Введение
Белок млекопитающих, обнаруженный у человека Бета-катенин 1, также известный как β-катенин (бета-катенин), является белком, который у людей кодируется геном CTNNB1. β Катенин - это белк двойной функции, участвующий в регуляции и координации клеточной адгезии и транскрипции генов. У человека белок CTNNB1 кодируется геном CTNNB1. У дрозофилы гомологичный белок называется армадилло. β-катенин является подединицей белкового комплекса кадерина и действует как внутриклеточный преобразователь сигнала в Wnt сигнальном пути. Он является членом семейства протеинов катенин и гомолог γ катенина, также известного как плакеглобин. β-катенин широко экспрессируется во многих тканях. В сердечной мышце β-катеноин локализуется в местах прикрепления в междоугольных дисковых структурах, которые имеют решающее значение для электрической и механической связи между соседними кардиомиоцитами. Мутации и переэкпрессия β-катенона связаны со многими видами рака, включая гепатоцеллюлярную карцинуму, колоректальную карцинуму, рак легких, злокачественные опухоли молочной железы, рак яичников и эндометрия. Изменения в локализации и уровнях экспрессии β-катенина связаны с различными формами сердечных заболеваний, включая дилатационную кардиомиопатию. β Катенин регулируется и разрушается комплексом разрушения бета- катенина, и в частности белком аденоматозного полипоза кишечной палочки (APC), кодируемым геном APC, подавляющим опухоль. Поэтому генетическая мутация гена APC также тесно связана с раковыми заболеваниями, и в частности колоректальным раком, возникающим в результате семейного аденоматозного полипоза (FAP).
Catenin beta 1, also known as β catenin (beta catenin), is a protein that in humans is encoded by the CTNNB1 gene. β Catenin is a dual function protein, involved in regulation and coordination of cell–cell adhesion and gene transcription. In humans, the CTNNB1 protein is encoded by the CTNNB1 gene. In Drosophila, the homologous protein is called armadillo. β catenin is a subunit of the cadherin protein complex and acts as an intracellular signal transducer in the Wnt signaling pathway. It is a member of the catenin protein family and homologous to γ catenin, also known as plakoglobin. β Catenin is widely expressed in many tissues. In cardiac muscle, β catenin localizes to adherens junctions in intercalated disc structures, which are critical for electrical and mechanical coupling between adjacent cardiomyocytes. Mutations and overexpression of β catenin are associated with many cancers, including hepatocellular carcinoma, colorectal carcinoma, lung cancer, malignant breast tumors, ovarian and endometrial cancer. Alterations in the localization and expression levels of β catenin have been associated with various forms of heart disease, including dilated cardiomyopathy. β Catenin is regulated and destroyed by the beta catenin destruction complex, and in particular by the adenomatous polyposis coli (APC) protein, encoded by the tumour suppressing APC gene. Therefore, genetic mutation of the APC gene is also strongly linked to cancers, and in particular colorectal cancer resulting from familial adenomatous polyposis (FAP).
Открытие
В начале 1990-х годов β-катенин был обнаружен как компонент клеточного адгезионного комплекса млекопитающих: белка, ответственного за цитоплазматическое закрепление кадхеринов. Но очень скоро было понято, что белковый броненосный гриб дрозофилы, участвующий в опосредованном морфогенном эффекте безкрылых/Wnt, гомологичен β-катенину млекопитающих не только по структуре, но и по функции. Таким образом, β-катенин стал одним из первых примеров лунного света: белок, выполняющий более одной радикально различной клеточной функции.
