MAPK-Signalwege bei der Regulation der Zellproliferation in Säugerzellen

Es wurde gezeigt, dass Mitogenaktivierte Proteinkinase (MAPK) -Kaskaden eine Schlüsselrolle bei der Transduktion extrazellulärer Signale in zelluläre Reaktionen spielen. In Säugetierzellen wurden drei MAPK-Familien eindeutig charakterisiert: nämlich klassische MAPK (auch bekannt als ERK), C-Jun N-terminale kinse / stressaktivierte Proteinkinase (JNK / SAPK) und p38-Kinase. MAP-Kinasen liegen innerhalb von Proteinkinase-Kaskaden. Jede Kaskade besteht aus nicht weniger als drei Enzymen, die in Reihe aktiviert werden: eine MAPK-Kinase-Kinase (MAPKKK), eine MAPK-Kinase (MAPKK) und eine MAP-Kinase (MAPK). Derzeit wurden mindestens 14 MAPKKKs, 7 MAPKKs und 12 MAPKs in Säugetierzellen identifiziert1 (Tab 1).

MAPK-Signalwege leiten, verstärken und integrieren Signale aus einer Vielzahl von Stimuli und lösen eine geeignete physiologische Reaktion aus, einschließlich Zellproliferation, Differenzierung, Entwicklung, Entzündungsreaktionen und Apoptose in Säugetierzellen.

MAPK-Signalweg bei der Regulation der Zellproliferation

Die Regulation der Zellproliferation im vielzelligen Organismus ist ein komplexer Prozess, der primär durch externe Wachstumsfaktoren der umgebenden Zellen reguliert wird. Die MAPK-Signalwege, an denen eine Reihe von Proteinkinase-Kaskaden beteiligt sind, spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulation der Zellproliferation (Abb. 1).

ERK-Signalweg

ERK war der am besten charakterisierte MAPK und der Raf-MEK-ERK-Signalweg stellt einen der am besten charakterisierten MAPK-Signalwege dar.

Die Stimulation von Tyrosinkinase-Rezeptoren(RTKs) provoziert die Aktivierung von MAPKs in einem mehrstufigen Prozess. Beispielsweise umfassen die essentiellen Linker von epidermalen Wachstumsfaktorrezeptoren zur MAP-Kinase das Adapterprotein Grb2, ein Guaninnukleotidaustauschprotein wie Sos, ein kleines GTP-Bindungsprotein, p21ras, eine Kaskade von Proteinkinase, die sequentiell als MAPKKK (dargestellt durch c-Raf-1) und MAPKK wie MEK1 und MEK2 definiert ist. MEKs phosphoryliert letztendlich p44 MAPK und p42 MAPK, auch bekannt als ERK1 bzw. ERK2, wodurch ihre enzymatische Aktivität erhöht2. Dann translozieren die aktivierten ERKs in den Zellkern und transaktivieren Transkriptionsfaktoren, wodurch die Genexpression verändert wird, um Wachstum, Differenzierung oder Mitose zu fördern.

