PML-kroppe

PML-legemer (også kendt som promyelocytisk leukæmi-kernelegemer [1] , PML-kernelegemer [2] , nukleare domæner 10 [3] ) er sfæriske legemer med en diameter på 0,1-1,0 µm , der findes i cellekernerne i mange væv og de fleste linjer og inkluderet i den nukleare matrix . Den vigtigste organiserende komponent i PML-kroppe er PML -proteinet , som tiltrækker en lang række proteiner til PML-kroppe, som kun er forenet af evnen til at gennemgå sumoylering ( posttranslationel modifikation , som består i at binde SUMO -proteiner til et målprotein) . I PML-kroppe gennemgår proteiner post-translationelle modifikationer (især sumoylering), der fører til proteinisolering i PML-legemer, aktivering eller nedbrydning. Ifølge morfologiske træk skelnes der adskillige undertyper af PML-legemer, og alle er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​en elektrontæt skal og en indre kerne [2] .

Udseendet og funktionen af ​​PML-kroppe reguleres af cellulære stressfaktorer såsom virusinfektioner , DNA- skader , transformation og oxidativt stress . Transskriptionen af ​​PML-proteinet og adskillige proteiner, som det interagerer med, ændres væsentligt af interferoner . Interessant nok kan mus knockout for PML-proteinet ikke danne normale PML-kroppe, men ikke desto mindre udvikle og leve normalt; af denne grund udfører PML-kroppe sandsynligvis ikke nogle ekstremt vigtige og uerstattelige biologiske funktioner [2] .

Studiehistorie

PML-legemer blev først opdaget i 1960'erne som intranukleære sfæriske tætte legemer, der var synlige under et elektronmikroskop . To typer af disse legemer er blevet beskrevet: fibrillære og granulære, som indeholdt mikrogranuler, formodentlig svarende til ribonukleoproteiner . Senere blev PML-kroppe visualiseret ved immunfluorescensmikroskopi under anvendelse af autoimmune sera opnået fra patienter med primær biliær cirrhose . Ved hjælp af denne metode blev det første protein forbundet med PML-kroppe, SP100 , opdaget i 1991, og selve PML-legemerne blev karakteriseret i detaljer. Efterfølgende blev det fundet, at i de samme legemer, hvori SP100-proteinet er lokaliseret, er PML-proteinet også lokaliseret. PML-proteinet er af interesse, fordi det findes i akut promyelocytisk leukæmi ( APL ) som et  konjugat med retinsyrereceptoren α (PML/RARA- oncoprotein ). I APL-celler ødelægges PML-legemer af PML/RARA. Men da APL blev behandlet med retinsyre og arsen(III)oxid , som udløser nedbrydningen af ​​PML/RARA, dukkede PML-legemer op igen. Yderligere undersøgelser viste, at PML-kroppe gennemgår forandringer under påvirkning af stressende tilstande såsom virale infektioner, varmechok og tilstedeværelsen af ​​tungmetaller . I øjeblikket studeres dynamikken af ​​PML-kroppe, deres forhold til andre komponenter i kernen, samling, rekruttering af forskellige proteiner og funktioner på cellens niveau og hele organismen [4] .

Struktur og sammensætning

Et typisk PML-legeme er et sfærisk objekt med en diameter på 0,1-1 µm, som muligvis har en mikrogranulær kerne. Typisk har celler indeholdende PML-legemer 5 til 15 PML-legemer. De består overvejende af proteiner og indeholder generelt hverken DNA eller RNA . Den ydre skal af kroppene er dannet af PML-proteinet, og de proteiner, som det interagerer med, er placeret indeni. Som mange nukleare legemer er PML-legemer placeret i det interkromosomale rum, hvor de ofte eksisterer sammen med andre nukleare legemer . Selvom PML-legemer ikke indeholder DNA, er de ofte forbundet med specifikke loci , såsom det store histokompatibilitetskompleks (MHC) klasse I -genklynge ; det antages, at PML-legemer regulerer kromatinarkitektur og transskription af generne i dette locus. Ændringer i kromatin under transkription eller afhængigt af stadiet af cellecyklussen modulerer strukturen og antallet af PML-legemer. Strukturen af ​​PML-kroppe ændrer sig væsentligt under virusinfektioner: for eksempel kan virale genomer akkumuleres i periferien eller i den centrale del af disse kroppe [5] .

