PML-kroppar

PML-kroppar (även kända som kärnkroppar för promyelocytisk leukemi [1] , PML-kärnkroppar [2] , kärndomäner 10 [3] ) är sfäriska kroppar med en diameter på 0,1–1,0 µm som finns i cellkärnorna i många vävnader och de flesta linjer och ingår i kärnkraftsmatrisen . Den viktigaste organiserande komponenten i PML-kroppar är PML -proteinet , som attraherar en mängd olika proteiner till PML-kroppar, som endast förenas av förmågan att genomgå sumoylering ( post-translationell modifiering , bestående av bindning av SUMO -proteiner till målproteinet). I PML-kroppar genomgår proteiner posttranslationella modifieringar (särskilt sumoylering) som leder till proteinisolering i PML-kroppar, aktivering eller nedbrytning. Enligt morfologiska egenskaper särskiljs flera subtyper av PML-kroppar, och alla kännetecknas av närvaron av ett elektrontätt skal och en inre kärna [2] .

Utseendet och funktionen hos PML-kroppar regleras av cellulära stressfaktorer som virusinfektioner , DNA - skador , transformation och oxidativ stress . Transkriptionen av PML-proteinet och flera proteiner som det interagerar med förändras signifikant av interferoner . Intressant nog kan möss knockout för PML-proteinet inte bilda normala PML-kroppar, men ändå utvecklas och leva normalt, av denna anledning utför PML-kroppar förmodligen inte några extremt viktiga och oersättliga biologiska funktioner [2] .

Studiens historia

PML-kroppar upptäcktes först på 1960-talet som intranukleära sfäriska täta kroppar synliga under ett elektronmikroskop . Två typer av dessa kroppar har beskrivits: fibrillära och granulära, som innehöll mikrogranuler, förmodligen motsvarande ribonukleoproteiner . Senare visualiserades PML-kroppar genom immunfluorescensmikroskopi med användning av autoimmuna sera erhållna från patienter med primär biliär cirros . Med hjälp av denna metod upptäcktes det första proteinet associerat med PML-kroppar, SP100 , 1991, och själva PML-kropparna karakteriserades i detalj. Därefter fann man att i samma kroppar där SP100-proteinet är lokaliserat, är PML-proteinet också lokaliserat. PML-proteinet är av intresse eftersom det finns i akut promyelocytisk leukemi ( APL ) som ett  konjugat med retinsyrareceptorn α (PML/RARA- onkoprotein ). I APL-celler förstörs PML-kroppar av PML/RARA. Men när APL behandlades med retinsyra och arsenik(III)oxid , som utlöser nedbrytningen av PML/RARA, dök PML-kroppar upp igen. Ytterligare studier visade att PML-kroppar genomgår förändringar under påverkan av stressande tillstånd som virusinfektioner, värmechock och närvaron av tungmetaller . För närvarande studeras aktivt dynamiken hos PML-kroppar, deras förhållande till andra komponenter i kärnan, montering, rekrytering av olika proteiner och funktioner på cellnivå och hela organismen [4] .

Struktur och sammansättning

En typisk PML-kropp är ett sfäriskt föremål med en diameter på 0,1–1 µm, som kan ha en mikrogranulär kärna eller inte. Typiskt har celler som innehåller PML-kroppar 5 till 15 PML-kroppar. De består till övervägande del av proteiner och innehåller vanligtvis inte DNA eller RNA . Det yttre skalet av kropparna bildas av PML-proteinet, och proteinerna som det interagerar med finns inuti. Liksom många kärnkroppar är PML-kroppar belägna i det interkromosomala utrymmet, där de ofta samexisterar med andra kärnkroppar . Även om PML-kroppar inte innehåller DNA, är de ofta associerade med specifika loci , såsom det stora histokompatibilitetskomplexet (MHC) klass I -genklustret ; det antas att PML-kroppar reglerar kromatinarkitektur och transkription av generna i detta lokus. Förändringar i kromatin under transkription eller beroende på stadiet av cellcykeln modulerar strukturen och antalet PML-kroppar. Strukturen hos PML-kroppar förändras avsevärt under virusinfektioner: till exempel kan virala genom ackumuleras i periferin eller i den centrala delen av dessa kroppar [5] .

