Кіріспе

Белдіктер отбасы Smads (немесе SMADs) - бұл клеткалардың дамуы мен өсуін реттеу үшін аса маңызды трансформирушы өсу факторы бета (TGF B) суперотбасы рецепторларының негізгі сигнал түрлендіргіштері болып табылатын құрылымды ұқсас белоктар отбасы. Қысқарту Caenorhabditis elegans SMA ("кіші" құрт фенотипі) және MAD ("Decapentaplegic қарсы аналар") Drosophila гендерінің гомологиясына қатысты. СМД-ның үш түрлі кіші түрі бар: рецептормен реттелетін СМД-лар (R СМД-лар), ортақ серіктес СМД-лар (Co СМД-лар) және ингибиторлық СМД-лар (I СМД-лар). Смад отбасының сегіз мүшесі осы үш топқа бөлінеді. Рецептормен реттелетін екі SMAD және бір SMAD тримерлері белгілі бір гендердің экспрессиясын реттейтін транскрипция факторлары ретінде әрекет етеді.

Ішкі түрлері

R Smads Smad1, Smad2, Smad3, Smad5 және Smad8 / 9 болып табылады және TGF B рецепторынан тікелей сигнал беруге қатысады. Smad4 - бұл адамда кездесетін жалғыз Co Smad, және оның R Smads-пен серіктестікке қосылу рөлі бар, бұл кешенге корегуляторларды тарту. Сонымен қатар, Smad6 және Smad7 - R Smads белсенділігін басу үшін жұмыс істейтін I Smads. Smad7 жалпы TGF B сигналын ингибитор болса, Smad6 көбірек BMP сигналын берумен байланысты. R/Co Smads негізінен цитоплазмада орналасады, бірақ TGF β сигнализациясынан кейін ядрода жиналады, онда олар ДНК-ға байланады және транскрипцияны реттейді. Алайда I Smads негізінен ядрода кездеседі, онда олар тікелей транскрипциялық реттеушілер ретінде әрекет ете алады.

Ашылуы және номенклатурасы

Smads-тер табылғанға дейін, қандай төменгі эффекттердің TGF B сигналдарын аудару үшін жауапты екені белгісіз болды. Smads алғаш рет Drosophila-да табылды, онда олар dpp-ге қарсы аналар ретінде белгілі (Mad), Mad мутацияларын әлсіз dpp аллельдерінің аналық әсерін күшейтудің салыстырмалы ауырлығына негізделген аллельдік тізбеге орналастыруға болады, осылайша "dpp-ге қарсы аналар" атауын түсіндіреді. Декапентаплагиялық (dpp) TGF B- нің Drosophila нұсқасының доминантты күшейткіштерін генетикалық теру арқылы. Зерттеулер Mad null мутанттарының dpp мутанттарына ұқсас фенотиптер көрсеткенін анықтады, бұл Mad dpp сигналды жолдың кейбір аспектілерінде маңызды рөл атқарғанын көрсетеді. Mad және Sma-ның адам тектесі Smad1 деп аталды, бұл бұрын ашылған гендердің бірі. Xenopus эмбрионының жануарлар шапкасына Smad1 инъекцияланғанда, ол мезодерманың ветрализациялайтын әсерін қайталай алады, бұл BMP4, TGF B отбасының мүшесі, эмбриондарда. Сонымен қатар, Smad1- де карбокси терминалында транзакциялық қабілеттілік бар екені дәлелденді, оны BMP4- ті қосу арқылы күшейтуге болады. Бұл дәлелдер Smad1 TGF B сигналдарын аудару үшін ішінара жауапты екенін көрсетеді.

