Протеасомы в регуляции белкового гомеостаза плюрипотентных стволовых клеток
- Авторы: Селенина А.В.1,2, Цимоха А.С.1, Томилин А.Н.1,2
-
Учреждения:
- Институт цитологии РАН
- Санкт-Петербургский государственный университет
- Выпуск: Том 9, № 3 (2017)
- Страницы: 39-47
- Раздел: Обзоры
- Дата подачи: 17.01.2020
- Дата публикации: 15.09.2017
- URL: https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10371
- DOI: https://doi.org/10.32607/20758251-2017-9-3-39-47
- ID: 10371
Цитировать
Аннотация
Эмбриональные стволовые клетки и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки представляют интерес не только для фундаментальных исследований, но и для медицины, в первую очередь, регенеративной медицины. Несмотря на большой интерес к плюрипотентным клеткам, механизмы поддержания в них белкового гомеостаза с помощью убиквитин-протеасомной системы изучены крайне слабо. Считается, что посредством посттрансляционных модификаций белков и их деградации в протеасомах убиквитин-протеасомная система контролирует практически все основные клеточные процессы: клеточный цикл, самообновление, передачу сигнала, транскрипцию, трансляцию, окислительный стресс, иммунный ответ, апоптоз и др. Поэтому изучение роли убиквитин-протеасомной системы и механизмов ее работы в плюрипотентных клетках позволит не только лучше понять их биологию, но также ляжет в основу новых подходов в регенеративной медицине.
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) - это куль- тивируемые клетки, получаемые из клеток раннего эпибласта (первичной эктодермы) преимплантацион- ных эмбрионов млекопитающих. ЭСК могут делиться в культуре бесконечно долго, не подвергаясь процес- сам старения и сохраняя свое недифференцирован- ное состояние и способность дифференцироваться во все клеточные типы, за исключением двух вне- зародышевых (трофобласта и первичной эндодер- мы) [1, 2]. Исследование молекулярных механизмов контроля плюрипотентности в настоящий момент яв- ляется одной из наиболее актуальных тем биологии. Изучение генно-регуляторных (транскрипционных) сетей занимает важное место в изучении плюрипо- тентности и выхода из этого клеточного состояния посредством дифференцировки. Уровень экспрессии транскрипционных факторов, таких, как Oct4, c-Myc, Nanog, Klf4 и Sox2, - важное регулирующее событие в судьбе плюрипотентных стволовых клеток [3-6]. Даже самые небольшие изменения в уровне экспрес- сии этих транскрипционных факторов посредством взаимодействия с другими регуляторными белками могут приводить к дифференцировке или онкоге- незу [4, 7-13]. Модификаторы хроматина и систе- мы, обеспечивающие стабильность генома, также играют ключевую роль в функционировании ЭСК [14, 15]. Способность ЭСК избегать репликативного старения и в то же время поддерживать плюрипо- тентное состояние обеспечивается определенными клеточными системами контроля, которые работа- ют в высокоинтенсивном режиме в данных клетках [3]. Так как именно плюрипотентные клетки ранне- го эпибласта (природные аналоги ЭСК) дают начало всему организму, включая зародышевую линию, они должны иметь жестко отлаженные процессы защиты генома от мутаций. Согласно некоторым исследова- ниям, ЭСК показывают повышенную устойчивость к повреждениям ДНК и низкую частоту геномных мутаций по сравнению с дифференцированными клетками [16-18]. Кроме того, ЭСК не только про- изводят меньше активных форм кислорода [14, 19], но также имеют механизмы, позволяющие избав- ляться от накопления гено- и протеотоксичных фак- торов [20]. Несмотря на большой интерес к иссле- дованиям в области регуляции повреждений ДНК и ответа на окислительный стресс, новые данные показывают, что поддержание белкового гомеостаза играет одну из центральных ролей в функциониро- вании ЭСК [21, 22]. Белковый гомеостаз представляет собой сложную сеть интегрированных и конкуриру- ющих путей, которые поддерживают стабильность протеома клетки [23]. Данная сеть регулирует все клеточные процессы, вовлеченные в жизненный цикл белков, включая их синтез, фолдинг, переме- щение, взаимодействие и деградацию. Нарушения в белковом гомеостазе приводят к накоплению по- врежденных белков, которые, в свою очередь, нега- тивно влияют на бессмертие и самообновление ЭСК [20]. Поэтому очевидно, что ЭСК должны иметь точно отрегулированный механизм поддержания белково- го гомеостаза. Известно, например, что ЭСК чрезвы- чайно чувствительны к изменениям в транскрипции и деградации/фолдингу белков [24, 25]. Некоторые исследователи утверждают, что утрата регуляции белкового гомеостаза - отличительная черта старе- ния, поэтому изучение ЭСК способствует пониманию такого явления, как возрастное понижение целост- ности протеома [26, 27]. Из-за некоторого сходства ЭСК и трансформированных клеток четкое понима- ние белкового гомеостаза ЭСК также может внести вклад в изучение онкологических заболеваний [27]. Одним из важных и открытых вопросов являет- ся