Isı Şoku Proteinleri ve Kanser
advertisement
ISI ġOKU PROTEĠNLERĠ VE KANSER Atike GÜL, Merve Naz İNAN, Deniz KAYA, Kemal KÜÇÜK, Cemre Gül TEKİN Erkan YURTCU ÖZET Şaperonlar ya da ısı şoku proteinleri (heat-shock proteins; Hsp) ilk kez ısı şokuna maruz kalan hücrelerde tanımlanmıştır. Normal fizyolojik koşullarda, bu proteinlerin görevi; proteinlerin çökmesini önlemek, yeni sentezlenen proteinlerin üçüncül yapılarını kazanmasını sağlamak, yanlış katlanmış ve çökmüş proteinleri birbirinden ayırmak ve doğru katlanmasını sağlamak, ribozomdan görev alacağı yerlere taşımaktır. Stres koşullarında bu proteinlerin sentezi hızlanır. Hücre farklılaşmasında da önemli rol oynadıkları bilinmektedir. Hsp’ler evrimsel açıdan korunmuş moleküllerdir. Gerek hücre içinde sitoplazma ve organellerde (mitokondri, endoplazmik retikulum); gerek hücre dışında görülebilirler, hatta hücre membranlarında bile gözlenebilirler. Bazı şaperonlar işlev görebilmeleri için ko-şaperonlarına ihtiyaç duyarlar. Kanserleşen hücreler sınırsız bölünme yeteneği, lokal çevrenin kullanımındaki değişiklikler, yakın veya uzak dokulara yayılma gibi özellikler kazanır. Birçok kanser hücresi yüksek dozda şaperon üretir. Kanser hücrelerinde şaperonlar, protein kinazların ve hücre büyümesi yolağındaki transkripsiyon faktörlerinin kararlı hale getirilmesinde, p53 aracılığıyla hücre döngüsünün kontrolünün etkilenmesinde, hücre dışına salınan Hsp’ler ise kanser hücrelerinin çevre ve uzak dokulara yayılmasında rol oynarlar. Kanser tedavi yaklaşımlarından biri de şaperonların etkisiz hale getirilmesidir. Bu amaçla Hsp90’ın ATPaz bölgesini hedefleyen Geldanamisin ve türevi antibiyotikler klinik kullanımda yer almaktadır. Bu antibiyotikler tek başına veya diğer kemoterapötiklerle beraber kullanılmaktadır. Farklı Hsp’ler için de özgül ilaçların geliştirilmesinin hücredeki farklı mekanizmaları etkileyerek kanser tedavileri için umut verici olabileceğini düşünmekteyiz. GĠRĠġ Biyolojide ana yöntem genetik bilginin fonksiyonel proteinlere dönüşmesidir. Ancak bunun için yeni sentezlenmiş polipeptitlerin uygun konformasyonda katlanması gereklidir. Moleküler şaperonlar olarak bilinen proteinler olgunlaşmanın bu basamağında önemlidirler ve polipeptitlerin ribozomal çıkış tünelinden çıkmasına yardım ederek katlanmalarını sağlarlar. İçerisinde Parkinson hastalığının da dahil olduğu birçok hastalıkta proteinlerin hücre içinde katlanmasını engellenmesi ve buna bağlı olarak gelişen tehlikeler vardır. Bu tehlikelerden dolayı hücreler katlanan özel bir moleküler şaperon sistemi geliştirmiştir (15). Hsp ve şaperon isimleri genelde aynı anlamda kullanılırsa da şaperon aktivitesi göstermeyen bazı Hsp’ler ve tam tersi olarak Hsp ailesi üyesi olmayan bazı şaperonlar vardır (13). Hsp’ler ilk kez ısı şokuna maruz kalmış sentezi artan polipeptidler olarak Drosophila melanogaster’de tespit edilmiştir. Bazı Hsp’ler normal hücresel fonksiyonlarda örneğin hücre döngüsünün devamlılığı için önemlidir. Hsp’ler tarafından gerçekleşen korunma apoptozun baskılanmasını da içerir, ama tam olarak nasıl gerçekleştiği bilinmemektedir. Şaperon fonksiyonu olan majör Hsp’ler: Hsp104, Hsp90, Hsp70, Hsp60, Hsp40 ve küçük Hsp’ler (Hsp27)’dir (Tablo 1) (13). Sentezlenen protein zincirini oluşturan polipeptid zinciri ribozomun dar yapısı nedeniyle ribozomun içinde katlanamaz. Ancak 50-300 aminoasitlik zincir ribozomdan tamamen çıktıktan sonra katlanabilir hale