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) können auch zur Aktivierung von MAPKs führen, die durch Stimulation einer großen Anzahl komplexer Kaskaden vermittelt werden. Ein neuartiger Mechanismus besteht darin, dass die GPCRs-Stimulation zur Tyrosinphosphorylierung von RTK, wie dem EGFR, führen kann, was letztendlich zur ERK-Aktivierung führt3. Anstelle von RTKs stimulierten das Integrin-basierte Gerüst und das β-Arrestin-Gerüst, das auch an GPCRs beteiligt war, MAPK-Kaskaden. Mehrere Zytokinrezeptoren aktivieren den ERK-Signalweg durch die Aktivierung von JAK (JAK1, 2, 3 und Tyk2). JAK kann Shc phosphorylieren, was zur Aktivierung des ERK1 / 2-Weges führt4. Es wurde gezeigt, dass mehrere zytoplasmatische Proteine Substrat für ERK1 / 2 sind, einschließlich RSK (90KDa ribosomale S6-Kinase, p90rsk, auch bekannt als MAPKAP-K1), cytosolische Phospholipase A2 und mehrere Mikrotubuli-assoziierte Proteine (MAP), einschließlich MAP-1, MAP-2, MAP-4 und Tau5, 6. Es wurde vorgeschlagen, dass ERK1/2 an der Steuerung der MTOC-Funktion beteiligt sein kann7. Das MTOC steuert den Aufbau der cytosolischen Mikrotubuli in Interphasenzellen und die mitotische Spindel sich teilender Zellen. ERK1 / 2 kann die C-terminale Kinase von RSK aktivieren, was zur Aktivierung der N-terminalen Kinase führt. Zu den Substraten von RSK gehören Transkriptionsfaktoren wie CREB, ER α, IkB α / NF κ B, c-Fos und Glykogensynthase Kinase 3 (GSK 3). So kann RSK die Genexpression über Assoziation und Phosphorylierung von Transkriptionsregulatoren regulieren. RSK ist an der Zellzyklusregulation durch Inaktivierung der Myt1-Proteinkinase beteiligt, die zur Aktivierung der Cyclin-abhängigen Kinase p34cdc2 in Xenopus laevis-Oozyten führt8. RSK kann auch den Ras-GTP / GDP-Austauschfaktor phosphorylieren, was zu einer Rückkopplungshemmung des Ras-ERK-Weges führt.

ERK kann in den Zellkern translozieren und verschiedene Transkriptionsfaktoren phosphorylieren, einschließlich des ternären Komplexfaktors (TCF) Elk-1, des Serumantwortfaktors, des Proteins Sap-1a, Ets1, c-Myc, Tal usw. Eine der Ras-induzierten zellulären Reaktionen ist die transkriptionelle Aktivierung mehrerer Gene, wie das unmittelbare frühe Gen c-fos. Der ERK-Signalweg kann also mitogene G0 / G1-Signale mit der unmittelbaren frühen Reaktion verknüpfen.

Die klassische ERK-Familie (p42/44 MAPK) ist als intrazellulärer Checkpoint für die zelluläre Mitogenese bekannt. In kultivierten Zelllinien korrelierte die mitogene Stimulation durch Wachstumsfaktoren mit der Stimulation der p42 / 44 MAP-Kinase. In Lungenfibroblasten und Eierstockzellen des chinesischen Hamsters korrelierte eine zweiphasige Aktivierung von MAPK bei G1 mit der Fähigkeit, in die S-Phase einzutreten9. Die Interferenz mit Komponenten des ERK-Signalwegs mit dominanten negativen Mutanten oder Antisense-Konstrukten für raf-1 oder ERK1 zeigt eine signifikante Hemmung der Zellproliferation. Im Gegenteil, die Stimulierung der ERK1-Aktivität führt zu einer verstärkten Zellproliferation6, 10. Es wurde gezeigt, dass in PC-12-Zellen ein transientes Ras / Raf-Signal die Zellproliferation induziert, während eine anhaltende Aktivierung dazu führt, dass sich diese Zellen differenzieren und den Zellzyklus langsam beenden11. Diese Daten zeigten, dass die ERK-Kaskade eine zentrale Rolle bei der Kontrolle des Zellzyklusverlaufs spielt.

Eine Verbindung zwischen Zellzyklusprogression und Wachstumsfaktorsignalisierung stellt Cyclin D1 her, dessen Gen nach mitogener Stimulation als sekundäres Antwortgen induziert wird. Es wurde berichtet, dass dominant-negative Mutanten von MEK die Proliferation von NIH-3T3-Zellen hemmen, und es wurde gezeigt, dass eine konstitutiv aktive MEK zelluläre Transformation oder Proliferation induziert12. Es wurde gezeigt, dass aktivierte Ras- oder MEK-Proteine die Expression von Reportergenen induzieren, die vom cyclinD1-Promoter13 angetrieben werden. Terada et al zeigten, dass der cyclinD1-Promotor zwei potenzielle Stellen enthält, auf die die Aktivität der Ras / Raf-Funktion abzielt. Die Aktivität des cyclinD1-Promotors nahm signifikant zu, wenn eine konstitutiv aktivierte Form von MKK1 (S222E) exprimiert und durch den MKK1-Inhibitor PD9805914 inhibiert wurde. Das c-Jun-Antwortelement könnte für die Expression des CyclinD1-Proteins wichtig sein, und das Ets-Antwortelement könnte ein Mediator für die normale Wachstumsfaktorantwort sein15. Angesichts der Abhängigkeit der CyclinD1 / Cdk4-Funktion von Rb ist die Ras-Funktion in der Mitte bis Ende G1 Rb-abhängig16. Neben der Regulation der Expression von cyclinD1 kann die Raf-MEK-ERK-Kaskade auch die posttranslationale Regulation der Assemblierung von CyclinD-Cdk4/6-Komplexen regulieren. Die Komplexe phosphorylieren dann das Rb-Protein, was die Aktivierung von E2F-Transkriptionsfaktoren verursacht, die die Transkription von Genen regulieren, die für den G1 / S-Übergang erforderlich sind. Die Raf-MEK-ERK-Kaskade ist also für die Regulierung des G1 / S-Fortschritts verantwortlich.

