glipikan

Glipikan
C-końcowo obcięty ludzki glipikan-1.
Identyfikatory
PDB
Symbol	glipikan
Pfam	PF01153
InterPro	IPR001863
PROZYTA	PDOC00927
Dostępne struktury białek: Pfam   konstrukcje / ECOD   WPB RCSB WPB ; PDBe ; WPBj Suma WPB podsumowanie struktury

Glipikany stanowią jedną z dwóch głównych rodzin proteoglikanów siarczanu heparanu , a drugą główną rodzinę stanowią syndekany . Sześć glipikanów zidentyfikowano u ssaków i określa się je jako GPC1 do GPC6 . U Drosophila zidentyfikowano dwa glipikany, które określa się jako dally (nienormalnie opóźniony podział) i dally-like. Jeden glipikan został zidentyfikowany w C. elegans . Wydaje się, że glipikany odgrywają istotną rolę w morfogenezie rozwojowej i sugerowano je jako regulatory Wnt i Szlaki sygnałowe komórek Hedgehog . Dodatkowo sugerowano, że są regulatorami czynnika wzrostu fibroblastów i sygnalizacji białek morfogenetycznych kości.

Struktura

Chociaż u ssaków zidentyfikowano sześć glipikanów, kilka cech pozostaje niezmiennych między tymi różnymi białkami. Po pierwsze, białko rdzeniowe wszystkich glipikanów ma podobną wielkość, w przybliżeniu w zakresie od 60 do 70 kDa. Dodatkowo, jeśli chodzi o sekwencję aminokwasową, zachowana jest lokalizacja czternastu reszt cysteiny; jednak naukowcy opisują glipikany jako ogólnie wykazujące umiarkowane podobieństwo w sekwencji aminokwasów. Niemniej jednak uważa się, że czternaście konserwatywnych reszt cysteiny odgrywa istotną rolę w określaniu trójwymiarowego kształtu, co sugeruje istnienie bardzo podobnej trójwymiarowej struktury. Ogólnie rzecz biorąc, GPC3 i GPC5 mają bardzo podobne struktury pierwszorzędowe z 43% podobieństwem sekwencji. Z drugiej strony GPC1, GPC2 , GPC4 i GPC6 mają od 35% do 63% podobieństwa sekwencji. Tak więc GPC3 i GPC5 są często określane jako jedna podrodzina glipikanów, przy czym GPC1, GPC2, GPC4 i GPC6 stanowią drugą grupę. Pomiędzy podrodzinami glipikanów istnieje około 25% podobieństwa sekwencji. Ponadto sekwencja aminokwasowa i struktura każdego glipikanu są dobrze zachowane między gatunkami; wszystkie glipikany kręgowców są podobne w ponad 90%, niezależnie od gatunku.

W przypadku wszystkich członków rodziny glipikanów C-koniec białka jest przyłączony do błony komórkowej kowalencyjnie poprzez kotwicę glikozylofosfatydyloinozytolu (GPI). Aby umożliwić dodanie kotwicy GPI, glipikany mają domenę hydrofobową na C-końcu białka. W obrębie 50 aminokwasów tej kotwicy GPI łańcuchy siarczanu heparanu przyczepiają się do rdzenia białkowego. Dlatego, w przeciwieństwie do syndekanów, łańcuchy glikozaminoglikanów siarczanu heparanu przyłączone do glipikanów znajdują się raczej blisko błony komórkowej. glipikany występujące u kręgowców, Drosophila i C. elegans mają N-końcową sekwencję sygnałową.

Funkcjonować

Glipikany są krytycznie zaangażowane w morfogenezę rozwojową i są zaangażowane jako regulatory w kilku szlakach sygnalizacji komórkowej. Należą do nich Wnt i Hedgehog szlaki sygnałowe, a także sygnalizację czynników wzrostu fibroblastów i białek morfogenetycznych kości. Procesy regulacyjne wykonywane przez glipikany mogą stymulować lub hamować określone procesy komórkowe. Mechanizmy, za pomocą których glipikany regulują szlaki komórkowe, nie są do końca jasne. Jeden powszechnie proponowany mechanizm sugeruje, że glipikany zachowują się jak koreceptory, które wiążą zarówno ligand, jak i receptor. Wnt rozpoznaje strukturę siarczanu heparanu na GPC3, która zawiera IdoA2S i GlcNS6S, oraz że 3-O-siarczanowanie w GlcNS6S3S wzmacnia wiązanie Wnt z glipikanem siarczanu heparanu. Zidentyfikowano bogatą w cysteinę domenę w płacie N GPC3, która tworzy hydrofobowy rowek wiążący Wnt, w tym fenyloalaninę-41, która oddziałuje z Wnt. Glipikany ulegają ekspresji w różnych ilościach w zależności od tkanki, a także w różnym stopniu na różnych etapach rozwoju. Mutanty Drosophila Dally mają nieregularne skrzydła, czułki, genitalia i rozwój mózgu.