получение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК) в процессе соматического репрограммирования [28, 29]. Обнаружение возмож- ности получения иПСК из мышиных фибробластов с помощью форсированной экспрессии ключевых транскрипционных факторов - Oct4, Sox2, Klf4 и c- Myc - внесло неоценимый вклад в понимание моле- кулярных механизмов клеточного репрограммиро- вания и открыло новые подходы к альтернативным исследованиям, неосуществимым по ряду причин на модельных животных [28, 29]. иПСК обладают сходной с ЭСК морфологией, пролиферативной спо- собностью, набором эндогенных маркеров плюрипо- тентности и способны дифференцироваться in vivo и in vitro [30-32]. В настоящее время наибольшей эф- фективности репрограммирования достигают с помо- щью вирусной доставки факторов репрограммирова- ния [28, 33-37]. Дальнейший прогресс в применении данной технологии в научных исследованиях и/или в медицине будет зависеть от возможности полу- чать иПСК в отсутствие геномных модификаций. Некоторые исследования уже достигли определен- ных успехов в решении этой проблемы, например, показана возможность репрограммирования с помо- щью эписомных векторов, таких, как аденовирусы, транспозоны, очищенные белки, модифицированные РНК, микроРНК и т.д. [34]. Несмотря на несомнен- ный прогресс в получении иПСК, все еще необходи- мы знания и технологии, которые могли бы повысить эту эффективность и сделать процесс репрограмми- рования более безопасным и предсказуемым. УБИКВИТИН-ПРОТЕАСОМНАЯ СИСТЕМА Убиквитин-протеасомная система (УПС) - ключе- вой участник поддержания белкового гомеостаза. УПС представляет собой протеолитический аппа- рат эукариотической клетки, регулирующий ос- новные клеточные процессы, такие, как клеточный цикл, передача сигнала, транскрипция, трансляция, окислительный стресс, иммунный ответ и апоптоз [38, 39]. Функционирование УПС осуществляется через посттрансляционные модификации, которые образуются путем ковалентного присоединения убиквитина, организованного АТР-зависимым ка- скадом убиквитин-активирующих ферментов (Е1), убиквитин-конъюгирующих ферментов (Е2) и убик- витин-лигаз (Е3) (рис. 1А) [40, 41]. Одиночный Е1- фермент может взаимодействовать со всем много- образием Е2-ферментов, а дальнейшие комбинации между Е2 и Е3 обеспечивают субстратную специфичность и регуляцию нижестоящих процессов. Моноубиквитинирование представляет собой мет- ку для передачи сигнала и эндоцитоза, в то вре- мя как полиубиквитинирование приводит к АТР- зависимой деградации белка в протеасоме [42, 43]. УПС участвует в поддержании белкового гомеостаза как в течение жизни клетки, так и во время ее смер- ти; играет важную роль и в здоровых, и в больных клетках, например, при нейродегенеративных за- болеваниях (болезнь Альцгеймера), при сердечных дисфункциях (транзиторная ишемическая ата- ка) или при аутоиммунных заболеваниях (синдром Шегрена) [44]. Важным компонентом УПС являет- ся мультисубъединичный протеолитический ком- плекс - протеасома (рис. 1Б). Центральная коровая часть протеасомы - 20S частица - представляет собой полый бочонок, состоящий из четырех колец, каждое из которых включает семь субъединиц (СЕ) α- или β-типов (7α,7β,7β,7α). В клетках эукариот только три СЕ β-типа несут активный треониновый сайт (Thr1) на N-конце [45]: СЕ β1/PSMB6 обладает активностью по типу каспазы, β2/PSMB7 - трипсина и β5/PSMB5 - химотрипсина [39, 41, 46]. Коровая 20S частица может взаимодействовать с одной или дву- мя регуляторными 19S частицами, таким образом формируется 26S или 30S протеасома (рис. 2) [39]. Регуляторный комплекс 19S сформирован из «основания» и «крышки», содержащих 18 СЕ, 13 из ко- торых АТР-независимые (Rpn), а остальные шесть представляют собой ААА-АТР-азные (Rpt) [47]. Функции «крышки» регуляторной частицы 19S за- ключаются в захвате полиубиквитинированных бел- ков с помощью СЕ Rpn10/PSMD4 и Rpn13/ADRM1 и последующем деубиквитинировании захваченного белка. «Основание» обеспечивает разворачивание белка, открытие ворот, сформированных α-кольцом, и пропускание белка в каталитическую полость 20S протеасомы [39, 47, 48]. 20S протеасома функциони- рует независимо от АТР, однако, она может взаимо- действовать с полиубиквитинированными белками, как и 26S протеасома, но механизмы этого процесса еще не изучены [49]. 