Die Zellproliferation wird durch Cdk2 gesteuert, das in Verbindung mit Cyclin und CyclinA den G1 / S-Übergang und die S-Phasenprogression reguliert. Die Aktivierung von Cdk2 hängt von seiner Lokalisation im Zellkern ab. Blanchard et al berichteten, dass die nukleare Translokation von Cdk2 und die daraus resultierende G1 / S-Transtion der IL-2-abhängigen Kit 225-T-Zelle direkt mit der physikalischen Wechselwirkung von Cdk2 mit MAPK und abhängig von der MAPK-Aktivität17 verbunden ist.

In Säugetierzellen werden die Cdks dephosphoryliert und durch Cdc25-Phosphatasen aktiviert. Die Cdc25s spielen also eine entscheidende Rolle bei der Regulation des Zellzyklus. Alle drei Cdc25 (Cdc25A, B, C) Phosphatasen existieren in Komplexen zusammen mit der c-Raf-1 Kinase. Cdc25A wird direkt phosphoryliert und durch die c-Raf-1-Kinase aktiviert. die c-Raf-1-Kinase ist auch an der Regulation der cdc25A-Expression über die c-Myc-Induktion18 beteiligt. Die Ras / Raf-Signalisierung ist an der Induktion der c-myc-Expression beteiligt. Das c-Myc-Protein ist ein DNA-bindendes Protein, das an der transkriptionellen Kontrolle der Genexpression beteiligt ist und sich als essentiell für die Zellproliferation erwiesen hat. Die Koexpression von Ras mit Myc ermöglicht die Erzeugung einer Cyclin-E-abhängigen Kinaseaktivität und die Induktion der S-Phase19. Jüngste Daten zeigen, dass ein hoher Gehalt an c-Myc-Protein die Assoziation von p27kip1 mit Cyclin E / Cdk2-Komplexen verhindert. Das c-Myc-Protein treibt das p27kip1-Protein aus Cdk2 / Cyclin-Komplexen heraus, was dann die Phosphorylierung von p27 erleichtert und dadurch das Protein für Ubiquitinierung und Abbau markiert15. Das p27kip1-Protein wird durch Ras / Raf-Signalisierung unterdrückt. Das p27kip1 kann Cyclin-Cdk2 binden, um einen Komplex zu bilden und die Aktivität von Cyclin-Cdk2 zu hemmen, den G1 / S-Übergang zu blockieren. Der p27kip1-mRNA-Spiegel ändert sich nicht zwischen verhafteten und proliferierenden Zellen. Die Geschwindigkeit der Translation und des Abbaus durch den Ubiquitin-abhängigen Weg macht die Unterschiede im Proteinspiegel aus. Die ERKs können das p27kip1-Protein phosphorylieren, das ein Auslöser für den erzwungenen Abbau des p27kip1-Proteins durch den Ubiquitin-Proteasom-Weg sein könnte. Wir selbst fanden auch heraus, dass CKIP15INK4B den G1 / S-Übergang menschlicher Melanomzellen verzögern kann, indem es das Zellzyklusmotormolekül hemmt und die Expression von p27kip1 erhöht, was mit einer verringerten Aktivität von ERK1 und ERK2 korreliert. Die ERKs spielen eine zentrale Rolle bei der Kontrolle des Niveaus von p27kip1. ERK kann das Fortschreiten des Zellzyklus durch Phosphorylierung und Abbau des Proteins p27kip1 (in press) bewirken.