Структура белка
Ядро β-катеноина состоит из нескольких очень характерных повторов, каждый из которых длиной примерно 40 аминокислот. Все эти элементы складываются вместе в единый жесткий белковый домен с удлиненной формой, называемый доменом броненосца (ARM). Средний репликатор броненосца состоит из трех альфа-вертков. Первое повторение β-катеноина (близко к окончанию N) немного отличается от других, поскольку имеет удлиненную спираль с изгибом, образованную слиянием спиралей 1 и 2. Из-за сложной формы отдельных повторов, весь домен ARM не является прямым стержнем: он обладает небольшой кривизной, так что образуется наружная (выпуклая) и внутренняя (втульная) поверхность. Эта внутренняя поверхность служит местом связывания лигандов для различных партнеров взаимодействия доменов ARM. Сегменты N-терминала и дальнего C-терминала домена ARM сами по себе не принимают никакой структуры в растворе. Тем не менее, эти внутренне неупорядоченные области играют решающую роль в функции β-катенина. N-терминальная нарушенная область содержит консервативный короткий линейный мотив, ответственный за связывание TrCP1 (также известный как β TrCP) E3 убиквитин-лигазы , но только когда он фосфорилирован. Таким образом, деградация β-катенина происходит благодаря этому N-концевому сегменту. Терминальная область С, с другой стороны, является сильным трансактиватором при рекрутировании в ДНК. Этот сегмент не полностью нарушен: часть расширения терминала C образует стабильную спираль, которая упаковывается против домена ARM, но также может привлекать отдельных связывающих партнеров. Этот небольшой структурный элемент (HelixC) закрывает конечный конец ARM-домена, защищая его гидрофобные остатки. Для функционирования β-катенина при клеточной адгезии HelixC не нужен. С другой стороны, он необходим для Wnt-сигнализации: возможно, для привлечения различных коактиваторов, таких как 14 3 3zeta. Однако его точные партнеры среди общих транскрипционных комплексов до сих пор неполностью изучены, и они, вероятно, включают в себя тканевые специфические игроки. В частности, C- терминальный сегмент β-катенина может имитировать эффекты всего Wnt-пути, если искусственно слиться с ДНК-связывающим доменом фактора транскрипции LEF1. Плакоглобин (также называемый γ-катеноидом) имеет удивительно похожую архитектуру с β-катеноидом. Их ARM-домены не только похожи друг на друга как по архитектуре, так и по способности связывать лиганды, но и N-терминал β-мотив связывания TrCP также консервативен в плакеглобине, что предполагает общее происхождение и общую регуляцию с β-катеноидом. Однако плаглобин является очень слабым трансактиватором при связке с ДНК, что, вероятно, вызвано расхождением их C-терминальных последовательностей (плаглобин, по-видимому, не имеет трансактиваторных мотивов и, таким образом, ингибирует целевые гены Wnt-пути вместо их активации).
Партнеры, связанные с доменой броненосца
Как показано выше, ARM-домен β-катеноина действует как платформа, к которой могут связываться специфические линейные мотивы. Расположенные в структурно разнообразных партнерах, мотивы связывания β-катинина обычно самостоятельно нарушены и обычно принимают жесткую структуру при вовлечении домена ARM , как это видно для коротких линейных мотивов. Однако, взаимодействующие мотивы β-катеноина также имеют ряд особенных характеристик. Во-первых, они могут достигать или даже превышать длину 30 аминокислот в длину и контактировать с доменом ARM на чрезмерно большой площади поверхности. Еще одной необычной особенностью этих мотивов является их часто высокая степень фосфорилирования. Такие события фосфорилирования серы/трона значительно усиливают связывание многих ассоциирующих мотивов бета-катенина с доменом ARM. Структура β-катеноина в комплексе с доменом связывания с катеноином транскрипционного