Těla PML

PML tělíska (také známá jako nukleární tělíska promyelocytární leukémie [1] , jaderná tělíska PML [2] , jaderné domény 10 [3] ) jsou sférická tělíska o průměru 0,1–1,0 µm , která se nacházejí v buněčných jádrech mnoha tkání a většiny linií a jsou součástí jaderné matrice . Klíčovou organizační složkou PML těl je PML protein , který k PML tělům přitahuje širokou škálu proteinů, které spojuje pouze schopnost podstoupit sumoylaci ( posttranslační modifikace , která spočívá v navázání SUMO proteinů na cílový protein) . V tělech PML procházejí proteiny posttranslačními modifikacemi (zejména sumoylací), které vedou k izolaci proteinů v tělech PML, aktivaci nebo degradaci. Podle morfologických znaků se rozlišuje několik podtypů těles PML a všechny se vyznačují přítomností elektronově hustého obalu a vnitřního jádra [2] .

Vzhled a funkce těl PML je regulována buněčnými stresovými faktory, jako jsou virové infekce , poškození DNA , transformace a oxidační stres . Transkripce proteinu PML a několika proteinů, se kterými interaguje, jsou významně změněny interferony . Je zajímavé, že myší knockout pro protein PML nemůže vytvořit normální těla PML, ale přesto se normálně vyvíjejí a žijí, z tohoto důvodu pravděpodobně těla PML neplní některé extrémně důležité a nenahraditelné biologické funkce [2] .

Historie studia

Tělesa PML byla poprvé objevena v 60. letech minulého století jako intranukleární sférická hustá tělesa viditelná pod elektronovým mikroskopem . Byly popsány dva typy těchto tělísek: fibrilární a granulární, které obsahovaly mikrogranule, pravděpodobně odpovídající ribonukleoproteinům . Později byla těla PML vizualizována imunofluorescenční mikroskopií pomocí autoimunitních sér získaných od pacientů s primární biliární cirhózou . Pomocí této metody byl v roce 1991 objeven první protein asociovaný s tělísky PML, SP100 , a samotná tělíska PML byla podrobně charakterizována. Následně bylo zjištěno, že ve stejných tělech, ve kterých je lokalizován protein SP100, je lokalizován i protein PML. Protein PML je zajímavý, protože se vyskytuje u akutní promyelocytární leukémie ( APL ) jako  konjugát s receptorem kyseliny retinové α (PML/RARA- onkoprotein ). V buňkách APL jsou těla PML zničena působením PML/RARA. Když však byla APL ošetřena kyselinou retinovou a oxidem arsenitý , který spouští degradaci PML/RARA, těla PML se znovu objevila. Další studie ukázala, že těla PML podléhají změnám pod vlivem stresových podmínek, jako jsou virové infekce, tepelný šok a přítomnost těžkých kovů . V současné době se aktivně studuje dynamika PML tělísek, jejich vztah s ostatními složkami jádra, sestavení, nábor různých proteinů a funkce na úrovni buňky i celého organismu [4] .

Struktura a kompozice

Typické těleso PML je kulovitý objekt o průměru 0,1–1 µm, který může nebo nemusí mít mikrogranulární jádro. Typicky mají buňky obsahující tělíska PML 5 až 15 tělísek PML. Jsou složeny převážně z proteinů a obecně neobsahují DNA ani RNA . Vnější obal těl je tvořen proteinem PML a proteiny, se kterými interaguje, jsou umístěny uvnitř. Stejně jako mnoho jaderných těl jsou těla PML umístěna v interchromozomálním prostoru, kde často koexistují s jinými jadernými těly . Přestože tělíska PML neobsahují DNA, jsou často spojena se specifickými lokusy , jako je shluk genů hlavního histokompatibilního komplexu (MHC) třídy I ; předpokládá se, že PML tělíska regulují architekturu chromatinu a transkripci genů tohoto lokusu. Změny chromatinu během transkripce nebo v závislosti na fázi buněčného cyklu modulují strukturu a počet těl PML. Struktura tělísek PML se při virových infekcích výrazně mění: virové genomy se například mohou hromadit na periferii nebo v centrální části těchto tělísek [5] .