MAP-Kinase (MAPK) ist auch an der Reifung der Eizellen beteiligt. Eizellen werden aus ihrem Prophase-I-Arrest freigesetzt, normalerweise durch hormonelle Stimulation, um dann wieder in der Metaphase II anzuhalten, wo sie auf die Befruchtung warten. Mos-Protein, ein MAPKKK, ist ein Schlüsselregulator des Reifungsprozesses der Eizellen. Es kodierte Serin / Threonin-Proteinkinase, die MEK1 phosphorylieren und aktivieren kann. Mos spielt eine wichtige Zellzyklus-regulatorische Rolle während der Meiose. Das Mos-Protein wird für die Aktivierung und Stabilisierung des Mos-fördernden Faktors MPF, des Meisters des Zellzyklusschalters, über einen Weg benötigt, der die mitogenaktivierte Proteinkinase (MAPK) -Kaskade umfasst. Bei der Expression in somatischen Zellen verursacht Mos eine Störung des Zellzyklus, die zu Zytotoxizität und neoplastischer Transformation führt. Alle bekannten biologischen Aktivitäten von Mos werden durch Aktivierung des MAPK-Weges vermittelt20, 21.

JNK-Signalweg

Der JNK-Signaltransduktionsweg ist an mehreren physiologischen Prozessen beteiligt. Es gibt drei Gene, die JN (α, β und γ) mit 12 möglichen Isoformen kodieren, die von alternativen Spleißprodukten abgeleitet sind22. Es wurde berichtet, dass mehrere MAPKKKs den JNK-Signalweg aktivieren. Dazu gehören Mitglieder der MEKK-Gruppe, der Mixed Lineage Protein Kinase-Gruppe, der ASK-Gruppe, TAKI und Tpl223. JNK kann die NH2-Termianl-Aktivierungsdomäne von c-Jun binden und c-Jun auf Ser-63 und Ser-73 phosphorylieren. Die Transaktivierung von c-Jun führt zu einer erhöhten Expression von Genen mit AP-1-Stellen in ihren Promotoren, beispielsweise dem c-jun-Gen selbst. Es initiiert also eine positive Rückkopplungsschleife. Die Substrate, die für JNK identifiziert wurden, umfassen c-Jun, ATF-2 (aktivierender Transkriptionsfaktor 2), Elk-1, p53, DPC4, Sap-1a und NFAT41. Da diese Faktoren den c-fos-Promotor positiv regulieren können, führt ihre Aktivierung zu einer erhöhten Expression des c-Fos-Proteins, wodurch das AP-1-Niveau weiter erhöht wird. Interessanterweise phosphorytiert JNK auch JunB, JunD und den Ets-verwandten Transkriptionsfaktor PEA324, 25.Pedram et al berichteten, dass durch eine neuartige ERK-zu-JNK-Kreuzaktivierung und anschließende JNK-Aktion die wichtigen Ereignisse für die VEGF-induzierte G1 / S-Progression und Zellproliferation verstärkt werden26. ERKs können JNK-Kinasen aktivieren. VEGF-induzierte ERK war notwendig und ausreichend für eine schnelle JNK-Aktivierung und dass beide MAP-Kinasen die Zellproliferationseffekte von VEGF vermittelten. Sie fanden heraus, dass JNK der letzte Mediator für ERK ist, um die Zellproliferation zu stimulieren. Die Rolle von ERK besteht hauptsächlich darin, die Aktivierung von JNK zu induzieren, wenn es durch einen Endothelzellwachstumsfaktor (EC) wie VEGF aktiviert wird. Die identifizierte Rolle von JNK und die Bedeutung der ERK / JNK-Kreuzaktivierung wird speziell für die Stimulation wichtiger G1-Zellzyklusereignisse gesehen, die zur Progression in die S-Phase (DNA-Synthese) führen 26. Es ist wahrscheinlich, dass das Übersprechen zwischen Mitgliedern der MAP-Kinase-Familie zur Entscheidung einer Zelle beiträgt, sich zu teilen oder endständig zu differenzieren.

