Фактори росту ендотеліальних клітин (vegf): реалізація мітогенного сигналу через специфічні рецептори

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

 

ННЦ «Інститут біології» 

Кафедра біохімії

 

Зав. кафедри професор Л. І. Остапченко

Протокол №_____ засідання кафедри

від"____" 2013 р.

 

 

ФАКТОРИ РОСТУ ЕНДОТЕЛІАЛЬНИХ КЛІТИН (VEGF): РЕАЛІЗАЦІЯ МІТОГЕННОГО СИГНАЛУ ЧЕРЕЗ СПЕЦИФІЧНІ РЕЦЕПТОРИ

 

 

Курсова робота

студентки 4 курсу

заочної форми навчання

Сковриги Олени  Ігорівни

 

 

Робота виконана на кафедрі біохімії ННЦ «Інституту біології» Київського національного університету імені  Тараса Шевченка під керівництвом доцента, д. б. н. Гарманчук Людмили Василівни

 

 

Оцінка захисту роботи

____________________________

 

 

Київ-2013

РЕФЕРАТ

 

          Робота присвячена огляду літератури з вивчення  механізмів реалізації передачі мітогенного сигналу та аналізу механізмів впливу VEGF на розвиток нових кровоносних судин на основі літературних джерел, а також шляху сигнального каскаду, який запускає VEGF ліганд.

В результаті аналізу літературних джерел було зроблено висновок, що взаємодія зі специфічними рецепторами призводить до каскаду реакцій та включення генів, що втягуються в опосередкування процесів проліферації та міграції клітин ендотелію.VEGFR-2 є основним медіатором EК мітогенезу та виживання, а також ангіогенезу і проникності капілярів.

Використання сайту фосфорилювання регулюється залежно від ангіогенного стану ендотеліальних клітин (для VEGFR2) або регулюється конкретним лігандом (для VEGFR1), або гетеродимеризацією (для VEGFR3).  Зв'язування сигнальних молекул  з певними сайтами фосфорилювання, ініціює сигнальні каскади, що призводить до створення конкретних біологічних реакцій.

Робота викладена на 25 сторінках, при написанні було використано 8 літературних джерел. Робота ілюстрована трьома рисунками та однією таблицею.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ  СКОРОЧЕНЬ ТА ПОЗНАЧЕНЬ

ЕК                  −             ендотеліальні клітини

МАРК           −             мітоген-активована протеїн–кіназа

мРНК           −             матрична рибонуклеїнова кислота

ПКМ             −             позаклітинний матрикс

HIF                 −             фактор, що індукує гіпоксію

PLC                −            фосфоліпаза С

PLGF             −             плацентарний фактор росту

RAF                −             трисерин/треонін – специфічна  кіназа

RTK                −             рецептори тирозинкінази

VEGF             −             васкулярний ендотеліальний фактор росту

VEGFR-1,2    −             рецептори васкулярного ендотеліального фактору росту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

 

ВСТУП……………………….……….………………………………………5

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

РОЗДІЛ 1 Основні принципи перенесення мітогенного сигналу………..7

РОЗДІЛ 2 Умови активації ангіогенезу………………………………..…10

РОЗДІЛ 3 Група молекул і рецепторів VEGF……………………………12

РОЗДІЛ 4 Роль VEGF рецепторів у різних типах клітин………………..17

РОЗДІЛ 5 Ізоформи VEGF та сайти фосфорилювання………………….20

ВИСНОВКИ………………………………………………………………...24

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ……………………………………………….....25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

           Відомо, що ангіогенез (процес васкуляризації) є складним багатоступеневим процесом утворення нових кровоносних судин із ендотеліальних клітин [6]. Зокрема, показано, що ключовим медіатором ангіогенезу є фактор росту ендотеліальних клітин (ЕК) – VEGF [2, 3, 5, 6], який шляхом зв’язування з мембранними тирозинкіназними рецепторами активує їх та запускає сигнальний каскад, кінцевим етапом якого є стимуляція росту ЕК (VEGF є найбільш високо специфічним до ЕК).  Тому метою роботи було проаналізувати механізми передачі мітогенних сигналів через тирозинкіназні рецептори та вказати причини  важливості таких досліджень як для діагностики новоутворень, пов’язаних з ангіогенезом, так і для прогнозування перебігу пухлинного процесу.

Ангіогенез злоякісного  вузла  зумовлює подальшу долю як злоякісної пухлини, так і організму, в якому  розвивається пухлина, адже за успішного  ангіогенезу  відбувається її ріст, злоякісна прогресія  та формування метастазів [7]. Від  інтенсивності ангіогенезу залежить співвідношення процесів проліферації і апоптозу пухлинних клітин, ріст і метастазування новоутворень, адгезія, міграція, передача мітогенного сигналу, міжклітинні контакти [1, 2].