Jednoduchá tělíska PML (typ I a II) a pouzdra složitých tělísek PML (typ III, IVa a V) jsou složeny z nechromatinového fibrilárního materiálu [6] . Taková tělíska PML se uvolňují spolu s jadernou matricí a jsou spojena s její fibrogranulární složkou pomocí speciálních výběžků na jejich povrchu [6] .

Komplexní tělíska PML pod fibrilární pochvou obsahují komponent granulární struktury, pravděpodobně sestávající z ribonukleoproteinů. Bylo navrženo, že některá z granulárních těl PML pučí z jadérka ; tuto hypotézu podporuje přítomnost specifických RNA-vazebných proteinů v komplexních PML tělech . Není známo, jaké faktory určují přítomnost mikrogranulárního jádra v tělech PML, a jeho složení je málo pochopeno. Ukázalo se, že v některých tělech obsahuje nově syntetizovanou RNA, zatímco v jiných ne. Řada studií ukázala, že PML tělíska mohou být spojena s exportem a translací mRNA prostřednictvím eukaryotického translačního iniciačního faktoru EIF4E [7] .

V některých buňkách jsou popsány velké struktury obsahující prvky jadérka; nazývají se jaderná tělesa spojená se stárnutím (SANB ) .  Tato tělíska mají také obal proteinu PML, nicméně zbývající proteiny charakteristické pro tělíska PML se nenacházejí ve vnitřní části, ale přímo na obalu [7] .

Těla PML zahrnují takové proteiny jako SUMO, DAXX [8] , SP100, LYSP100 ( homolog SP100) [9] , ISG20 [10] , PML, NDP55 [11] . Další proteiny, jako je PIC1/SUMO-1, které jsou obvykle spojeny s jadernými póry , mohou být také součástí PML tělísek [12] . Všechny tyto proteiny mohou být reorganizovány a rozptýleny v reakci na různé druhy stresu (stimulace nebo tepelný šok) [13] .

V lidských embryonálních kmenových buňkách tvoří PML tělíska „rozety“ kolem centromery nebo jsou umístěny mezi dvěma centromerami. Taková tělíska PML neobsahují proteiny SUMO, SP100 a DAXX a jejich role v biologii kmenových buněk zůstává neznámá. Kromě toho jsou tělíska PML detekována v blízkosti centromer v buňkách ošetřených inhibitorem proteazomu během fáze G2 buněčného cyklu [14] .

V buňkách, které neexprimují telomerázu a udržují délku telomer prostřednictvím homologní rekombinace , existují tělíska PML spojená s alternativním prodlužováním tělísek PML spojených s telomerami (APB ) .  Tato tělíska PML obsahují dva typy opravných dvouřetězcových zlomů DNA a homologní rekombinační faktory: Rad50/Mre11/NBS1-komplex a Rad51 / Rad52 , stejně jako replikační faktor A, BLM helikázu a vazbu telomerových repetic. faktory (TRF1 a TRF2) a téměř všechny tyto proteiny jsou sumoylovány. V takových buňkách se telomery aktivně zdvojnásobují ve fázích S /G2 buněčného cyklu [15] .

Dynamika

Studie využívající metody FRET a FRAP ukázaly, že PML protein je stabilní složkou PML těl a proteiny, které s ním interagují, jsou mobilnější, i když jsou v PML tělech nějakou dobu zadržovány. Sama o sobě PML těla nejsou příliš mobilní, i když se mohou v průběhu buněčného cyklu vzájemně dělit a slučovat. Během S fáze se PML tělíska rozdělí na dvě, zmizí během mitózy a znovu se objeví během přechodu z mitózy do G1 fáze. Během mitózy zůstávají proteiny PML vzájemně spojeny, ale jsou fosforylovány , desumoylovány a uvolňují své partnerské proteiny. Během mitózy, před destrukcí jaderného obalu v prometafázi , ztrácejí těla PML spojení s chromatinem a stávají se mobilnějšími. Samotný protein PML během mitózy interaguje s jadernými membránami a nukleoporiny , což usnadňuje tvorbu jaderného obalu během přechodu z telofáze do fáze G1 . Během tohoto přechodu se SP100 (dříve) a DAXX (později) vracejí do jádra, interagují s agregacemi proteinů PML a vytvářejí tělíska PML [16] . Cytoplazmatické akumulace proteinu PML jsou detekovány i během fáze G1, ale poté pomalu klesají [17] .

