Claudin Family of Proteins and Cancer: an Overview

Abstract

szczelne połączenia są przyleganiem komórki wierzchołkowej do komórki, które regulują przepuszczalność parakomórkową i mają kluczowe znaczenie dla polaryzacji komórek nabłonkowych. Architektura molekularna tight junction była szeroko badana, co potwierdziło, że rodzina białek claudin jest integralną częścią tight junction. Utrata przyczepności komórek ma kluczowe znaczenie dla transformacji komórkowej i nabywania potencjału przerzutowego; jednak rola białek z rodziny Klaudyn w szeregu zdarzeń patofizjologicznych, w tym rozwoju raka u człowieka, dopiero teraz zaczyna być zrozumiała. Wygenerowano kilka modeli nokautu myszy Klaudyny, a różnorodność zaobserwowanych fenotypów wyraźnie pokazuje ich ważną rolę w utrzymaniu integralności tkanek w różnych narządach i sugeruje, że Klaudyny uczestniczą również w kontekstach komórkowych innych niż ciasne połączenia. Mechanizmy regulacji Claudina i ich dokładna rola w prawidłowej fizjologii i chorobie są wyjaśniane, ale wiele pracy pozostaje do zrobienia. W tym przeglądzie omówiliśmy ramy pojęciowe dotyczące Klaudyn i ich potencjalnego wpływu na raka. Przewidujemy, że najbliższe kilka lat będzie prawdopodobnie świadkiem boomu w naszym zrozumieniu potencjalnej roli Klaudyn w regulacji tumorigenezy, co z kolei może dostarczyć nowych podejść do terapii celowanej.

1. Wprowadzenie

zmiany genetyczne w różnych genach odpowiedzialnych za utrzymanie normalnego fenotypu nabłonka pojawiły się jako główna przyczyna deregulacji normalnej fizjologii nabłonka, jednak jest dobrze ustalone, że mutacje genetyczne są skorelowane z różnymi bodźcami środowiskowymi. Ponadto bezpośrednie narażenie na działanie różnych czynników rakotwórczych środowiska jest uważane za jedno z najbardziej prawdopodobnych źródeł wywoływania nowotworów. Ogólnie rzecz biorąc, ciało ssaków jest bardzo selektywne w swoim zachowaniu absorpcyjnym, które jest regulowane przez wielkość, jak również ładunek cząsteczek, które ciało jest narażone. Ścisłe połączenia, najbardziej szczytowa adhezja komórek, ze względu na ich lokalizację komórkową, są odpowiedzialne za ten wybór, a każda jakościowa lub ilościowa deregulacja cech TJ może potencjalnie zmienić zachowaną normalną równowagę, powodując nieprawidłową fizjologię komórkową. Również normalna regulacja aktywacji receptora czynnika wzrostu ze względu na różną dystrybucję receptora i odpowiednich ligandów może być zagrożona z powodu nieregularnych połączeń ciasnych . Zaburzenie funkcji bariery szczelnego połączenia i zmiany właściwości przepuszczalności okazały się być związane z wieloma schorzeniami, takimi jak zaburzenia nerek, choroby zapalne jelit, obrzęk płuc, biegunka i żółtaczka . Właściwe interakcje komórka-komórka i komórka-macierz pozakomórkowa są niezbędne do normalnego funkcjonowania komórki nabłonkowej i wiadomo, że różne białka adhezyjne, takie jak e-kadherina,- katenina lub 1-inetgryna, pełnią funkcje inne niż ich normalna funkcja adhezji komórkowej po utracie normalnych zrostów komórka-komórka lub komórka-ECM . Podobną hipotezę można postulować dla białek tworzących szczelne połączenia, które prawdopodobnie mogłyby odgrywać centralną rolę w procesie nowotworowym poprzez sprzęganie środowiska zewnątrzkomórkowego z wewnątrzkomórkowymi szlakami sygnałowymi i cytoszkieletem. W związku z tym ZO-1, białko o ścisłym połączeniu, wiąże się z czynnikiem transkrypcyjnym y-box ZONAB, który, jak wykazano, zwiększa proliferację komórek i zmniejsza różnicowanie . Ostatnio wykazano, że Symplekin, kolejny czynnik transkrypcyjny, zwiększa tumorigenicity komórek raka jelita grubego poprzez zwiększenie regulacji claudin-2 i ZONAB . Co ważne, ZO-1 i ZONAB są zlokalizowane na szczelnym skrzyżowaniu w zróżnicowanych i spolaryzowanych komórkach nabłonka, podczas gdy translokują się do cytoplazmy/jądra komórkowego w komórkach proliferacyjnych lub dedifferencjowanych . W niniejszym artykule podsumujemy aktualną wiedzę na temat roli ciasnego połączenia ze szczególnym naciskiem na rodzinę białek claudin w raku i potencjalnym związkiem przyczynowo-skutkowym między ekspresją konkretnych członków rodziny claudin ze wzrostem i progresją nowotworu.

