekijät; GDI:t: guaniininukleotidin dissosiaatioinhibiittorit; RGS:t: G-proteiinin signaloinnin säätelijät; GPCR: G-proteiiniin kytketty reseptori; ACD: vahingossa tapahtuva solukuolema; PCD: ohjelmoitu solukuolema; DISC: Kuoleman aiheuttava signalointikompleksi; TNF: Tuumorinekroositekijä; TRAIL: TNF:ään liittyvä apoptoosia indusoiva ligandi; RGS3: G-proteiinin signaloinnin säätelijä 3; DLC1: ​​Poistettu maksasyövästä 1; DAB2IP: DOC-2/DAB2-vuorovaikutteinen proteiini; PITX1: aivolisäkkeen homeobox 1:n fosforylaatio; HCC: hepatosellulaarinen karsinooma; ceRNA: Kilpaileva endogeeninen RNA; PCa: eturauhassyöpä; ECT2: epiteelisolujen transformoiva sekvenssi 2; YAP: Kyllä-assosioitunut proteiini; TPR: translokoitu promoottorialue; BLBC: Basaalin kaltainen rintasyöpä; LV: Lymfaattinen suoni; ADCD: Autofagiasta riippuvainen solukuolema; mTOR: rapamysiinin mekaaninen kohde; TMZ: temotsolomidi; GBM: glioblastooma; G3BP1: Ras-GTPaasia aktivoiva proteiinia sitova proteiini 1; Yops: Yersinia Outer -proteiinit; MC: Mitoottinen katastrofi; MCT-1: Useita kopioita T-solun maligniteetissa 1; ICD: Immunogeeninen solukuolema; CTL:t: sytotoksiset T-lymfosyytit; DAMP:t: vaurioihin liittyvät molekyylimallit; APC:t: antigeeniä esittelevät solut; DP: Kaksoispositiivinen; NF1: Neurofbromatosis tyyppi 1; SCF: kantasolutekijä; LGG: matala-asteinen gliooma; Rasal1: Ras-proteiinin aktivaattorin kaltainen 1-proteiini.

Kiitokset

Kiitämme prof. Yongguang Taoa ja tohtori Li Xietä sekä Wenbing Liua kuvien ja käsikirjoituksen tarkistamisesta.

Tekijöiden panokset

YJ ja LC osallistuivat katsauksen suunnitteluun ja suunnitteluun. HH ja SW kirjoittivat käsikirjoituksen. JH ja HH valmistivat luvut ja taulukon. SJ, LL ja YL keräsivät referenssit ja osallistuivat keskusteluun. Kaikki kirjoittajat lukivat ja hyväksyivät lopullisen käsikirjoituksen

Rahoitus

Tätä työtä ovat tukeneet Kiinan kansallinen luonnontieteellinen säätiö (81802785 [YJ], 82100490 [LC]), Hunanin maakunnan luonnontieteellinen säätiö Kiina (2020JJ5382 [YJ], 2020JJ5381 [LC]), Hunanin maakunnan terveydenhuollon tieteellinen tutkimusprojekti komissio (20200763 [WL]) ja Changsha Science and Technology Bureaun perustutkimusprojekti (kq2004127 [LX]).

Tietojen ja materiaalien saatavuus

Ei sovellettavissa.

julistukset

Eettinen hyväksyntä ja suostumus osallistumiseen

Ei sovellettavissa.

Suostumus julkaisuun

Ei sovellettavissa.

Kilpailevat kiinnostuksen kohteet

Kirjoittajat ilmoittavat, että heillä ei ole kilpailevia etuja.

Tekijän tiedot

1 Mallieläin- ja kantasolubiologian avainlaboratorio Hunanin maakunnassa, Hunanin normaaliyliopisto, Changsha 410013, Hunan, Kiinan kansantasavalta. 2 School of Medicine, Hunan Normal University, Changsha 410013, Hunan, Kiinan kansantasavalta. 3 Pään ja kaulan kirurgian osasto, Xiangyan lääketieteellisen korkeakoulun syöpäsairaala, Central South University, Changsha 410013, Hunan, Kiinan kansantasavalta. 4 Karsinogeneesin ja syövän hyökkäyksen avainlaboratorio, opetusministeriö, patologian osasto, Xiangyan sairaala, peruslääketieteen laitos, Central South University, Changsha 410078, Hunan, Kiinan kansantasavalta.