партнера трансактивации TCF предоставила первоначальную структурную дорожную карту того, сколько связывающих партнеров β-катеноина могут образовывать взаимодействия. Эта структура продемонстрировала, как иначе нарушенный N-концы TCF адаптировался к тому, что казалось жесткой конформацией, с связующим мотивом, охватывающим много повторений бета-катенина. Были определены относительно сильные заряженные "горячие точки" взаимодействия (предсказанные и позже проверенные, которые должны быть сохранены для взаимодействия β-катеноина / E-кадхерина), а также гидрофобные области, которые считаются важными в общем режиме связывания и как потенциальные терапевтические мишени ингибиторов малых молекул против определенных форм рака. Кроме того, последующие исследования показали еще одну особенность, пластичность в связывании конечного пункта TCF N с бета-катенином. Аналогичным образом, мы находим знакомый E-кадхерин, цитоплазматический хвост которого контактирует с доменом ARM тем же каноническим образом. Аксин белка скелета (два тесно связанных параллога, аксин 1 и аксин 2) содержит аналогичный мотив взаимодействия на своем длинном, неупорядоченном среднем сегменте. Хотя одна молекула аксина содержит только один мотив рекрутирования бета-катеноина, ее партнер - белок аденоматозного полипоза кишечника (APC) содержит 11 таких мотивов в тандемном расположении на протомер, что позволяет одновременно взаимодействовать с несколькими молекулами бета-катеноина. Поскольку поверхность домена ARM может обычно вместить только один пептидный мотив в любой момент времени, все эти белки конкурируют за один и тот же клеточный пул молекул β-катеноина. Этот конкурс является ключом к пониманию того, как работает Wnt сигнальный путь. Однако этот "основной" сайт связывания на домене ARM β-катенина далеко не единственный. Первые спирали ARM-домена образуют дополнительный, специальный карман белковой белковой взаимодействия: он может вместить линейный мотив, образующий спираль, обнаруженный в коактиваторе BCL9 (или близкородственном BCL9L) - важном белке, участвующем в передаче сигналов Wnt. Хотя точные детали гораздо менее ясны, похоже, что альфа-катенин использует то же место, когда β-катенин локализуется на стыках адгерен. Поскольку этот карман отличается от "главного" места связывания домена ARM, не существует конкуренции между альфа-катенином и E-кадхерином или между TCF1 и BCL9, соответственно. С другой стороны, BCL9 и BCL9L должны конкурировать с α-катеноидом для доступа к молекулам β-катеноина.
Регулирование деградации путем фосфорилирования
Клеточный уровень β-катенона в основном контролируется его убиквитинированием и протеосомной деградацией. Убиквитин-лигаза E3 TrCP1 (также известная как β TrCP) может распознавать β-катенин в качестве своего субстрата через короткий линейный мотив на нарушенном конце N. Однако этот мотив (Asp Ser Gly Ile His Ser) β-катеноина должен быть фосфорилирован на двух серинах, чтобы иметь возможность связывать β-TrCP. Фосфорилирование мотива осуществляется гликоген-синтазокиназой 3 альфа и бета (GSK3α и GSK3β). GSK3 являются активными ферментами, участвующими в нескольких важных регуляторных процессах. Однако есть одно требование: субстраты GSK3 должны быть предварительно фосфорилированы на четыре аминокислоты вниз по течению (концевая С) от фактического целевого участка. Таким образом, для своей деятельности она также требует "приминговой киназы". В случае с β-катеноином наиболее важной примерирующей киназой является казеинкиназа I (CKI). После того, как серин-треониновый субстрат был "прим", GSK3 может "прогуляться" по нему от терминала C в направлении терминала N, фосфорилируя каждый 4-й серин или треониновые остатки подряд. Этот процесс также приводит к двойной фосфорилированию вышеупомянутого мотива распознавания β TrCP.