Enkla PML-kroppar (typ I och II) och skal av komplexa PML-kroppar (typ III, IVa och V) är sammansatta av icke-kromatinfibrillärt material [6] . Sådana PML-kroppar frigörs tillsammans med kärnmatrisen och associeras med dess fibrogranulära komponent med hjälp av speciella utsprång på deras yta [6] .

Komplexa PML-kroppar under det fibrillära höljet innehåller en granulär strukturkomponent, troligen bestående av ribonukleoproteiner. Det har föreslagits att några av de granulära PML-kropparna knoppar från nukleolen ; denna hypotes stöds av närvaron av specifika RNA-bindande proteiner i komplexa PML-kroppar . Det är inte känt vilka faktorer som bestämmer närvaron av en mikrogranulär kärna i PML-kroppar, och dess sammansättning är dåligt förstådd. Det har visat sig att det i vissa kroppar innehåller nysyntetiserat RNA, medan det i andra inte gör det. Ett antal studier har visat att PML-kroppar kan vara associerade med mRNA- export och translation via den eukaryota translationsinitieringsfaktorn EIF4E [7] .

I vissa celler beskrivs stora strukturer som innehåller element av nukleolus; de kallas senescensassocierade kärnkroppar (SANBs ) .  Dessa kroppar har också ett PML-proteinskal, men de återstående proteinerna som är karakteristiska för PML-kroppar finns inte i den inre delen, utan direkt på skalet [7] .

PML-kroppar inkluderar sådana proteiner som SUMO, DAXX [8] , SP100, LYSP100 ( homolog av SP100) [9] , ISG20 [10] , PML, NDP55 [11] . Andra proteiner, såsom PIC1/SUMO-1, som vanligtvis är associerade med nukleära porer , kan också vara en del av PML-kroppar [12] . Alla dessa proteiner kan omorganiseras och spridas som svar på olika typer av stress (stimulering eller värmechock) [13] .

I mänskliga embryonala stamceller bildar PML-kroppar "rosetter" runt centromeren eller är belägna mellan två centromerer. Sådana PML-kroppar innehåller inte proteinerna SUMO, SP100 och DAXX, och deras roll i stamcellsbiologi är fortfarande okänd. Dessutom detekteras PML-kroppar nära centromererna i proteasominhibitorbehandlade celler under G2-fasen av cellcykeln [14] .

I celler som inte uttrycker telomeras och bibehåller telomerlängden genom homolog rekombination , finns det PML-kroppar associerade med alternativ förlängning av telomerassocierade PML-kroppar (APB ) .  Dessa PML-kroppar innehåller två typer av DNA-dubbelsträngsbrottsreparation och homologa rekombinationsfaktorer: Rad50/Mre11/NBS1-complex och Rad51 / Rad52 , såväl som replikationsfaktor A, BLM -helikas och upprepad telomerbindning faktorer (TRF1 och TRF2), och nästan alla dessa proteiner är sumoylerade. I sådana celler fördubblas telomererna aktivt i S /G2-faserna i cellcykeln [15] .

Dynamics

Studier som använder metoderna FRET och FRAP har visat att PML-proteinet är en stabil komponent i PML-kroppar, och proteinerna som interagerar med det är mer rörliga, även om de hålls kvar i PML-kroppar under en tid. I sig själva är PML-kroppar inte särskilt rörliga, även om de kan dela sig och smälta samman med varandra under cellcykelns gång. Under S-fasen delar sig PML-kroppar i två, försvinner under mitos och dyker upp igen under övergången från mitos till G1-fasen. Under mitos förblir PML-proteiner associerade med varandra, men fosforyleras , desumoyleras och frisätter sina partnerproteiner. Under mitos, före förstörelsen av kärnhöljet i prometafas , förlorar PML-kroppar sin förbindelse med kromatin och blir mer rörliga. Själva PML-proteinet under mitos interagerar med nukleära membran och nukleoporiner , vilket underlättar bildandet av kärnhöljet under övergången från telofas till G1-fas . Under denna övergång återvänder SP100 (tidigare) och DAXX (senare) till kärnan, interagerar med PML-proteinaggregationer och bildar PML-kroppar [16] . Cytoplasmatiska ansamlingar av PML-proteinet detekteras även under G1-fasen, men sedan minskar de långsamt [17] .