gelir. Oluşan protein zincirine bağlanan Hsp’ler (trigger faktör, Hsp70, prefoldin) ribozomdan uzayarak sentezlenen zincirleri düzgünce stabilize ederler. Sitozol içindeki katlanma ya zincirlerin salınımı sırasında bu faktörlerle ya da sentezlenen proteinlerin şaperonin gibi down-stream şaperonlara transfer edilmesiyle meydana gelir. Şaperonların bir alt bölümü olan şaperoninler büyük silindirik kompleks yapıdadırlar. İçinde zincirin düzgünce katlanması için merkezi bir kompartman bulunur ve metabolik bir enerjiye gereksinim duyarlar (13). Tablo 1: Bazı Hsp’ler yerleşim yerleri ve işlevleri ĠġLEV protein agregasyonunun engellenmesi, hücre büyümesi, farklılaşması Hsp40 Sitoplazma Hsp70’in koşaperonu Hsp60 Sitoplazma, mitokondri protein agregasyonunun engenmesi, protein katlanması grp78 Endoplazmik retikulum protein taşınımı ve katlanması Hsp70 Sitoplazma protein agregasyonunun engellenmesi, protein katlanması Hsp75 Mitokondri bilinmiyor grp94 Endoplazmik retikulum protein kalite kontrolü Hsp90 Sitoplazma protein agregasyonunun engellenmesi, protein stabilizasyonu, transferi Hsp104 Sitoplazma proteinlerin agregatlardan serbestleştirilmesi Hsp Hsp27 LOKALĠZASYON Sitoplazma In vitro ortamda küçük proteinler kendiliğinden katlanırken büyük proteinler kısmen veya hatalı katlanırlar ve genelde çökelme eğilimi gösterirler. Hatalı katlanan proteinler, diğer natif proteinlerin katlanmasını engelleyecek ya da geciktirecek şekilde stabilize olurlar. Böylece sıkı yapıda, natif olmayan katlanmalar oluşur. Sitozolün yoğun yapısı natif olmayan zincirin agregasyonunu arttırarak makromoleküler yığılma adı verilen durumu oluşturur. Makromoleküler yığılma, katlanma sırasında zincirin büzüşmesi ve natif olmayan zincirşaperon etkileşimi ortaya çıkarır (13). Hsp’ler proteinlerin katlanmasında ve yüksek ateş gibi stres durumlarında ya da proteinlerin çözülmesi sırasında kümeleşmesine karşı koyar. Birçok Hsp stres durumlarında sentezlenip sitozole salınır. Bu Hsp’ler substratlardaki hidrofobik rezidüleri ve yapısı bozulmuş bölgeleri tanır ve normal katlanma prosedürünün tamamlanması için bunların üzerlerini örter. Böylece hidrofobik etkileşimden ortaya çıkabilecek agregatlar engellenmiş olur. Katlanmada görevli şaperonin, Hsp70 gibi şaperonlar katlanma sırasında ATPaz ve kofaktör kullanır. Hsp100 ve Clp ailesinden bazı şaperonlar ATP aracılığıyla zincir çözülmesini ve agregasyonu bozabilir. Çok sayıda proteinde şaperon fonksiyonu katlanmada hız kısıtlayıcı kataliz enzimlerle (disülfid izomeraz ve peptidil prolil izomeraz) kombine olur (4). ġaperon sisteminde protein Ģekillenmesi Katlanmada şaperonlar 2 mekanizmayla yer alırlar. Trigger faktör ve Hsp70 gibi şaperonlar ribozomların çıkış noktasında katlanmaya hazır hale getirecek şekilde tutunurlar (çoğu küçük proteine bu bölgedeki şaperonlama yeterli olur.) Aksine; büyük silindirik şaperon içine bir proteini alacak kompartmanlar içerir (daha uzun zincirler 2.kademe şaperonlara gereksinim duyar.) Bu şaperonlar direk ribozoma bağlanmazlar. Çoğu ökaryotik hücrede 2. Bir alt grup şaperonin daha vardır (4). Ribozoma bağlanan Ģaperonlar Trigger faktör (TF) 57 aminoasitlik zincirle etkileşime girer, zincir salındıktan sonra da TFzincir ATP’den bağımsız olarak çözülür. Ökaryot canlılarda TF yerine heterodimerik α ve β birimleri olan NAC bulunur. NAC’ın protein zincirinde rolü tam anlaşılamamıştır. Hsp70 proteini ise ökaryotlarda hem sentez sırasında