Simple PML-legemer (type I og II) og skaller af komplekse PML-legemer (type III, IVa og V) er sammensat af ikke-kromatin fibrillært materiale [6] . Sådanne PML-legemer frigives sammen med den nukleare matrix og er forbundet med dens fibrogranulære komponent ved hjælp af specielle fremspring på deres overflade [6] .

Komplekse PML-legemer under den fibrillære kappe indeholder en granulær strukturkomponent, sandsynligvis bestående af ribonukleoproteiner. Det er blevet foreslået, at nogle af de granulære PML-legemer knopper fra nukleolus ; denne hypotese understøttes af tilstedeværelsen af ​​specifikke RNA-bindende proteiner i komplekse PML-legemer . Det vides ikke, hvilke faktorer der bestemmer tilstedeværelsen af ​​en mikrogranulær kerne i PML-kroppe, og dens sammensætning er dårligt forstået. Det har vist sig, at det i nogle kroppe indeholder nysyntetiseret RNA, mens det i andre ikke gør det. En række undersøgelser har vist, at PML-legemer kan være forbundet med mRNA -eksport og translation via den eukaryote translationsinitieringsfaktor EIF4E [7] .

I nogle celler er store strukturer, der indeholder elementer af nukleolus, beskrevet; de kaldes senescens-associerede nukleare legemer (SANB'er ) .  Disse legemer har også en PML-proteinskal, men de resterende proteiner, der er karakteristiske for PML-kroppe, er ikke placeret i den indre del, men direkte på skallen [7] .

PML-legemer inkluderer sådanne proteiner som SUMO, DAXX [8] , SP100, LYSP100 ( homolog af SP100) [9] , ISG20 [10] , PML, NDP55 [11] . Andre proteiner, såsom PIC1/SUMO-1, som normalt er forbundet med nukleare porer , kan også være en del af PML-legemer [12] . Alle disse proteiner kan reorganiseres og spredes som reaktion på forskellige former for stress (stimulering eller varmechok) [13] .

I humane embryonale stamceller danner PML-legemer "rosetter" omkring centromeren eller er placeret mellem to centromerer. Sådanne PML-kroppe indeholder ikke SUMO-, SP100- og DAXX-proteinerne, og deres rolle i stamcellebiologi er fortsat ukendt. Derudover påvises PML-legemer nær centromererne i proteasomhæmmerbehandlede celler under G2-fasen af ​​cellecyklussen [14] .

I celler, der ikke udtrykker telomerase og opretholder telomerlængden gennem homolog rekombination , er der PML-legemer forbundet med alternativ forlængelse af telomer-associerede PML-legemer (APB'er ) .  Disse PML-kroppe indeholder to typer DNA-dobbeltstrengsbrudreparation og homologe rekombinationsfaktorer: Rad50/Mre11/NBS1-complex og Rad51 / Rad52 , såvel som replikationsfaktor A, BLM- helicase og telomer-gentagelsesbinding faktorer (TRF1 og TRF2), og næsten alle disse proteiner er sumoylerede. I sådanne celler fordobles telomerer aktivt i S /G2-faserne af cellecyklussen [15] .

Dynamics

Undersøgelser, der anvender FRET og FRAP metoderne har vist, at PML-proteinet er en stabil komponent i PML-kroppe, og de proteiner, der interagerer med det, er mere mobile, selvom de bevares i PML-kroppe i nogen tid. I sig selv er PML-kroppe ikke særlig mobile, selvom de kan dele sig og smelte sammen med hinanden i løbet af cellecyklussen. Under S-fasen deler PML-legemer sig i to, forsvinder under mitose og dukker op igen under overgangen fra mitose til G1-fasen. Under mitose forbliver PML-proteiner forbundet med hinanden, men bliver phosphoryleret , desumoyleret og frigiver deres partnerproteiner. Under mitose, før ødelæggelsen af ​​den nukleare kappe i prometafase , mister PML-legemer deres forbindelse med kromatin og bliver mere mobile. Selve PML-proteinet under mitose interagerer med kernemembraner og nukleoporiner , hvilket letter dannelsen af ​​den nukleare kappe under overgangen fra telofase til G1-fase . Under denne overgang vender SP100 (tidligere) og DAXX (senere) tilbage til kernen, interagerer med PML-proteinaggregationer og danner PML-legemer [16] . Cytoplasmatiske ophobninger af PML-proteinet detekteres selv under G1-fasen, men derefter falder de langsomt [17] .