20S частица может активиро- ваться не только за счет 19S частиц, но и с помощью другого регулятора - PA200 (рис. 2) [50]. Этот белок также связывается с 20S протеасомой, однако функ- ции PA200 и механизмы регуляции мало изучены. Известно, что этот белок преимущественно находит- ся в ядре, способен увеличивать продукцию более ко- ротких пептидов протеасомой, обеспечивать деграда- цию окисленных белков в процессе адаптации клетки к окислительному стрессу. Кроме того, экспрессия PA200 увеличивается в ответ на ионизирующее из- лучение [50]. Существует еще один регулятор актив- ности протеасомы - PA28 (рис. 2), представляющей собой гетерогексамерный или гетерогептамерный комплекс, состоящий из трех СЕ PA28α и трех СЕ PA28β - PA28α3β3, или PA28α3β4, или PA28α4β3 [51]. С-Концы СЕ PA28 могут встраиваться в меж- субъединичный карман между α-СЕ и таким образом контролировать и стабилизировать открытие ворот α-кольца, особенно во время иммунного ответа [39, 52]. Взаимодействие клеток с медиаторами воспа- ления провоцирует замену конститутивных СЕ β1/ PSMB6, β2/PSMB7 и β5/PSMB5 индуцибельными каталитическими СЕ β1i/PSMB9, β2i/PSMB10 и β5i/ PSMB8. В таком случае протеасому называют имму- нопротеасомой (ИП) (рис. 2). Замена каталитически активных СЕ меняет пептидазные активности про- теасомы, увеличивая эффективность формирования эпитопов для главного комплекса гистосовместимо- сти I (MHC I) [53-56]. Вариации эпитопов, произво- димых ИП, обусловлены расщеплением белков после основных и гидрофобных аминокислотных остатков (трипсин- и химотрипсин-подобные активности), тог- да как расщепление после кислых аминокислотных остатков (каспаза-подобная активность), согласно некоторым источникам, отсутствует [49]. Первый скрининг транскрипционно-активных генов в ЭСК человека (чЭСК) выявил около 900 наиболее актив- ных генов, в том числе ген индуцибельной протеа- сомной СЕ β5i/PSMB8 [57]. В дальнейшем в транс- криптомном профиле чЭСК обнаружили и другие гены УПС, что подтверждает гипотезу о роли этой системы и белкового гомеостаза в поддержании плю- рипотентности ЭСК [58, 59]. ПРОТЕАСОМЫ В ЭМБРИОНАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТКАХ МЫШИ Плюрипотентные клетки, как уже упоминалось, способны давать начало клеткам всех типов, при- сутствующих в организме, и это предполагает су- ществование жесткого контроля над самообновлени- ем и плюрипотентностью. Эта программа включает транскрипционные факторы, сигнальные пути и ми- кроРНК, тесно взаимодействующие с системой регуляторных белков и других специфических белков, участвующих в формировании структуры хромати- на. Такое взаимодействие формирует уникальное со- стояние хроматина в плюрипотентных клетках [60]. Примечательно, что ингибирование протеолитиче- ской активности протеасом или нокдаун отдельных СЕ протеасом в ЭСК мыши (мЭСК) приводит к акти- вации обычно неактивных криптических («скрытых») промоторов [61]. Показано также, что 19S комплекс регулирует экспрессию генов независимо от проте- олитической активности протеасомы. Так, в мЭСК СЕ «крышки» Rpn12/PSMD8 контролирует сборку преинициаторного комплекса транскрипции, но толь- ко в присутствии СЕ «основания» Rpt3/PSMC4 [61]. Таким образом, протеасома действует в мЭСК как транскрипционный репрессор, предотвращая аберрантную инициацию транскрипции, которая, в свою очередь, могла бы привести к несанкциони- рованному выходу из состояния плюрипотентности. УПС активно участвует в регуляции уровня и (или) функционирования различных регуляторных белков в стволовых и половых клетках млекопитающих, осо- бенно тех белков, которые участвуют не только в ре- гуляции транскрипции, но и в работе сигнальных ка- скадов [22]. Быстрая модуляция времени жизни этих факторов позволяет стволовым клеткам реагировать на поступающие из окружающей среды сигналы, в ответ на которые они или сохраняют свойства плю- рипотентности, или приступают к реализации про- граммы дифференцировки. При участии УПС функ- ционируют различные сигнальные пути: LIF/JAK/ STAT3, Nodal/TGFβ/активин, Wnt/β-катенин, Notch и BMP. УПС вовлечена также в регуляцию активности транскрипционных факторов, таких, как Rel, и белков семейства GATA в различных стволовых и прогени- торных клетках [62-66]. Примечательно, что все эти сигнальные каскады участвуют в регуляции клеточ- ной плюрипотентности. Замечено, что накапливающиеся в мЭСК бел- ки, поврежденные активными формами кислорода, убиквитинированы, а значит, в дальнейшем должны подвергаться протеасомной деградации [67, 68]. Тем не менее, оказалось, что 20S протеасома уменьшает количество окисленных белков по АТР- и убиквитин- независимому пути [67]. Обнаружено также, что в де- градации окисленных белков участвуют не только 20S протеасомы, но и ИП [69], что предполагает по- вышенную экспрессию индуцибельных СЕ и белков комплекса PA28 в мЭСК. Однако повышение уровней белков β5i/PSMB8 и PA28α/β было замечено лишь в процессе дифференцировки мЭСК [52]. Интересно, что в соматических клетках мыши, таких, как фибро- бласты кожи, эмбриональные фибробласты (МЭФ), клетки печени и мозговой ткани, уровень окислен- ных белков зависит от активности ИП и гибридных PA28 протеасом [69-71]. Все это доказывает, что ИП и регулятор PA28 играют важную роль в деградации окисленных белков в соматических клетках и в про- цессе дифференцировки мЭСК, но не в самих плюри- потентных клетках. Возможность получения иПСК поставила еще один важный вопрос о роли УПС в процессе репро- граммирования и в индукции плюрипотентности. Показано, что факторы плюрипотентности Oct4, Sox2, Nanog и с-Myc, а также Dax1, Rex1, Dnmt3l