p14arf – Wikipedia

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p14ARF (auch genannt ARF-Tumorsuppressor, ARF, p14ARF) ist ein einlternate rLesen fRame-Protein-Produkt des CDKN2A-Locus (dh INK4a / ARF-Locus).[1] p14ARF wird als Reaktion auf eine erhöhte mitogene Stimulation induziert, wie z. B. eine aberrante Wachstumssignalisierung von MYC und Ras (Protein).[2] Es reichert sich hauptsächlich im Nucleolus an, wo es mit NPM oder Mdm2 stabile Komplexe bildet. Diese Wechselwirkungen ermöglichen es p14ARF, als Tumorsuppressor zu wirken, indem es die Ribosomenbiogenese hemmt oder den p53-abhängigen Zellzyklusstillstand bzw. die Apoptose initiiert.[3] p14ARF ist ein atypisches Protein in Bezug auf seine Transkription, seine Aminosäurezusammensetzung und seinen Abbau: Es wird in einem alternativen Leserahmen eines anderen Proteins transkribiert, es ist hochbasisch,[1] und es ist am N-Terminus polyubiquiniert.[4]

Sowohl p16INK4a als auch p14ARF sind an der Regulation des Zellzyklus beteiligt. p14ARF hemmt mdm2 und fördert so p53, das die Aktivierung von p21 fördert, das dann bestimmte Cyclin-CDK-Komplexe bindet und inaktiviert, die andernfalls die Transkription von Genen fördern würden, die die Zelle durch das G tragen würden1/ S Prüfpunkt des Zellzyklus. Der Verlust von p14ARF durch eine homozygote Mutation im CDKN2A (INK4A) -Gen führt zu erhöhten Spiegeln in mdm2 und daher zum Verlust der p53-Funktion und der Zellzykluskontrolle.

Das Äquivalent bei Mäusen ist p19ARF.

Hintergrund[edit]

Das p14ARF-Transkript wurde erstmals 1995 beim Menschen identifiziert.[5][6] und sein Proteinprodukt wurde im selben Jahr bei Mäusen bestätigt.[7] Sein Genort befindet sich beim Menschen auf dem kurzen Arm von Chromosom 9 und bei Mäusen an einer entsprechenden Stelle auf Chromosom 4.[1] Es befindet sich in der Nähe der Gene für die Tandem-Wiederholungen INK4a und INK4b, die 16 kDa betragen (p16)TINTE4a) und 15 kDa (p15TINTE4b) Proteine. Diese INK4-Proteine ​​hemmen direkt die Cyclin D-abhängigen Kinasen CDK4 und CDK6. Es gibt andere INK4-Gene auf anderen Chromosomen, diese sind jedoch nicht mit Krebs verbunden, sodass sich ihre Funktionen wahrscheinlich nicht überschneiden. Ein wichtiges Cyclin-abhängiges Substrat ist das Retinoblastom-Protein Rb, das in der Phase der späten Lücke 1 (G1-Phase) phosphoryliert wird und den Austritt von G1 ermöglicht. Das Rb-Protein begrenzt die Zellproliferation, indem es die Aktivität von E2F-Transkriptionsfaktoren blockiert, die die Transkription von Genen aktivieren, die für die DNA-Replikation benötigt werden. Wenn Rb während der G1-Phase des Zellzyklus durch Cyclin D- und E-abhängige Kinasen phosphoryliert wird, kann Rb die E2F-abhängige Transkription nicht blockieren und die Zelle kann in die DNA-Synthesephase (S-Phase) übergehen.[8] Daher dienen INK4a und INK4b als Tumorsuppressoren, indem sie die Proliferation durch die Hemmung der für die Rb-Phosphorylierung verantwortlichen CDKs einschränken.[7]