Die Aktivierung von JNKs ist mit der Transformation in vielen Onkogen- und Wachstumsfaktor-vermittelten Pfaden verbunden. Die Transaktivierung von C-Jun könnte dabei eine wichtige Rolle spielen. JNKs können Signale zur Differenzierung im hämatopoetischen System transduzieren und möglicherweise an der Embryonalentwicklung beteiligt sein. Der JNK-Signalweg wurde sowohl an der Apoptose- als auch an der Überlebenssignalisierung beteiligt. Es wurde berichtet, dass UV-induzierte Apoptose in Fibroblasten JNK für die Cytochrom-C-Freisetzung aus den Motochondrien erfordert27. Aber der Mechanismus ist unklar.

p38-Signalweg

Die Säugetier-p38-MAPK-Familien werden durch zellulären Stress aktiviert, einschließlich UV-Bestrahlung, Hitzeschock, hohem osmotischem Stress, Lipopolysaccharid, Proteinsynthesehemmern, proinflammatorischen Zytokinen (wie IL-1 und TNF-α) und bestimmten Mitogenen. Es wurden mindestens vier Isoformen von p38 identifiziert, die als p38 α, p38 β, p38 γ und p38 δ bekannt sind28, die alle durch die MAPK-Kinase MKK6 (SKK3) phosphoryliert werden können. Andere MAKKs können einige p38-Isoformen phosphorylieren. MKK3 kann p38 α, p38 γ und p38 δ aktivieren und MKK4 kann p38 α aktivieren.

Es wurde gezeigt, dass p38 eine notwendige Komponente für die IFN-Signalisierung ist, wo es die Phosphorylierung und Aktivierung der cytosolischen Phospholipase A2 steuert. IFN α oder yactivation von p38 MAPK führt auch zur Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors Stat1 auf Ser72729. p38 kann den Transkriptionsfaktor ATF-2, Sap-1a und GADD153 (growth arrest and DNA damage transcription factor 153)phosphorylieren 30. p38 kann die NF- κ B-abhängige Transkription nach seiner Translokation in den Zellkern regulieren. Bestimmte p38-Isoformen aktivieren auch Nicht-Transkriptionsfaktor-Targets wie die mitogenaktivierte Proteinkinase-aktivierte Proteinkinase (MAPKAPKs, -2, -3 und -5) und das verwandte Protein MNK1.p38 MAPK scheint eine wichtige Rolle bei Apoptose, Differenzierung, Überleben, Proliferation, Entwicklung, Entzündung und anderen Stressreaktionen zu spielen. p38-Aktivität ist bei Cdc42-induziertem Zellzyklusstillstand bei G1 / S erforderlich. Diese hemmende Rolle kann durch die Hemmung der cyclinD1-Expression vermittelt werden. Aktiviertes p38 kann einen mitotischen Stillstand in somatischen Zellzyklen am Kontrollpunkt der Spindelbaugruppe31, 32 verursachen. Kürzlich wurde berichtet, dass p38 an verschiedenen Differenzierungsprozessen von Wirbeltierzellen wie Adipozyten, Kardiomyozyten, Chondroblasten, Erythroblasten, Myoblasten und Neuronen beteiligt ist33.

Die TGF- β-aktivierende Kinase (TAK)-1 ist ein neuartiges MAPKKK. Es wird berichtet, dass es an der Signaltransduktion von TGF-β und der Phosphorylierung des p38-Kinase- und / oder JNK-Signalwegs beteiligt ist. Die Transfektion von p38-Kinase und p38-Kinase-Kinase, MKK3 / 6, verursachte eine Hemmung der Mitogen-induzierten cyclinD1-Expression. Somit kann der TAK1-MKK6-p38-Kinaseweg die cyclinD1-Expression und den Zellzyklusverlauf negativ regulieren. Auf der anderen Seite kann der MKK1-p44 / p42-Weg die cyclinD1-Promotoraktivität hochregulieren 14. Das Konturgleichgewicht von p42 / 44 MAPK und p38 kann eine entscheidende Rolle bei der Regulation des Zellzyklus spielen.