и Msh6 убиквитинируются [21, 72]. Более того, ин- гибирование протеасомной активности с помощью обратимого ингибитора MG132 вызывает силь- ное снижение эффективности репрограммирова- ния МЭФ (наши неопубликованные данные) вплоть до полного ингибирования [21]. Важно иметь в виду, что не только убиквитинирование, но и фосфорили- рование играет важную роль в поддержании само- обновления и плюрипотентности мЭСК. Так, в числе идентифицированных фосфорилированных и убик- витинированных белков (всего более 280), немало так или иначе связанных с плюрипотентностью [21]. Известно, что УПС вовлечена в регуляцию клеточ- ного цикла [73]. Убиквитин-лигаза Fbw7/Fbxw7, на- пример, может направлять на деградацию важные регуляторы жизненного цикла клетки, такие, как c- Myc, с-Jun, циклин-E и Notch [74]. Интересно, что, несмотря на одинаковый уровень этого белка в мЭСК и фибробластах, экспрессия Fbw7 увеличивается, а c-Myc снижается в процессе дифференцировки мЭСК. Кроме того, нокдаун Fbw7 в мЭСК вызыва- ет повышение экспрессии с-Myc, Oct4, Nanog и Sox2 на ранних стадиях дифференцировки, а подавление экспрессии Fbxw7 в процессе репрограммирования приводит к повышению эффективности получе- ния иПСК [21]. В регуляцию плюрипотентности во- влечены не только убиквитин-лигазы Е3, но также и СЕ регулятора 19S. Деубиквитинирующий белок Rpn11/PSMD14 этого регулятора является решаю- щим фактором в поддержании плюрипотентности. Так, экспрессия Rpn11/PSMD14 падает при диффе- ренцировке мЭСК, а нокдаун этой СЕ в МЭФ ингиби- рует их репрограммирование в иПСК [21]. Интересно, что сверхэкспрессия Rpn11/PSMD14 в мЭСК пре- дотвращала дифференцировку, удерживая клетки в состоянии плюрипотентности. Согласно нашим дан- ным, в процессе репрограммирования наблюдается усиление экспрессии индуцибельных СЕ протеасом β5i/PSMB8 и β1i/PSMB9, причем ингибирование активности СЕ β5i/PSMB8 снижало эффективность получения иПСК (наши неопубликованные данные), что свидетельствует об участии ИП в репрограмми- ровании. ПРОТЕАСОМЫ В ЭМБРИОНАЛЬНЫХ КЛЕТКАХ ЧЕЛОВЕКА Анализ транскриптома с использованием микрочи- пов при нокдауне Oct4 в чЭСК линии H1 выявил до- стоверное изменение уровней экспрессии 18 генов, связанных с УПС [75]. Причем известно, что инги- бирование активности протеасом в чЭСК приводит к различным последствиям. Так, например, обра- тимый ингибитор протеасом MG132 влияет только на плюрипотентные стволовые, но не соматические клетки [24, 58, 76]. Различные временные интервалы воздействия (от 20 мин до 10 ч) даже высоких концен- траций протеасомных ингибиторов (20 мкM MG132 и 10 мкM лактацитина) не изменяли ни жизнеспособ- ность клеток, ни их морфологию [24, 61]. Интересно, что присутствие ингибитора протеасом MG132 даже в низких дозах полностью ингибировало репрограм- мирование МЭФ в иПСК [21] и снижало клонообразо- вание в процессе репрограммирования фибробластов человека на фоне повышения экспрессии генов Oct4 и Nanog [77]. Ингибирование активности протеасом в плюрипотентных клетках приводило к подавлению экспрессии генов плюрипотентности, таких, как Oct4, Nanog, с-Myc, Sox2, SSEA-3, Тrа-1-81 и Tra-1-60, в результате чего происходила потеря возможности самообновления при одновременной активации экс- прессии генов дифференцировки, таких, как FGF5 и GATA4 [24, 58, 76]. Подобно СЕ «крышки» Rpn11/PSMD14 мыши, в чЭСК играет важную роль другая СЕ «крышки» - Rpn6/PSMD11. Данная СЕ стабилизирует весь 26S протеасомный комплекс, повышая сродство регу- лятора 19S к 20S частице через взаимодействие с СЕ α2/PSMA2 [24]. Уровень экспрессии белка Rpn6/PSMD11 находится на высоком уровне в чЭСК и иПСК, однако, понижается при дифференцировке чЭСК в предшественники нервных клеток и в зрелые нейроны [24]. Наблюдаемое снижение экспрессии Rpn6/PSMD11 сопровождается спадом активности всей протеасомы, приводит к уменьшению числа со- бранных протеасомных комплексов и, следовательно, к накоплению убиквитинированных белков в клетке. Это наблюдение опять же доказывает роль протеасо- мы в поддержании белкового гомеостаза в плюрипо- тентных клетках. Анализ синтезируемых и функци- онально активных протеасом в чЭСК и в сравнении с предшественниками нейронов, зрелыми нейронами, фибробластами и астроцитами гиппокампа показал присутствие большего количества 26S протеасом с двумя 19S частицами (30S протеасом), в то время как свободных 20S частиц наблюдалось меньше [24]. Такие структурные перестройки протеасом вызыва- ют понижение протеасомной активности как в полу- ченных из чЭСК клетках (например, трофобластах), так и в соматических клетках (например, фибробла- стах и клетках линии HEK293T). Известно, однако, что УПС играет важную роль в нейронах, особенно в передаче нервного импульса [78], поэтому до сих пор нет правдоподобного объяснения, почему в нейронах активность протеасом значительно ниже, чем в чЭСК. В отличие от мЭСК [52, 67], плюрипотентные ство- ловые клетки человека содержат