Stres, jako je tepelný šok nebo těžké kovy, způsobuje reverzibilní fragmentaci PML těl tím, že pučí z mikrotěles postrádajících SUMO a většinu PML partnerských proteinů. Na konci stresové expozice se velikost, umístění a počet těles PML zcela obnoví, což naznačuje, že tělesa PML se tvoří na předem určených místech [18] .

Bylo navrženo, že tvorba PML tělísek je založena na interakci mezi PML a SUMO. V buňkách s defekty v sumoylaci jsou skutečně pozorovány abnormality v tělech PML. Kromě toho může sumoylace také zajistit nábor partnerských proteinů PML do těl PML, protože většina z nich je v tělech PML v sumoylovaném stavu. Současně izoformy PML neschopné interagovat se SUMO, přesto tvoří normální těla PML. Role sumoylace při tvorbě tělísek PML tedy dosud nebyla stanovena [19] .

Funkce

Protein PML se podílí na regulaci tak důležitých buněčných procesů, jako je transkripce, apoptóza , stárnutí, reakce na poškození DNA a odolnost vůči virům. Partnerské proteiny PML procházejí posttranslačními modifikacemi v tělech PML, které ovlivňují jejich funkci. Například v tělech PML je mnoho enzymů modifikujících p53 ( CBP , HDM2, HIPK2 a HAUSP). Acetylace , sumoylace a fosforylace p53 v tělech PML pozitivně regulují aktivitu p53. Translokace do PML tělísek může ovlivnit aktivitu některých proteinkináz ; tak v tělech PML fosfatáza PP2A defosforyluje kinázu AKT a předpokládá se, že PP1A defosforyluje protein retinoblastomu (pRb). V případě některých kináz, jako je CHEK2 , lokalizace v tělech PML podporuje jejich autofosforylaci . Existují důkazy, že v kvasinkových buňkách může PML přímo zvýšit globální úroveň sumoylace proteinů a tělíska PML zvyšují sumoylaci některých partnerských proteinů PML [20] .

První zavedenou funkcí těl PML byla akumulace a izolace určitých proteinů. Takovým proteinem je například DAXX. Izolace DAXX se sumoylovanou PML, která je součástí PML tělísek, ruší transkripční represi některých genů a také reguluje apoptózu. Podobná situace nastává v případě histonů a histonových chaperonů v senescentních buňkách. Během stárnutí buněk je pozorována tvorba zvláštního typu heterochromatinu , který je iniciován akumulací histonových chaperonů HIRA a ASF1a , stejně jako HP1 [en] proteinu , PML tělísek [21] .

Některé nestabilní proteiny se hromadí v tělech PML, stejně jako proteazomy a ubikvitin . Navíc existují důkazy, že partnerské proteiny PML jsou v tělech PML degradovány [21] .

Hromadí se důkazy, že těla PML fungují jako senzory pro reaktivní formy kyslíku . Zejména mohou poskytovat vhodné redoxní prostředí pro činnost sumoylačních enzymů [22] .