Lokalizacja

GPC5 i GPC6 znajdują się obok siebie na chromosomie 13q32 (u ludzi). GPC3 i GPC4 również znajdują się obok siebie i znajdują się na ludzkim chromosomie Xq26. Niektórzy sugerują, że oznacza to, że te glipikany powstały z powodu zdarzenia duplikacji genów. Gen dla GPC1 znajduje się na chromosomie 2q36. Pobliskie geny obejmują ZIC2, ZIC3, COL4A1/2 i COL4A3/4.

Zespół Simpsona-Golabiego-Behmela

Od 1996 roku wiadomo, że pacjenci z zespołem Simpsona-Golabiego-Behmela (SGBS) mają mutacje w GPC3. Ponieważ jest to zespół sprzężony z chromosomem X, wydaje się, że dotyka mężczyzn bardziej niż kobiety. Chociaż fenotyp związany z tym schorzeniem może wahać się od łagodnego do śmiertelnego, typowe objawy obejmują makrojęzyk, rozszczep podniebienia, syndaktylia, polidaktylia, torbielowate i dysplastyczne nerki, wrodzone wady serca i wyraźny wygląd twarzy. Odnotowano również dodatkowe objawy/cechy. Ogólnie rzecz biorąc, te objawy/charakterystyka wyróżniają się prenatalnym i postnatalnym przerostem. Zazwyczaj pacjenci zidentyfikowani z SGBS mają mutacje punktowe lub mikrodelecje w genie kodującym GPC3, a mutacje mogą występować w wielu różnych lokalizacjach genu. Nie zauważono korelacji między lokalizacją mutacji GPC3 a manifestacją fenotypową tej choroby. dlatego wnioskuje się, że SGBS wynika z niefunkcjonalnego białka GPC3. Naukowcy spekulują obecnie, że GPC3 jest negatywnym regulatorem proliferacji komórek, co wyjaśniałoby, dlaczego pacjenci z SGBS doświadczają przerostu.

Implikacje w raku

Nieprawidłową ekspresję glipikanów odnotowano w wielu rodzajach raka, w tym w ludzkim raku wątrobowokomórkowym, raku jajnika, międzybłoniaku, raku trzustki, glejaku, raku piersi, a ostatnio GPC2 w nerwiaku niedojrzałym. Większość badań dotyczących związku między glipikanami a rakiem koncentrowała się na GPC1 i GPC3.

Korelacja między poziomami ekspresji GPC3 a różnymi typami raka. Podsumowując te odkrycia, można ogólnie powiedzieć, że tkanki, które normalnie eksprymują GPC3, wykazują obniżenie ekspresji GPC3 podczas progresji nowotworu. Podobnie, odpowiednie nowotwory tkanek, które normalnie nie wykazują ekspresji GPC3, często wykazują ekspresję GPC3. Ponadto często ekspresja GPC3 występuje podczas rozwoju embrionalnego w tych tkankach, a następnie ulega ponownej ekspresji podczas progresji nowotworu. Ekspresję GPC3 można wykryć w normalnych komórkach jajnika; jednak kilka linii komórkowych raka jajnika nie wykazuje ekspresji GPC3. Z drugiej strony ekspresja GPC3 jest niewykrywalna w zdrowych dorosłych komórkach wątroby, podczas gdy ekspresja GPC3 występuje w większości ludzkich raków wątrobowokomórkowych. Podobną korelację stwierdzono w przypadku guzów jelita grubego. GPC3 jest białkiem onkopłodowym zarówno w wątrobie, jak i jelicie, ponieważ GPC3 jest zwykle wyrażany tylko podczas rozwoju embrionalnego, ale występuje również w guzach nowotworowych.

Mutacje GPC3 nie występują w sekwencji kodującej to białko. Linie komórkowe raka jajnika nie wykazują ekspresji GPC3 z powodu hipermetylacji promotora GPC3. Po usunięciu tych grup metylowych autorzy przywrócili ekspresję GPC3. Linie komórkowe międzybłoniaka zawierają promotor GPC3, który jest nieprawidłowo zmetylowany. Przywrócenie ekspresji GPC3 zapobiegło tworzeniu się kolonii przez komórki nowotworowe.