Neben den oben genannten MAPK-Pfaden wurden weitere MAPK-Familien identifiziert. Eine davon ist BMK1 (Big mitogen-activated protein kinase, auch bekannt als ERK5), ein kürzlich identifiziertes Mitglied der Säugetier-MAPK-Familie. Es wird berichtet, dass BMK1 durch Wachstumsfaktoren, oxidativen Stress und hyperosmolare Bedingungen aktiviert werden kann. MEK5, das durch MEKK 3 aktiviert wird, ist eine spezifische Upstream-Kinase von BMK1. Die Expression einer dominanten Negativform von BMK1 blockiert die EGF-induzierte Zellproliferation und verhindert den Eintritt von Zellen in die S-Phase34.

Die MAPK-Signalwege in den Signalnetzwerken bei der Regulation der Zellproliferation

Das Signalnetzwerk wird für unser Verständnis der Zellproliferation immer wichtiger. Übersprechen kann auf vielen Ebenen von der Membran bis zum Kern stattfinden. Es handelt sich um Komponenten, die sich auf gemeinsamen Wegen befinden, sowie um positive und negative Rückkopplungssignale. Die MAPK-Signalwege sind eng reguliert und kommunizieren mit anderen Signalwegen (Abb. 2).

Einer der am besten charakterisierten Signalwege, der die Aktivierung von MAPKs reguliert, ist cAMP. cAMP spielen bei der Regulation von MAPKs je nach Zell- und Rezeptor-Typ eine entgegengesetzte Rolle. Die kleinen G-Proteine wie Rap1, Rac und Cdc42 spielen bei dieser Entscheidung eine Schlüsselrolle. cAMP hemmt das Wachstum von Fibroblastenzellen, glatten Muskelzellen und Adipozyten zumindest teilweise, indem es die Bindung von Raf-1 an Ras blockiert und so den MAPK-Weg blockiert35. Im Gegenteil, in PC12-Zellen induziert cAMP die Aktivierung von MAPK durch PKA-induzierte Aktivierung Rap1. Das aktivierte Rap1 ist sowohl ein selektiver Aktivator von B-Raf als auch ein Inhibitor von Raf-1. In den meisten Zellen, in denen Raf-1 die vorherrschende Raf-Isoform ist, hemmt cAMP den MAPK-weg36.PKC-Isoformen können die Raf-1-Aktivität direkt regulieren. Phorbolester und das makrozyklische Lacton Bryostatin1 können PKC aktivieren und es wurde gezeigt, dass es Raf-1 und MAP-Kinase in vielen Zelltypen aktiviert. Die Exposition einer Vielzahl von leukämischen Zelllinien gegenüber Phorbolestern führt zu einer PKC / MAP-Kinase-abhängigen Differenzierungsreaktion, die aus einer erhöhten p21cip-Expression und einem Zellzyklusstillstand besteht. Schonwasser et al. zeigten, dass die Behandlung von Phorbolestern mit ruhenden 3T3-Zellen ERK über MEK aktiviert und die DNA-Synthese stimuliert. Unter Verwendung der transienten Transfektion von sechs PKC-Isotypen (α, β1, δ, ɛ, η und ζ) Mutanten in Cos-7-Zellen zeigten sie weiter, dass PKC die MAPK-Aktivierung kontrollieren kann und dass der Aktivierungsmechanismus eine gewisse Isotypenspezifität aufweist. cPKC-α und nPKC-η sind potente Aktivatoren von c-Raf-137. Es wurde gezeigt, dass die PKC-Aktivierung die Dephosphorylierung der Stelle im C-Terminal von c-Jun induzierte und die AP-1-Bindungsaktivität durch verstärkte Phosphatase oder inhibierte c-Jun-Proteinkinase erhöhte. Darüber hinaus wird c-Jun durch Phosphorylierung seiner N-terminalen Aktivierungsdomäne durch MAPK positiv reguliert, was zu einer schnellen und signifikanten Erhöhung der Aktivität von AP-138 führt. Wir selbst fanden auch heraus, dass der TPA (PKC-Aktivator) die G1 / S-Progression der HeLa-Zellen förderte und die MAPK-Aktivität zunahm. Im Gegenteil, die G1 / S-Progression von HeLa-Zellen wurde durch die Behandlung mit GF-109203X (PKC-Inhibitor) gehemmt. Die PKC-Hemmung korrelierte mit einer verminderten Aktivität von MAPK in HeLa-Zellen39. Darüber hinaus beobachteten wir, dass die Expression von Antisense-PKCz zu einer Abnahme der Wachstumsrate und einer Hemmung des Übergangs von der G1- zur S-Phase in humanen Keratinozyten-Colo16-Zellen führt. Das Niveau und die Aktivität von ERK1 in Colo16-Zellen, die Antisense-PKCz exprimieren, waren im Vergleich zu Elternzellen und Kontrollzellen verringert.Diese Ergebnisse zeigten, dass diese beiden Signalwege zusammenarbeiteten, um das Fortschreiten von der G1- zur S-Phase zu regulieren.