V současné době jsou těla PML považována za součást přirozené imunity , která poskytuje ochranu proti virovým infekcím. Během virových infekcí se virové genomy a proteiny často hromadí uvnitř těl PML. U mnoha DNA virů , jejichž genomy se replikují v jádře, jako je lidský cytomegalovirus nebo virus herpes simplex typu 1 , se jejich genomy vážou na těla PML, jakmile vstoupí do jádra. V tělech PML podléhají genomy epigenetickému umlčování , které potlačuje rozvoj infekce. Tělesné proteiny PML jako PML, DAXX, SP100 a ATRX se podílejí na potlačování virových infekcí . Replikace viru varicella zoster je inhibována tělísky PML jiným mechanismem. Při infekci tímto virem zachycují zvětšená tělíska PML nově sestavené virové nukleokapsidy díky interakci speciální izoformy proteinu PML s proteinem kapsidy ORF23, která brání uvolňování virových částic z jádra . PML tělíska také blokují replikaci adenoviru , papilomaviru a parvoviru . Navíc ovlivňují průběh životního cyklu u některých cytoplazmatických RNA virů . Například při infekci HIV - 1 a jinými retroviry se uvádí, že těla PML se rychle přesouvají z jádra do cytoplazmy, což ovlivňuje životní cyklus viru v cytoplazmě. Bylo zjištěno, že PML-tělesa ovlivňují životní cyklus retrovirů na úrovni reverzní transkripce , i když konkrétní molekulární mechanismus tohoto jevu není jasný [3] .

Specifické virové proteiny mohou ničit těla PML a podporovat virovou infekci. Níže uvedená tabulka uvádí virové proteiny, které degradují PML těla známým mechanismem [23] .

Těla PML jsou přímo spojena s vrozeným imunitním signálním systémem. Léčba interferonem tedy zvyšuje expresi PML tělesných proteinů, jako je PML a SP100, a zvyšuje jejich antivirové vlastnosti. Nedostatek PML vede ke snížení schopnosti interferonů chránit před virovými infekcemi. PML tělíska jsou také spojena s jinými cytokiny . Například v buňkách bez PML je snížená exprese prozánětlivých cytokinů interleukinu 1β a interleukinu 6 [3] .

Klinický význam

Protože PML tělíska se podílejí na mnoha buněčných procesech potlačujících nádor, jejich destrukce je základem rakoviny , jako je akutní promyelocytární leukémie (APL). Jak bylo uvedeno výše, k destrukci PML tělísek často dochází působením chimérického proteinu PML/RARA, což je protein PML zesíťovaný s receptorem kyseliny retinové a. Působí jako transkripční represor, který zasahuje do normální diferenciace myeloidních buněk a dává APL buňkám schopnost sebeobnovy. PML/RARA interferuje s normální oligomerizací proteinu PML, což vede k destrukci těl PML. Porušení struktury genu PML je detekováno u 95 % buněk APL [1] . Bylo také prokázáno, že ztráta PML je často pozorována u lidských rakovin různého histologického původu [24] .

V roce 2017 se ukázalo, že těla PML se mohou podílet na rozvoji neurodegenerativních onemocnění , jako je neuronální intranukleární hyalinní inkluzní onemocnění. Eozinofilní intranukleární inkluze, které se objevují v buňkách pacientů trpících tímto onemocněním, pocházejí z tělísek PML [25] .