Viitteet

1. Wennerberg K, Rossman KL, Der CJ. Ras-superperhe yhdellä silmäyksellä. J Cell Sei. 2005;118(Pt 5):843–6.

2. Takai Y, Sasaki T, Matozaki T. Pienet GTP:tä sitovat proteiinit. Physiol Rev. 2001;81(1):153–208.

3. Bos JL, Rehmann H, Wittinghofer A. GEF:t ja GAP:t: kriittisiä elementtejä pienten G-proteiinien hallinnassa. Cell. 2007;129(5):865–77.4. Cherfls J, Zeghouf M. Pienten GTPaasien säätely GEF:ien, GAP:ien ja GDI:iden toimesta. Physiol Rev. 2013;93(1):269–309.

5. Ligeti E, Welti S, Schefzek K. Fysiologisten vasteiden estäminen ja lopettaminen GTPaasia aktivoivien proteiinien avulla. Physiol Rev. 2012;92(1):237–72.

6. Ross EM, Wilkie TM. GTPaasia aktivoivat proteiinit heterotrimeerisille G-proteiineille: G-proteiinisignaloinnin (RGS) ja RGS:n kaltaisten proteiinien säätelijät. Annu Rev Biochem. 2000; 69:795–827.

7. Schefzek K, Ahmadian MR, Kabsch W, Wiesmuller L, Lautwein A, Schmitz F, Wittinghofer A. Ras-RasGAP-kompleksi: rakenteellinen perusta GTPaasin aktivaatiolle ja sen häviämiselle onkogeenisissä Ras-mutanteissa. Tiede. 1997;277(5324):333–8.

8. Schefzek K, Shivalingaiah G. Ras-spesifiset GTPaasia aktivoivat proteiinit, rakenteet, mekanismit ja vuorovaikutukset. Cold Spring Harb Perspect Med. 2019;9(3):a031500.

9. Tang D, Kang R, Berghe TV, Vandenabeele P, Kroemer G. Säännellyn solukuoleman molekyylikoneisto. Cell Res. 2019;29(5):347–64.

10. Galluzzi L, Vitale I, Aaronson SA, Abrams JM, Adam D, Agostinis P, Alnemri ES, Altucci L, Amelio I, Andrews DW, Annicchiarico-Petruzzelli M, Antonov AV, Arama E, Baehrecke EH, Barlev NA, Bazan NG, Bernassola F, Bertrand MJM, Bianchi K, Blagosklonny MV, Blomgren K, Borner C, Boya P, Brenner C, Campanella M, Candi E, Carmona-Gutierrez D, Cecconi F, Chan FK, Chandel NS, et ai. Solukuoleman molekyylimekanismit: Solukuoleman nimikkeistökomitean suositukset 2018. Cell Death Differ. 2018;25(3):486–541.

11. Maiuri MC, Zalckvar E, Kimchi A, Kroemer G. Self-eating and self killing: crosstalk between autofagi and apoptosis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007;8(9):741–52.

12. Kerr JF. Kutistumisnekroosi: erillinen solukuoleman muoto. J Pathol. 1971; 105(1):13–20.

13. Carneiro BA, El-Deiry WS. Apoptoosin kohdistaminen syövän hoidossa. Nat Rev Clin Oncol. 2020;17:395–417.

14. Czabotar PE, Lessene G, Strasser A, Adams JM. Apoptoosin hallinta BCL-2-proteiiniperheellä: vaikutukset fysiologiaan ja hoitoon. Nat Rev Mol Cell Biol. 2014;15(1):49–63.

15. Seyrek K, Ivanisenko NV, Richter M, Hillert LK, Konig C, Lavrik IN. Solukuoleman hallinta DED-proteiinien translaation jälkeisten modifikaatioiden avulla. Trends Cell Biol. 2020;30(5):354–69.

16. Tai WT, Chen YL, Chu PY, Chen LJ, Hung MH, Shiau CW, Huang JW, Tsai MH, Chen KF. Proteiinityrosiinifosfataasi 1B defosforyloi PITX1:n ja säätelee p120RasGAP:tä hepatosellulaarisessa karsinoomassa. Hepatologia. 2016;63(5):1528–43.

17. Vanli G, Sempoux C, Widmann C. Kaspaasi-3/p120 RasGAP-stressin tunnistava moduuli vähentää maksasyövän ilmaantuvuutta, mutta ei vaikuta kokonaiseloonjäämiseen gammasäteilytetyillä ja karsinogeeneillä käsitellyillä hiirillä. Mol Carcinog. 2017;56(6):1680–4.

18. Yang JY, Michod D, Walicki J, Murphy BM, Kasibhatla S, Martin SJ, Widmann C. RasGAP:n osittainen pilkkominen kaspaaseilla on tarpeen solujen selviytymiseksi lievissä stressiolosuhteissa. Mol Cell Biol. 2004;24(23):10425–36.

19. Lu S, Zhou J, Sun Y, Li N, Miao M, Jiao B, Chen H. Koodaamaton RNA HOXD-AS1 on metastaasin ja apoptoosin fenotyypin kriittinen säätelijä ihmisen hepatosellulaarisessa karsinoomassa. Mol Syöpä. 2017;16(1):125.

20. Guo X, Xiang C, Zhang Z, Zhang F, Xi T, Zheng L. BMF:n aiheuttama Baxin syrjäytyminen välittää STARD13 3'UTR-indusoitua rintasyöpäsolujen apoptoosia miRNA-riippuvaisella tavalla. Mol Pharm. 2018;15(1):63–71.

21. Sánchez-Martín D, Otsuka A, Kabashima K, Ha T, Wang D, Qian X, Lowy DR, Tosato G. DLC1-puutoksen vaikutukset endoteelisolukontaktin kasvun estoon ja angiosarkooman etenemiseen. J Natl Cancer Inst. 2018;110(4):390–9.

22. Bellazzo A, Di Minin G, Collavin L. Block one, vapauta sata. DAB2IP:n inaktivoinnin mekanismit syövässä. Solukuoleman ero. 2017; 24(1):15–25.

23. Zhou J, Ning Z, Wang B, Yun EJ, Zhang T, Pong RC, Fazli L, Gleave M, Zeng J, Fan J, Wang X, Li L, Hsieh JT, He D, Wu K. DAB2IP-häviö aiheuttaa eturauhassyövän vastustuskyky androgeenideprivaatio-hoidolle aktivoimalla STAT3:a ja estämällä apoptoosia. Cell Death Dis. 2015;6:e1955.

24. Yang XM, Cao XY, He P, Li J, Feng MX, Zhang YL, Zhang XL, Wang YH, Yang Q, Zhu L, Nie HZ, Jiang SH, Tian GA, Zhang XX, Liu Q, Ji J, Zhu X, Xia Q, Zhang ZG. Rac GTPaasia aktivoivan proteiinin 1 yliekspressio edistää syöpäsolujen lisääntymistä vähentämällä virtahepo-signalointia sytokineesin edistämiseksi. Gastroenterologia. 2018;155(4):1233–49.

25. Tatsumoto T, Xie X, Blumenthal R, Okamoto I, Miki T. Ihmisen ECT2 on Rho GTPaasien vaihtotekijä, joka fosforyloituu G2/M-vaiheissa ja osallistuu sytokineesiin. J Cell Biol. 1999;147(5):921–928.

26. Chen J, Xia H, Zhang X, Karthik S, Pratap SV, Ooi LL, Hong W, Hui KM. ECT2 säätelee Rho/ERK-signalointiakselia edistääkseen ihmisen hepatosellulaarisen karsinooman varhaista uusiutumista. J Hepatol. 2015;62(6):1287–95.

27. Lawson CD, Fan C, Mitin N, Baker NM, George SD, Graham DM, Perou CM, Burridge K, Der CJ, Rossman KL. Rho GTPaasi -transkriptomianalyysi paljastaa rho GTPaasin aktivoivien proteiinien onkogeeniset roolit tyvikaltaisissa rintasyövissä. Cancer Res. 2016;76(13):3826–37.

28. Lapinski PE, Lubeck BA, Chen D, Doosti A, Zawieja SD, Davis MJ, King PD. RASA1 säätelee imusuonten venttiilien toimintaa hiirillä. J Clin Invest. 2017;127(7):2569–85.

