biotechnologia


 
 

Kofilina-1 w chorobach nowotworowych

Kofilina jest małym, niskocząsteczkowym (18kDa) białkiem, które ulega ekspresji w większości komórek eukariotycznych. U ludzi obserwuje się występowanie dwóch izoform tej proteiny - kofilinę 1 (n-cofilin) i kofilinę 2 (m-cofilin). Kofilina 2 to izoforma występująca w mięśniach, kofilina-1 zlokalizowana jest natomiast w większości komórek niemięśniowych. Ta niemięśniowa izoforma kodowana jest przez gen CFL1 znajdujący się na chromosomie 11 [Ryc. 1].



Rys.1 Lokalizacja genu CFL1.

Niefosforylowana kofilina-1 ma zdolność do wiązania obu form aktyny - fibrylarnej aktyny F i globularnej aktyny G i należy do kompleksu ADF/kofilina (AC). Drugim składnikiem kompleksu jest czynnik depolimeryzujący aktynę (ADF, dekstryna) [1].

W stanie spoczynku nieaktywna, ufosforylowana kofilina jest rozproszona w całej objętości komórki. Jedynym elementem komórkowym pozbawionym jej obecności jest jąderko [1]. Chhabra i wsp. [2] w swoich badaniach nad komórkami in vivo z wykorzystaniem znakowania immunofluorescencyjnego i mikroskopii konfokalnej wykazali, że w komórkach aktywnie proliferujących oraz poruszających się, kofilina skoncentrowana jest w rejonie peryferyjnym komórki. W części peryferyjnej dochodzi do reorganizacji cytoszkieletu, w czym aktywnie uczestniczy kofilina.

Kofilina-1 uczestniczy w wielu ważnych procesach w komórce eukariotycznej takich jak prawidłowa organizacja aktyny, utrzymanie polarności komórki i jej ruchliwości oraz udziale w procesie cytokinezy. Udział kofiliny w procesie regulacji strukturalnej organizacji aktyny możemy rozpatrywać w dwóch kierunkach, w zależności od stanu komórek. W komórkach znajdujących się w ciągłym ruchu rolą kofiliny jest powstrzymywanie polimeryzacji na (+) końcu filamentu aktynowego, gdzie ilość cząsteczek G-aktyny jest ograniczona. Kofilina łącząc się ADP-aktyną depolimeryzuje ją na końcu (-). Komórki będące w spoczynku reagują na bodziec stymulujący udostępniając wolne (+) końce filamentów. Stymulacja może przebiegać poprzez aktywację kofiliny w obszarze wiodącym. Rola kofiliny w regulacji organizacji aktyny w cytoszkielecie wiąże się z prawidłowym przebiegiem cyklu komórkowego, uczestniczy w podziale mitotycznym w stadium telofazy [1,3].

Zablokowanie kofiliny jest niezbędne do prawidłowego zajścia cytokinezy, czyli rozdzielenia cytoplazmy w procesie podziału komórkowego [Ryc. 2]. Szlak ten indukowany jest przez białko z rodziny GTP-az - RhoA. Cząsteczka RhoA przyłącza się do kinazy ROCK, która przeprowadza fosforylację kinaz LIMK1 i LIMK2. Kinazy LIMK inaktywują kofilinę poprzez fosforylację seryny 3 cząsteczki, co prowadzi do zwiększenia ilości filamentów aktynowych i stabilizuje włókna naprężeniowe. Kofilina przyczynia się więc w sposób pośredni do powstania pierścienia kurczliwego [4].




Ryc. 2 Udział kofiliny w procesie cytokinezy [4].

Desmarais i wsp. [5] opisali ważną rolę jaką pełni kofilina w procesie przemieszczania się komórek, współdziałając z kompleksem Arp2/3 (z ang. actin-related protein 2/3 complex). Kofilina tnie filamenty aktynowe zwiększając pulę (+) wolnych końców, które stają się dostępne dla białek Arp2/3. Prawidłowa geometria aktyny, stworzona przy współudziale kompleksu Arp2/3, jest warunkiem powstania niezbędnej siły napędowej do stworzenia lamellipodiów. Lamellipodia to wypustki cytoplazmatyczne zawierające gęstą, przestrzenną sieć filamentów aktynowych zorientowanych tak, że końce (+) większości filamentów umiejscowione są blisko błony komórkowej.