Комплекс разрушения бета-катенина
Для того, чтобы GSK3 был высокоэффективной киназой на субстрате, недостаточно предварительного фосфорилирования. Существует еще одно требование: подобно митогеноактивированным белковым киназам (MAPK), субстраты должны ассоциироваться с этим ферментом посредством высокоаффинных узлов стыковки. В катинине нет таких мотивов, но есть специальный белок: аксин. Более того, его мотив стыковки GSK3 непосредственно примыкает к мотиву связывания с β-катеноином. APC может взаимодействовать с несколькими молекулами аксина одновременно, поскольку он имеет три мотива SAMP (Ser Ala Met Pro), чтобы связывать домены RGS, обнаруженные в аксине. Кроме того, аксин также имеет потенциал олигомеризации через свой C-терминал DIX-домена. В результате получается огромный мультимерический белковый сборник, предназначенный для фосфорилирования бета-катенина. Этот комплекс обычно называют комплексом разрушения бета-катеноина, хотя он отличается от протеосомного механизма, фактически ответственного за деградацию бета-катеноина. Он только маркирует молекулы бета-катенина для последующего уничтожения.
Сигнализация Wnt и регулирование уничтожения
В клетках покоя молекулы аксинов олигомеризируются друг с другом через их C-терминальные DIX-домены, которые имеют два связывающих интерфейса. Таким образом, они могут создавать линейные олигомеры или даже полимеры внутри цитоплазмы клеток. Домены DIX уникальны: единственные другие белки, которые, как известно, имеют домен DIX, - Dishevelled и DIXDC1. (Один единственный Dsh-белок дрозофилы соответствует трем параллогамным генам, Dvl1, Dvl2 и Dvl3 у млекопитающих.) Dsh ассоциируется с цитоплазматическими областями Frizzled рецепторов с его доменами PDZ и DEP. Когда молекула Wnt связывается с Frizzled, она вызывает малоизвестный каскад событий, которые приводят к воздействию DIX-домена dishevelled и созданию идеального места связывания для аксина. Затем аксин титруется от его олигомерных сборок комплекс разрушения β-катеноина с помощью Dsh. После связывания с комплексом рецепторов аксин становится неспособным к связыванию с бета-катеноином и активность GSK3. Важно отметить, что цитоплазматические сегменты связанных с Frizzled белков LRP5 и LRP6 содержат псевдосубстратные последовательности GSK3 (Pro Pro Ser Pro x Ser), соответствующим образом "примированные" (предварительно фосфорилированные) CKI, как если бы это был настоящий субстрат GSK3. Эти ложные целевые сайты сильно ингибируют активность GSK3 в конкурентной манере. Таким образом, аксин, связанный с рецептором, будет отменять посредничество в фосфорилировании β-катеноина. Поскольку β-катеноин больше не помечен для уничтожения, но продолжает производиться, его концентрация будет увеличиваться. Как только уровень β-катеноина поднимется достаточно высоко, чтобы насытить все связующие участки в цитоплазме, он также будет транслоцироваться в ядро. При включении факторов транскрипции LEF1, TCF1, TCF2 или TCF3, β-катенин заставляет их отключать своих предыдущих партнеров: белки Граучо. В отличие от Groucho, который набирает транскрипционные репрессоры (например, гистонлизинметилтрансферазы), β-катенин связывает транскрипционные активаторы, включая целевые гены.
Роль в клеточной адгезии
Комплексы клеточной адгезии необходимы для образования сложных тканей животных. β-катеноин является частью белкового комплекса, который образует адгеренные соединения. Эти клеточные клеточные адгезионные комплексы необходимы для создания и поддержания эпителиальных клеточных слоев и барьеров. В качестве компонента комплекса β-катеноин может регулировать рост клеток и адгезию между клетками. Он также может быть ответственным за передачу сигналов ингибирования контакта, которые заставляют клетки прекращать деление после того, как эпителиальный лист завершен. Комплекс E-кадхерин β-катеноин α-катеноин слабо связан с актиновыми нитями. Для того, чтобы связываться с актин-цитоскелетом, для стыковки адгерен требуется значительная динамика белка. Важным компонентом стыковки адгерен являются белки кадерина. Кадерины образуют клеточные клеточные соединительные структуры, известные как соединения адгерен, а также десмосомы. Кадерины способны к гомофильным взаимодействиям через свои внеклеточные повторяющиеся домены кадерина, в зависимости от Ca2 +; это может удерживать соседние эпителиальные клетки вместе. Находясь в стыке адгеренсов, кадерины привлекают молекулы β-катеноина в свои внутриклеточные области. В свою очередь β-катеноин связывается с другим высокодинамичным белком, α-катеноидом, который непосредственно связывается с актиновыми нитями. Это возможно, потому что α-катенин и кадерины связываются с β-катенином в разных местах. Таким образом, комплекс β-катенин α-катенин может физически образовывать мост между кадеринами и актинным цитоскелетом. Организация комплекса кадерин-катенина дополнительно регулируется посредством фосфорилирования и эндоцитоза его компонентов.