Poznámky

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. Narušení jaderného těla PML zhoršuje snímání a opravu dvouřetězcových zlomů DNA v APL.  (anglicky)  // Buněčná smrt a nemoc. - 2016. - Sv. 7. - P. e2308. - doi : 10.1038/cddis.2016.115 . — PMID 27468685 .
2. ↑ 1 2 3 The Nucleus, 2011 , str. 247.
3. ↑ 1 2 3 Scherer M. , Stamminger T. Vznikající role jaderných těles PML ve vrozené imunitní signalizaci.  (anglicky)  // Journal of virology. - 2016. - Sv. 90, č. 13 . - S. 5850-5854. - doi : 10.1128/JVI.01979-15 . — PMID 27053550 .
4. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 248-249.
5. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 250-251.
6. ↑ 1 2 Chaly N. , Setterfield G. , Kaplan JG , Brown DL Jaderná tělíska v myších slezinných lymfocytech: II - Cytochemie a autoradiografie při stimulaci konkanavalinem A.  //  Biologie buňky. - 1983. - Sv. 49, č.p. 1 . - S. 35-43. — PMID 6199062 .
7. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , str. 252.
8. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 249.
9. ↑ Dent AL , Yewdell J. , Puvion-Dutilleul F. , Koken MH , de The H. , Staudt LM LYSP100-asociované jaderné domény (LANDs): popis nové třídy subnukleárních struktur a jejich vztah k jaderným tělesům PML.  (anglicky)  // Krev. - 1996. - Sv. 88, č.p. 4 . - S. 1423-1426. — PMID 8695863 .
10. ↑ Gongora C. , David G. , Pintard L. , Tissot C. , Hua TD , Dejean A. , Mechti N. Molekulární klonování nového interferonem indukovaného proteinu spojeného s jaderným tělem PML.  (anglicky)  // The Journal of biologické chemie. - 1997. - Sv. 272, č.p. 31 . - S. 19457-19463. — PMID 9235947 .
11. ↑ Zuber M. , Heyden TS , Lajous-Petter AM Lidská autoprotilátka rozpoznávající jaderný protein asociovaný s jadernou matricí lokalizovaný v tečkovaných strukturách.  (anglicky)  // Biologie buňky. - 1995. - Sv. 85, č.p. 1 . - S. 77-86. — PMID 8882521 .
12. ↑ Sternsdorf T. , Jensen K. , Will H. Důkaz pro kovalentní modifikaci jaderných tečkovaných proteinů PML a Sp100 pomocí PIC1/SUMO-1.  (anglicky)  // The Journal of cell biology. - 1997. - Sv. 139, č.p. 7 . - S. 1621-1634. — PMID 9412458 .
13. ↑ Maul GG , Yu E. , Ishov AM , Epstein AL Proteiny spojené s jadernou doménou 10 (ND10) jsou také přítomny v jaderných tělech a po stresu se redistribuují do stovek jaderných míst.  (anglicky)  // Journal of cell biochemistry. - 1995. - Sv. 59, č.p. 4 . - S. 498-513. - doi : 10.1002/jcb.240590410 . — PMID 8749719 .
14. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 252-253.
15. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 251-252.
16. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 253.
17. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 322.
18. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 253-254.
19. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 254.
20. ↑ The Nucleus, 2011 , str. 255-256.
21. ↑ 1 2 The Nucleus, 2011 , str. 256.
22. ↑ Niwa-Kawakita M. , Wu HC , Thé H. , Lallemand-Breitenbach V. PML jaderná tělesa, bezmembránové domény působící jako ROS senzory?  (anglicky)  // Semináře z buněčné a vývojové biologie. - 2017. - doi : 10.1016/j.semcdb.2017.11.007 . — PMID 29157919 .
23. ↑ Funkční jádro / David P. Bazett-Jones, Graham Dellaire. - Švýcarsko: Springer, 2016. - S. 285. - 513 s. - ISBN 978-3-319-38880-9 . - doi : 10.1007/978-3-319-38882-3 .
24. ↑ Herzer K. , Gerken G. , Hofmann TG Karcinogeneze jater spojená s hepatitidou C: role jaderných tělísek PML.  (anglicky)  // Světový gastroenterologický časopis. - 2014. - Sv. 20, č. 35 . - S. 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. Nukleární těla PML jsou změněna u neuronální intranukleární hyalinní inkluze s nástupem v dospělosti.  (anglicky)  // Journal of neuropathology and experimental neurology. - 2017. - Sv. 76, č.p. 7 . - S. 585-594. doi : 10.1093 / jnen/nlx039 . — PMID 28863453 .

Literatura

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

buněčného jádra
Nukleární membrána / Nuclear lamina	Jaderné póry : Nukleoporiny ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 160 NUP NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
jadérko	Perinukleolární kompartment ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxin 7
jiný	těla PML Paraspeckles Cajal corpuscle ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 cívka ) SMC proteiny Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Kondensin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) Oprava DNA ( SMC5 SMC6 ) Přechodné jaderné proteiny TNP1 TNP2 Chromatin jaderná matrice Nukleoplazma Nucleosol