меньше оксида- тивно-модифицированных белков, что выявляется при сравнении с неонатальными фибробластами че- ловека, а также производными чЭСК и иПСК [79]. Увеличение числа свободных 20S частиц во время нейрональной дифференцировки чЭСК поднимает вопрос о том, может ли регуляторная частица PA28 принимать участие в этом процессе, как это проис- ходит у мыши [52]. Вероятно, PA28 может взаимо- действовать с 20S протеасомой, тем самым регулируя его протеолитическую активность. Однако появление комплекса PA28 должно сопровождаться и появле- нием индуцибельных СЕ, а следовательно, форми- рованием ИП [69, 70]. Первоначально функциони- рование ИП связывают с процессингом антигенов, белковым гомеостазом и ответом на окислительный стресс [49, 70, 71]. Исследование роли ИП в поддер- жании плюрипотентности чЭСК показало, что во вре- мя дифференцировки этих клеток наблюдается пода- вление химотрипсин-подобной активности протеасом [76]. Интересно, что при дифференцировке мЭСК этот тип пептидазной активности протеасом напро- тив возрастает [52]. Данная активность осуществля- ется тремя СЕ: β5/PSMB5, β1i/PSMB9 и β5i/PSMB8 [56, 80, 81]. Во время дифференцировки уровень экс- прессии генов конститутивных СЕ протеасомы β1/ PSMB6, β2/PSMB7 снижается, однако, уровень белка β5/PSMB5 остается неизменным. Несмотря на выяв- ленные изменения в экспрессии этих генов, на уров- не белка изменений не происходит; в то же время наблюдается снижение экспрессии индуцибельных СЕ β1i/PSMB9 и β5i/PSMB8 как на уровне мРНК, так и на уровне белка [76]. Эти данные объясняют на- блюдаемое снижение химотрипсин-подобной актив- ности протеасом во время дифференцировки, однако, ответа на вопрос, опосредовано ли это участием ИП в поддержании плюрипотентности, до сих пор нет. С другой стороны, использование специфических для ИП ингибиторов UK101 (β1i/PSMB9) и PK957 (β5i/PSMB8) активировало экспрессию маркеров дифференцированных клеток и потерю плюрипо- тентности чЭСК [76], что свидетельствует о роли ИП в поддержании плюрипотентности. ЗАКЛЮЧЕНИЕ УПС влияет на получение и поддержание плюрипо- тентности, на выход из этого состояния как человеческих, так и мышиных клеток (рис. 3). Протеасомы и регулятор PA28 участвуют в деградации большей части окисленных белков при дифференциров- ке [52, 67], регулируют клеточный цикл ЭСК через Е3-лигазы и деубиквитиназы [21], модулируют со- стояние плюрипотентности через убиквитиниро- вание основных транскрипционных факторов плю- рипотентности, например, Oct4, Nanog и c-Myc [21, 52]. Ингибирование протеасомной активности ведет к негативной регуляции факторов плюрипотентно- сти и активации факторов, связанных с клеточной дифференцировкой [24, 58, 76]. Кроме того, ИП так- же принимают активное участие в поддержании белкового гомеостаза, клеточной пролиферации и дифференцировке, что говорит о том, что данные протеолитические комплексы играют немаловаж- ную роль за пределами иммунного ответа [52, 58, 76]. На сегодняшний день функциональное значение ИП в поддержании плюрипотентности и самообновления в ЭСК и иПСК остается по большей части неисследо- ванным. Дальнейшие эксперименты должны внести ясность в роль данных протеолитических комплек- сов в индукции, поддержании и утери плюрипо- тентности. Также остается немало вопросов о роли УПС в таких процессах, как репрограммирование и транс-дифференцировка, ответы на которые по- зволят достичь больших успехов в прикладных обла- стях медицины, включая регенеративную медицину, заместительную клеточную терапию и скрининг ле- карственных препаратов [29]. Актуальной на сегодня темой является получение так называемых наивных плюрипотентных ство- ловых клеток человека, и в этом вопросе достигну- ты определенные успехи [82, 83], однако как изме- няется работа УПС, меняется ли работа протеасом и ИП в этом процессе, пока остается неизвестным. Значение УПС определяется в быстрой модифика- ции белков клеточного цикла, регуляции транскрипции и трансляции, в контроле деградации повреж- денных модифицированных белков для поддержания пролиферативного потенциала и белкового гомеоста- за плюрипотентных клеток, тем не менее большая часть работы УПС в данных клетках остается неиз- ученной. ЭСК и иПСК имеют уникальную способность само- обновления и являются плюрипотентными, т.е. они способны дифференцироваться во все типы клеток трех зародышевых листков: мезодермы, энтодермы и эктодермы [2]. ЭСК и иПСК мыши поддерживают плюрипотентность благодаря генной регуляторной сети, основанной на LIF и Wnt сигнальных путях [62], в то время как чЭСК зависят от FGF, TGFβ/Nodal/ Activin сигнальных путей [63]. На сегодняшний день хорошо известно, что УПС имеет отношение к дан- ным сигнальным путям [64-66, 84], и, таким образом, открытие новых узлов пересечения и механизмов регуляции данных путей в контексте УПС и плюри- потентных стволовых клеток является невероятно важным и требующим изучения аспектом в биологии и медицине.