2. Tight Junction and Tumorigenesis

Tight junctions (TJs) są najbardziej wierzchołkowymi węzłami międzykomórkowymi w komórkach nabłonka i śródbłonka. Dwie główne funkcje zdefiniowane dla szczelnych połączeń to Regulacja przepuszczalności parakomórkowej przez jej funkcję barierową i utrzymanie polaryzacji komórki przez funkcję ogrodzenia . Te rozważania dotyczące polaryzacji, przedziału i funkcji barierowych są podstawą fascynującego rozwoju biomedycyny. Funkcja ogrodzenia szczelnego połączenia pomaga w utrzymaniu polaryzacji komórek, zapobiegając w ten sposób mieszaniu się cząsteczek w błonie wierzchołkowej z cząsteczkami w błonie bocznej. W każdej dziedzinie badań naukowych są chwile, w których można być świadkiem kształtowania się i akceptacji nowej koncepcji. Udział rozpadu bariery nabłonkowej w rozwoju neoplazji nabłonkowej jest obecnie taką koncepcją, która zyskuje akceptację i znaczenie, chociaż ważne jest, aby wspomnieć, że “korzenie” tej koncepcji sięgają wielu lat wstecz. Funkcją szczelnego połączenia, która jest głęboko zaangażowana w biologię komórek nowotworowych, jest nabłonkowa przepuszczalność parakomórkowa i utrata polaryzacji komórki .

koncepcja rozpadu bariery nabłonkowej obejmuje trzy wzajemnie powiązane elementy, które mają kluczowe znaczenie w rozwoju i rozwoju nowotworu: (i) w wyniku polaryzacji komórki funkcjonalne receptory czynnika wzrostu są zwykle zlokalizowane na podstawowej-bocznej powierzchni komórki w kierunku płynu śródmiąższowego i krwiobiegu; (ii) białka czynnika wzrostu (ligandy dla tych receptorów) są często dzielone w bardzo wysokich stężeniach w płynach luminalnych w tkankach nabłonkowych; i (iii) na początku procesu neoplazji,” zniekształcenia “występują w TJs tak, że stosunkowo duże roztwory mogą przechodzić przez bariery nabłonkowe, które normalnie ograniczają ich ruch, zjawisko, które można nazwać” lesional leak.”Na przykład w raku jelita grubego ekspresja claudyny-2, która została skorelowana z przepuszczalnością nabłonka, wzrasta, podczas gdy ekspresja claudyny-1 lub 7, które są skorelowane ze zwiększoną TER, jest błędnie lub jest zmniejszona . Tak więc koncepcja rozwinęła się, że TJ zakłócenia w tkance nowotworowej przednowotworowej mogą zwiększyć prawdopodobieństwo, że rozwinie się ona w raka Franka z powodu ciągłej stymulacji podziału komórek inicjowanych (przednowotworowych), który następuje po rozbiciu naturalnej bariery między czynnikami wzrostu i ich receptorami.

badania wykazały , że połączenia nabłonkowe są strukturami dynamicznymi i podlegają modulacji podczas przebudowy tkanki nabłonkowej , naprawy rany , zapalenia i transformacji w guzy . Związek nieprawidłowej funkcji TJ i rozwoju nowotworu nabłonkowego został zasugerowany we wcześniejszych badaniach wykazujących zmiany w strukturach TJ nowotworów nabłonkowych . Badania in vitro z wykorzystaniem nabłonkowych linii komórkowych wykazały, że monowarstwy mogą być przekształcane w wielowarstwowe struktury podobne do polipów przez onkogen , takie jak K-ras, lub przez promotory nowotworowe estru forbolowego . Wielowarstwowość nabłonka wiązała się ze zwiększoną przepuszczalnością TJ , aktywacją kinazy białkowej C – i fosforylacją białek TJ .

