Eukariotyczny czynnik inicjujący translację 4E stanowi jedno z białek, koniecznych do rozpoczęcia zależnej od kapu translacji. Białko to jest kodowane przez pojedynczy gen EIF4E i występuje u wszystkich organizmów eukariotycznych[1][2].
Rola w komórce
[edytuj | edytuj kod]EIF-4E stanowi eukariotyczny czynnik inicjujący translację, który jest bezpośrednio zaangażowany w rozpoznanie struktury kapu, znajdującej się na 5'końcu mRNA. Białko to zbudowane jest z pojedynczego polipeptydu o masie 24 kDa, występującego w stanie wolnym oraz jako składnik kompleksu białkowego EIF-4F. Ponieważ do rozpoczęcia translacji konieczne jest rozpoznanie struktury kapu białko EIF-4E odgrywa kluczową rolę w regulacji tego procesu. Biorąc pod uwagę kinetykę translacji można powiedzieć, że wiązanie się kapu do maszynerii translacyjnej stanowi etap limitujący dla tego procesu[3].
Oddziaływanie białka eIF4E z końcem 5' mRNA (kapem)
[edytuj | edytuj kod]Nietypowa budowa końca 5’ mRNA sprawia, że jest ona specyficznie rozpoznawana przez białko eIF4E. Ma ono lipofilową kieszeń zwaną kieszenią wiążącą, w której dzięki różnym oddziaływaniom chemicznym wiązany jest kap. Struktura krystaliczna białka eIF4E w kompleksie ze związanym m7GTP wykazuje charakterystyczną konformację: zbudowana jest z zakrzywionej ośmioniciowej antyrównoległej β-kartki, wspartej trzema długimi α-helisami. Kompleks eIF4E-kap ma kształt złożonej dłoni, w której znajduje się kieszeń wiążąca składająca się głównie z regionu hydrofobowego. Kap wiązany jest w wąskiej szczelinie, w której fragment m7G interkaluje pomiędzy dwie reszty tryptofanowe W56 i W102 w wyniku oddziaływań warstwowych (ang. π-stacking), tworząc układ kation-π. 7-Metyloguanozyna tworzy również trzy wiązania wodorowe: dwa z kwasem glutaminowym E103 za pomocą atomów wodoru egzocyklicznej grupy −NH
2 w pozycji 2 puryny oraz jedno z tryptofanem W102 z udziałem egzocyklicznego atomu tlenu w pozycji 6. Obserwowane jest również oddziaływanie van der Waalsa grupy N7-metylowej guanozyny z W166. Łańcuch trifosforanowy tworzy mostki solne oraz bezpośrednie bądź pośrednie (poprzez wodę) wiązania wodorowe z pierścieniami indolowymi W102 oraz W166, jak również z łańcuchami bocznymi R112, R157 i K162. Kolejne naładowane grupy fosforanowe α, β i γ mają wkład około 3,0, 1,9 i 0,9 kcal/mol energii wiązania, co pokazuje, że najistotniejszą częścią kapu, która wiąże się z białkiem, jest 7-metyloguanozyna oraz pierwsza grupa fosforanowa[4][5].
Wpływ białka eIF4E na onkogenezę
[edytuj | edytuj kod]Badania z końca XX w. i początku XXI w. dostarczyły nie tylko informacji na temat budowy eIF4E i konkretnych funkcji, jakie pełnią poszczególne izoformy, ale również wpływu na patogenezę wewnątrzkomórkową. Okazuje się, że białko to nie tylko inicjuje translację, ale również działa jako onkogen przez swoją nadekspresję powodując np. raka piersi lub trzustki[6][7].
Powiązanie zawartości białka eIF4E z chorobami nowotworowymi zostało po raz pierwszy stwierdzone w 1990 roku przez Anthoulę Lazaris-Karatzas i współpr., którzy odkryli, że nadmierna ekspresja eIF4E powoduje onkogenną transformację fibroblastów[8]. W kolejnych latach, wychodząc od tej wstępnej obserwacji, przebadano wpływ omawianego białka na różne typy komórek. W rezultacie stwierdzono, że aktywność eIF4E jest związana nie tylko z rakiem piersi i trzustki, ale również płuc, pęcherza moczowego, jelita grubego, szyjki macicy i prostaty[9][10][11].
