Bcl-2 семейство: введение

Bcl-2 и похожие цитоплазматические белки являются главными регуляторами апоптоза , программы клеточного самоубийства, крайне важной для развития, гомеостаза тканей и предохранения от патогенеза. 

Наиболее близкие к Bcl-2 белки обеспечивают выживание клеток путем ингибирования адаптеров, нужных для активации протеаз ( каспаз ), которые разбирают клетку. Более дальние родственники наоборот, способствуют апоптозу, очевидно посредством механизмов, которые включают удаление адаптеров с белков, обеспечивающих выживание. Таким образом для многих, но не всех, сигналов апоптоза, баланс между этими конкурирующими процессами определяет судьбу клетки. Члены семейства белков Bcl-2 необходимы для поддержания в порядке большинства систем органов и мутации, повреждающие их, играют важную роль в канцерогенезе. Белки Вс1-2 семейства регулируют апоптоз на уровне митохондрий . Предотвращающие апоптоз представители этого большого семейства включают собственно Bcl-2, а также Bcl-xL , Bcl-w , Mcl-1 , A1 и Boo ; проапоптозные белки - Вах , Bad , Bok , Bcl-xS , Bak , Bid , Bik , Bim , Krk и Mtd .

Первый регулятор апоптоза у млекопитающих был обнаружен, когда неожиданно было понято, что Bcl-2 ген, активируемый транслокацией хромосомы в фолликулярной лимфоме человека [ Tsujimoto ea 1984 ], позволяет выживать цитокин-зависящим гематопоиэтическим клеткам в покойном состоянии при отсутствии цитокина [ Vaux ea 1988 ]. Это открытие, подтвержденное в других клеточных линиях и на трансгенных мышах [ Cory ea 1994 ], показало, что выживание клеток и пролиферация находятся под различающимся генетическим контролем и что нарушения в обоих очень вероятно дают вклад в кацерогенез .

Механизм апоптоза замечательно универсален ( Рис 1 ), невзирая на существенно большую сложность организации млекопитающих. Было показано, что CED9 и Bcl-2 являются функциональноыми и структурными гомологами [ Vaux ea 1992 ] и их функции связанные с выживанием оппонируются или близкими родственниками Bcl-2, такими как Bax [ Oltvai ea 1993 ] или дальними родственниками, такими как белок млекопитающих Bik (также называемый Nbk) [ Boyd ea 1995 ] и белок нематоды ECL-1 [ Conradt ea 1998 ].

CED-9 - гомолог продукта протоонкогена млекопитающих Вс1-2, предотвращает программированную клеточную гибель у нематоды Caenorhabditis elegans [ Hengartner M.O., 1994 ]. Повышенная экспрессия Bcl-2 приводит к блокированию апоптоза клеток млекопитающих, запускаемому различными стимулами, такими, как истощение ростовых факторов , облучение , c-myc или противоопухолевые лекарства . Несколько белков семейства CED-9/Bcl-2 были идентифицированы у млекопитающих. Среди них Bcl-2, Bcl-xL , Bcl-w и Mcl-1 ингибируют апоптоз, а Вах , Bik , Bak , Bad и Bcl-xs усиливают его.

Растущее семейство Bcl-2 может каким-то образом распознавать различные формы межклеточных нарушений, судить, обеспечили ли другие клетки появление позитивных или негативных стимулов и интегрировать эти конкурирующие сигналы в решение "быть или не быть" клетке. Однако определенные сигналы смерти, такие, как происходящие от рецепторов смерти CD95 (Fas или APO-1) [ Ashkenazi ea 1998 ] похоже в основном обходят стадию, которая контролируется Bcl-2 ( Рис. 1 и ниже). Недавние открытия относительно биохимических и биологических функций членов семейства Bcl-2 и их роли в канцерогенезе являются главным предметом настоящего обзора. Связанные темы обсуждаются в предыдущих обзорах [ Cory ea 1994 , Thompson ea 1997 , Kroemer ea 1998 , Reed ea 1997 ] и в сопровождающих статьях [ Thornberry ea 1998 , Ashkenazi ea 1998 , Green ea 1998 , Evan ea 1998 ].

Bcl-2 [ Dole M. et al., 1994 ] является первым из нового класса протоонкогенов, продукты которых ингибируют апоптоз, индуцированный цисплатином и этопозидом . Таким образом, этот белок повышает резистентность опухоли к химиотерапевтическим агентам.

Многие опухоли, ставшие андрогеннезависимыми, экспрессируют белки Всl2.