Czynniki stresujące takie jak obniżony poziom ATP czy szok termiczny, kierują komórkę na drogę apoptozy czyli zaprogramowanej śmierci. Kofilina w warunkach stresu ulega procesowi defosforylacji. Mikrofilamenty aktynowe rozsiane w całej komórce dysocjują, wskutek czego powstają liczne monomery aktyny. W tej postaci jest ona transportowana do jądra komórkowego. W przeciwieństwie do aktyny, kofilina posiada sekwencje sygnałowe które kierują ją do jądra. Sekwencją sygnałową jest układ aminokwasów zasadowych Lys-Lys-Arg-Lys-Lys. W jądrze kofilina stabilizuje tworzące się pogrubione i skrócone mikrofilamenty aktynowe [1,3]. Udział kofiliny w procesie apoptozy reguluje kinaza LIMK1, fosforylując kofilinę włącza się ona w formowanie uwypukleń błony komórkowej. Prowadzi to do wydłużenia filamentów aktynowych.

W procesie apoptozy uczestniczy też S3A-kofilina, forma która pozostaje w cytoplazmie. Song i wsp. [6] wykazali, że hamuje ona formowanie się uwypukleń błony komórkowej oraz kondensację chromatyny indukowaną przez ROCK II. W ostatnich latach opisano także, że białka ADF/kofilina współdziałają z kompleksem Arp2/3 w tworzeniu ciałek apoptotycznych w przebiegu procesu programowanej śmierci komórki [7].

Kofilina jest ważnym czynnikiem regulującym migrację kierunkową komórek. Przykładem jest kontrola chemotaksji limfocytów T w środowisku 3D opisana w 2010 r. przez Klemke i wsp. [8]. MEK - niereceptorowa kinaza tyrozynowa jest aktywatorem kinazy ERK (z ang. extracellular signal-regulated kinases), odpowiadającej za regulację proliferacji i różnicowania komórek. Aktywność ERK regulowana jest przez kinazy układu Ras/Raf. MEK inaktywuje kinazę LIMK, co prowadzi do pozostania kofiliny w formie niefosforylowanej i może reorganizować aktynę filamentarną [9].

Polimerazy RNA to grupa enzymów, które wytwarzają nić RNA na matrycy DNA. W komórkach eukariotycznych występuje kilka jądrowych polimeraz: zlokalizowana w jąderku polimeraza I syntetyzująca pre-rRNA, polimeraza II odpowiadająca za syntezę snRNA i pre-mRNA oraz polimeraza III zajmująca się syntezą tRNA [10]. Wykazano że aktyna jest białkiem, które uczestniczy w regulowaniu prawidłowego działania wszystkich polimeraz występujących w komórkach eukariotycznych [11]. W ostatnich publikacjach opisana została rola kofiliny-1w regulacji procesu transkrypcji, jako części kompleksu z ufosforylowaną polimerazą II i aktyną [12].

Naukowcy z University of Rio Grande do Sul w Brazylii badali poziom kofiliny-1 jako markera prognostycznego w niedrobnokomórkowym raku płuc. Wykazali, że jej wysoki poziom koreluje z całkowitym czasem przeżycia. Na wynik nie mają wpływu zmienne takie jak wiek, płeć i typ utkania histopatologicznego guza. W swojej pracy wykazali, że wysoki poziom kofiliny-1 koreluje z opornością na leczenie chemioterapeutyczne powszechnie stosowanymi lekami alkilującymi [13]. Rok później, wykorzystując materiały z biopsji pobrane od 50 pacjentów, udało się zwalidować metodę badania poziomu kofiliny jako markera pomocnego w terapii niedrobnokomórkowego raka płuca [14]. Badania nad rolą tej proteiny prowadziła także grupa z Sichuan University. Wykazali, że poziom kofiliny-1 może służyć jako marker prognostyczny przeżycia oraz wskaźnik odpowiedzi na leczenie chemioterapeutyczne u chorych na gruczolakoraka płuc - podtypu klinicznego niedrobnokomórkowego raka płuc [15].

Grupa pod kierownictwem Sadako Nishimury [16] w badaniach przeprowadzonych na grupie 78 pacjentów opisała rolę kofiliny w przebiegu nabłonkowego raka jajnika. Wykazali, że rolę markera prognostycznego w przebiegu tego nowotworu może odgrywać ekspresja mRNA CFL-1. Ekspresja ta nie jest związana z utkaniem histopatologicznym guza w przeciwieństwie do stężenia białka kofiliny-1. Niska ekspresja tego genu wiąże się z wydłużeniem czasu wolnego od progresji (ang. progression free survival, PFS) [16]. Naukowcy z Zhejiang University poddali badaniu wycinki histopatologiczne pobrane od pacjentek w różnym stadium rozwoju nowotworu jajnika i wykazali, że ekspresja kofiliny-1 zwiększa się od najniższej u pacjentek z grupy kontrolnej, poprzez nowotwór o granicznej złośliwości, do najwyższej u chorych z pełnoobjawowym rakiem jajnika. Ponadto w grupie ostatniej pacjentki z gorszym stopniem zróżnicowania guza charakteryzowały się wyższą ekspresją kofiliny-1 niż chore z guzem pośrednim lub dobrze zróżnicowanym [17].