Es ist bekannt, dass der TGF-β-Signalweg eine wachstumshemmende Wirkung auf die Zellen ausübt. Dies beinhaltet ein Übersprechen zwischen Signalwegen. Das TGF-β-Signal aktiviert zwei unabhängige Signalwege, den TAK1 (TGF-β-aktivierte Kinase 1) -vermittelten und den Smad-vermittelten Signalweg. Im TAK1-Weg aktiviert TGF-β die TAK1-MKK6-p38-Kinase-Kaskade, die zur Phosphorylierung von ATF-2 führt, und ATF-2 assoziiert sich mit Smad4 als Reaktion auf TGF-β. Daher können Smad-Komplexe und phosphoryliertes ATF-2 in einem Nukleoproteinkomplex interagieren, der mit DNA assoziiert ist und die Transkription von TGF-β-responsiven Genen aktiviert40. Es ist möglich, dass andere MAP-Kinase-verwandte Wege wie JNK / SAPK und klassische MAP-Kinase-Wege an der transkriptionellen Aktivierung durch Phosphorylierung von ATF-2 und ATF-2-verwandten Transkriptionsfaktoren beteiligt sind. Die Daten von Shaochun Yan et al zeigten, dass in Maus-C3H10T1 / 2-Zellen TGF-β1 zuerst abnimmt und später die Spiegel von EGF-aktiviertem MEK1 / MAPK und PKB potenziert. Sie zeigten, dass der MAPK-Signalweg eine wichtige Rolle bei der EGF-induzierten DNA-Synthese spielt, die Aktivierung des PI3K-PKB-Signalwegs eine untergeordnete Rolle41. Darüber hinaus kann TGF-b1 aktives PKA sein, um den EGF-aktivierten MEK1-MAPK-Weg zu hemmen42.Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass zwischen den PI3K- und MAPK-Signalwegen ein erhebliches Maß an Übersprechen auftritt. PI3K kann GTP-abhängig mit dem Ras-GDP/GTP-Austauschprotein interagieren. Es wurde gezeigt, dass Ras entweder stromaufwärts oder stromabwärts von PI3K funktioniert, abhängig vom jeweiligen Stimulus. Aktivierte P13Ks können die Downstream-Ziele p70ribosomale S6-Kinase, PKB / Akt und NF-κ B phosphorylieren und aktivieren. In diesem Papier wird behauptet, dass PI3K sowohl an der MEKK1-Aktivierung als auch an der MEK1 / ERK-Aktivierung43 beteiligt war. Logan et al zeigten, dass eine dominante negative Form der PI 3-Kinase sowie der Inhibitor wortmannin bloks EGF-induzierte JNK-Aktivierung dramatisch. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass eine membrangerichtete, konstitutiv aktive PI 3-Kinase in vivo Produkte produziert und JNK aktiviert, während eine Kinase-mutierte Form dieses Proteins keine Aktivierung zeigte. Auf der Grundlage dieser Experimente schlagen sie vor, dass die PI 3-Kinase-Aktivität eine Rolle bei der EGF-induzierten JNK-Aktivierung spielt44. Es wurde demonstriert, dass Rac durch eine Region von Sos in einer Ras- und PI3K-abhängigen Weise aktiviert werden kann45. Rac1 und Cdc42 wurden mit der Aktivierung der CyclinD1-Promotoraktivität, JNK und p70S6K46, 47, 48 in Verbindung gebracht. Es wurde vorgeschlagen, dass die Raf / MEK / MAPK-Signalwege mit PI3K- und Rac1-Signalereignissen kooperieren, um die DNA-Synthese zu induzieren49, 50. Einige Daten zeigten jedoch, dass in C2C12-Zellen die Aktivierung des PI3K-PKB / Akt-Signalwegs die Aktivierung von ERK hemmte. Akt interagierte mit Raf und phosphorylierte dieses Protein in seiner regulatorischen Domäne in vivo. Die Phosphorylierung von Raf durch Akt hemmte die Aktivierung des Raf-MEK-ERK-Signalwegs und verlagerte die zelluläre Reaktion von Zellzyklusstillstand auf Proliferation in MCF-7-Zellen51.