hem de sitozolde etki gösterirken; maya ve fungilerde sitozolde etki gösterir. Mayalarda Ssb1 ve Ssb2 proteinleri ribozomla ve sentezlenen kısa zincirle etkileşime girer. Bu fonksiyonu Hsp70 proteini olan Ssz1 aracılığıyla oluşmaktadır. Bu protein ribozom ilişkili kompleksi (RAC) oluşturur. Rac ve Ssb’nin sentezlenen zincirin stabilizesinde rol aldıkları düşünülmektedir (4). HSP 70 Hsp70 polipeptitlerin açılmış hidrofobik alanlarına bağlanır. Hsp70 aktivitesi ATP bağlama, ATP hidrolizi, nükleotit değistirme döngüleriyle kontrol edilir (9). Hsp40, Hsp70 ile alıcı proteinlerin arasındaki biçimlenmeyi düzenleyen koşaperondur. Hsp70 ve Hsp40 aynı hücre içi kompartmanda birlikte yerleşebilirler. Hsp40’ın en önemli görevi, Hsp70’e ATP-bağımlı polipeptid bağlamayı düzenlemektir (4). 3 mekanizmayla Hsp40, Hsp70 ve polipeptid arasındaki biçimlenmeyi düzenler. 1)Hsp40, Hsp70’e özel alıcıları bırakan ve bağlayan polipeptid bağlama bölgeleri (PPD) içerir. 2)Hsp40, Hsp70’in ATP formunu ADP formuna dönüşümünü sürdürerek Hsp70-polipeptid kompleksini sabitler. 3)Hsp40 üyeleri aynı hücresel kompartmanda farklı yerlere yerleşir bunlar ile Hsp70 etkileşimi farklı Hsp40-Hsp70 çiftlerini oluşturur (4). Yaklaşık olarak yeni sentezlenmiş proteinlerin üçte biri katlanma ve oligomerizasyon için ER lümenine taşınır. Hsp40 içeren ER moleküler şaperonları, bu proteinlerin çökmesini engeller ve katlanmasına yardım eder (9). Hsp70in yapısı ve özellikleri en iyi öbakteriyel Hsp70 ile anlaşılır. Hsp70’in (Dnak) koşaperonu yani Hsp40’a Dnaj denir, ve nükleotid değiştirme faktörüne GrpE denir. DnaK’ın N-ucu 44 kD’luk bir ATPaz bölgesi içerir C- ucu ise 27 kD’luk bir peptid bağlama bölgesi içerir (9). HSP 90 Hsp90 öbakterilerde, ökaryotik sitozolde, endoplazmik retikulum ve mitokondride bol bulunan bir şaperondur. Ökaryotlarda protein katlanmasına müdahale ettiği yerlerde ve sinyal ve başka fonksiyonlarla ilişkili proteinlerin aktivitesi için ihtiyaç duyulur. Son dönemki genetik analizler Hsp90’ın hücresel taşıma, hücre döngüsü ve hücre bölünmesinde de rolü olduğunu göstermiştir. Hsp90 bir düzineden fazla bilinen kofaktörüyle protein kompleks ağının merkezindedir. Bu kofaktörlerden bazıları onu Hsp70 sistemi gibi diğer multi protein komplekslerine bağlar (10). HSC 70 ve HSP 90 ĠLĠġKĠSĠ Hsc70 ve Hsp90 birlikte çalıştıkları için tek bir multi-şaperon makine veya bileşik olarak ele alınabilirler. Bu Hsc70-Hsp90 bileşiğinin fonksiyonları bunların ATPaz döngülerini ve sonuç olarak bağ kurma eğilimlerini etkileyen çeşitli kofaktör proteinler veya ko-şaperonlar tarafından ayarlanır. Bu Hsc70-Hsp90 makinesinin protein yer değiştirmesi veya indirgenmesi gibi katlanmasının yanı sıra çeşitli fonksiyonlarda yer almasına olanak sağlar (15). Hsc70-Hsp90 bileşiği ile çeşitli koşaperonlar arasındaki ilişki ve bunların farklı protein katlanma fazları, memelilerdeki hormon reseptörlerinin olgunlaşması çalışmalarında en çok gözlemlenendir. Polipeptid katlanmasındaki rolünün yanı sıra, Hsc70-Hsp90 bileşiği çeşitli koşaperonlarla beraber proteinlerin hücre içi organellere ya da proteazomlara sıralanmasında yer alır. Örneğin, Mitokondriyal proteinler genellikle işaretçi polipeptid, ya da sitozol içindeki öncül polipeptidler olarak sentezlenirler ve daha sonra organelle aktarılırlar. Hsc diğer koşaperonlar olan HDJ1 ya da HDJ2 ile bu öncül polipeptidlerin mitakondriona kolay taşınması için çözünürlüğünü sağlar. Mitokondriyal zar içinde dış mitokondriyal zarın translokazı (TOM 70) yer alır (15). ġAPERONĠNLER Şaperoninler şaperonların bir alt bölümüdür ve 2 gruba ayrılırlar. 