3. Klaudynki: Tight Junction Integral proteins

Tight Junction są złożonymi jednostkami komórkowymi i zawsze były niedoświadczone, zwłaszcza ze względu na brak dokładnej wiedzy na temat tworzących je białek, a także ze względu na trudności związane z ustanowieniem modeli in vivo Lub in vitro w celu określenia prawdziwych cech funkcjonalnych związanych z tymi białkami. Chociaż wiele białek o różnych funkcjach biologicznych, w tym supresory nowotworowe, takie jak APC, PTEN lub białka polaryzacji komórkowej, takie jak Par-3, aPKC, jest zlokalizowanych w ciasnym miejscu połączenia, dopiero pod koniec lat 80 .badania biochemiczne i immunolokalizacyjne zidentyfikowały białko 225 kDa zonula occludens-1 (Z0-1) jako pierwszy polipeptyd związany wyłącznie z TJ. ZO-2 i ZO-3, które są silnie związane z ZO-1, zostały zidentyfikowane później . Jednak badania manipulacji genetycznej sugerują, że rodzina białek ZO, chociaż związana z TJ, nie jest białkami integralnymi TJ. Immunolokalizacja za pomocą mikroskopu świetlnego i elektronowego dodatkowo ujawniła, że wszystkie trzy znane zo (ZO-1, ZO-2 i ZO-3) znajdują się wyłącznie na powierzchni cytoplazmatycznej TJs w bezpośrednim sąsiedztwie błony plazmatycznej, a nie w błonie plazmatycznej. Od tego czasu w ostatnich latach zidentyfikowano szereg integralnych białek błonowych związanych z TJ, w tym okludynę , cząsteczkę adhezji łącznikowej (dżem) i rodzinę białek claudin , która składa się z co najmniej 24 członków (Fig.1). Dżemy są immunoglobulinami (Ig)-podobnymi do jednopasmowych cząsteczek transmembrany i adhezją niezależną od pośredników. Są one skoncentrowane zarówno w TJs, jak i AJs, nie tylko w spolaryzowanych komórkach nabłonka i śródbłonka, ale także w komórkach krwiotwórczych wszystkich linii. Białka te mogą tworzyć homodimery lub heterodimery do wytwarzania sparowanych pasm między sąsiednimi komórkami, określając w ten sposób charakterystyczne właściwości przepuszczalności różnych tkanek nabłonkowych . Okludyna z czterema domenami przezbłonowymi została zidentyfikowana jako pierwsze specyficzne dla TJ integralne białko błonowe. Jednakże, komórki endodermy trzewnej z niedoborem okludyny nadal posiadały dobrze rozwiniętą sieć nici TJ, wskazując na istnienie jeszcze niezidentyfikowanych, specyficznych dla TJ integralnych białek błonowych .

Rysunek 1

Schematyczne przedstawienie ciasnej lokalizacji połączenia między komórkami nabłonka a transportem parakomórkowym. Dolna część reprezentuje ciasne pasma połączeń i interakcję ich głównych elementów.