Implikacje GPC1 w raku

Oprócz GPC3, GPC1 jest również zaangażowany w progresję nowotworu, zwłaszcza w przypadku raka trzustki, glejaka i raka piersi. Ekspresja GPC1 jest bardzo wysoka w komórkach gruczolakoraka przewodowego trzustki, a wyniki wskazują, że ekspresja GPC1 jest związana z progresją raka, w tym wzrostem guza, angiogenezą i przerzutami. Oprócz nadekspresji GPC1 na błonie komórkowej komórek gruczolakoraka przewodowego trzustki. GPC1 jest uwalniany do mikrośrodowiska guza przez te komórki. Ponieważ glipikany odgrywają rolę w wiązaniu czynnika wzrostu, naukowcy spekulowali, że zwiększone poziomy GPC1 w mikrośrodowisku guza mogą służyć do magazynowania czynników wzrostu dla komórek nowotworowych. Zmniejszając poziom GCP1 w komórkach gruczolakoraka trzustki zahamowano wzrost tych komórek. Zmniejszając poziomy eksprymowanych myszy z obniżoną odpornością GCP1, spowolniono wzrost guzów i zmniejszono angiogenezę i przerzuty w porównaniu z kontrolnymi myszami GCP1. GPC1 ulega silnej ekspresji w ludzkich komórkach śródbłonka naczyń krwionośnych glejaka. Ponadto zwiększenie poziomu GPC1 w mózgu myszy powodują wzrost komórek i stymulują mitozę w odpowiedzi na czynnik angiogenny, FGF2. Sugeruje to, że GPC1 działa jako regulator progresji cyklu komórkowego. Ekspresja GPC1 jest znacznie powyżej normy w ludzkich rakach piersi, podczas gdy ekspresja GPC1 jest niska w zdrowej tkance piersi. Ponadto ekspresja nie była znacząco zwiększona dla żadnego innego glipikanu. GPC1 odgrywa rolę w wiązaniu heparyny i progresji cyklu komórkowego w tkance piersi.

Implikacje GPC2 w raku

Glypican-2 (GPC2) jest proteoglikanem siarczanu heparanu na powierzchni komórki, który jest ważny dla adhezji komórek nerwowych i wzrostu neurytów. Białko GPC2 ulega silnej ekspresji w około połowie przypadków nerwiaka niedojrzałego, a wysoka ekspresja GPC2 koreluje ze słabym całkowitym przeżyciem w porównaniu z pacjentami z niską ekspresją GPC2, co sugeruje, że GPC2 jest celem terapeutycznym w nerwiaku niedojrzałym. Wyciszenie GPC2 przez CRISPR/Cas9 powoduje zahamowanie wzrostu komórek nowotworowych nerwiaka niedojrzałego. Wyciszenie GPC2 dezaktywuje sygnalizację Wnt/β-kateniny i zmniejsza ekspresję docelowego genu N-Myc, onkogennego czynnika wywołującego nowotwory nerwiaka niedojrzałego. Immunotoksyny i chimeryczne limfocyty T receptora antygenu (CAR) ukierunkowane na GPC2 zostały opracowane do leczenia nerwiaka niedojrzałego i innych nowotworów GPC2-dodatnich. Leczenie immunotoksyną hamuje wzrost nerwiaka niedojrzałego u myszy. Komórki CAR T ukierunkowane na GPC2 mogą eliminować nowotwory w mysim modelu nerwiaka niedojrzałego z przerzutami. Koniugat przeciwciało-lek (ADC) kierowany przez GPC2 jest zdolny do zabijania komórek nerwiaka zarodkowego wykazujących ekspresję GPC2.

Biologia molekularna

Glipikany mogą modyfikować komórkowe szlaki sygnałowe i przyczyniać się do proliferacji komórkowej i wzrostu tkanek. U Drosophila glipikan wspomaga dyfuzję promującego wzrost morfogenu z rodziny BMP, Decapentaplegic , w rozwijającym się skrzydle, podczas gdy rozwijający się haltere nie ma dallu i pozostaje mały. Zewnątrzkomórkowa lokalizacja innego glipikanu u Drosophila , podobnego do dally , jest również wymagana do prawidłowego poziomu sygnalizacji Hedgehog w rozwijającym się skrzydle.

Kliniczny

U ludzi glipikan-1 ulega nadekspresji w raku piersi i mózgu (glejaki), podczas gdy glipikan-3 ulega nadekspresji w raku wątroby. Glypican-2 ulega nadekspresji w nerwiaku niedojrzałym.

Mutacje w tym genie są również związane z atrezją dróg żółciowych .