Zusätzlich zum INK4a-Protein wird das nicht verwandte Protein ARF von einem alternativen Leserahmen am INK4a / ARF-Locus transkribiert.[1] INK4a- und p14ARF-mRNA bestehen jeweils aus drei Exons. Sie teilen sich die Exons 2 und 3, aber es gibt zwei verschiedene Exon 1-Transkripte, α und β. Exon 1β (E1β) ist zwischen den Genen für INK4a und INK4b interkaliert.[1] Obwohl Exon 1α (E1α) und E1β in Bezug auf Inhalt und Größe ungefähr gleich sind, hat das 5′-AUG (Startcodon) von Exon 1β einen eigenen Promotor und öffnet einen alternativen Leserahmen in Exon 2, daher der Name p14ARF (ARF) Exon 3 wird nicht übersetzt). Aus diesem Grund haben INK4a und p14ARF trotz überlappender codierender Regionen nicht verwandte Aminosäuresequenzen und unterschiedliche Funktionen. Diese doppelte Verwendung von codierenden Sequenzen wird bei Säugetieren nicht häufig beobachtet, was p14ARF zu einem ungewöhnlichen Protein macht.[1] Als das ARF-β-Transkript gefunden wurde, wurde angenommen, dass es wahrscheinlich kein Protein codieren würde.[5][6] Beim Menschen wird ARF in die 14 kDa, 132 Aminosäuren übersetzt [[p14ARF]]Protein, und in Mäusen wird es in die 19 kDa, 169 Aminosäure p19 übersetztArf.[1] Das E1β-Proteinsegment von Maus- und Human-ARF ist zu 45% identisch, mit einer Gesamt-ARF-Identität von 50%, verglichen mit einer 72% -Identität zwischen Maus- und Human-INK4a-E1α-Segment und einer Gesamtidentität von 65%.[7]

Obwohl die INK4a- und ARF-Proteine ​​strukturell und funktionell unterschiedlich sind, sind beide am Fortschreiten des Zellzyklus beteiligt. Zusammen kann ihre breite Hemmrolle dazu beitragen, onkogenen Signalen entgegenzuwirken. Wie oben erwähnt, hemmt INK4a die Proliferation, indem es Rb indirekt ermöglicht, mit E2F-Transkriptionsfaktoren assoziiert zu bleiben. ARF ist an der Aktivierung von p53 beteiligt, indem es Mdm2 (HDM2 beim Menschen) hemmt.[8] Mdm2 bindet an p53 und hemmt dessen Transkriptionsaktivität. Mdm2 hat auch eine E3-Ubiquitin-Ligase-Aktivität gegenüber p53 und fördert dessen Export aus dem Zellkern in das Zytoplasma zum Abbau. Durch die Antagonisierung von Mdm2 ermöglicht ARF die Transkriptionsaktivität von p53, die zum Stillstand des Zellzyklus oder zur Apoptose führen würde. Ein Verlust von ARF oder p53 würde den Zellen daher einen Überlebensvorteil verschaffen.[1]

Die Funktion von ARF wurde hauptsächlich auf seinen Mdm2 / p53-Mechanismus zurückgeführt. ARF hemmt jedoch auch die Proliferation in Zellen, denen p53 oder p53 und Mdm2 fehlen.[9] Im Jahr 2004 wurde festgestellt, dass eine der p53-unabhängigen Funktionen von ARF die Bindung an Nucleophosmin / B23 (NPM) beinhaltet.[9] NPM ist ein saures ribosomales Chaperon (Protein), das unabhängig von p53 an der preribosomalen Verarbeitung und dem nuklearen Export beteiligt ist und mit sich selbst und p14 oligomerisiertARF. Fast die Hälfte von S. 14ARF wird in NPM-haltigen Komplexen mit hoher Molmasse (2 bis 5 MDa) gefunden. Die erzwungene Expression von ARF verzögert die frühe 47S / 45S-rRNA-Vorläuferverarbeitung und hemmt die 32S-rRNA-Spaltung. Dies legt nahe, dass p14ARF kann an NPM binden und die rRNA-Verarbeitung hemmen.[9] ARF-Null-Zellen haben eine vergrößerte Nucleolarfläche, eine erhöhte Ribosomenbiogenese und eine entsprechende Zunahme der Proteinsynthese.[10] Die größere Größe, die aus mehr Ribosomen und Protein resultiert, ist jedoch nicht mit einer erhöhten Proliferation verbunden, und dieser ARF-Null-Phänotyp tritt auf, obwohl die normalen Grundwerte von Arf normalerweise niedrig sind. Das Ausschalten von ARF mit siRNA auf Exon 1β führt zu erhöhten rRNA-Transkripten, rRNA-Prozessierung und Ribosomen-Kernexport. Die ungehemmte Ribosomenbiogenese, die beobachtet wird, wenn NPM nicht an ARF gebunden ist, tritt nicht auf, wenn NPM ebenfalls fehlt. Obwohl die Induktion von ARF als Reaktion auf onkogene Signale als vorrangig angesehen wird, haben die niedrigen ARF-Spiegel in Interphasenzellen auch einen erheblichen Einfluss darauf, das Zellwachstum in Schach zu halten. Daher scheint die Funktion von ARF auf Basalebene im NPM / ARF-Komplex darin zu bestehen, die Biogenese und das Wachstum von Ribosomen im Steady-State unabhängig von der Verhinderung der Proliferation zu überwachen.[10]

Rolle bei Krankheiten[edit]

Sehr häufig ist Krebs mit einem Funktionsverlust von INK4a, ARF, Rb oder p53 verbunden.[11] Ohne INK4a kann Cdk4 / 6 Rb unangemessen phosphorylieren, was zu einer erhöhten E2F-abhängigen Transkription führt. Ohne ARF kann Mdm2 p53 unangemessen hemmen, was zu einem erhöhten Überleben der Zellen führt.