Stress, såsom varmechok eller tungmetaller, forårsager reversibel fragmentering af PML-kroppe ved at udspringe mikrokroppe, der mangler SUMO og de fleste PML-partnerproteiner. Ved slutningen af ​​stresseksponering er størrelsen, placeringen og antallet af PML-legemer fuldstændigt genoprettet, hvilket indikerer, at PML-legemer dannes på forudbestemte steder [18] .

Det er blevet foreslået, at dannelsen af ​​PML-kroppe er baseret på interaktionen mellem PML og SUMO. Faktisk observeres abnormiteter i PML-legemer i celler med defekter i sumoylering. Desuden kan sumoylering også sikre rekruttering af PML-partnerproteiner til PML-kroppe, fordi de fleste af dem er i sumoyleret tilstand i PML-kroppe. På samme tid danner PML-isoformer, der ikke er i stand til at interagere med SUMO, alligevel normale PML-kroppe. Således er sumoyleringens rolle i dannelsen af ​​PML-legemer endnu ikke blevet bestemt [19] .

Funktioner

PML-proteinet er involveret i reguleringen af ​​så vigtige cellulære processer som transkription, apoptose , aldring, respons på DNA-skade og resistens over for vira. PML-partnerproteiner gennemgår post-translationelle modifikationer i PML-kroppe, der påvirker deres funktion. For eksempel er der mange p53 - modificerende enzymer i PML-kroppe ( CBP , HDM2, HIPK2 og HAUSP). Acetylering , sumoylering og phosphorylering af p53 i PML-legemer regulerer p53-aktiviteten positivt. Translokation til PML-legemer kan påvirke aktiviteten af ​​nogle proteinkinaser ; således, i PML-legemer, dephosphatasen PP2A dephosphorylerer kinasen AKT , og PP1A menes at dephosphorylere retinoblastomproteinet (pRb). I tilfælde af nogle kinaser, såsom CHEK2 , fremmer lokalisering i PML-legemer deres autophosphorylering . Der er bevis for, at PML i gærceller direkte kan øge det globale niveau af sumoylering af proteiner, og PML-kroppe øger sumoyleringen af ​​nogle PML-partnerproteiner [20] .

Den første etablerede funktion af PML-legemer var akkumulering og isolering af visse proteiner. Et sådant protein er for eksempel DAXX. Isolering af DAXX med sumoyleret PML, som er en del af PML-kroppe, afskaffer den transkriptionelle undertrykkelse af nogle gener og regulerer også apoptose. En lignende situation opstår i tilfælde af histoner og histon- chaperoner i senescerende celler. Under celleældning observeres dannelsen af ​​en særlig type heterochromatin , som initieres af akkumulering af histonchaperonerne HIRA og ASF1a samt HP1 [en]-proteinet inde PML-legemer [21] .

Nogle ustabile proteiner akkumuleres i PML-legemer, såvel som proteasomer og ubiquitin . Desuden er der bevis for, at PML-partnerproteiner nedbrydes i PML-kroppe [21] .

Der akkumuleres beviser for, at PML-legemer fungerer som sensorer for reaktive oxygenarter . De kan især give et passende redoxmiljø til driften af ​​sumoyleringsenzymer [ 22] .

