Кіріспе
Homo sapiens-те кездесетін сүтқоректілер ақуызы SMAD4, сонымен қатар SMAD отбасы мүшесі 4, аналар декапентаплегиялық гомологқа қарсы 4, немесе DPC4 (Панкреас қатерлі ісігінде жойылған 4) - бұл барлық метазооларда кездесетін жоғары консервацияланған ақуыз. Ол TGF β сигналын таратудың медиаторлары ретінде әрекет ететін транскрипция факторлары ақуыздарының SMAD туысына жатады. Цитокиндер тобының TGFβ тобы метазоандардың өмірлік циклындағы маңызды процестерді реттейді, эмбриондардың дамуы, тіндердің гомеостазы, регенерациясы және иммундық реттеу кезінде маңызды рөл атқарады. SMAD 4 SMAD отбасының екінші класына жататын SMAD тобына (жалпы медиатор SMAD) жатады. SMAD4 - бұл метазоандардың көпшілігінде жалғыз SMAD коэффициенті. Ол сонымен қатар TGFβ белоктар суперотбасы мүшелерін модуляциялайтын Дарвиндік ақуыздар отбасына жатады, бұл барлық клеткалық жауаптарды реттеуде рөл атқаратын ақуыздар отбасы. сүтқоректілердің SMAD4 - Медея деп аталатын "аналар декапентаплагияға қарсы" Drosophila ақуызының гомологы. SMAD4 R SMAD- тармен, мысалы SMAD2, SMAD3, SMAD1, SMAD5 және SMAD8 (сонымен қатар SMAD9 деп аталады) гетеротримерлік кешендерді қалыптастыру үшін өзара әрекеттеседі. WWTR1 (TAZ) сияқты транскрипциялық корегуляторлар SMAD- лармен өзара әрекеттесіп, олардың қызметін ынталандырады. Ядроға кіргеннен кейін SMAD4 және екі R SMADS кешені ДНК-ға байланады және жасушалық контекстке байланысты әр түрлі гендердің экспрессиясын реттейді.
SMAD4, also called SMAD family member 4, Mothers against decapentaplegic homolog 4, or DPC4 (Deleted in Pancreatic Cancer 4) is a highly conserved protein present in all metazoans. It belongs to the SMAD family of transcription factor proteins, which act as mediators of TGF β signal transduction. The TGFβ family of cytokines regulates critical processes during the lifecycle of metazoans, with important roles during embryo development, tissue homeostasis, regeneration, and immune regulation. SMAD 4 belongs to the co SMAD group (common mediator SMAD), the second class of the SMAD family. SMAD4 is the only known co SMAD in most metazoans. It also belongs to the Darwin family of proteins that modulate members of the TGFβ protein superfamily, a family of proteins that all play a role in the regulation of cellular responses. Mammalian SMAD4 is a homolog of the Drosophila protein "Mothers against decapentaplegic" named Medea. SMAD4 interacts with R Smads, such as SMAD2, SMAD3, SMAD1, SMAD5 and SMAD8 (also called SMAD9) to form heterotrimeric complexes. Transcriptional coregulators, such as WWTR1 (TAZ) interact with SMADs to promote their function. Once in the nucleus, the complex of SMAD4 and two R SMADS binds to DNA and regulates the expression of different genes depending on the cellular context.
Белсенділер
SMAD4 - молекулалық массасы 60, 439 Да болатын 552 амин қышқылы бар полипептид. SMAD4-тің MH1 және MH2 деп аталатын екі функционалдық домендері бар. Екі SMAD3 (немесе екі SMAD2) және бір SMAD4 кешені тікелей MH1 домендерінің өзара әрекеттесуі арқылы ДНК-ға байланады. Бұл кешендер бүкіл геномдағы сайттарға клеткалық желілерді анықтайтын транскрипция факторлары (LDTF) арқылы тіркеледі, олар TGF β әрекетінің контекстке тәуелді сипатын анықтайды. Smad ақуыздарының ДНҚ-мен байланысу ерекшелігіне алғашқы түсініктер олигонуклеотидті байланыстыру экрандарынан алынды, олар 5'GTCTAGAC3' палиндромдық дуплексін SMAD3 және SMAD4 MH1 домендері үшін жоғары аффиндік байланысу тізбектері ретінде анықтады. Промоторлар мен енхансерлерде басқа да мотивтер анықталды. Бұл қосымша сайттарда CAGCC мотивтері мен GGC ((GC) ) ((CG) консенсустық тізбектері бар, соңғылары 5GC сайттары деп те аталады. 5GC мотивтері SMAD-пен байланысты аймақтарда геномы кең аймақтарда сайттар кластерлері ретінде жоғары деңгейде ұсынылған. Бұл кластерлерде CAG ((AC) of ((CC) сайттары да болуы мүмкін. SMAD3/ SMAD4 кешені TGAGTCAG тізбекті мотиві бар TPA- ге жауап беретін ген промотор элементтеріне де байланады.