Es wurde festgestellt, dass der INK4a / ARF-Locus in vielen Arten von Tumoren gelöscht oder zum Schweigen gebracht wird. Zum Beispiel haben ungefähr 41% der 100 primären Brustkarzinome p14ARF Mängel.[12] In einer separaten Studie wurde festgestellt, dass 32% der kolorektalen Adenome (nicht krebsartige Tumoren) p14 aufweisenARF Inaktivierung durch Hypermethylierung des Promotors. Mausmodelle ohne p19Arf, p53 und Mdm2 sind anfälliger für die Tumorentwicklung als Mäuse ohne Mdm2 und p53 allein. Dies legt nahe, dass p19Arf hat auch Mdm2- und p53-unabhängige Effekte.[13] Die Untersuchung dieser Idee führte zur jüngsten Entdeckung von smARF.[14]

Es wurde gefunden, dass homozygote Deletionen und andere Mutationen von CDK2NA (ARF) mit Glioblastom assoziiert sind.[15]

Bis vor kurzem waren die beiden bekannten Wirkungen von ARF Wachstumshemmung durch NPM-Wechselwirkungen und Apoptose-Induktion durch Mdm2-Wechselwirkungen. Die Funktion von ARF mit p53-unabhängigem Tod wurde nun der kleinen mitochondrialen Isoform von ARF, smARF, zugeschrieben.[14] Während ARF in voller Länge das Zellwachstum durch Zellzyklusstillstand oder apoptotischen Tod vom Typ I hemmt, tötet smARF Zellen durch autophagischen Tod vom Typ II ab. Wie bei ARF nimmt die Expression von smARF zu, wenn aberrante Proliferationssignale vorliegen. Wenn smARF überexprimiert wird, lokalisiert es sich in der Mitochondrienmatrix, schädigt das Mitochondrienmembranpotential und die Mitochondrienstruktur und führt zum autophagischen Zelltod.[16]

Die Translation des verkürzten ARF, smARF, wird an einem internen Methionin (M45) des ARF-Transkripts in menschlichen und Mauszellen initiiert. SmARF wird auch bei Ratten nachgewiesen, obwohl im Ratten-Transkript kein internes Methionin vorhanden ist. Dies legt nahe, dass es einen alternativen Mechanismus zur Bildung von smARF gibt, was die Bedeutung dieser Isoform unterstreicht.[14] Die Rolle von smARF unterscheidet sich von der von ARF, da ihm das Kernlokalisierungssignal (NLS) fehlt und es nicht an Mdm2 oder NPM binden kann.[3] Bei einigen Zelltypen kann sich ARF in voller Länge jedoch auch in den Mitochondrien lokalisieren und den Zelltod vom Typ II induzieren, was darauf hindeutet, dass Autophagie nicht nur ein Hunger oder eine andere Umweltreaktion ist, sondern auch an der Reaktion auf die Onkogenaktivierung beteiligt sein kann.[2]

Biochemie[edit]

Die ARF-Expression wird durch onkogene Signalübertragung reguliert. Aberrante mitogene Stimulation, wie durch MYC oder Ras (Protein), erhöht seine Expression, ebenso wie eine Amplifikation von mutiertem p53 oder Mdm2 oder p53-Verlust.[8] ARF kann auch durch erzwungene E2F-Expression induziert werden. Obwohl die E2F-Expression während des Zellzyklus erhöht ist, liegt die ARF-Expression wahrscheinlich nicht daran, dass die Aktivierung eines zweiten, unbekannten Transkriptionsfaktors erforderlich sein könnte, um eine ARF-Reaktion auf vorübergehende E2F-Erhöhungen zu verhindern.[11] ARF wird durch Rb-E2F-Komplexe negativ reguliert [11] und durch verstärkte p53-Aktivierung.[8] Aberrante Wachstumssignale erhöhen auch die smARF-Expression.[16]