I øjeblikket betragtes PML-kroppe som en del af medfødt immunitet , som giver beskyttelse mod virusinfektioner. Under virusinfektioner akkumuleres virale genomer og proteiner ofte inde i PML-kroppe. I mange DNA-vira , hvis genomer replikerer i kernen, såsom human cytomegalovirus eller herpes simplex virus type 1 , binder deres genomer til PML-legemer, så snart de kommer ind i kernen. I PML-kroppe gennemgår genomer epigenetisk silencing , som undertrykker udviklingen af ​​infektion. PML kropsproteiner såsom PML, DAXX, SP100 og ATRX er involveret i undertrykkelsen af ​​virusinfektioner . Varicella zoster virusreplikation hæmmes af PML-kroppe af en anden mekanisme. Når de er inficeret med denne virus, fanger de forstørrede PML-legemer de nyligt samlede virale nukleocapsider på grund af interaktionen af ​​en speciel isoform af PML-proteinet med ORF23-capsidproteinet, som forhindrer frigivelsen af ​​virale partikler fra kernen . PML-legemer blokerer også replikationen af ​​adenovirus , papillomavirus og parvovirus . Derudover påvirker de forløbet af livscyklussen i nogle cytoplasmatiske RNA-vira . For eksempel, ved infektion med HIV - 1 og andre retrovira , rapporteres PML-legemer at bevæge sig hurtigt fra kernen til cytoplasmaet, hvilket påvirker virussens livscyklus i cytoplasmaet. Det er blevet fastslået, at PML-legemer påvirker retroviras livscyklus på niveauet af revers transkription , selvom den specifikke molekylære mekanisme af dette fænomen er uklar [3] .

Specifikke virale proteiner kan ødelægge PML-kroppe og fremme viral infektion. Tabellen nedenfor viser de virale proteiner, der nedbryder PML-legemer ved en kendt mekanisme [23] .

PML-kroppe er direkte forbundet med det medfødte immunsignalsystem. Behandling med interferon øger således ekspressionen af ​​PML-kropsproteiner såsom PML og SP100 og forbedrer deres antivirale egenskaber. Manglen på PML fører til et fald i interferoners evne til at beskytte mod virusinfektioner. PML-legemer er også forbundet med andre cytokiner . For eksempel er der i celler, der mangler PML, en reduceret ekspression af de pro-inflammatoriske cytokiner interleukin 1β og interleukin 6 [3] .

Klinisk betydning

Fordi PML-kroppe er involveret i mange tumor-undertrykkende cellulære processer, ligger deres ødelæggelse til grund for kræftformer såsom akut promyelocytisk leukæmi (APL). Som nævnt ovenfor sker ødelæggelsen af ​​PML-legemer ofte under påvirkning af det kimære PML/RARA-protein, som er et PML-protein tværbundet til retinsyrereceptoren a. Det fungerer som en transkriptionel repressor, der interfererer med den normale differentiering af myeloide celler og giver APL-celler evnen til at forny sig selv. PML/RARA interfererer med den normale oligomerisering af PML-proteinet, hvilket fører til ødelæggelse af PML-legemer. Krænkelser i strukturen af ​​PML-genet påvises i 95 % af APL-cellerne [1] . Det er også blevet vist, at tabet af PML ofte observeres i humane kræftformer af forskellig histologisk oprindelse [24] .

I 2017 blev det vist, at PML-kroppe kan være involveret i udviklingen af ​​neurodegenerative sygdomme såsom neuronal intranukleær hyalininklusionssygdom. De eosinofile intranukleære indeslutninger, der forekommer i cellerne hos patienter, der lider af denne sygdom, er afledt af PML-legemer [25] .