wykorzystując tę samą frakcję wątrobową zastosowaną do identyfikacji okludyny i za pomocą gradientu stopniowego sacharozy, odkryto pojedyncze pasmo 22 kDa jako przypuszczalne nowe białko integralne TJ. Sekwencjonowanie peptydów ujawniło dwa białka w tym paśmie, które następnie nazwano klaudyną 1 i 2 . Nazwa claudin pochodzi od łacińskiego słowa “claudere”, które oznacza zamknąć. Wyniki wielu badań od początkowego odkrycia claudin-1 i -2 wykazały, że rodzina białek claudin są głównymi integralnymi białkami błonowymi tworzącymi kręgosłup ciasnych połączeń . Rodzina claudin składa się z 24 znanych białek transbłonowych wykazujących różne wzorce dystrybucji specyficzne dla tkanek i rozwoju. Są wykrywane zarówno w komórkach nabłonkowych, jak i śródbłonkowych i tworzą kompleks z okcludyną i / lub dżemami . Klaudyny kodują białka o masie 20-27 kDa z czterema domenami transbłonowymi, dwiema pętlami zewnątrzkomórkowymi, w których pierwsza jest znacznie dłuższa od drugiej, oraz krótkim karboksylowym ogonem wewnątrzkomórkowym (fig.2). Ostatnie aminokwasy tego ogona są silnie zachowane w rodzinie i stanowią motywy wiążące PDZ: Klaudyny 1-9 i 17 S/TYV, Klaudyny 10 i 15 AYV, Klaudyny 11 AHV, Klaudyny 12 HTT, Klaudyny 13 LDV, Klaudyny 14, 18 i 20 DYV, Klaudyny 16 TRV i Klaudyny 19 DRV. Poprzez te motywy Klaudyny są połączone z TJ PDZ zawierającymi białka ZO-1, ZO-2 , ZO-3, PATJ i MUPP1 . Wykazano również, że szereg innych białek cytozolowych i jądrowych, które obejmują białka regulatorowe Rab3b, Rab13, supresory nowotworowe, takie jak PTEN, czynniki transkrypcyjne, takie jak Zonab i HuASH1, oddziałuje bezpośrednio lub pośrednio z kompleksem ciasnych połączeń . Interakcje te sugerują, że szczelne połączenia, oprócz działania jako bariery dla parakomórkowego przepływu substancji rozpuszczonych, mogą odgrywać ważną rolę w regulacji innych funkcji komórek, takich jak proliferacja i supresja nowotworu. Na przykład mutacja w CLDN14 prowadzi do niesyndromicznej recesywnej głuchoty, a zmutowany gen CLDN16 jest związany z dziedziczną hipomagnezemią . Myszy pozbawione klaudyny11 (znane również jako białko Sertoli Okludyny) wykazały brak nici tj w arkuszach mielinowych oligodendrocytów i komórek Sertoli w jądrach . Wykazują one męską bezpłodność, a także opóźnione Tempo przewodzenia aksonalnego w ośrodkowym układzie nerwowym. Jednak wyłaniające się szczegóły z boomu badań związanych z klaudynami w raku wiązały się z członkami rodziny Klaudyn w szerokim zakresie raka u ludzi i w sposób specyficzny dla tkanek.

Rysunek 2

Schematyczne przedstawienie struktury Klaudyn. Klaudyny są białkami transbłonowymi o domenach od 1 do 4 (TMD-1, TMD-2, TMD-3 i TMD-4), a pętle pozakomórkowe stanowią obiecujący cel terapii. Terminal-COOH zawiera domenę wiążącą PDZ, która podlega modyfikacji posttranskrypcyjnej, która jest ważna dla transdukcji sygnału.