An important component of the adherens junctions are the cadherin proteins. Cadherins form the cell–cell junctional structures known as adherens junctions as well as the desmosomes. Cadherins are capable of homophilic interactions through their extracellular cadherin repeat domains, in a Ca2+ dependent manner; this can hold adjacent epithelial cells together. While in the adherens junction, cadherins recruit β catenin molecules onto their intracellular regions. β catenin, in turn, associates with another highly dynamic protein, α catenin, which directly binds to the actin filaments. This is possible because α catenin and cadherins bind at distinct sites to β catenin. The β catenin – α catenin complex can thus physically form a bridge between cadherins and the actin cytoskeleton. Organization of the cadherin–catenin complex is additionally regulated through phosphorylation and endocytosis of its components.
Роль в развитии
β Катенин играет центральную роль в направлении нескольких процессов развития, поскольку он может напрямую связывать факторы транскрипции и регулироваться диффузным внеклеточным веществом: Wnt. Он воздействует на ранние эмбрионы, чтобы стимулировать целые области тела, а также отдельные клетки на более поздних стадиях развития. Он также регулирует физиологические процессы регенерации.
Раннее формирование эмбрионального образа
Сигнализация Wnt и экспрессия генов, зависящих от β-катеноина, играют важную роль в процессе формирования различных областей тела в раннем эмбрионе. Экспериментально модифицированные эмбрионы, которые не экспрессируют этот белок, не смогут развить мезодерму и инициировать гаструляцию. Спецификация эндомезодермы ранних эмбрионов также включает в себя активацию транскрипционной активности, зависящей от β-катеноина, первыми морфогенетическими движениями эмбриогенеза, хотя и механическими процессами трансдукции. Эта особенность, разделяемая позвоночными и двуногими членистоногими, а также cnidaria, была предложена как эволюционная наследственность от ее возможного участия в эндомезодермической спецификации первых метазоев. На стадиях бластулы и гаструлы Wnt, а также BMP и FGF проводящие пути будут стимулировать формирование передней задней оси, регулировать точное расположение примитивной полосы (гаструляция и формирование мезодермы), а также процесс нейруляции (развитие центральной нервной системы). В яйцеклетках Xenopus β-катеноин первоначально одинаково локализован во всех областях яйца, но он является мишенью для вездесущности и деградации комплексом разрушения β-катеноина. Оплодотворение яйцеклетки вызывает вращение внешних корковых слоев, перемещая скопления белков Frizzled и Dsh ближе к экваториальной области. В клетках, которые наследуют эту часть цитоплазмы, β-катенин будет обогащаться локально под воздействием Wnt-сигнального пути. В конечном итоге он будет перемещаться в ядро, чтобы связывать TCF3, чтобы активировать несколько генов, которые индуцируют характеристики спинных клеток. В результате этого сигнализации образуется область клеток, известная как серое полумесяц, который является классическим организатором эмбрионального развития. Если эта область хирургическим путем удаляется из эмбриона, гаструляция вообще не происходит. β Катенин также играет важную роль в индукции бластопорной губы, которая, в свою очередь, инициирует гаструляцию. Ингибирование трансляции GSK 3 путем инъекции антисмысловой мРНК может привести к образованию второго бластопора и излишней оси тела. Аналогичный эффект может быть получен в результате переэкпрессии β-катенона.