W celu wyjaśnienia wpływu eIF4E na onkogenezę należy wspomnieć o trzech sposobach regulacji, które działają cały czas w komórce. Pierwszy z nich związany jest z faktem, że synteza białek jest energetycznie najdroższym procesem w komórce co powoduje, że częstotliwość tłumaczenia mRNA jest ściśle regulowana przez wiele czynników. U organizmów eukariotycznych, a w szczególności u ssaków, procesem limitującym biosyntezę białek jest inicjacja translacji, więc ten etap jest najściślej regulowany. Kolejnym sposobem regulacji jest synteza i utrzymanie całej puli mRNA, które nie są natychmiast wykorzystywane, jeśli nie jest to potrzebne[12]. Ich wcześniejsza synteza wynika z faktu, że przepływ informacji z genów na język białek jest zbyt powolny, aby reagować na szybkie zmiany, którym komórka musi podołać. Ostatnią regulacją jest obecna w występującej puli mRNA swojego rodzaju hierarchia, dzieląca mRNA na słabe i silne[13].
Pamiętając o wcześniej wymienionych regulacjach komórkowych, można wyróżnić dwa główne czynniki, które w korelacji ze sobą wpływają na tworzenie się komórek rakowych spowodowane nadekspresją eIF4E. Pierwszym z czynników jest wzrost stężenia wolnego eIF4E w komórce, co wpływa na nadmierną syntezę białek. Drugim czynnikiem jest obecność w komórce dwóch typów mRNA tzw. ,,słabych i silnych”.
W odniesieniu do pierwszej regulacji, występującej stale w komórce, należy wiedzieć, że białkiem limitującym translację jest eIF4E. W tym wypadku regulacja białka odbywa się przez hamowanie aktywności jego natywnej formy w wyniku wiązania przez białko 4E-BP (ang. 4E binding protein), a jego uwolnienie jest ściśle regulowane całym biochemicznym szlakiem sygnałowym. Obecnie można wyróżnić trzy przyczyny prowadzące do zwiększenia stężenia wolnego eIF4E, które niekiedy mogą ze sobą współistnieć. Pierwszą przyczyną jest to, że stężenie wolnego czynnika inicjującego może się zwiększyć przez samą jego ekspresję (naturalną syntezę). Drugą jest zmniejszenie ekspresji 4EBP co wpływa na to, że mniejsza ilość wolnego eIF4E pozostaje związana do formy nieaktywnej. Trzecią przyczyną jest zwiększenie fosforylacji 4EBP wynikające z nadpobudliwości wewnątrzkomórkowych szlaków sygnałowych (np. nadaktywności szlaku AKT-mTOR), a wtedy dochodzi do niekontrolowanego uwolnienia eIF4E.[14]
Następnym czynnikiem (który obejmuje dwie kolejne wcześniej wspomniane regulacje) tłumaczącym nadmierną ekspresję genów powiązano z dwoma rodzajami mRNA u eukariotów. Komórkowe silne mRNA (ang. strong mRNAs) posiadają stosunkowo krótki koniec niekodujący 5’UTR ( ang. 5′ untranslated region) i ulegają wydajnej translacji nawet przy niskim poziomie czynnika 4E. Słabe mRNA (ang. weak mRNAs), których odcinek 5’UTR jest długi i wysoce ustrukturyzowany (co tworzy naturalną przeszkodę do wiązania się z eIF4E) są tłumaczone na sekwencję białkową tylko wtedy, gdy dostępność eIF4E wzrasta, jak w przypadku nowotworów złośliwych.
Jeśli dostępność eIF4E jest ograniczona (jak to występuje w zdrowych komórkach), silne mRNA są tłumaczone w pierwszej kolejności na język białka, gdyż łatwiej dochodzi do odnalezienia kodonu inicjującego syntezę. Przykładem jest synteza β-aktyny, której mRNA jest silne. W momencie gdy stężenie białka eIF4E gwałtownie rośnie, oba rodzaje mRNA zostają tłumaczone na język białek. W tym przypadku dochodzi do nadmiernej syntezy białek wzrostu takich (jak np. cyklin D1 związanych z podziałem komórki), które w nadmiarze odpowiedzialne są za onkogenną transformację komórki[15].