Виходячи з мети було поставлено наступні завдання:

• показати яким чином VEGF впливає на розвиток нових кровоносних судин;
• показати сигнальний каскад, який запускає VEGF ліганд;
• вказати роль сайтів фосфорилювання.

VEGF активність обмежена головним чином до клітин судинного ендотелію, хоча це не впливає на обмежене число інших типів клітин (наприклад, стимуляція міграції моноцитів/макрофагів). In vitro, як було показано в [1], VEGF стимулюють мітоз ендотеліальних клітин і міграцію клітин. VEGF також підвищує проникність мікросудин і іноді згадується як фактор судинної проникності [1,2,5].

VEGF рецептори є рецепторами факторами росту ендотелію судин (VEGF). Існують три основні підтипи VEGFR, під номерами 1, 2 і 3. Відтак, вони можуть бути мембранними (mbVEGFR) або розчинними (sVEGFR), залежно від альтернативного сплайсингу (про – мРНК – одночасний сплайсинг двох про-мРНК - трансляція – ізоформи білка) [8].

Слід зазначити, що альтернативний сплайсинг дозволяє геному людини, здійснювати синтез набагато більшої кількості білків, ніж можна було б очікувати з 20000 білок-кодуючих генів.

Всі члени групи VEGF стимулюють клітинну відповідь шляхом зв'язування рецепторів тирозинкінази (VEGFRs) на поверхні клітини, примушуючи їх димеризацію і активуються через трансфосфорилювання.

VEGF здійснює вплив і  на інші клітини, крім ендотелію  судин, і на інші процеси,  крім ангіогенезу: зв'язуючись  з VEGFR-1 і стимулюючи його, VEGF сприяє формуванню лімфатичних судин. VEGF здійснює не повністю вивчений вплив на імунні функції: пригнічує утворення дендритних клітин, необхідних для здійснення клітинної імунної відповіді;  стимулює хемотаксис моноцитів [5].

Таким чином дослідження  механізмів реалізації мітогненного сигналу  в процесі ангіогенезу пухлин є надзвичайно актуальним як для діагностики новоутворень, пов’язаних з ангіогенезом, так і для прогнозування перебігу пухлинного процесу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

 

РОЗДІЛ 1 ОСНОВНІ  ПРИНЦИПИ ПЕРЕНЕСЕННЯ МІТОГЕННОГО  СИГНАЛУ

 

Мітогенний сигнал – сигнал до вступу в фазу подвоєння ДНК (фазу S) і після цього до початку мітозу.

Блокування будь-якого  з етапів передачі мітогенного сигналу  факторів росту може, в принципі, привести до порушення регуляції проліферації пухлинних клітин і, потенційно, до гальмування росту пухлини.

Мітогенні стимулятори (ростові  фактори) - утворюються в сусідніх клітинах і є невеликими білками  з відносно коротким поліпептидним  ланцюгом. Серед них розрізняють  стимулятори та інгібітори проліферації. Молекули мітогенних стимуляторів містять  залишки фосфорної кислоти і, отже, здатні фосфорилювати молекули речовин, що вступають з ними в  реакцію. Рецептори клітинної мембрани - взаємодіють з ростовими факторами  і в результаті активуються. Активовані рецептори передають сигнал через  мембрану всередину клітини. Тирозинкіназні рецептори  складаються з ланцюжка молекул тирозину і мають 3 частини. Кожна частина називається доменом. Домени бувають: а)позаклітинними (надмембранними); б) трансмембранними; в) підмембранними.

Перенесення мітогенного сигналу починається із зв'язування ростового фактора з першою молекулою тирозину надмембранного домену. Результат реакції: приєднання залишку фосфорної кислоти до першої молекули тирозину в надмембранному домені (її фосфорилювання). Цей залишок фосфорної кислоти перша молекула тирозину отримала від молекули ростового фактора. Після цього залишок фосфорної кислоти передається по ланцюжку до 2-ої молекули тирозину, потім до 3-ої. Відбувається послідовне автофосфорилювання всіх 3-х доменів. Перенесення мітогенного сигналу через мембрану закінчується, коли залишок фосфорної кислоти приєднається до останньої молекули тирозину в підмембранному домені. Починаючи з цього моменту, мітогенний сигнал потрібно передати через цитоплазму до ядра клітини. У результаті - залишок фосфорної кислоти досягає ядра клітини. У ядрі клітинний залишок фосфорної кислоти активує групу білків під загальною назвою транскрипційні фактори. Місцезнаходження їх - ядро клітини. Транскрипційні фактори - білки, причому до їх складу входять амінокислоти серин і треонін.