Асимметричное деление клеток
В-катеноин также участвует в регуляции клеточных судьб посредством асимметричного деления клеток в модельном организме C. elegans. Как и в случае с ооцитами Xenopus, это в основном является результатом неравномерного распределения Dsh, Frizzled, axin и APC в цитоплазме материнской клетки.
Обновление стволовых клеток
Одним из наиболее важных результатов передачи сигналов Wnt и повышенного уровня β-катеноина в некоторых типах клеток является поддержание плюрипотенции. Высокочастотные перистальтические механические штаммы толстой кишки также участвуют в зависимости от β-катенона в поддержании гомеостатических уровней стволовых клеток толстой кишки посредством процессов механической трансдукции. Эта особенность патологически усиливается в направлении опухолево-генной гиперпролиферации в здоровых клетках, сжимаемых давлением из-за генетически измененных гиперпролиферативных опухолевых клеток. В других типах клеток и стадиях развития β-катенин может способствовать дифференцировке, особенно в направлении мезодермальных клеточных линий.
Переход от эпителия к мезенхиме
β Катенин также действует как морфоген на поздних стадиях эмбрионального развития. Вместе с TGF β важная роль β-катенина заключается в индуцировании морфогенных изменений в эпителиальных клетках. Это побуждает их отказаться от их жесткой адгезии и принять более подвижный и свободно связанный мезенхимальный фенотип. Во время этого процесса эпителиальные клетки теряют экспрессию белков, таких как E-кадхерин, Zonula occludens 1 (ZO1) и цитокератин. Одновременно они активируют экспрессию виментина, альфа-актина гладкой мышцы (ACTA2) и специфического белка фибробласта 1 (FSP1). Они также производят компоненты внеклеточного матрикса, такие как коллаген I типа и фибронектин. Аберрантная активация Wnt-пути связана с патологическими процессами, такими как фиброз и рак. В развитии сердечной мышцы β-катенин играет двухфазную роль. Первоначально активация Wnt/β-катеноина необходима для присоединения мезенхимальных клеток к сердечной линии; однако, на более поздних стадиях развития требуется понижение регуляции β-катеноина. Было показано, что β-катеноин образует комплекс с эмерином в кардиомиоцитах в местах сцепления адгеренсов внутри интеркалированных дисков; и это взаимодействие зависит от наличия на β-катеноине участков бета-фосфорилирования GSK 3. Выключение эмерина значительно изменило локализацию бета-катеноина и общую интеркалированную архитектуру диска, которая напоминала фенотип дилатационной кардиомиопатии. В моделях сердечных заболеваний у животных были выявлены функции β-катенина. В модели морских свиней с аортовым стенозом и гипертрофией левого желудочка β-катенина было показано, что он изменяет субклеточную локализацию от интеркалированных дисков к цитозолу, несмотря на отсутствие изменений в общей клеточной концентрации β-катенина. В результате исследования, проведенного с помощью vinculin, был обнаружен аналогичный профиль изменений. Н- кадерин не изменялся, и не наблюдалось компенсаторной регуляции плакеглобина в интеркалированных дисках в отсутствие β- катенина. В хомячьей модели кардиомиопатии и сердечной недостаточности клеточные адгезии были нерегулярными и дезорганизованными, а уровни экспрессии адгеренных стыков/ интеркалированных дисков и ядерных пулов β- катенина были снижены. Эти данные свидетельствуют о том, что потеря β-катенина может играть роль в заболевании интеркальных дисков, которые связаны с гипертрофией сердечной мышцы и сердечной недостаточностью. В крысиной модели инфаркта миокарда аденовирусная передача гена нефосфорилируемого, конститутивно активного β-катенина уменьшила размер миокарда, активировала клеточный цикл и уменьшила количество апоптоза в кардиомиоцитах и сердечных миофибробластах. Это открытие было скоординировано с повышенной экспрессией белков, способствующих выживанию, сурвививина и Bcl 2, и сосудистого эндотелиального фактора роста, одновременно способствуя дифференциации сердечных фибробластов в миофибробласты. Эти результаты свидетельствуют о том, что β-катенин может способствовать процессу регенерации и заживления после инфаркта миокарда. В спонтанно гипертонической