Об авторах
А. В. Селенина
Институт цитологии РАН; Санкт-Петербургский государственный университет
Email: atsimokha@incras.ru
Россия
А. С. Цимоха
Институт цитологии РАН
Email: atsimokha@incras.ru
Россия
А. Н. Томилин
Институт цитологии РАН; Санкт-Петербургский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: a.tomilin@incras.ru
Россия
Список литературы
- Evans M.J., Kaufman M.H. // Nature 1981, V.292, №5819, P.154-156
- Thomson J.A., Itskovitz-Eldor J., Shapiro S.S., Waknitz M.A., Swiergiel J.J., Marshall V.S., Jones J.M. // Science. 1998, V.282, №5391, P.1145-1147
- Young R.A. // Cell. 2011, V.144, №6, P.940-954
- Fang L., Zhang L., Wei W., Jin X., Wang P., Tong Y., Li J., Du J.X., Wong J. // Mol. Cell. 2014, V.55, №4, P.537-551
- Sears R.C. // Cell Cycle. 2004, V.3, №9, P.1131-1135
- Xu H., Wang W., Li C., Yu H., Yang A., Wang B., Jin Y. // Cell Research. 2009, V.19, №5, P.561-573
- Tolkunova E., Malashicheva A., Parfenov V.N., Sustmann C., Grosschedl R., Tomilin A. // J. Molecular Biology. 2007, V.374, №5, P.1200-1212
- Li Y., McClintick J., Zhong L., Edenberg H.J., Yoder M.C., Chan R.J. // Blood. 2005, V.105, №2, P.635-637
- Gidekel S., Pizov G., Bergman Y., Pikarsky E. // Cancer Cell. 2003, V.4, №5, P.361-370
- Kehler J., Tolkunova E., Koschorz B., Pesce M., Gentile L., Boiani M., Lomeli H., Nagy A., McLaughlin K.J., Scholer H.R. // EMBO Reports. 2004, V.5, №11, P.1078-1083
- DeVeale B., Brokhman I., Mohseni P., Babak T., Yoon C., Lin A., Onishi K., Tomilin A., Pevny L., Zandstra P.W. // PLoS Genetics. 2013, V.9, №11, e1003957
- Wu G., Han D., Gong Y., Sebastiano V., Gentile L., Singhal N., Adachi K., Fischedick G., Ortmeier C., Sinn M. // Nature Cell Biology. 2013, V.15, №9, P.1089
- Lengner C.J., Camargo F.D., Hochedlinger K., Welstead G.G., Zaidi S., Gokhale S., Scholer H.R., Tomilin A., Jaenisch R. // Cell Stem Cell. 2007, V.1, №4, P.403-415
- Saretzki G., Walter T., Atkinson S., Passos J.F., Bareth B., Keith W.N., Stewart R., Hoare S., Stojkovic M., Armstrong L. // Stem Cells. 2008, V.26, №2, P.455-464
- Watanabe A., Yamada Y., Yamanaka S. // Phil. Trans. R. Soc. B. 2013, V.368, №1609, P.20120292
- Hong Y., Cervantes R., Tichy E., Tischfield J., Stambrook P. // Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. 2007, V.614, №1, P.48-55
- Nagaria P., Robert C., Rassool F.V. // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects. 2013, V.1830, №2, P.2345-2353
- Tichy E.D., Stambrook P.J. // Exp. Cell Res. 2008, V.314, №9, P.1929-1936
- Saretzki G., Armstrong L., Leake A., Lako M., von Zglinicki T. // Stem Cells. 2004, V.22, №6, P.962-971
- Vilchez D., Simic M.S., Dillin A. // Trends Cell Biol. 2014, V.24, №3, P.161-170
- Buckley S.M., Aranda-Orgilles B., Strikoudis A., Apostolou E., Loizou E., Moran-Crusio K., Farnsworth C.L., Koller A.A., Dasgupta R., Silva J.C. // Cell Stem Cell. 2012, V.11, №6, P.783-798
- Naujokat C., Saric T. // Stem Cells. 2007, V.25, №10, P.2408-2418
- Powers E.T., Morimoto R.I., Dillin A., Kelly J.W., Balch W.E. // Annu Rev Biochem. 2009, V.78, P.959-991
- Vilchez D., Boyer L., Morantte I., Lutz M., Merkwirth C., Joyce D., Spencer B., Page L., Masliah E., Berggren W.T. // Nature 2012, V.489, №7415, P.304-308
- You K.T., Park J., Kim V.N. // Genes Dev. 2015, V.29, №19, P.2004-2009
- Lopez-Otin C., Blasco M.A., Partridge L., Serrano M., Kroemer G. // Cell. 2013, V.153, №6, P.1194-1217