4. Klaudyn i rak

od czasu ich odkrycia literatura dotycząca statusu Klaudyn w różnych nowotworach stale się rozwija i w przeciwieństwie do ogólnej myśli, że ekspresja Klaudyn zmniejszyłaby się podczas tumorigenezy, ponieważ ciasne połączenia są tracone podczas transformacji komórkowej, ekspresja Klaudyn wydaje się zmieniać w sposób specyficzny dla tkanek. Tan i in. wykazano, że ekspresja i dystrybucja Klaudyny-1 jest związana ze stanem dysocjacji komórek w komórkach raka trzustki poprzez aktywowaną mitogenem aktywację kinazy białkowej 2. Natomiast stwierdzono zmniejszenie stężenia claudin-7 w inwazyjnym raku przewodu pokarmowego, raku głowy i szyi oraz raku piersi z przerzutami . Z drugiej strony, Klaudyna-3 i -4 są często podwyższone w różnych nowotworach, w tym gruczolakoraku trzustki, gruczołu krokowego, macicy, raka jajnika i raka piersi, podczas gdy raki wątrobowokomórkowe i nerkowe wyrażają niższe poziomy Klaudyn-4 i -5 . Podczas gdy niższa ekspresja Klaudyny-2 była również obserwowana w rakach piersi i gruczołu krokowego, ekspresja Klaudyny-1 i Klaudyny-7, które były niewykrywalne w prawidłowym nabłonku płaskonabłonkowym szyjki macicy, zwiększyła się w nowotworach szyjki macicy . Co ciekawe, ostatnie badania wykazały, że ekspresja niektórych Klaudyn, zwłaszcza Klaudyny-1 i Klaudyny-4 wzrasta podczas przerzutów, a genetyczne hamowanie ich ekspresji ma głęboki wpływ na zdolności przerzutowe komórek nowotworowych, choć w sposób specyficzny dla tkanki . W tabeli 1 podsumowaliśmy stan ekspresji członków rodziny claudin w różnych typach nowotworów. Intuicyjnie mechanizm, dzięki któremu zmniejszona ekspresja claudiny może prowadzić do upośledzenia funkcji TJ, a zatem do nowotworu, jest łatwy do zrozumienia, ale jak zwiększona ekspresja claudiny przyczynia się do progresji nowotworu, jak opisano tutaj i przez innych, jest mniej jasny. Jednym z prawdopodobnych mechanizmów jest to, że podwyższona lub nieprawidłowa ekspresja tkanek niektórych Klaudyn może przyczynić się do rozwoju nowotworu poprzez bezpośrednią zmianę struktury i funkcji TJ. Ponadto postuluje się, że Klaudyny mogą również wpływać na szlaki sygnalizacji komórkowej. Białka Klaudyny są prawdopodobnie zaangażowane w szlaki sygnałowe poprzez domeny wiążące do ZO-1 na ich końcu karboksylowym . Wiadomo, że białka adhezyjne komórek odgrywają ważną rolę w transformacji komórkowej, gdy są przemieszczane z normalnej lokalizacji błony i mogą służyć jako cząsteczka onkogenna. Najlepiej przebadanymi cząsteczkami jest-katenina, która chociaż służy jako cząsteczki adhezyjne komórek, gdy ulega ekspresji w normalnej lokalizacji komórkowej, – katenina staje się onkogenna . Podobna funkcjonalna heterogeniczność może być postulowana dla Klaudyn, jednak potrzebne są dalsze badania, aby poprzeć takie pojęcie.