модели крысы с сердечной недостаточностью исследователи обнаружили перемещение β-катенина из интеркалированного диска/сарколеммы в ядро, о чем свидетельствует снижение экспрессии β-катенина в мембранной белковой фракции и увеличение ядерной фракции. Кроме того, они обнаружили ослабление связи между гликоген-синтазокиназой 3β и β-катенином, что может указывать на измененную стабильность белка. В целом результаты показывают, что усиленная ядерная локализация β-катенина может быть важна в прогрессировании гипертрофии сердца. Что касается механической роли β-катеноина в гипертрофии сердца, исследования на трансгенных мышах показали несколько противоречивые результаты относительно того, является ли повышение уровня β-катеноина полезным или вредным. Недавнее исследование, в котором использовались мыши с условным нокаутом, у которых либо вообще не было бета-катеноина, либо в кардиомиоцитах выделялась неразлагаемая форма бета-катеноина, объединило потенциальную причину этих расхождений. Существует строгий контроль над субклеточной локализацией β-катенона в сердечной мышце. У мышей, не имеющих β-катеноина, не было явного фенотипа в левом желудочном миокарде; однако у мышей, имеющих стабилизированную форму β-катеноина, развилась дилатационная кардиомиопатия, что пре�...
Роль в депрессии
Мозг человека может эффективно справляться со стрессом, и, следовательно, его восприимчивость к депрессии, зависит от бета-катенина в мозге каждого человека, согласно исследованию, проведенному в Медицинской школе Айкана на горе Синай и опубликованному 12 ноября 2014 года в журнале Nature. Более высокая сигнализация бета-катеноина увеличивает гибкость поведения, тогда как дефектная сигнализация бета-катеноина приводит к депрессии и снижению стрессового управления. В одном конкретном исследовании у пациентов с дилатационной кардиомиопатией в конечной стадии наблюдалось почти удвоение уровня эстроген- рецепторной альфа (ER- альфа) мРНК и белка, а взаимодействие ER- альфа/ бета- катенина, присутствующее на интеркаляционных дисках контрольного типа, было утрачено у не больной человеческой души, что свидетельствует о том, что потеря этого взаимодействия на интеркаляционных дисках может играть роль в прогрессировании сердечной недостаточности. Вместе с белками BCL9 и PYGO β-катенин координирует различные аспекты развития слуха, а мутации в Bcl9 или Pygo в модельных организмах, таких как мышь и рыба-зебра, вызывают фенотипы, которые очень похожи на врожденные нарушения сердца человека.
Вовлечение в рак
β-Катенин является протоонкогеном. Мутации этого гена обычно встречаются при различных видах рака: при первичной гепатоцеллюлярной карциноме, колоректальном раке, карциноме яичников, раке молочной железы, раке легких и глиобластоме. По оценкам, около 10% всех образцов тканей, секвенированных от всех видов рака, имеют мутации в гене CTNNB1. Большинство этих мутаций сгруппировано на крошечной области N-терминального сегмента β-катеноина: β-мотив связывания TrCP. Потеря функциональных мутаций этого мотива в основном делает невозможным вездесуществование и деградацию β-катеноина. Это заставит бета-катеноин перемещаться в ядро без какого-либо внешнего стимула и непрерывно стимулирует транскрипцию его целевых генов. Повышенные уровни ядерного β-катеноина также отмечались при базальноклеточной карциноме (БКК), плоскоклеточной карциноме головы и шеи (ПГКК), раке простаты (ПК), пиломатрикоме (ПТР) и медуллобластоме (ММБ). Подобные мутации также часто наблюдаются в мотивах рекрутинга бета-катенина АПК. Наследственная потеря функции мутаций АПК вызывает состояние, известное как семейный аденоматозный полипоз. У больных в толстом кишечнике развиваются сотни полипов. Большинство из этих полипов доброкачественны, но со временем они могут превратиться в смертельный рак. Соматические мутации АПК в колоректальном раке также не редкость. β Катенин и АПК являются одними из ключевых генов (вместе с другими, такими как K Ras и SMAD4), участвующих в развитии колоректального рака. Способность β-катенона изменять ранее эпителиальный фенотип пораженных клеток в инвазивный, мезенхимоподобный тип, в значительной степени способствует образованию метастазов.