ARF ist ein hochbasisches (pI> 12) und hydrophobes Protein.[8] Seine grundlegende Natur wird seinem Arginingehalt zugeschrieben; mehr als 20% seiner Aminosäuren sind Arginin und es enthält wenig oder kein Lysin. Aufgrund dieser Eigenschaften ist ARF wahrscheinlich unstrukturiert, sofern es nicht an andere Ziele gebunden ist. Es soll mit mehr als 25 Proteinen komplexieren, obwohl die Bedeutung jeder dieser Wechselwirkungen nicht bekannt ist.[1] Eine dieser Wechselwirkungen führt zu einer Sumoylierungsaktivität, was darauf hindeutet, dass ARF Proteine ​​modifizieren kann, an die es bindet. Das SUMO-Protein ist ein kleiner Ubiquitin-ähnlicher Modifikator, der zu lysly ε-Aminogruppen hinzugefügt wird. Bei diesem Prozess handelt es sich um eine Kaskade mit drei Enzymen, ähnlich wie bei der Ubiquitylierung. E1 ist ein aktivierendes Enzym, E2 ist ein Konjugationsenzym und E3 ist eine Ligase. ARF assoziiert mit UBC9, dem einzigen bekannten SUMO E2, was darauf hindeutet, dass ARF die SUMO-Konjugation erleichtert. Die Bedeutung dieser Rolle ist unbekannt, da die Sumoylierung an verschiedenen Funktionen beteiligt ist, wie z. B. Proteinhandel, Ubiquitylierungsstörung und Genexpressionsänderungen.[1]

Die Halbwertszeit von ARF beträgt ca. 6 Stunden,[4] während die Halbwertszeit von smARF weniger als 1 Stunde beträgt.[3] Beide Isoformen werden im Proteasom abgebaut.[1][4] ARF wird durch N-terminale Ubiquitylierung auf das Proteasom abgezielt.[4] Proteine ​​werden normalerweise an Lysinresten ubiquiniert. Mensch [[p14ARF]]enthält jedoch keine Lysine und Maus p19Arf enthält nur ein Lysin. Wenn das Maus-Lysin durch Arginin ersetzt wird, hat dies keine Auswirkung auf seinen Abbau, was darauf hindeutet, dass es auch am N-Terminus ubiquiniert ist. Dies trägt zur Einzigartigkeit der ARF-Proteine ​​bei, da die meisten eukaryotischen Proteine ​​am N-Terminus acetyliert werden, wodurch eine Ubiquinierung an dieser Stelle verhindert wird. Vorletzte Reste beeinflussen die Effizienz der Acetylierung, indem die Acetylierung durch saure Reste gefördert und durch basische gehemmt wird. Die N-terminalen Aminosäuresequenzen von p19Arf (Met-Gly-Arg) und p14ARF (Met-Val-Arg) würde durch Methioninaminopeptidase verarbeitet, aber nicht acetyliert, wodurch die Ubiquinierung fortgesetzt werden könnte. Die Sequenz von smARF sagt jedoch voraus, dass das initiierende Methionin nicht durch Methioninaminopeptidase gespalten und wahrscheinlich acetyliert würde und daher vom Proteasom ohne Ubiquinierung abgebaut wird.[1]

Nucleolarer ARF voller Länge scheint durch NPM stabilisiert zu sein. Der NPM-ARF-Komplex blockiert nicht den N-Terminus von ARF, schützt jedoch wahrscheinlich ARF vor dem Zugriff durch Abbau-Maschinen.[4] Das mitochondriale Matrixprotein p32 stabilisiert smARF.[16] Dieses Protein bindet verschiedene zelluläre und virale Proteine, aber seine genaue Funktion ist unbekannt. Durch den Abbau von p32 werden die smARF-Werte durch Steigerung des Umsatzes drastisch gesenkt. Die Niveaus von p19Arf sind nicht von p32-Knockdown betroffen, und so stabilisiert p32 smARF spezifisch, möglicherweise durch Schutz vor dem Proteasom oder vor mitochondrialen Proteasen.[16]

Verweise[edit]

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  2. ^ ein b Abida WM, Gu W (Januar 2008). “p53-abhängige und p53-unabhängige Aktivierung der Autophagie durch ARF”. Cancer Res. 68 (2): 352–7. doi:10.1158 / 0008-5472.CAN-07-2069. PMC 3737745. PMID 18199527.
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Weiterführende Literatur[edit]

Externe Links[edit]