Различные члены семейства CED-9/Bcl-2 могут образовывать димеры друг с другом, при этом один из них может усиливать или подавлять функцию другого. В этом случае соотношение ингибиторов и активаторов может определять предрасположенность клетки к апоптозу [ Yang E., 1996 ]. Так, отсутствие у мышей функционально активных Всl-х [ Motoyama N., Wang F. 1995 ] или Bcl-2 [ Veis D.J., 1993 ] вызывает гибель животных на стадии эмбриона или в постнатальном периоде, соответственно, вследствие расширенной программированной гибели клеток различных органов. И наоборот, если поврежден Вах , то отсутствует нормальная гибель клеток [ Knudson C.M., 1995 ].

Другим механизмом регуляции активности членов Bcl-2-семейства является их фосфорилирование [ Gajewski T.F., 1996 ]. Например, Bad , проапоптотический член Bcl-2-семейства, фосфорилируется активирующейся при воздействии ростового фактора киназой. Фосфорилированный Bad теряет способность связывать Bcl-xL ; наоборот, Bad связывается с белком 14-3-3 , который, в свою очередь, может взаимодействовать с несколькими сигнальными ферментами. Bcl-xL , отделившись от Bad , теперь может выполнять свою антиапоптотическую функцию [ Zha J., 1996 ].

Как Bcl-2 или Bcl-xL ингибируют апоптоз ? Генетические исследования мутантных ced-9, ced-4 и ced-З в С. elegans показывают, что CED-9 ингибирует клеточную гибель независимо от CED-4 и CED-3 [ Shaham S., 1996 ]. Биохимические механизмы, с помощью которых CED-9/Bcl-2 и члены их семейства подавляют апоптоз, еще малоизвестны. Bcl-2 и Bcl-х локализованы на внешних мембранах митохондрий , эндоплазматического ретикулума и ядра . Четвертичная структура Bcl-xL установлена методами рентгеноструктурного анализа и ЯМР [ Muchmore S.W., 1996 ]. Он состоит из двух гидрофобных альфа-цепей, которые похожи на порообразующие бактериальные токсины, такие, как дифтерийный токсин и колицины , наводя на мысль, что Bcl-xL тоже образует поры в мембране. При повреждении митохондрий каким-нибудь агентом, нарушающим проницаемость мембраны, индуцируется ядерный апоптоз [ Zamzami N., 1996 ]. Bcl-2 блокирует изменение проницаемости митохондриальной мембраны и, таким образом, ядерный апоптоз, что говорит о важной роли мембранных пор митохондрий, образованных белками семейства Bcl-2, по крайней мере, в этой системе.

Bcl-2 и Bcl-xL могут подавлять Fas-зависимый апоптоз как in vitro, так и in vivo [ Boise L.H., 1995 , Itoh N., 1993 , Rodriguez I., 1996 ]. Активация Fas вызывает повреждение функции митохондрий , но оно подавляется ингибиторами IСЕ-протеаз [ Krippner A., 1996 ]. Эти результаты позволяют сделать предположение, что повреждение митохондрий, вероятно, вторично и определяется последовательной активацией протеаз ICE-семейства при Fas-зависимом апоптозе. Пока неясно, как локализованные в мембране митохондрий Bcl-2 и Bcl-xL могут подавлять Fas-индуцированный сигнал апоптоза. который, кажется, проходит через цитоплазму.

Одним из возможных механизмов может быть повреждение митохондрий IСЕ-протеазами , что приводит к освобождению молекул, опосредующих апоптоз , таких как цитохром С и AIF (фактор, индуцирующий апоптоз) , и способствует усилению сигнала. Выход цитохрома С из митохондрий в цитоплазму предшествует активации ICE-протеаз при различных моделях апоптоза .

Таким образом, разрушение митохондрий протеазами может запускать систему, усиливающую процесс и/или координирующую апоптотическое взаимодействие между различными митохондриями внутри одной клетки. Bcl-2 и Bcl-хL,  возможно, могут подавлять выход из митохондрий молекул, способствующих апоптозу, и, следовательно, ингибировать апоптоз [ Krippner A., 1996 , Marzo I., 1998 , Zamzami N., 1996 ].

Bcl-2 эффективно ингибирует Fas -зависимый апоптоз в гепатоцитах [ Lacronique V., 1996 ], но является слабым антагонистом при Fas-индуцированном апоптозе в лимфоцитах [ Strasser A., 1995 ]. Вероятно, различия в чувствительности Fas-зависимого апоптоза к действию Bcl-2 обусловлены тем, какие белки вовлечены в передачу сигнала от активированного Fas ( рис. 5 ). Так, протоонкоген Bcl-2 ингибирует сигнал апоптоза. передаваемый через Daxx , в отличие от сигнала, передаваемого через FADD/MORT1 [ Yang X., 1997 ].

Ссылки: