Введение
Ген, обнаруженный у людей и других животных Сглаженный - это белок, который у людей кодируется геном SMO. Smoothened - это рецептор, связанный с белком G класса Frizzled (класс F), который является компонентом сигнального пути ежа и сохраняется от мух к людям. Это молекулярная мишень природного тератогена циклопамина. Он также является мишенью висмодегиба, первого ингибитора пути ежа, одобренного Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA). Smoothened (Smo) - это ключевой трансмембранный белок, который является ключевым компонентом сигнального пути ежа, системы клеточной связи клеток, критически важной для эмбрионального развития и гомеостаза взрослой ткани. Мутации в белках, которые передают сигналы Hh между клетками, вызывают врожденные дефекты и рак. Белок, который переносит сигнал Hh через мембрану, - это онкопротеин и рецептор, связанный с белком G (GPCR) Smoothened (Smo). Smo регулируется отдельным трансмембранным рецептором для Hh лигандов, называемым Patched (Ptc). Сам PTC является опухолевым супрессором, который блокирует Hh путь, подавляя Smo. Чрезмерная передача Hh, которая вызывает рак кожи и мозга, чаще всего вызвана инактивирующими мутациями в Ptc или мутациями, повышающими функцию в Smo. В то время как прямые агонисты и антагонисты Smo, такие как SAG и висмодегиб, могут связываться с Smo и активировать или ингибировать его, то, как Ptc ингибирует Smo эндогенно, остается загадкой в этой области. В настоящее время Smo нацелен и ингибирован непосредственно лекарственным средством с малыми молекулами, висмодегибом, для лечения прогрессирующего базально-клеточного рака, однако широко распространенная резистентность к этому препарату стала распространенной проблемой. Поиск другого метода, направленного на активность Smo в Hh-воспринятых раках, предоставит ценную информацию для новых методов лечения. Определение этих участков, реагирующих на Ptc на Smo, поможет решить давнюю загадку в Hh-сигнализации и предложит новые терапевтические стратегии для блокирования активности Smo в Hh-обусловленных раках.
Smoothened is a protein that in humans is encoded by the SMO gene. Smoothened is a Class Frizzled (Class F) G protein coupled receptor that is a component of the hedgehog signaling pathway and is conserved from flies to humans. It is the molecular target of the natural teratogen cyclopamine. It also is the target of vismodegib, the first hedgehog pathway inhibitor to be approved by the U. S. Food and Drug Administration (FDA). Smoothened (Smo) is a key transmembrane protein that is a key component of the hedgehog signaling pathway, a cell cell communication system critical for embryonic development and adult tissue homeostasis. Mutations in proteins that relay Hh signals between cells cause birth defects and cancer. The protein that carries the Hh signal across the membrane is the oncoprotein and G protein coupled receptor (GPCR) Smoothened (Smo). Smo is regulated by a separate transmembrane receptor for Hh ligands called Patched (Ptc). Ptc itself is a tumor suppressor that keeps the Hh pathway off by inhibiting Smo. The excessive Hh signaling that drives human skin and brain cancer is most frequently caused by inactivating mutations in Ptc or by gain of function mutations in Smo. While direct Smo agonists and antagonists, such as SAG and vismodegib, can bind to and activate or inhibit Smo, how Ptc inhibits Smo endogenously remains a mystery in the field. Currently, Smo is targeted and inhibited directly by a small molecule drug, vismodegib, for the treatment of advanced basal cell cancer, however widespread resistance to this drug has become a prevalent issue. Finding another method to target Smo activity in Hh driven cancers would provide valuable information for novel therapeutics. Identifying these Ptc responsive sites on Smo will help solve a long standing mystery in Hh signaling and suggest new therapeutic strategies to block Smo activity in Hh driven cancers.
Функция
Локализация клеток играет важную роль в функции SMO, который прикрепляется к клеточной мембране в виде 7-проходного трансмембранного белка. Стимуляция трансмембранного рецептора с патчем 12 прохождений лигандом звукового ежа приводит к транслокации SMO в первичный цилиум у позвоночных в процессе, который включает выход патча из первичного цилиума, где он обычно локализуется в нестимулированном состоянии. СМО позвоночных, мутировавшая в области, необходимой для цилиарной локализации, часто не способствует активации пути ежа. И наоборот, SMO может стать конститутивно локализованным в первичном цилиуме и потенциально активировать сигнализацию пути конститутивно в результате мутации триптофана в лейцин в вышеупомянутом домене. У беспозвоночных, таких как Drosophila, SMO не организуется в ресницах, а вместо этого обычно транслоцируется в плазменную мембрану после связывания ежа с патчем. Существуют доказательства существования неизвестного эндогенного лиганда, который связывает SMO и активирует его. Считается, что мутации в SMO могут имитировать лигандом индуцированную конформацию SMO и активировать конститутивную сигнальную трансдукцию. Было показано, что SMO связывает Costal 2 и играет роль в локализации комплекса Ci и предотвращении расщепления Ci. Кроме того, известно, что у позвоночных SMO способствует активации Gli как фактора транскрипции через ассоциацию с цилиарными структурами, такими как Evc2, но эти механизмы не полностью изучены. Было предложено, что холестерин активирует сигнализацию Smo, а затем Hh, входя в активное место через гидрофобный "туннель оксистерина", который может принимать открытые или закрытые конформации, чтобы обеспечить активацию или инактивацию Smo, соответственно, из-за разрешенного связывания с стеролом. Shh будет действовать путем ингибирования Ptc, что увеличит доступную концентрацию холестерина и позволит активировать Smo и передать сигнал Hh. Недавняя кристаллическая структура выявила два места связывания стерила в Smo, но какой сайт эндогенно регулируется Ptc, еще предстоит определить. Потенциальные участки регуляции включают в себя внеклеточный цистеинобогатый домен (CRD) Smo, а также глубокий сайт в трансмембранном домене (TMD). Из-за обилия холестерина в плазменной мембране (до 50 молевых %) также было предложено, что Ptc регулирует активность Smo, контролируя доступность холестерина, особенно в мембране первичных ресниц, которая содержит менее обильный и, следовательно, более легко регулируемый пул доступного холестерина. Как правило, при активации и высвобождении ингибирования Ptc, Smo перемещается в первичные ресницы, и Ptc диффундирует из ресничной мембраны. При инактивации Smo больше не концентрируется в цилиарной мембране. Эта гипотеза подтверждается методами, которые могут увеличить или истощить доступный пуль холестерина, с последующим увеличением или уменьшением сигнализации Hh. Этот доступный холестериновый пул отличается от общего холестеринового пула плазменной мембраны тем, что доступен для взаимодействия с белками и поглощения клетками. Также было показано, что цилиарная мембрана содержит более низкий уровень доступного холестерина из-за секвестрации холестерина сфингомиелином. В дополнение к роли холестерина в качестве агониста Hh-пути, было показано, что уровни холестерина в цилиарной мембране быстро увеличиваются при лечении Shh только в присутствии Ptc, что дополнительно предполагает регулирование Ptc доступного холестерина как механизм активации / ингибирования Smo. Это предполагает гипотезу, что Ptc функционирует, предотвращая доступ Smo к холестерину, и при ингибировании Ptc Shh, Smo получает доступ к холестерину и впоследствии активируется, передавая сигнал Hh.
Роль в болезни
SMO может функционировать как онкоген. Активация мутаций SMO может привести к нерегулируемой активации пути иконы и служить движущими мутациями для таких видов рака, как медуллобластома, базально-клеточная карцинома, рак поджелудочной железы и рак предстательной железы. Таким образом, SMO является привлекательной мишенью для лекарств от рака, наряду со многими агонистами и антагонистами пути ежа, которые, как известно, непосредственно нацелены на SMO. Например, известно, что оксистерол 20 ((S) OHC активирует SMO позвоночных путем связывания домена, богатого цистеином, вблизи его внеклеточной аминотерминальной области. В контексте рака, 20 ((S) OHC является мишенью предлагаемого анти- ракового ингибитора связывания оксистерола.