Stress, såsom värmechock eller tungmetaller, orsakar reversibel fragmentering av PML-kroppar genom att mikrokroppar som saknar SUMO och de flesta PML-partnerproteiner spirar ut. I slutet av stressexponeringen är storleken, platsen och antalet PML-kroppar helt återställda, vilket indikerar att PML-kroppar bildas på förutbestämda platser [18] .

Det har föreslagits att bildandet av PML-kroppar är baserat på interaktionen mellan PML och SUMO. Faktum är att i celler med defekter i sumoylering observeras abnormiteter i PML-kroppar. Dessutom kan sumoylering också säkerställa rekryteringen av PML-partnerproteiner till PML-kroppar, eftersom de flesta av dem är i sumoylerat tillstånd i PML-kroppar. Samtidigt bildar PML-isoformer som inte kan interagera med SUMO ändå normala PML-kroppar. Således har sumoyleringens roll i bildandet av PML-kroppar ännu inte fastställts [19] .

Funktioner

PML-proteinet är involverat i regleringen av sådana viktiga cellulära processer som transkription, apoptos , åldrande, svar på DNA-skada och resistens mot virus. PML-partnerproteiner genomgår posttranslationella modifieringar i PML-kroppar som påverkar deras funktion. Till exempel finns det många p53 -modifierande enzymer i PML-kroppar ( CBP , HDM2, HIPK2 och HAUSP). Acetylering , sumoylering och fosforylering av p53 i PML-kroppar reglerar p53-aktiviteten positivt. Translokation till PML-kroppar kan påverka aktiviteten hos vissa proteinkinaser ; sålunda, i PML-kroppar, defosforylerar fosfataset PP2A kinaset AKT , och PP1A tros defosforylera retinoblastomproteinet (pRb). När det gäller vissa kinaser, såsom CHEK2 , främjar lokalisering i PML-kroppar deras autofosforylering . Det finns bevis för att PML i jästceller direkt kan öka den globala nivån av sumoylering av proteiner, och PML-kroppar ökar sumoyleringen av vissa PML-partnerproteiner [20] .

Den första etablerade funktionen hos PML-kroppar var ackumuleringen och isoleringen av vissa proteiner. Ett sådant protein är till exempel DAXX. Isolering av DAXX med sumoylerad PML, som är en del av PML-kroppar, avskaffar transkriptionsförtrycket av vissa gener och reglerar även apoptos. En liknande situation uppstår i fallet med histoner och histonförföljare i åldrande celler. Under cellåldring observeras bildningen av en speciell typ av heterokromatin , som initieras av ackumulering av histonchaperonerna HIRA och ASF1a , såväl som HP1 [en]-proteinet , PML-kroppar [21] .

Vissa instabila proteiner ackumuleras i PML-kroppar, såväl som proteasomer och ubiquitin . Dessutom finns det bevis för att PML-partnerproteiner bryts ned i PML-kroppar [21] .

Bevis ackumuleras för att PML-kroppar fungerar som sensorer för reaktiva syrearter . I synnerhet kan de tillhandahålla en lämplig redoxmiljö för driften av sumoyleringsenzymer [ 22] .