Існують 2 способи активації ядерних транскрипційних факторів:

1. Кінази (активують роботу багатьох генів, включаючи клітинний ріст і диференціювання) доставляють залишки фосфорної кислоти в ядро – відбувається фосфорилювання (приєднання залишку фосфорної кислоти) до серину і треоніну білків цих факторів –активація білків.

2. Кінази активують  гени, що кодують синтез білків  транскрипційних факторів - посилюється  їх синтез.

VEGFR1 є функціональним рецептором для трофобластів, забезпечуючи вивільнення нітрит оксиду, і для моноцитів/макрофагів, забезпечуючи експресію тканинного фактору, хемотаксис і транс міграцію через ендотеліальні клітини. У ендотеліальних клітинах VEGFR1 забезпечує проліферацію, але не міграцію у відповідь на діюVEGF, можливо через те, що не активує МАР кіназу.

VEGFRs викликають клітинні процеси,  які є схожими до багатьох  рецепторних факторів росту, в  тому числі міграцію клітин, виживання  і проліферацію. Тим не менш, VEGFRs також є унікальними, для, наприклад,  їх здатності передавати сигнали,  які утворюють тривимірну судинну  трубку, і регулювання проникності  судин, що призводить до набряку  і набухання тканин.

Враховуючи, щоVEGF - це стрес індукований білок, його регуляція порівнюється з іншими кисень- і глюкозо регульованими білками, тому фізіологічний і ростовий ангіогенез можна розглядати як адаптаційну відповідь на дефіцит кисню. Для того, щоб кисень і поживні речовини надходили в достатній кількості, кожна клітина макроорганізму повинна бути близько розташована до капіляру [2].

Іноді вже на ранніх стадіях  розвитку пухлини в ній з'являються  субпопуляції клітин з високою здатністю  до метастазування. Вважається, що пізно  метастазуючі пухлини недостатньо  васкуляризовані [6].

Незрілі кровоносні судини існують переважно на етапі розвитку, а у дорослих індивідуумів - лише в деяких ситуаціях, наприклад, в  процесі загоєння ран або захворювань, що характеризуються аномальним (онкологічним) ангіогенезом. За відсутності ростових сигналів ендотеліальні клітини  цих незрілих кровоносних судин  піддаються запрограмованій клітинній  загибелі (апоптозу). VEGF перешкоджає  апоптозу ендотеліальних клітин в незрілих кровоносних судинах, тим самим  зберігаючи їх життєздатність. На відміну  від цього зрілі кровоносні судини, з яких сформована судинна система  дорослого, більше не потребують VEGF для  свого виживання і тому навряд чи будуть страждати від придушення активності VEGF [8].

Пухлини мають ряд механізмів, які дозволяють їм уникнути імунної  відповіді організму господаря. Один з цих механізмів має на увазі  інгібування дендритних клітин - антиген-презентуючих клітин, які стимулюють В-і Т-лімфоцити. VEGF перешкоджає функціональному  дозріванню дендритних клітин з їх гемопоетичних клітин-попередників. Таким чином, секреція VEGF пухлиною може мати важливе значення в придушенні імунної протипухлинної відповіді [8].

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 2 УМОВИ  АКТИВАЦІЇ АНГІОГЕНЕЗУ

 

Ангіогененз був вперше описаний в кінці 18 століття, є комплексним процесом, що включає чотири стадії: протеолітичне руйнування базальної мембрани судини міжклітинного матриксу, міграцію та прикріплення ендотеліальних клітин, їх проліферацію і, нарешті, формування тубулярних структур [2].

Недостатнє кровопостачання  веде до гіпоксії внаслідок зменшення  дифузії кисню. Гіпоксія - головний стимул У той момент, коли дія проангіогенних факторів перевищує дію антиангіогенних, ендотеліальні клітини переходять із звичайного дрімаючого стану в активний. Цей момент називається «включенням ангіогенезу». Після включення відбувається розрив базальних мембран і позаклітинного матриксу, головним чином, в результаті підвищення активності матричних металопротеаз. Ці зміни матриксу сприяють міграції ендотеліальних клітин в позасудинний простір, де вони починають розмножуватися. Потім клітини організуються в трубочки з просвітом, утворюючи нову капілярну мережу. В ході цього процесу залучаються перицити, які прикріплюються до нових судин і стабілізують їх. До цієї точки дозрівання цілісність і виживання ендотеліальних клітин залежать від VEGF.