w związku z tym niedawno wykazaliśmy biologiczne znaczenie zmienionej ekspresji claudin – 1 w komórkach raka jelita grubego. Wzrost ekspresji Klaudyny-1 zaobserwowano w próbkach ludzkiego pierwotnego raka jelita grubego i przerzutów oraz w liniach komórkowych pochodzących z guzów pierwotnych i przerzutowych w porównaniu z ich normalnymi odpowiednikami . Ważnym odkryciem w naszych badaniach była lokalizacja jądrowa claudin-1 w znaczącej podgrupie próbek raka jelita grubego, szczególnie wśród podgrupy zmian przerzutowych w wątrobie. Wiadomo, że nuklearna lokalizacja kilku białek połączeń komórkowych (-catenin, ZO-1, ZO-2) jest skorelowana z transformacją onkogenną i proliferacją komórek . Jak wspomniano powyżej, -Catenina odgrywa dobrze scharakteryzowaną podwójną rolę w adhezji komórek (zlokalizowanej błonie) i transdukcji sygnału (cytoplazmatycznej i jądrowej) prowadzącej do transformacji komórek nabłonkowych. Ponadto mutanty białka TJ ZO-1, które nie lokalizują się już w błonie osocza, wywołują dramatyczną przemianę nabłonkowo-mezenchymalną (EMT) komórek nerki i Madina-Darby ‘ ego . Podobnie, genetyczne manipulacje ekspresją claudin-1 w liniach komórkowych raka jelita grubego wywołały zmiany fenotypu komórkowego, ze zmianami strukturalnymi i czynnościowymi markerów przejścia nabłonkowo-mezenchymalnego (EMT) i miały znaczący wpływ na wzrost guzów ksenogenicznych i przerzutów u myszy athymicznych. W szczególności, regulacja ekspresji e-kadheriny i sygnalizacji-katenina/Tcf pojawiły się jako jeden z potencjalnych mechanizmów leżących u podstaw zmian zależnych od Klaudyny-1 i w ten sposób sugerowały złożone interakcje między różnymi cząsteczkami adhezji komórka– komórka . Istnieją gromadzące się dowody na to, że regulacja ekspresji genowej białek szczelnych połączeń przez szlak sygnałowy Wnt jest częścią mechanizmu niezbędnego do różnicowania komórek nabłonkowych, który jest niezrównoważony w transformacji onkogennej. Co więcej, transmisja sygnału zależna od Wnt może być jednym ze sposobów wpływania na funkcję bariery, która jest zasadniczo określana przez połączenia napięte nabłonka. W ostatnich latach wykazano, że szereg składników znajdujących się w zespoleniach spolaryzowanych komórek nabłonkowych pełni funkcje sygnalizacyjne zaangażowane w wzrost i różnicowanie komórek . Aktywacja szlaku Wnt prowadzi do stabilizacji-kateniny, która następnie translokuje się do jądra komórkowego i reguluje ekspresję genów w połączeniu z czynnikiem wzmacniającym limfoid (LEF) / czynnikiem limfocytów T (TCF) rodziny czynników transkrypcyjnych . LEF / TCF są efektorami jądrowymi szlaku sygnałowego Wingless (Wg)/Wnt, który bierze udział w regulacji losów komórek, różnicowaniu i polaryzacji . Mutacje w genie gruczolakowatej polipowatości coli (APC) stabilizuje białko supresorowe guza-katenina i mają być kluczowymi zdarzeniami w onkogennej transformacji komórek nabłonka jelitowego, które mogą rozwinąć się w gruczolaki i raki . Ekspresja poszczególnych członków rodziny może być regulowana przez szlak sygnałowy Wnt. Klaudyna-1 i Klaudyna-2 są genami docelowymi regulowanymi przez sygnalizację-kateniny . Ekspresja Klaudyny-1 nie tylko zmniejszyła się znacząco w odpowiedzi na redukcję wewnątrzkomórkowej kateniny przez adenowirusowy transfer dzikiego typu APC do komórek raka jelita grubego z niedoborem APC, ale również potwierdzono, że dwa przypuszczalne elementy wiążące tcf4 w regionie 5’ flankującym Klaudyny-1 są odpowiedzialne za aktywację jej transkrypcji . Ponadto, efektory jądrowe szlaku sygnałowego Wnt wiążą się bezpośrednio z regionem promotora claudiny – 2 i w ten sposób zwiększają aktywność promotora claudiny-2. Ponadto wykazali crosstalk pomiędzy szlakiem sygnałowym Wnt a aktywacją transkrypcyjną związaną z Cdx w odniesieniu do ekspresji genu zależnej od promotora claudiny-2 . Sugeruje to, że sygnalizacja Wnt bezpośrednio reguluje promotor Klaudyny-2 poprzez kompleks LEF-1/-kateniny i pośrednio zwiększa ekspresję genu Klaudyny-2 poprzez aktywację transkrypcyjną Cdx1. Co ważne, ekspresja genu innego składnika kompleksu ciasnych połączeń, ZO-1, została stłumiona po przejściowej ekspresji-kateniny do ludzkich linii komórek raka okrężnicy z niską endogenną-kateniną, co sugeruje, że przyczynia się do utraty polaryzacji nabłonka w komórkach nowotworowych . Ponadto mutacja genu APC (a więc-aktywacja kateniny i translokacja jądrowa) jest obecna w większości ludzkich raków jelita grubego . Ponadto interesujące jest to, że komórki raka jelita grubego, które wyrażały klaudynę-1 (HT29, SW480 i SW620) wszystkie posiadają mutacje w APC i aktywowały sygnalizację-catenin/TCF. Natomiast komórki RIE i hct116 wykazują ekspresję APC typu dzikiego, a żadna linia komórkowa nie wykazuje wykrywalnych poziomów Klaudyny-1, co wskazuje, że białko APC może regulować ekspresję Klaudyny-1 w sposób zależny/niezależny od kateniny/Tcf. Podobną zależność ekspresji Klaudyny – 1 w komórkach raka jelita grubego od sygnalizacji APC i-kateniny wykazali również inni. Przerzuty są złożonym zjawiskiem, które wymaga szeregu określonych kroków, takich jak zmniejszona adhezja, zwiększona ruchliwość i inwazja, proteoliza i odporność na apoptozę . Ekspresja Klaudyny zwiększa migrację/ruchliwość, co wykazano zarówno w testach Komory Boydena, jak i gojenia ran . Claudin-5 Promuje przetwarzanie pro-MMP – 2 przez MT1-MMP. Ekspresja claudin-5 nie tylko zastąpiła TIMP-2 w aktywacji pro-MMP-2 przez MT1-MMP, ale także promowała aktywację pro-MMP-2 za pośrednictwem wszystkich mutantów MT-MMPs i MT1-MMP pozbawionych domeny transbłonowej (DeltaMT1-MMP) . Stymulacja aktywacji proMMP-2 za pośrednictwem MT-MMP jest również zgłaszana u innych członków rodziny claudin, w tym claudin-1, -2 i -3 . Podstawienia lub delecje aminokwasów w ektodomenie Klaudyny-1 zniosły ten efekt stymulujący i wykazano bezpośrednią interakcję Klaudyny-1 z MT1-MMP i MMP-2 przy użyciu immunoprecypitacji. MT1-MMP kolokalizowano klaudyną-1 nie tylko na granicy komórki, ale także w innych częściach komórki . W związku z tym wydaje się, że interakcja MMP z klaudynami może odgrywać ważną rolę w nowotworach, inwazji i przerzutach za pośrednictwem ekspresji klaudynowej. W naszych badaniach zaobserwowaliśmy, że nadekspresja Klaudyny-1 w komórkach raka jelita grubego zwiększyła aktywność zarówno MMP-2, jak i MMP-9, podczas gdy hamowanie Klaudyny-1 spowodowało znaczny spadek aktywności MMP-9 . Podobnie, nadekspresja Klaudyny-3 lub 4 w komórkach nabłonka jajnika zwiększała aktywność metaloproteinazy macierzowej-2 (MMP-2).