För närvarande betraktas PML-kroppar som en del av medfödd immunitet , vilket ger skydd mot virusinfektioner. Under virusinfektioner ackumuleras ofta virala genom och proteiner inuti PML-kroppar. I många DNA-virus vars genom replikerar i kärnan, såsom humant cytomegalovirus eller herpes simplex virus typ 1 , binder deras genom till PML-kroppar så snart de kommer in i kärnan. I PML-kroppar genomgår genom epigenetisk tystnad , vilket undertrycker utvecklingen av infektion. PML-kroppsproteiner som PML, DAXX, SP100 och ATRX är involverade i undertryckandet av virusinfektioner . Varicella zoster- virusreplikation hämmas av PML-kroppar genom en annan mekanism. När de infekteras med detta virus, fångar de förstorade PML-kropparna de nyligen sammansatta virala nukleokapsiderna på grund av interaktionen av en speciell isoform av PML-proteinet med ORF23-kapsidproteinet, vilket förhindrar frisättningen av viruspartiklar från kärnan . PML-kroppar blockerar också replikationen av adenovirus , papillomvirus och parvovirus . Dessutom påverkar de livscykelns förlopp i vissa cytoplasmatiska RNA-virus . Till exempel, vid infektion med HIV- 1 och andra retrovirus , rapporteras PML-kroppar att snabbt flytta från kärnan till cytoplasman, vilket påverkar virusets livscykel i cytoplasman. Det har fastställts att PML-kroppar påverkar livscykeln för retrovirus på nivån av omvänd transkription , även om den specifika molekylära mekanismen för detta fenomen är oklar [3] .

Specifika virala proteiner kan förstöra PML-kroppar och främja virusinfektion. Tabellen nedan listar de virala proteiner som bryter ned PML-kroppar med en känd mekanism [23] .

PML-kroppar är direkt kopplade till det medfödda immunsystemets signalsystem. Således förbättrar behandling med interferon uttrycket av PML-kroppsproteiner såsom PML och SP100 och förbättrar deras antivirala egenskaper. Bristen på PML leder till en minskning av interferonernas förmåga att skydda mot virusinfektioner. PML-kroppar är också associerade med andra cytokiner . Till exempel, i celler som saknar PML, finns det ett minskat uttryck av de proinflammatoriska cytokinerna interleukin 1β och interleukin 6 [3] .

Klinisk betydelse

Eftersom PML-kroppar är involverade i många tumörundertryckande cellulära processer, ligger deras förstörelse bakom cancer som akut promyelocytisk leukemi (APL). Som nämnts ovan sker förstörelsen av PML-kroppar ofta under verkan av det chimära PML/RARA-proteinet, vilket är ett PML-protein tvärbundet till retinsyrareceptorn a. Det fungerar som en transkriptionsrepressor som stör den normala differentieringen av myeloidceller och ger APL-celler förmågan att självförnya sig. PML/RARA stör den normala oligomeriseringen av PML-proteinet, vilket leder till att PML-kroppar förstörs. Brott i strukturen av PML-genen detekteras i 95 % av APL-cellerna [1] . Det har också visat sig att förlusten av PML ofta observeras i humana cancerformer av olika histologiskt ursprung [24] .

Under 2017 visades det att PML-kroppar kan vara involverade i utvecklingen av neurodegenerativa sjukdomar som neuronal intranukleär hyalininklusionssjukdom. De eosinofila intranukleära inneslutningarna som förekommer i cellerna hos patienter som lider av denna sjukdom härrör från PML-kroppar [25] .