ДНК-мотивтері бар MH1 домендік кешендер
SMAD4- тің ДНК- ға байланған алғашқы құрылымы GTCTAGAC палиндромды мотиві бар кешен болды. Жақында SMAD4 MH1 доменінің бірнеше 5GC мотивтеріне байланысты құрылымдары анықталды. Барлық кешендерде ДНК-мен өзара әрекеттесуге MH1 доменінде бар сақталған β шаштық кіреді. Шаш иілгіш ерітіндіде ішінара иілгіш болады және оның конформациялық иілдігінің жоғары дәрежесі әр түрлі 5 bp реттіліктерді тануға мүмкіндік береді. GC-орындармен тиімді өзара әрекеттесу тек G нуклеотиді ірі бақтардың терең жерінде орналасқан және Arg81 гуанидиний тобымен сутекті байланыстар орнататын жағдайда ғана пайда болады. Бұл өзара әрекеттесу Smad ДНК-ны байлайтын шаштық пен ДНК-ның негізгі саңылауы арасындағы қосымша беттік байланысты жеңілдетеді. Басқа тікелей өзара әсерлесулер Lys88 және Gln83 түрлеріне қатысты. GGCGC мотивін байлаған Trichoplax adhaerens SMAD4 MH1 домендерінің рентген кристаллдық құрылымы метазоандарда осы өзара әрекеттесудің жоғары сақталуын көрсетеді.
Номенклатура және атаудың шығу тегі
SMAD-тар түрлер арасында, әсіресе N терминалы MH1 доменінде және C терминалы MH2 доменінде жоғары сақталады. SMAD ақуыздары Drosophila MAD ақуызының және C. elegans protein SMA- ның гомологтары болып табылады. Атауы екеуінің бірі. Дрозофиланы зерттеу барысында ананың MAD геніндегі мутация эмбриондағы декапентаплагиялық генді басады. "Аналар қарсы" деген сөз тіркесі қосылды, өйткені аналар жиі түрлі мәселелерге қарсы ұйымдар құрады, мысалы, "анамның әсерін арттыру" дегенді білдіретін "Аналар мас күйінде көлік жүргізуге қарсы" (MADD) және ғылыми-зерттеу қоғамдастығында ерекше атаудың дәстүріне негізделген. SMAD4 сонымен қатар DPC4, JIP немесе MADH4 деп те аталады.
Функциясы мен әрекет ету механизмі
SMAD4 - SMAD жолындағы маңызды эффектор ретінде анықталған белок. SMAD4 TGFβ тобының клеткадан тыс өсу факторлары мен жасуша ядросының ішіндегі гендер арасында аралас ретінде қызмет етеді. SMAD деген сөздің қысқаша атауы "Common Mediator" дегенді білдіреді. SMAD4 сигналды беру құрылғысы ретінде де анықталады. TGF β жолдарында TGF β димерлері ІІ типті рецептор деп аталатын трансмембраналық рецептормен танылады. II типті рецептор TGF β- мен байланысу арқылы белсендірілгеннен кейін, ол I типті рецепторды фосфорилендіреді. I типті рецептор - бұл клетканың беткі рецепторы. Бұл рецептор SMAD2 немесе SMAD3 сияқты клеткааралық рецептормен реттелетін SMADS (R SMADS) фосфорилендіреді. Фосфорилендірілген R SMADS SMAD4- ке байланады. R SMADs SMAD4 қауымдастығы гетеромерлік кешен болып табылады. Бұл комплекс цитоплазмадан ядроға көшетін болады: бұл транслокация. SMAD4 R SMADS-пен гетеротримерлік, гетерогексамерлік немесе гетеродимерлік кешендерді құрауы мүмкін. SMAD4 - Erk/ MAPK киназасының және GSK3 субстраты. FGF (фибробласттық өсу факторы) жолдарын ынталандыру Smad4 фосфорилирлеуіне әкеледі, бұл ERK- тің threonine 277 орналасқан каноникалық MAPK- тің орналасуына әкеледі. Бұл фосфорильдеу Smad4 белсенділігіне екі түрлі әсер етеді. Біріншіден, ол Smad4 транскрипциялық белсенділігінің ең жоғары деңгейіне Smad4 линкерлік аймағында орналасқан өсу факторымен реттелетін транскрипция белсенділік доменін (Smad Activation Domain, SAD) белсендіре отырып жетуге мүмкіндік береді. Екіншіден, MAPK Smad4- ті GSK3- медиацияланған фосфорилирлеу үшін Smad4- ті бірінші орында қояды, бұл транскрипциялық ингибицияны тудырады, сонымен қатар Smad4- ті полиубиквитинациялайтын және оны протеазомада ыдырау үшін мақсат ететін ubiquitin E3 лигазасының Beta transducin Repeat Containing (beta TrCP) доктау орны ретінде пайдаланылатын фосфодегронды тудырады. Smad4 GSK3 фосфорилирленуі без без безі мен жоғарғы ішектің қатерлі ісігінің прогрессиясы кезінде белок тұрақтылығын реттейді. Ядрода гетеромерлік кешен промоторларды байлайды және транскрипциялық активаторлармен өзара әрекеттеседі. SMAD3/SMAD4 кешендері тікелей SBE-ге байлана алады. Бұл байланыстар әлсіз және ген экспрессиясын реттеу үшін AP 1 туысының мүшелері, TFE3 және FoxG1 сияқты қосымша транскрипциялық факторларды қажет етеді. Көптеген TGFβ лиганды осы жолды пайдаланады, ал SMAD4 клетканың дифференциациясы, апоптозы, гаструляциясы, эмбрионалды дамуы және клеткалық цикл сияқты көптеген функцияларға қатысады.