В качестве терапевтической мишени
В связи с его участием в развитии рака, ингибирование бета-катенина продолжает получать значительное внимание. Но нацеливание на связывающее место в области броненосца - не самая простая задача, из-за его обширной и относительно плоской поверхности. Однако для эффективного ингибирования достаточно связываться с меньшими "горячими точками" этой поверхности. Таким образом, "наложенного" спирального пептида, полученного из естественного мотива связывания β-катеноина, обнаруженного в LEF1, было достаточно для полного ингибирования транскрипции, зависящей от β-катеноина. Недавно было разработано несколько соединений с малыми молекулами, предназначенных для той же высоко положительно заряженной области домена ARM (CGP049090, PKF118 310, PKF115 584 и ZTM000990). Кроме того, на уровни β-катеноина также может влиять нацеливание на компоненты вверх по течению пути Wnt, а также на комплекс разрушения β-катеноина. Дополнительный N-терминалный связующий карман также важен для активации гена-мишени Wnt (необходим для вербовки BCL9). Этот участок домена ARM может быть фармакологически нацелен, например, на карнозную кислоту. Этот "вспомогательный" объект - еще одна привлекательная цель для разработки лекарств. Несмотря на интенсивные доклинические исследования, до сих пор нет доступных в качестве терапевтических средств ингибиторов бета-катенона. Однако его функцию можно дополнительно изучить с помощью нокаута siRNA на основе независимой проверки. Другой терапевтический подход к снижению накопления ядра бета-катенона заключается в ингибировании галектина 3. Ингибитор галектина 3 GR MD 02 в настоящее время проходит клинические испытания в комбинации с одобренной FDA дозой ипилимумаба у пациентов с прогрессировавшей меланомой. Белки BCL9 и BCL9L были предложены в качестве терапевтических мишени для колоректального рака, который имеет гиперактивную Wnt-сигнализацию, поскольку их делеция не нарушает нормальный гомеостаз, но сильно влияет на поведение метастазов.
Роль в алкогольном синдроме плода
Дестабилизация β-катенона этанолом является одним из двух известных путей, при которых воздействие алкоголя вызывает алкогольный синдром плода (другой - это вызванный этанолом дефицит фолиевой кислоты). Этанол приводит к дестабилизации β-катенона через G-белковой зависимый путь, при котором активированная фосфолипаза Cβ гидролизует фосфатидиллинозитол (4,5) бисфосфат в диацилглицерол и инозитол (1,4,5) трифосфат. Растворимый инозитол (1, 4, 5) трифосфат вызывает высвобождение кальция из эндоплазматического сетчатки. Это внезапное увеличение цитоплазматического кальция активирует Ca2+/ calmodulin зависимую белковую киназу (CaMKII). Активированный CaMKII дестабилизирует β-катеноин через плохо охарактеризованный механизм, но который, вероятно, включает фосфорилирование β-катеноина CaMKII. Таким образом, программа транскрипции β-катенона (которая необходима для нормального развития клеток нервной коры) подавляется, что приводит к преждевременному апоптозу клеток нервной коры (к гибели клеток).