Anteckningar

1. ↑ 1 2 di 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-kärnkroppsstörning försämrar avkänning och reparation av DNA dubbelsträngbrott i APL.  (engelska)  // Celldöd & sjukdom. - 2016. - Vol. 7. - P. e2308. - doi : 10.1038/cddis.2016.115 . — PMID 27468685 .
2. ↑ 1 2 3 The Nucleus, 2011 , sid. 247.
3. ↑ 1 2 3 Scherer M. , Stamminger T. Framväxande roll för PML-kärnkroppar i medfödd immunsignalering.  (engelska)  // Journal of virology. - 2016. - Vol. 90, nr. 13 . - P. 5850-5854. - doi : 10.1128/JVI.01979-15 . — PMID 27053550 .
4. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 248-249.
5. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 250-251.
6. ↑ 1 2 Chaly N. , Setterfield G. , Kaplan JG , Brown DL Kärnkroppar i musmjältlymfocyter: II - Cytokemi och autoradiografi under stimulering med concanavalin A.  //  Biology of the cell. - 1983. - Vol. 49, nr. 1 . - S. 35-43. — PMID 6199062 .
7. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , sid. 252.
8. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 249.
9. ↑ Dent AL , Yewdell J. , Puvion-Dutilleul F. , Koken MH , de The H. , Staudt LM LYSP100-associerade nukleära domäner (LANDs): beskrivning av en ny klass av subnukleära strukturer och deras förhållande till PML-kärnkroppar.  (engelska)  // Blood. - 1996. - Vol. 88, nr. 4 . - P. 1423-1426. — PMID 8695863 .
10. ↑ Gongora C. , David G. , Pintard L. , Tissot C. , Hua TD , Dejean A. , Mechti N. Molecular cloning of a new interferon-induced PML nuclear body-associated protein.  (engelska)  // The Journal of biological chemistry. - 1997. - Vol. 272, nr. 31 . - P. 19457-19463. — PMID 9235947 .
11. ↑ Zuber M. , Heyden TS , Lajous-Petter AM En human autoantikropp som känner igen nukleärt matrisassocierat kärnprotein lokaliserat i prickstrukturer.  (engelska)  // Cellens biologi. - 1995. - Vol. 85, nr. 1 . - S. 77-86. — PMID 8882521 .
12. ↑ Sternsdorf T. , Jensen K. , Will H. Bevis för kovalent modifiering av de nukleära prickassocierade proteinerna PML och Sp100 av PIC1/SUMO-1.  (engelska)  // The Journal of cell biology. - 1997. - Vol. 139, nr. 7 . - P. 1621-1634. — PMID 9412458 .
13. ↑ Maul GG , Yu E. , Ishov AM , Epstein AL Nuclear domän 10 (ND10) associerade proteiner finns också i kärnkroppar och omfördelas till hundratals nukleära platser efter stress.  (engelska)  // Journal of cellular biochemistry. - 1995. - Vol. 59, nr. 4 . - s. 498-513. - doi : 10.1002/jcb.240590410 . — PMID 8749719 .
14. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 252-253.
15. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 251-252.
16. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 253.
17. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 322.
18. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 253-254.
19. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 254.
20. ↑ The Nucleus, 2011 , sid. 255-256.
21. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , sid. 256.
22. ↑ Niwa-Kawakita M. , Wu HC , Thé H. , Lallemand-Breitenbach V. PML-kärnkroppar, membranlösa domäner som fungerar som ROS-sensorer?  (engelska)  // Seminarier i cell- och utvecklingsbiologi. - 2017. - doi : 10.1016/j.semcdb.2017.11.007 . — PMID 29157919 .
23. ↑ Den funktionella kärnan / David P. Bazett-Jones, Graham Dellaire. - Schweiz: Springer, 2016. - S. 285. - 513 sid. - ISBN 978-3-319-38880-9 . - doi : 10.1007/978-3-319-38882-3 .
24. ↑ Herzer K. , Gerken G. , Hofmann TG Hepatit C-associerad leverkarcinogenes: roll för PML-kärnkroppar.  (engelska)  // World journal of gastroenterology. - 2014. - Vol. 20, nej. 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.  (engelska)  // Journal of neuropathology and experimental neurology. - 2017. - Vol. 76, nr. 7 . - s. 585-594. doi : 10.1093 / jnen/nlx039 . — PMID 28863453 .

Litteratur

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

cellkärnan
Kärnmembran / Nukleär lamina	Kärnporer: Nukleoporiner ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 NUP160 NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
nukleolus	Perinukleolärt fack ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxin 7
Övrig	PML-kroppar Paraprickar Cajal corpuscle ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 spiral ) SMC-proteiner Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Kondensin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) DNA-reparation ( SMC5 SMC6 ) Övergångsnukleära proteiner TNP1 TNP2 Kromatin kärnkraftsmatris Nukleoplasma Nukleosol