Белсенділер

Смадтардың ұзындығы шамамен 400-500 амин қышқылынан тұрады және амин және карбокси терминалдарындағы екі шар тәрізді аймақтан тұрады, олар бір-бірімен байланысты аймақпен байланысты. Бұл шар тәрізді аймақтар R Smads және Co Smads-та жоғары сақталады және N ұшында Mad гомологиясы 1 (MH1) және C ұшында MH2 деп аталады. MH2 домені I Smads-те де сақталады. MH1 домені негізінен ДНҚ-ға байлануға қатысады, ал MH2 басқа Smads-пен өзара әрекеттесуге және транскрипциялық коактиваторларды және корепрессорларды тануға жауапты. R Smads және Smad4 бірнеше ДНК-мотивтерімен өзара әрекеттеседі, бірақ MH1 доменінде. Бұл мотивтерге CAGAC және оның CAGCC нұсқасы, сондай-ақ 5 bp консенсус реті GGC ((GC) ((CG) кіреді. Рецепторлы фосфорилирленген R Smads- тер MH2 домендері арасындағы өзара әрекеттесу арқылы Smad4 - те гомотримерлер, сондай- ақ гетеротримерлер құра алады. Бір Smad4 молекуласының тримерлері және екі рецепторлы фосфорилендірілген R Smad молекулалары TGF β транскрипциялық реттеудің басым эффекттері болып саналады. MH1 мен MH2 арасындағы байланыстырушы аймақ тек жалғаушы ғана емес, сонымен қатар ақуыздың қызметі мен реттелуінде де рөл атқарады. Атап айтқанда, R Smads CDK8 және 9 арқылы ядродағы линкер доменінде фосфорилирленеді және бұл фосфорилирлеулер Smad ақуыздарының транскрипциялық активаторлармен және репрессорлармен өзара әрекеттесуін реттейді. Сонымен қатар, осы фосфорилирлеу кезеңінен кейін, линкер GSK3 фосфорилирлеудің екінші кезеңіне өтеді, Smads-ті ubiquitin лигазаларымен тану үшін белгілейді және оларды протеазомалық медиацияланған ыдырау үшін мақсат етеді. Транскрипция активтері мен убиквитин лигазалары екеуінде де WW домендері бар. Бұл домендер R Smad байланыстырғышында PY мотивпен, сондай-ақ мотивтің маңында орналасқан фосфорильденген қалдықтармен өзара әрекеттеседі. CDK8/9 және GSK3 фосфорилирлеудің әртүрлі үлгілері транскрипция активтерімен немесе убиквитин лигазаларымен нақты өзара әрекеттесуді анықтайды. Бір қызығы, линкерлік аймақта метазоандар арасында амин қышқылдарының айырмашылығының ең жоғары концентрациясы бар, дегенмен фосфорилдану орындары мен PY мотивтері жоғары сақталған.

Тізбелік сақтау

TGF бета жолының компоненттері, әсіресе R Smads, Co Smads және I Smads, осы уақытқа дейін реттелген барлық метазоандардың геномдарында кездеседі. Космад пен R Smads ақуыздарының тізбегі түрлер арасында өте жоғары деңгейде сақталады. Компоненттер мен тізбектердің сақталу деңгейі TGF бета жолының жалпы функциялары сол уақыттан бері тұтас сақталғандығын көрсетеді. I Smads MH2 домендерін сақтады, бірақ R Smads және Co Smads-пен салыстырғанда MH1 домендері әртүрлі.

R/Co-Smads

TGF B лиганды 1 және 2 типті серин/треонин киназаларынан тұратын рецепторлармен байланады, олар сигналдың жасушааралық таралуына қызмет етеді. Лиганд байланысуы екі 1- типті рецептордан және екі 2- типті рецепторлардан тұратын рецептор кешенін тұрақтандырады. 2-түрлі рецепторлар 1-түрлі рецепторларды GS доменіндегі, 1-түрлі киназа доменінің N-орында орналасқан орындарында фосфорилирлей алады. R Smad- ты фосфорилирлеу оны SARA- дан ажыратып, ядролық импорттық тізбекті ашып, сондай-ақ оның Co Smad- пен байланысын арттырады. Бұл Smad кешені ядроға орналасады, онда ол басқа белдіктердің көмегімен олардың мақсатты гендерін байлай алады.

I-Smads (Бұқалар)

I Smads TGF B сигналдарын алуан түрлі механизмдер арқылы бұзады, соның ішінде R Smads- тің 1- типті рецепторлармен және Co Smads- тің бірігуіне жол бермейді, 1- типті рецепторларды төмендетеді және ядрода транскрипциялық өзгерістерді жасайды. I Smads- тың консервацияланған MH2 домені 1- типті рецепторларға байлануға қабілетті, осылайша ол R Smad- тің байлануын бәсекеге қабілетті ингибиторға айналдырады. R Smad белсендірілгеннен кейін I Smad- мен гетеромерлік кешенді құрайды, бұл оның Co Smad- мен байланысын болдырмайды. Сонымен қатар, I Smad активті R Smad- ті ыдырау үшін ubiquitin лигазасын қолданады, бұл TGF β сигналын тиімді түрде өшіреді. Репортерлік сынақтар I Smads-ті репортерлік гендердің ДНҚ-ның байланысу аймағына біріктіру олардың экспрессиясын төмендетеді, бұл I Smads транскрипциялық репрессорлар ретінде жұмыс істейтінін көрсетеді.