ekspresja i funkcje są regulowane na wielu poziomach i za pomocą różnych mechanizmów . Delokalizacja Klaudyn z błony wydaje się być powszechna wśród przekształconych komórek . Konstytutywna aktywacja Ras lub szlaku sygnałowego/szlaków sygnałowych za pośrednictwem Ras jest jednym z początkowych etapów podczas nowotworu, który jest przyczynowo związany z transformacją nowotworową. W nadekspresjących komórkach MDCK Ha-Ras, białka claudin-1, w tym zo – 1, były nieobecne w miejscach kontaktu komórki z komórką, ale były obecne w cytoplazmie . Hamowanie aktywności MEK1 zwerbowało wszystkie trzy białka do błony komórkowej, prowadząc do przywrócenia funkcji bariery szczelnego połączenia w komórkach MDCK . Jednak w jeszcze innym badaniu z użyciem komórek raka piersi, hamowanie MEK1 nie wpłynęło ani na mRNA, ani na poziom białka Klaudyny-1, okcludyny i/lub ZO-1, ani nie zmieniło subkomórkowego rozkładu cytoplazmatycznego Klaudyny-1, aby było bardziej specyficzne dla błony . Ponadto, badania mają wpływ kinazy białkowej C w regulacji TJs poprzez stymulację estru phorbol . Ponadto niedawno wykazano zależną od PKA regulację TJs. Klaudyna-3 i -4 mogą być fosforylowane w komórkach raka jajnika przez PKA, kinazę często aktywowaną w raku jajnika (ryc. 3). Ponadto modulacja sygnalizacji kinazy MAP w szczególności ERK 1/2 I P-P38 oraz kinazy PI-3 ma głęboki wpływ na szczelne uszczelnienie Złącza i ekspresję Klaudyny . Podobnie kinaza białkowa z niedoborem lizyny 4 (WNK4) może fosforylować wiele Klaudyn i zwiększać przepuszczalność parakomórkową . Większość białek Klaudyny ma przypuszczalne miejsca fosforylacji seryny i / lub treoniny w ich cytoplazmatycznych domenach karboksy-końcowych. Konsekwencje modulacji różnicowej wywołanej przez te kinazy dla tych Klaudyn pozostają do ustalenia, ale mogą przyczyniać się do tumorigenezy jajników.