Pojawiły się także doniesienia o roli kofiliny w przebiegu raka pęcherza moczowego. Grupa naukowców z Korei Południowej poddała badaniu trzy grupy: kontrolną, osoby chore z nowotworem nienaciekającym mięśniówki właściwej (ang. >em>non-muscle-invasive bladder cancers, NMIBCs) oraz pacjentów w kolejnym stadium - raku naciekającym błonę mięśniową (ang. muscle-invasive bladder cancers, MIBCs). Naukowcy badali ekspresję kilku różnych białek - kofiliny-1, galektyny-1, transtyretyny i aneksyny V. Ekspresja kofiliny była wyższa u osób z nowotworem naciekającym mięśniówkę niż u tych u których nie doszło do nacieku. Jednocześnie w obydwu przypadkach ekspresja kofiliny była wyższa niż w grupie kontrolnej [18].

Rak trzustki to choroba o bardzo agresywnym przebiegu i wysokim stopniu umieralności. Grupa naukowców z Japonii badając potencjalne biomarkery tego nowotworu wzięła pod uwagę obie formy kofiliny - niemięśniową kofilinę-1 oraz mięśniową kofilinę-2. Porównując wyniki grupy kontrolnej i osób chorych stwierdzili, że poziom kofiliny-1 jest znacznie podwyższony u pacjentów z nowotworem. Ekspresja kofiliny-2 w komórkach nowotworowych była niższa niż w zdrowych tkankach. Naukowcy planują rozwój badań nad izoformami kofiliny jako potencjalnymi markerami diagnostycznymi raka trzustki [19].

Estornes i wsp. [20] badali oddziaływanie dwóch białek - kofiliny 1 i czynnika depolimeryzującego aktynę na ludzkie komórki linii raka okrężnicy Isreco 1. Wyciszenie tych białek wzmaga adhezję komórek do komponentów macierzy. ADP jest regulatorem różnorodnych procesów w inwazyjnym fenotypie ludzkich komórek linii Isreco 1, podczas gdy kofilina jest zaangażowana tylko w część z nich [20]. Badania nad rolą dystrybucji i ekspresji kofiliny w liniach komórkowych gruczolakoraka jelita grubego o zmienionym potencjale metastatycznym prowadzone również były przez grupę z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu [21].

Kofilina bierze udział w szeregu procesów zachodzących w ludzkim organizmie tak istotnych jak organizacja cytoszkieletu, regulacja podziałów komórkowych, migracji komórek czy ich programowanej śmierci. Zaobserwowana została jej rola w przebiegu kilku nowotworów a prawdopodobne jest, że wraz z rozwojem badań pojawią się kolejne doniesienia o jej udziale w patogenezie chorób, proteina ta zasługuje więc na poświęcenie jej uwagi.


Autor: Magdalena Matysiak - Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Analityka medyczna V rok, magistrantka dr hab. Krzysztofa Giannopoulosa, kierownika Samodzielnej Pracowni Hematoonkologii Doświadczalnej przy UM w Lublinie