Клиникалық маңызы
Зерттеуге жататын организмге дисфункционалды SMAD 4 әсерін көру үшін генді өзгерту немесе инактивациялаудан тұратын гендік нокаут (KO) сияқты генетикалық эксперименттер жүргізілуі мүмкін. Тәжірибелер көбінесе үй тышқанында (Mus musculus) жүргізіледі. SMAD4 миындағы КО-да, овуляция кезінде гормондар мен өсу факторларын бөліп шығаратын гранулоза жасушалары ерте лютеинизацияға ұшырап, фолликулді ынталандыратын гормон рецепторларының (ФСГР) төмен деңгейін және лютеинизациялық гормон рецепторларының (ЛГР) жоғары деңгейін білдіреді. Бұл, бәлкім, сүйек морфогенетикалық протеин 7 әсерінің бұзылуына байланысты, өйткені BMP 7 SMAD4 сигналды жолды пайдаланады. SMAD1 және SMAD5 кодтайтын гендердегі deletions мысықтарда метастаздық гранулозалық жасушалар ісіктерімен байланысты. SMAD4 жиі көптеген қатерлі ісіктерде мутацияланған болып келеді. Мутация адамның өмірінде тұқым қуалай немесе ие бола алады. Егер мутация тұқым қуалайтын болса, соматикалық клеткаларға да, ұрпақ түзу мүшелерінің клеткаларына да әсер етеді. SMAD 4 мутациясы сатып алынса, ол тек белгілі бір соматикалық жасушаларда ғана болады. Шын мәнінде, SMAD 4 барлық жасушаларда синтезделмейді. Белгі теріде, без без безінде, жоғарғы ішекте, жатырда және эпителийлі жасушаларда кездеседі. Оны фибробластар да өндіреді. Функционалдық SMAD 4 эпителий жасушалары мен клеткадан тыс матрицаның (ECM) өсуін теріс реттейтін TGF β сигналды трандукциялау жолдарын реттеуге қатысады. SMAD 4 құрылымы өзгерген кезде жасушалардың өсуіне қатысы бар гендердің экспрессиясы бұдан былай реттелмейді және жасушалардың көбеюі ешқандай тежеусіз жалғаса алады. Жасушалардың көп бөлінуі ісіктердің пайда болуына, содан кейін мультиплоидты колоректальдық қатерлі ісіктің және панкреастық карциноманың пайда болуына әкеледі. Ол кем дегенде 50% - ға жуық без без безінің қатерлі ісіктерінде белсендірілмейді. SMAD 4 MH1 доменінің адамдағы қатерлі ісіктерінде кездесетін соматикалық мутациялар осы доменнің ДНҚ- мен байланысу функциясын тежейтіндігі дәлелденді. SMAD 4 аутосомалық доминантты аурудың (JPS) ювенильді полипоз синдромында да мутацияланған. ЖПЗ асқазан-ішек жолдарының гамартоматты полиптерімен сипатталады. Бұл полиптер әдетте қатерсіз, бірақ олар асқазан- ішек жолдарының, әсіресе ішектің қатерлі ісігінің даму қаупі жоғары. ЖПЗ-ға себеп болатын шамамен 60 мутация анықталды. Олар ақуыздың R SMADS- ге байлануына және гетеромерлік кешендерді қалыптастыруына кедергі келтіретін домендері жоқ кіші SMAD 4 өндірісіне байланысты.