Rysunek 3

Schematyczne przedstawienie wielu mechanizmów związanych z regulacją ekspresji i funkcji Klaudyny. Linie łamane wskazują ścieżki pośrednie, a linie stałe reprezentują ścieżki bezpośrednie. Skróty: HDAC-deacetylaza Histonowa; MAPKs-kinazy białkowe aktywowane mitogenem; RUNX3-czynnik transkrypcyjny związany z Runtem 3; FOXO1-Forkhead box O-1; PAR3 / PAR6-partitioning defective; PI3K-Phosphoinositide 3-kinases; NF-κ b-Nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells.

receptory czynnika wzrostu, które są ważne w regulacji proliferacji i przeżywalności komórek, w tym receptory EGF, HGF i IGF regulują ekspresję Klaudyny i dystrybucję komórkową, choć ponownie w sposób specyficzny dla komórek/tkanek . Ponadto ostatnie badania związane z zapaleniem jelit sugerują rolę cytokin, w tym TNF-, INF-, IL-13 w regulacji ekspresji claudins .

endocytarny recykling białek Klaudyny jest również potencjalnym mechanizmem regulacji Klaudyny , a palmitoilacja tych białek również wpływa na stabilność białka Klaudyny. Na poziomie transkrypcyjnym czynniki transkrypcyjne , takie jak ślimak, Cdx-2, HNF-i GATA-4, mogą wiązać się z regionami promotorowymi różnych genów Klaudyny i wpływać na ich ekspresję. Co więcej, wykazaliśmy, że transkrypty okrężnicy claudin-1 są regulowane przez Smad-4, znany supresor nowotworu, jak również inhibitory HDAC, a tym samym wspierają złożoną regulację na wielu poziomach .

5. Wnioski

niezależnie od zróżnicowanego źródła wzrostu nowotworu i (lub) niejednorodności u pacjentów z rakiem w odniesieniu do nowotworu pochodzącego z tego samego źródła tkanki, przyjmuje się, że przejście nabłonkowe do mezenchymalnego (EMT) jest wydarzeniem komórkowym mającym kluczowe znaczenie dla inicjacji i progresji nowotworu. Rodzi to pytanie: co te różne nowotwory mają wspólnego? Co ważne, większość zgonów związanych z nowotworami wynika z nowotworów pochodzenia nabłonkowego i obejmuje nowotwory okrężnicy, prostaty, pęcherza moczowego, płuc, przełyku, piersi, trzustki, jajnika i wątroby. Chociaż ich zróżnicowane właściwości są różne, wszystkie składają się głównie z komórek nabłonkowych, które mają podobne podstawowe cechy, w tym biegunowość i funkcję barierową. Powstaje więc pytanie: co leży u podstaw różnicowania właściwości i / lub odpowiedzi na terapię nowotworową między nowotworami pochodzącymi z różnych narządów nabłonkowych, niezależnie od podobieństw między ich podstawowymi jednostkami budulcowymi i ich właściwościami? Adhezja komórkowa osłabia się lub ulega utracie podczas procesu EMT lub jako dedifferencjacja komórek nabłonkowych. Znana jest krytyczna rola e-cadheryny, głównego składnika adherens junction, w regulacji EMT, jednak nie pomaga w zrozumieniu różnorodności / heterogeniczności wśród nowotworów pochodzenia nabłonkowego. Co ważne, Klaudyny są wyrażane w komórkach nabłonka i w sposób specyficzny dla tkanek, a zmiany wśród członków rodziny Klaudyn w raku następują według specyficznego dla tkanek i czasami kontrastującego wzoru. W ten sposób, claudin rodzina proteiny może trzymać potencjalny sygnał dla heterogeniczność wśród nowotwór nabłonkowy pochodzenie i poza być użyteczni markery mogą także pomagać zapewniać terapeutyczne możliwości nadaje dla specyficzny nowotwór Typ.

podziękowania

ten artykuł był wspierany przez granty NIH CA119005, CA124977 (P. Dhawan) oraz projekty pilotażowe 5p50dk044757 i P30DK058406 (A. B. Singh).