Literatura:
1. Stępień A, Grzanka A, Ostrowski M. Białka kompleksu ADF/Kofilina: regulacja dynamiki filamentów aktynowych. Kosmos. 2005;4(269):381-389.
2. Chhabra D, Bao S, dos Remedios CG. The distribution of cofilin and DNase I in vivo. Cell Res. 2002;12(3-4):207-14.
3. McGough A, Pope B, Chiu W, Weeds A. Cofilin changes the twist of F-Actin: Implications for actin filament dynamics and cellular function. J Cell Biol. 1997;138(4):771–781.
4. Besson A, Assoian RK, Roberts JM. Regulation of the cytoskeleton: an oncogenic function for CDK inhibitors. Nat. Rev. Cancer 2004;4:948-955.
5. Desmarais V, Macaluso F, Condeelis J, Bailly M, Synergistic interaction between the Arp2/3 complex and cofilin drives stimulated lamellipod extension. J. Cell Sci. 2004;117:3499–3510.
6. Song Y, Hoang BQ, Chang DD. ROCK-II-induced membrane blebbing and chromatin condensation require actin cytoskeleton. Exp Cell Res. 2002;278(1):45-52.
7. Mannherz HG, Gonsior SM, Gremm D, Wu X, Pope BJ, Weeds AG. Activated cofilin colocalises with Arp2/3 complex in apoptotic blebs during programmed cell death. Eur J Cell Biol. 2005;84(4):503-15.
8. Klemke M, Kramer E, Konstandin MH, Wabnitz GH, Samstag Y. An MEK-cofilin signalling module controls migration of human T cells in 3D but not 2D environments. EMBO J. 2010;29(17):2915-29.
9. Kolch W. Meaningful relationships: the regulation od the Ras/Raf/MEK/ERK pathaway by protein interactions. Biochem J. 2000;351:289-305.
10. Wild T, Cramer P. Biogenesis of multisubunit RNA polymerases. Trends Biochem Sci. 2012;37(3):99-105.
11. Hofmann W, Stojiljkovic L, Fuchsova B, Vargas G, Mavrommatis E, Philimonenko V, Kysela K, Goodrich J, Lessard J, Hope T, Hozak P, de Lanerolle P. Actin is part of pre-initiation complexes and is necessary for transcription by RNA polymerase II. Nature Cell Biology 2004;6:1094 – 1101.
12. Obrdlik A, Percipalle P. The F-actin severing protein cofilin-1 is required for RNA polymerase II transcription elongation. Nucleus. 2011; 2(1):72–79.
13. Castro MA, Dal-Pizzol F, Zdanov S, Soares M, Müller CB, Lopes FM, Zanotto-Filho A, da Cruz Fernandes M, Moreira JC, Shacter E, Klamt F. CFL1 expression levels as a prognostic and drug resistance marker in nonsmall cell lung cancer. Cancer. 2010 Aug 1;116(15):3645-55.
14. Müller CB, de Barros RL, Castro MA, Lopes FM, Meurer RT, Roehe A, Mazzini G, Ulbrich-Kulczynski JM, Dal-Pizzol F, Fernandes MC, Moreira JC, Xavier LL, Klamt F. Validation of cofilin-1 as a biomarker in non-small cell lung cancer: application of quantitative method in a retrospective cohort. J Cancer Res Clin Oncol. 2011;137(9):1309-16.
15. Peng XC, Gong FM, Zhao YW, Zhou LX, Xie YW, Liao HL, Lin HJ, Li ZY, Tang MH, Tong Ap. Comparative proteomic approach identifies PKM2 and cofilin-1 as potential diagnostic, prognostic and therapeutic targets for pulmonary adenocarcinoma. PloS One. 2011;6(11):e27309.
16. Nishimura S, Tsuda H, Kataoka F, Arao T, Nomura H, Chiyoda T, Susumu N, Nishio K, Aoki D. Overexpression of cofilin 1 can predict progression-free survival in patients with epithelial ovarian cancer receiving standard therapy. Hum Pathol.2011;42(4):516-21.
17. Zhou J, Wang Y, Fei J, Zhang W. Expression of cofilin 1 is positively correlated with the differentiation of human epithelial ovarian cancer. Oncol Lett. 2012;4(6):1187–1190.
18. Chung H, Kim B, Jung SH, Won KJ, Jiang X, Lee CK, Liam SD, Yang SK, Song KH, Kim HS. Does phosphorylation of cofilin affect the progression of human bladder cancer? BMC Cancer 2013;13:45.
19. Wang Y, Kuramitsu Y, Ueno T, Suzuki N, Yoshino S, Iizuka N, Zhang X, Oka M, Nakamura K. Differential expression of up-regulated cofilin-1 and down-regulated cofilin-2 characteristic of pancreatic cancer tissues. Oncol Rep.2011;26(6):1595-9.
20. Estornes Y, Gay F, Gevrey JC, Navoizat S, Nejjari M, Scoazec JY, Chayvialle JA, Saurin JC, Abello J. Differential involvement of destrin and cofilin-1 in the control of invasive properties of Isreco1 human colon cancer cells. Int J Cancer. 2007;121(10):2162-71.
21. Nowak D, Mazur AJ, Popow-Woźniak A, Radwańska A, Mannherz HG, Malicka-Błaszkiewicz M. Subcellular distribution and expression of cofilin and ezrin in human colon adenocarcinoma cell lines with different metastatic potential. Eur J Histochem; 2010;54(2):14.

Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

190 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u