Жасушалық циклді бақылаудағы рөлі

Ересектердегі жасушаларда TGF β жасушалық циклдің прогрессиясын тежеп, жасушалардың G1/ S фазалық ауысуын тоқтатады. Бұл құбылыс көптеген ағзалардың эпителийлі жасушаларында кездеседі және ол ішінара Smad сигналды жолмен реттеледі. Бақылаудың нақты механизмі клеткалардың әр түріне байланысты біршама өзгешеленеді. Smads TGF B- ге әсер ететін цитостазды жеңілдететін механизмдердің бірі Myc- ті төменрету арқылы, бұл клеткалардың өсуін ынталандыратын транскрипция факторы. Myc сонымен қатар p15 ((Ink4b) және p21 ((Cip1) - ті де басады, олар тиісінше Cdk4 және Cdk2 ингибиторлары болып табылады. TGF β болмаған жағдайда цитоплазмада Smad3 және E2F4 және p107 транскрипциялық факторлардан тұратын репрессорлық кешен пайда болады. Алайда, TGF B сигналы болған кезде бұл кешен ядроға оқшауланады, онда ол Smad4- мен байланысады және оның транскрипциясын басу үшін Myc промотордың TGF B ингибиторлық элементіне (TIE) байланады. Myc- тен басқа, Smads ДНК- нің байланысу ингибиторларының (ID) ақуыздарын төмендетуге де қатысады. ID - бұл клеткалардың дифференциациясына қатысы бар гендерді реттейтін, дің жасушаларында көп қуаттылықты сақтайтын және үздіксіз клеткалық циклді ынталандыратын транскрипциялық факторлар. Сондықтан, ID ақуыздарын төмендету - бұл TGF B сигнализациясының жасушалық циклды тоқтатуы мүмкін жол. ДНК микроаррельдік экранында Id2 және Id3 TGF B- нің қысымымен, бірақ BMP сигналдауымен индуцирленгені анықталды. Эпителийлі жасушаларда Id2 және Id3 гендерін нокаут ету TGF B клеткалық циклдің ингибициясын күшейтеді, бұл цитостатикалық әсерді медиациялауда маңызды екенін көрсетеді. СМД-лар ID экспрессиясының тікелей және жанама ингибиторы болып табылады. TGF B сигналы Smad3 фосфорилирлеуін іске асырады, бұл өз кезегінде ATF3 - ті, яғни жасушалық стресс кезінде индукцияланатын транскрипция факторын белсендіреді. Содан кейін Smad3 және ATF3 Id1 транскрипциясын басу үшін үйлестіреді, нәтижесінде оның төмендеуі болады. Ид-тің төмендеуі Smad3 арқылы Myc-ті басудың екіншілік әсері. Myc Id2 индукторы болғандықтан, Myc- ті төмендеуі Id2 сигналының төмендеуіне әкеледі, бұл жасуша циклінің тоқтауына ықпал етеді. Smad ақуыздары Cdk4 тікелей транскрипциялық реттегіші болып табылды. Люцифераза Cdk4 промоторына орналастырылған репортерлік сынақтарда Smad4 siRNAs- ті нысанаға алған кезде люцифераза экспрессиясының жоғарылағанын көрсетті. Smad2 және 3- ті басудың елеулі әсері жоқ, бұл Cdk4- ті Smad4 тікелей реттейді дегенді білдіреді.