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ J. Pelletier , J.D. Brook , D.E. Housman , Assignment of two of the translation initiation factor-4E (EIF4EL1 and EIF4EL2) genes to human chromosomes 4 and 20, „Genomics”, 10 (4), 1991, s. 1079–1082, DOI: 10.1016/0888-7543(91)90203-q, PMID: 1916814 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ R.M. Jones i inni, Assignment of the human gene encoding eukaryotic initiation factor 4E (EIF4E) to the region q21-25 on chromosome 4, „Somatic Cell and Molecular Genetics”, 23 (3), 1997, s. 221–223, DOI: 10.1007/BF02721373, PMID: 9330633 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ W. Rychlik i inni, Amino acid sequence of the mRNA cap-binding protein from human tissues, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 84 (4), 1987, s. 945–949, DOI: 10.1073/pnas.84.4.945, PMID: 3469651, PMCID: PMC304336 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ Koji Tomoo i inni, Crystal structures of 7-methylguanosine 5′-triphosphate (m7GTP)- and P1-7-methylguanosine-P3-adenosine-5′,5′-triphosphate (m7GpppA)-bound human full-length eukaryotic initiation factor 4E: biological importance of the C-terminal flexible region, „Biochemical Journal”, 362 (3), 2002, s. 539–544, DOI: 10.1042/bj3620539, PMID: 11879179, PMCID: PMC1222416 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ Anna Niedzwiecka i inni, Biophysical studies of eIF4E cap-binding protein: recognition of mRNA 5' cap structure and synthetic fragments of eIF4G and 4E-BP1 proteins, „Journal of Molecular Biology”, 319 (3), 2002, s. 615–635, DOI: 10.1016/S0022-2836(02)00328-5, PMID: 12054859 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ L. Adesso i inni, Gemcitabine triggers a pro-survival response in pancreatic cancer cells through activation of the MNK2/eIF4E pathway, „Oncogene”, 32 (23), 2013, s. 2848–2857, DOI: 10.1038/onc.2012.306, PMID: 22797067 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ Alpana Soni i inni, eIF4E knockdown decreases breast cancer cell growth without activating Akt signaling, „Molecular Cancer Therapeutics”, 7 (7), 2008, s. 1782–1788, DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-07-2357, PMID: 18644990, PMCID: PMC2559956 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ A. Lazaris-Karatzas , K.S. Montine , N. Sonenberg , Malignant transformation by a eukaryotic initiation factor subunit that binds to mRNA 5' cap, „Nature”, 345 (6275), 1990, s. 544–547, DOI: 10.1038/345544a0, PMID: 2348862 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ Nobuhiko Seki i inni, Expression of eukaryotic initiation factor 4E in atypical adenomatous hyperplasia and adenocarcinoma of the human peripheral lung, „Clinical Cancer Research”, 8 (10), 2002, s. 3046–3053, PMID: 12374671 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ J.P. Crew , T.S. O'Brien , A.L. Harris , Bladder cancer angiogenesis, its role in recurrence, stage progression and as a therapeutic target, „Cancer Metastasis Reviews”, 15 (2), 1996, s. 221–230, DOI: 10.1007/BF00437475, PMID: 8842494 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ Jeong-Won Lee i inni, eIF-4E expression is associated with histopathologic grades in cervical neoplasia, „Human Pathology”, 36 (11), 2005, s. 1197–1203, DOI: 10.1016/j.humpath.2005.08.010, PMID: 16260273 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ R.E. Rhoads , S. Joshi-Barve , C. Rinker-Schaeffer , Mechanism of action and regulation of protein synthesis initiation factor 4E: effects on mRNA discrimination, cellular growth rate, and oncogenesis, „Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology”, 46, 1993, s. 183–219, DOI: 10.1016/s0079-6603(08)61022-3, PMID: 8234784 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ Arrigo De Benedetti , Jeremy R. Graff , eIF-4E expression and its role in malignancies and metastases, „Oncogene”, 23 (18), 2004, s. 3189–3199, DOI: 10.1038/sj.onc.1207545, PMID: 15094768 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ Jeremy R. Graff i inni, Targeting the eukaryotic translation initiation factor 4E for cancer therapy, „Cancer Research”, 68 (3), 2008, s. 631–634, DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-07-5635, PMID: 18245460 [dostęp 2022-04-19] (ang.).
- ↑ S.G. Zimmer , A. DeBenedetti , J.R. Graff , Translational control of malignancy: the mRNA cap-binding protein, eIF-4E, as a central regulator of tumor formation, growth, invasion and metastasis, „Anticancer Research”, 20 (3A), 2000, s. 1343–1351, PMID: 10928042 [dostęp 2022-04-19] (ang.).