Zytokinrezeptoren ohne intrinsische Kinaseaktivität können ihre regulatorischen Signale hauptsächlich durch die JAK-Kinase-Familie übertragen. JAK-Kinase kann STAT-Moleküle an ihren Tyrosinresten phosphorylieren. Die aktivierten und dimerisierten STAT translozieren zu Kern und binden schließlich DNA und regulieren die Genexpression 52. Es wurde gezeigt, dass mehrere STATs wie STAT1a, STAT3 und STAT4 an einem konservierten Serinrest phosphoryliert sind. Dieser Serinrest ist ein Target der Serin/Threonin-Kinase ERK. Die Phosphorylierung am Serinrest ist erforderlich, damit diese Gene die Genexpression maximal transaktivieren können. Es wurde berichtet, dass die Behandlung von menschlichen Aortenendothelzellen mit rekombinantem Hepatozyten-Wachstumsfaktor (rHGF) zu einem signifikanten Anstieg der DNA-Synthese und Phosphorylierung von ERK durch rHGF führte. Interessanterweise erhöhte die Behandlung mit rHGF signifikant die Phosphorylierung von STAT3 und signifikant die Promotoraktivität von c-fos. Während PD98059 (MAPKK-Inhibitor) die Phosphorylierung von STAT3 und die durch rHGF induzierte Aktivierung des c-fos-Promotors vollständig abschwächte. Die durch rHGF induzierte Zellproliferation war signifikant vermindert. Diese Daten zeigten, dass HGF die Zellproliferation über den ERK-STAT3-Signalweg in humanen Aortenendothelzellen53 stimulierte.

Fazit

Zusammenfassend spielen die MAP-Kinase-Signaltransduktionswege eine wichtige Rolle bei der Regulation der Proliferation in Säugetierzellen in einer Weise, die von anderen Signaltransduktionssystemen durch gemeinsame Substratnutzung und kaskadenübergreifende Interaktion nicht zu trennen ist. Darüber hinaus ist es wichtig, den komplexen Überlappungsmechanismus zu untersuchen. Es ist bekannt, dass die Regulation des Zellzyklus für die normale Proliferation und Entwicklung mehrzelliger Organismen entscheidend ist. Kontrollverlust führt letztendlich zu Krebs. Daher ist es sehr wichtig, den Mechanismus des Zellzyklus zu untersuchen. Leland Hartwell, Paul Nurse und Tim Hunt wurden 2001 mit dem Nobelpreis für ihre Beiträge zur Aufdeckung der Geheimnisse des Zellzyklus ausgezeichnet54. In jüngster Zeit zeigten die zahlreichen Berichte, dass die MAP-Kinase-Signalwege an vielen pathologischen Zuständen beteiligt waren, einschließlich Krebs und anderen Krankheiten. Es scheint, dass MAP-Kinase-Signalwege ein potenzielles Ziel für therapeutische Interventionen darstellen. Daher ist ein besseres Verständnis der Beziehung zwischen dem MAP-Kinase-Signaltransduktionssystem und der Regulation der Zellproliferation wesentlich für das rationale Design neuartiger pharmakotherapeutischer Ansätze.