Смадтың қатерлі ісікке әсері

Smad сигналдауының ақаулары ТГФ В резистенттігіне әкеліп соғады, бұл клеткалардың өсуін бұзады. TGF B сигналдарының дерегуляциясы көптеген қатерлі ісіктердің түрлеріне, соның ішінде без без безі, көкше, сүт безі, өкпе және простата қатерлі ісігіне қатысты. Smad4 көбінесе адамдағы қатерлі ісіктерде, әсіресе без безгек және жоғарғы ішектің қатерлі ісігінде мутацияланады. Smad4 барлық без без безінің қатерлі ісіктерінің жартысына жуығында белсендірілмейді. Нәтижесінде Smad4 алғаш рет табылғаннан кейін 4 локальді без без безінің қатерлі ісігінде өшірілген (DPC4) деп аталды. Жыныс желісі Smad4 мутациялары адамның отбасылық жасөспірім полипозының генетикалық бейімділігіне ішінара жауапты, бұл адамды ықтимал қатерлі ішек-қарын полиптерін дамыту қаупі жоғары. Бұл байқауды растайтын эксперименталды дәлелдер гетерозиготалық Smad4 нокаут тышқандары (+/ ) 100 аптада біркелкі түрде асқазан- ішек полиптерін дамытатынын көрсеткен зерттеуден алынған. Көптеген Smad4 отбасылық мутанттары MH2 доменінде кездеседі, бұл ақуыздың гомо немесе гетеро олигомерлерді қалыптастыру қабілетін бұзады, осылайша TGF B сигналын трандукциялауды бұзады. Smad3 TGF B сигнализациясында Smad2- ге қарағанда маңызды екенін көрсететін дәлелдерге қарамастан, Smad3 мутацияларының қатерлі ісіктердегі көрсеткіші Smad2- ге қарағанда төмен. Хориокарциноманың ісіктік жасушалары TGF B сигнализациясына төзімді, сондай-ақ Smad3 экспрессиясы жоқ. Зерттеулер көрсеткендей, хориокарцинома жасушаларына Smad3 енгізу ТИМП 1 (металлопротеаза 1) деңгейін көтеру үшін жеткілікті, бұл ТГФ В- ның инвазивті әсерінің медиаторы, және осылайша ТГФ В сигнализациясын қалпына келтіреді. Алайда Smad3 қайта енгізу TGF B- нің инвазивті әсерін қалпына келтіру үшін жеткіліксіз болды. Бұл Smad3- тен басқа да сигналды беру механизмдері TGF B резистентті хориокарциномасында ақаулы екенін көрсетеді. Бұл парадокс болып көрінеді, өйткені TGF B Альцгеймер ауруы бар науқастарда нейропротективті әсері бар екені бұрын дәлелденген. Бұл TGF B сигналдауының кейбір аспектілері ақаулы екенін көрсетеді, бұл TGF B нейроқорғау әсерін жоғалтады. Зерттеулер көрсеткендей, фосфорильденген Smad2 Альцгеймер ауруы бар пациенттердің гиппокамп нейрондарында ядроға емес, цитоплазмалық түйіршіктерге эктопиялық түрде орналасады. Атап айтқанда, эктопиялық орналасқан фосфорилендірілген Smad2s амилоидтық бляшкаларда және нейрофибрилляциялық түйіндерге қосылған. Бұл деректер Smad2 Альцгеймер ауруының дамуына қатысы бар екенін көрсетеді. Соңғы зерттеулер Smad2- дің қалыпсыз локализациясын ынталандыруда NIMA өзара әрекеттесетін 1 (PIN1) пептидил пролил цис транс изомеразаның қатысы бар екенін көрсетеді. Цитоплазмалық түйіршіктерде Pin1 Smad2/3 және фосфорилендірілген тау ақуыздарымен бірге орналасады, бұл ықтимал өзара әрекеттесуді білдіреді. Pin1 арқылы Smad2 экспрессиялайтын жасушаларды трансфекциялау Smad2 протеазомалық деградациясына, сондай- ақ Smad2 фосфорилендірілген таумен ассоциациясының артуына әкеледі. Бұл кері байланыс циклы екі бағыттағы; Smad2 Pin1 мРНК синтезін арттыруға да қабілетті. Осылайша, екі ақуыздың "жаман шеңберге" түсіп кетуі мүмкін. Pin1 өзі де, Smad2 де ерімейтін нейрофибрилляциялық түйіндерге қосылады, нәтижесінде ерімейтін ақуыздардың төмен деңгейі болады. Содан кейін Smad2 Pin1 РНК синтезін ынталандырады, бұл тек Smad2 деградациясын және нейрофибрилляциялық түйіндермен байланысын арттырады.

Бүйрек ауруы кезінде TGF-β/Smad сигнализациясы

TGF B/ Smad сигналының бұзылуы созылмалы бүйрек ауруының мүмкін патогендік механизмі болып табылады. Бүйректерде TGF B1 оның өндірісін ұлғайтып, бүйрек фиброзына тән ыдырауын тежеу арқылы клеткадан тыс матрицаның (ECM) жинақталуын ынталандырады. TGF B1 сигналын R Smads Smad2 және Smad3 трансдукциялайды, олардың екеуінің де ауру бүйректерде артық экспрессияланатындығы анықталды. Smad3 нокаут тышқандары бүйрек фиброзының төмендеуін көрсетеді, бұл оның ауруды реттеудегі маңыздылығын көрсетеді. Керісінше, Smad2- ді бүйрек жасушаларында ингибициялау (Smad2- ді толық нокаут ету эмбриондарда өлімге әкеледі) шын мәнінде ауыр фиброзға әкеледі, бұл Smad2- ді бүйрек фиброзының прогрессиясында Smad3- ке қарсы әрекет ететінін көрсетеді. R Smad- дан айырмашылығы, Smad7 белогы ауру бүйрек жасушаларында әдетте аз экспрессияланады. TGF B ингибициясының жоғалуы белсенді Smad2/ 3 мөлшерінің артуына әкеледі, бұл жоғарыда сипатталғандай бүйрек фиброзының прогрессиясына ықпал етеді.