Noter

1. ↑ 1 2 af Masi A. , Cilli D. , Berardinelli F. , Talarico A. , Pallavicini I. , Pennisi R. , Leone S. , Antoccia A. , Noguera NI , Lo-Coco F. , Ascenzi P. , Minucci S. , Nervi C. PML-nuklear kropsforstyrrelse svækker DNA-dobbeltstrengsbrudsføling og reparation i APL.  (engelsk)  // Celledød & sygdom. - 2016. - Bd. 7. - P. e2308. - doi : 10.1038/cddis.2016.115 . — PMID 27468685 .
2. ↑ 1 2 3 The Nucleus, 2011 , s. 247.
3. ↑ 1 2 3 Scherer M. , Stamminger T. Emerging Role of PML Nuclear Bodies in Innate Immune Signaling.  (engelsk)  // Journal of virology. - 2016. - Bd. 90, nr. 13 . - P. 5850-5854. - doi : 10.1128/JVI.01979-15 . — PMID 27053550 .
4. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 248-249.
5. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 250-251.
6. ↑ 1 2 Chaly N. , Setterfield G. , Kaplan JG , Brown DL Nuclear bodies in mus milt lymfocytes: II - Cytokemi and autoradiography under stimulation by concanavalin A.  //  Biology of the cell. - 1983. - Bd. 49, nr. 1 . - S. 35-43. — PMID 6199062 .
7. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , s. 252.
8. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 249.
9. ↑ Dent AL , Yewdell J. , Puvion-Dutilleul F. , Koken MH , de The H. , Staudt LM LYSP100-associerede nukleare domæner (LANDs): beskrivelse af en ny klasse af subnukleare strukturer og deres forhold til PML nukleare legemer.  (engelsk)  // Blood. - 1996. - Bd. 88, nr. 4 . - S. 1423-1426. — PMID 8695863 .
10. ↑ Gongora C. , David G. , Pintard L. , Tissot C. , Hua TD , Dejean A. , Mechti N. Molekylær kloning af et nyt interferon-induceret PML-kernelegeme-associeret protein.  (engelsk)  // The Journal of biological chemistry. - 1997. - Bd. 272, nr. 31 . - P. 19457-19463. — PMID 9235947 .
11. ↑ Zuber M. , Heyden TS , Lajous-Petter AM Et humant autoantistof, der genkender nuklear matrix-associeret nuklear protein lokaliseret i prikstrukturer.  (engelsk)  // Cellens biologi. - 1995. - Bd. 85, nr. 1 . - S. 77-86. — PMID 8882521 .
12. ↑ Sternsdorf T. , Jensen K. , Will H. Beviser for kovalent modifikation af de nukleare prik-associerede proteiner PML og Sp100 af PIC1/SUMO-1.  (engelsk)  // The Journal of cell biology. - 1997. - Bd. 139, nr. 7 . - S. 1621-1634. — PMID 9412458 .
13. ↑ Maul GG , Yu E. , Ishov AM , Epstein AL Nuklear domæne 10 (ND10) associerede proteiner er også til stede i nukleare legemer og omfordeles til hundredvis af nukleare steder efter stress.  (engelsk)  // Journal of cellular biochemistry. - 1995. - Bd. 59, nr. 4 . - S. 498-513. - doi : 10.1002/jcb.240590410 . — PMID 8749719 .
14. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 252-253.
15. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 251-252.
16. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 253.
17. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 322.
18. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 253-254.
19. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 254.
20. ↑ The Nucleus, 2011 , s. 255-256.
21. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , s. 256.
22. ↑ Niwa-Kawakita M. , Wu HC , Thé H. , Lallemand-Breitenbach V. PML-kernelegemer, membranløse domæner, der fungerer som ROS-sensorer?  (engelsk)  // Seminarer i celle- og udviklingsbiologi. - 2017. - doi : 10.1016/j.semcdb.2017.11.007 . — PMID 29157919 .
23. ↑ The Functional Nucleus / David P. Bazett-Jones, Graham Dellaire. - Schweiz: Springer, 2016. - S. 285. - 513 s. - ISBN 978-3-319-38880-9 . - doi : 10.1007/978-3-319-38882-3 .
24. ↑ Herzer K. , Gerken G. , Hofmann TG Hepatitis C-associeret levercarcinogenese: rolle af PML-kernelegemer.  (engelsk)  // World journal of gastroenterology. - 2014. - Bd. 20, nr. 35 . - P. 12367-12371. doi : 10.3748 / wjg.v20.i35.12367 . — PMID 25253937 .
25. ↑ Nakano Y. , Takahashi-Fujigasaki J. , Sengoku R. , Kanemaru K. , Arai T. , Kanda T. , Murayama S. PML Nuclear Bodies Are Changed in Adult-Onset Neuronal Intranuclear Hyaline Inclusion Disease.  (engelsk)  // Journal of neuropathology and experimental neurology. - 2017. - Bd. 76, nr. 7 . - S. 585-594. doi : 10.1093 / jnen/nlx039 . — PMID 28863453 .

Litteratur

• The Nucleus / Tom Misteli, David L. Spector. - New York: Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2011. - 463 s. — ISBN 978-0-87969-894-2 .

cellekerne
Nuklear membran / Nuklear lamina	Nukleare porer : Nukleoporiner ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 NUP160 NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
nukleolus	Perinukleolært kompartment ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxin 7
Andet	PML-kroppe Parapletter Cajal corpuscle ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 coil ) SMC-proteiner Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Kondensin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) DNA-reparation ( SMC5 SMC6 ) Overgangsnukleare proteiner TNP1 TNP2 Chromatin nuklear matrix Nukleoplasma Nukleosol