- Finkel T., Serrano M., Blasco M.A. // Nature 2007, V.448, №7155, P.767-774
- Takahashi K., Yamanaka S. // Cell. 2006, V.126, №4, P.663-676
- Schneider T. A., Fishman V. S., Liskovykh M. A., Ponamartsev S. V., Serov O. L., Tomilin A. N., Alenina N. // Tsitologiia. 2014, V.56, №12, P.869-880
- Maherali N., Sridharan R., Xie W., Utikal J., Eminli S., Arnold K., Stadtfeld M., Yachechko R., Tchieu J., Jaenisch R. // Cell Stem Cell. 2007, V.1, №1, P.55-70
- Wernig M., Meissner A., Foreman R., Brambrink T., Ku M., Hochedlinger K., Bernstein B.E., Jaenisch R. // Nature 2007, V.448, №7151, P.318-324
- Yu J., Vodyanik M.A., Smuga-Otto K., Antosiewicz-Bourget J., Frane J.L., Tian S., Nie J., Jonsdottir G.A., Ruotti V., Stewart R. // Science. 2007, V.318, №5858, P.1917-1920
- Carey B.W., Markoulaki S., Hanna J., Saha K., Gao Q., Mitalipova M., Jaenisch R. // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2009, V.106, №1, P.157-162
- Gonzalez F., Boue S., Belmonte J.C.I. // Nature Reviews Genetics. 2011, V.12, №4, P.231-242
- Theunissen T.W., Jaenisch R. // Cell Stem Cell. 2014, V.14, №6, P.720-734
- Liskovykh M., Chuykin I., Ranjan A., Safina D., Popova E., Tolkunova E., Mosienko V., Minina J.M., Zhdanova N.S., Mullins J.J. // PLoS One. 2011, V.6, №11, e27345
- Kostina A.S., Uspensky V.E., Irtyuga O.B., Ignatieva E.V., Freylikhman O., Gavriliuk N.D., Moiseeva O.M., Zhuk S., Tomilin A., Kostareva A.A. // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Basis of Disease. 2016, V.1862, №4, P.733-740
- Kloetzel P.M., Soza A., Stohwasser R. // Biol. Chem. 1999, V.380, №3, P.293-297
- Tanaka K. // Proceedings of the Japan Academy, Series B. 2009, V.85, №1, P.12-36
- Glickman M.H., Ciechanover A. // Physiol. Rev. 2002, V.82, №2, P.373-428
- Tsimokha A. // Tsitologiia. 2010, V.52, №4, P.277-300
- Mukhopadhyay D., Riezman H. // Science. 2007, V.315, №5809, P.201-205
- Seifert U., Kruger E. // Biochem. Soc. Trans. 2008, V.36, №5, P.879-884
- Dahlmann B. // BMC Biochemistry. 2007, V.8, №1, P.1
- Fenteany G., Standaert R.F., Lane W.S., Choi S. // Science. 1995, V.268, №5211, P.726
- Orlowski M., Wilk S. // Arch. Biochem. Biophys. 2000, V.383, №1, P.1-16
- da Fonseca P.C., He J., Morris E.P. // Molecular Cell 2012, V.46, №1, P.54-66
- Smith D.M., Chang S.-C., Park S., Finley D., Cheng Y., Goldberg A.L. // Molecular Cell 2007, V.27, №5, P.731-744
- Ebstein F., Kloetzel P.M., Kruger E., Seifert U. // Cell Mol. Life Sci. 2012, V.69, №15, P.2543-2558
- Pickering A.M., Davies K.J. // Arch. Biochem. Biophys. 2012, V.523, №2, P.181-190
- Zhang Z., Krutchinsky A., Endicott S., Realini C., Rechsteiner M., Standing K.G. // Biochemistry. 1999, V.38, №17, P.5651-5658
- Hernebring M., Fredriksson A., Liljevald M., Cvijovic M., Norrman K., Wiseman J., Semb H., Nystrom T. // Sci. Rep. 2013, V.3, P.1381
- Strehl B., Seifert U., Kruger E., Heink S., Kuckelkorn U., Kloetzel P.M. // Immunol. Rev. 2005, V.207, №1, P.19-30
- Kruger E., Kuckelkorn U., Sijts A., Kloetzel P.M. // The components of the proteasome system and their role in MHC class I antigen processing, Reviews of physiology, biochemistry and pharmacology.Springer, 2003 2003, P.81-104
- Sijts A.J., Ruppert T., Rehermann B., Schmidt M., Koszinowski U., Kloetzel P.M. // J. Exp. Med. 2000, V.191, №3, P.503-514