29. Wang Z, Huang H, He W, Kong B, Hu H, Fan Y, Liao J, Wang L, Mei Y, Liu W, Xiong X, Peng J, Xiao Y, Huang D, Quan D, Li Q, Xiong L, Zhong P, Wang G. G-proteiinin signaloinnin säätelijä 5 suojaa kardiomyosyyttejä apoptoosilta in vitro -sydämen iskemia-reperfuusion aikana hiirillä inhiboimalla sekä JNK1/2- että P38-signalointireittejä. Biochem Biophys Res Commun. 2016; 473(2):551–7.

30. Wang H, Fan L, Wang H, Ma X, Du Z. Amyloidi beeta säätelee AIP1:n ilmentymistä ja toimintaa. J Mol Neurosci. 2015;55(1):227–32.

31. Sirohi K, Swarup G. glaukoomaan liittyvien optineuriinin mutaatioiden aiheuttamat autofagian viat. Exp Eye Res. 2016; 144:54–63.

32. Shen HM, Codogno P. Autofaginen solukuolema: Loch Nessin hirviö vai uhanalaiset lajit? Autofagia. 2011;7(5):457–65.

33. Kriel J, Loos B. Hyvät, pahat ja autofagosomi: autofagiasta riippuvaisen solukuoleman vastaamattomien kysymysten tutkiminen. Solukuoleman ero. 2019;26(4):640–52. 34. Lindqvist LM, Simon AK, Baehrecke EH. Ajankohtaisia ​​kysymyksiä ja mahdollisia kiistoja autofagiassa. Cell Death Discov. 2015; 1:1–7.

35. Amaravadi R, Kimmelman AC, White E. Viimeaikaiset näkemykset autofagian toiminnasta syövässä. Genes Dev. 2016;30(17):1913–30.

36. Kimmelman AC, White E. Autofagia ja kasvainaineenvaihdunta. Cell Metab. 2017;25(5):1037–43.

37. Kanzawa T, Kondo Y, Ito H, Kondo S, Germano I. Autofagisen solukuoleman induktio pahanlaatuisissa glioomasoluissa arseenitrioksidilla. Cancer Res. 2003;63(9):2103–8.

38. Dasari SK, Bialik S, Levin-Zaidman S, Levin-Salomon V, Merrill AH Jr, Futerman AH, Kimchi A. Signalomen laajuinen RNAi-seulonta tunnistaa GBA1:n autofagisen solukuoleman positiiviseksi välittäjäksi. Solukuoleman ero. 2017;24(7):1288–302.

39. Zein L, Fulda S, Kogel D, van Wijk SJL. Lääkkeiden aiheuttaman autofagiasta riippuvaisen solukuoleman organellispesifiset mekanismit. Matrix Biol. 2021; 100–101:54–64.

40. Elgendy M, Sheridan C, Brumatti G, Martin SJ. Onkogeenisen Rasin aiheuttama Noxan ja Beclinin-1 ilmentyminen edistää autofagista solukuolemaa ja rajoittaa klonogeenista eloonjäämistä. Mol Cell. 2011;42(1):23–35.

41. Stenmark H. Rab GTPaasit vesikkeliliikenteen koordinaattoreina. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009;10(8):513–25.

42. Hyttinen JM, Niittykoski M, Salminen A, Kaarniranta K. Maturation of Autophagosomes and endosomes: a key role for Rab7. Biochim Biophys Acta. 2013;1833(3):503–10.

43. Szatmari Z, Sass M. Rab pienten GTPaasien ja niiden ylävirran säätelijöiden autofagiset roolit: katsaus. Autofagia. 2014;10(7):1154–66.

44. Pantoom S, Konstantinidis G, Voss S, Han H, Hofnagel O, Li Z, Wu YW. RAB33B värvää ATG16L1-kompleksin fagoforiin ei-kanonisen RAB:ta sitovan proteiinin kautta. Autofagia. 2020. https://doi.org/10.1080/ 15548627.2020.1822629.

45. Itoh T, Kanno E, Uemura T, Waguri S, Fukuda M. OATL1, uusi autofagosomeissa asuva Rab33B-GAP, säätelee autofagosomaalista kypsymistä. J Cell Biol. 2011;192(5):839–53.

46. ​​Moskalenko S, Henry DO, Rosse C, Mirey G, Camonis JH, White MA. Eksokysta on Ral efector -kompleksi. Nat Cell Biol. 2002;4(1):66–72.

For more information:1950477648nn@gmail.com