- Boes B., Hengel H., Ruppert T., Multhaup G., Koszinowski U.H., Kloetzel P.M. // J. Exp. Med. 1994, V.179, №3, P.901-909
- Sato N., Sanjuan I.M., Heke M., Uchida M., Naef F., Brivanlou A.H. // Developmental Biology 2003, V.260, №2, P.404-413
- Assou S., Cerecedo D., Tondeur S., Pantesco V., Hovatta O., Klein B., Hamamah S., De Vos J. // BMC Genomics. 2009, V.10, №1, P.1
- Baharvand H., Hajheidari M., Ashtiani S.K., Salekdeh G.H. // Proteomics. 2006, V.6, №12, P.3544-3549
- Meshorer E., Misteli T. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006, V.7, №7, P.540-546
- Szutorisz H., Georgiou A., Tora L., Dillon N. // Cell. 2006, V.127, №7, P.1375-1388
- Ogawa K., Nishinakamura R., Iwamatsu Y., Shimosato D., Niwa H. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2006, V.343, №1, P.159-166
- James D., Levine A.J., Besser D., Hemmati-Brivanlou A. // Development. 2005, V.132, №6, P.1273-1282
- Greber B., Lehrach H., Adjaye J. // Stem Cells and Development. 2008, V.17, №6, P.1065-1078
- Hatakeyama S. // JAKSTAT. 2012, V.1, №3, P.168-175
- Miyazono K., Ten Dijke P., Heldin C.H. // Advances in Immunology. 2000, V.75, P.115-157
- Hernebring M., Brolen G., Aguilaniu H., Semb H., Nystrom T. // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2006, V.103, №20, P.7700-7705
- Dudek E., Shang F., Valverde P., Liu Q., Hobbs M., Taylor A. // The FASEB J. 2005, V.19, №12, P.1707-1709
- Pickering A.M., Koop A.L., Teoh C.Y., Ermak G., Grune T., Davies K.J. // Biochemical J. 2010, V.432, №3, P.585-595
- Seifert U., Bialy L.P., Ebstein F., Bech-Otschir D., Voigt A., Schroter F., Prozorovski T., Lange N., Steffen J., Rieger M. // Cell. 2010, V.142, №4, P.613-624
- Ebstein F., Voigt A., Lange N., Warnatsch A., Schroter F., Prozorovski T., Kuckelkorn U., Aktas O., Seifert U., Kloetzel P.M. // Cell. 2013, V.152, №5, P.935-937
- Park J.-A., Kim Y.E., Ha Y.H., Kwon H.J., Lee Y.H. // BMB Rep. 2012, V.45, №5, P.299-304
- Konstantinova I.M., Tsimokha A.S., Mittenberg A.G. // Int. Rev. Cell Mol. Biol. 2008, V.267, P.59-124
- Tu Y., Chen C., Pan J., Xu J., Zhou Z.G., Wang C.Y. // Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2012, V.5, №8, P.726-738
- Babaie Y., Herwig R., Greber B., Brink T.C., Wruck W., Groth D., Lehrach H., Burdon T., Adjaye J. // Stem Cells. 2007, V.25, №2, P.500-510
- Atkinson S.P., Collin J., Irina N., Anyfantis G., Kyung B.K., Lako M., Armstrong L. // Stem Cells. 2012, V.30, №7, P.1373-1384
- Floyd Z.E., Staszkiewicz J., Power R.A., Kilroy G., Kirk-Ballard H., Barnes C.W., Strickler K.L., Rim J.S., Harkins L.L., Gao R., Kim J., Eilertsen K.J. // Cell Reprogram. 2015, V.17, №2, P.95-105
- Cajigas I.J., Will T., Schuman E.M. // EMBO J. 2010, V.29, №16, P.2746-2752
- Prigione A., Fauler B., Lurz R., Lehrach H., Adjaye J. // Stem Cells. 2010, V.28, №4, P.721-733
- Kloetzel P.M. // Biochim. Biophys. Acta. 2004, V.1695, №1-3, P.225-233
- Gaczynska M., Goldberg A.L., Tanaka K., Hendil K.B., Rock K.L. // J. Biol. Chem. 1996, V.271, №29, P.17275-17280
- Ware C.B., Nelson A.M., Mecham B., Hesson J., Zhou W., Jonlin E.C., Jimenez-Caliani A.J., Deng X., Cavanaugh C., Cook S. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014, V.111, №12, P.4484-4489
- Nichols J., Smith A. // Cell Stem Cell. 2009, V.4, №6, P.487-492
- Wang T. // Frontiers in Biosci: J. Virtual Library. 2003, V.8, P.d1109-d1127