1. grup olan Hsp60, öbakteri, mitokondri, kloroplastta bulunur. GroES ve Hsp10 gibi kofaktörlerle işbirliği yaparlar (6). 2. grup olan TRIC arke ve ökaryotik sitosolde bulunur. GroES’ten bağımsızdır (2). Natif olmayan substrat protein ilk önce şaperonin alt birimleriyle hidrofobik ilişkiler aracılığıyla tutulur. Sonra katlanmanın olduğu merkez halka boşluğuna çekilir. Diğer natif olmayan proteinlerle çökmekten korunur(6). HSP 60 Hsp60 ökaryotlarda mitokondri şaperonu olarak bilinmektedir (Cpn60 olarak da anılır) ama son yıllarda sitozolde, hücre membranı ekstrasellüler matriks ve periferal kanda da bulunduğu ortaya çıkarılmıştır. Prokaryotlar üzerindeki çalışmalar gösteriyor ki, Hsp60’ların olgunlaşmamış proteinleri natif konformasyonuna katlamada görev alırlar ve Hsp10 (mitokondride de bulunur, Cpn10) ile çalışırlar (3). BÜYÜK HSP’LER Dev AAA süperailesinin (çeşitli hücre aktiviteleriyle ilgili ATPazlar) üyesi Hsp100 şaperonları kararlı katlanmış proteinleri bile çözme ve büyük protein çökeltilerini çekip ayırma yeteneğine sahiptirler. ATPaz halkalarının tek (2.sınıf) ya da çift (1.sınıf) katları katlanmamış polipeptit zincirinin translokasyonu için anahtar rezidülerle işaretlenmiş bir kanal düzenlerle (10) KÜÇÜK HSP’LER Küçük Hsp’ler β sandviç katlanmalı yaygın α kristal bölgeli küçük birimlerin geniş kompleksleridir. Genellikle değişken N ve C uç temasları yapan dimerlerden oluşmuşlardır. Stresle bozulan protein çökeltilerinin açılması ve yeniden katlamada kullanılan ATP bağımlı şaperonlar için stabilizasyonunda çeşitli rolleri vardır (10). Endoplazmik Retikulumda Protein Kalite Kontrolü ER, membrana bağlı ve hücrenin sentezlenen proteinlerini meydana getiren bir protein katlama fabrikasıdır. ER’ de katlama, Hsp70 ve Hsp90 gibi şaperonların yüksek konsantrasyonu altında zorlu bir kalite kontrolüne tabi tutulur. Katlanmamış polipeptidin önemli bir sensörü Ire1 reseptörüdür (10). Hspl’er replikatif senesense engel olur ve sınırsız replikatif potansiyele izin verir. HSF1 in aktivasyonu ve Hsp’lerin ekspresyonunun artması bazı özel türlerde ömür uzunluğunun artmasını etkiler, bu da bu süreçlerin senesense karşı dirençte etkili olduğunu gösterir. Bütün somatik hücrelerin replikatif kontrol noktaları vardır ve hücreler bu kontrol noktalarına vardıkları zaman senesens yolaklarına girerler. Senesensten kaçınmak ve sınırsız büyümeyi kaldırmak için tümör hücreleri ‘krizi’ atlatmalıdır. Telomerlerin boyunun kısalması gelecekteki başarılı hücre bölünmelerini engeller. Telomeraz enziminin tümör hücrelerindeki p53 ekspresyonu krizi atlatmak için ve bazı hücrelerdeki sınırsız büyüme için yeterlidir. Hsp90 telomeraz stabilitesi için esansiyeldir (1). HSP’LER VE KANSER Tümor geliĢiminde gerekli basamaklar Tümor hücreleri bir hücrenin şekil değiştirmesiyle oluşur. Bu tümör hücrelerinde; büyüme sinyallerinde yeterlilik, büyüme inhibisyonuna duyarsızlık, programlı hücre ölümünden kaçınma, sınırsız replikatif potansiyel, devamlı damar büyümesi (anjiyogenezis), doku istilası ve metastaz gibi değişimler görülür (11). Kötü fenotipin oluĢumunda Hsp’lerin rolü Hsp90 ve büyüme sinyalinde yeterlilik Hsp’lerin yönettiği esas değişim olan büyüme sinyalindeki yeterlilik olayı Hsp90 tarafından yürütülür. Birçok reseptörün kırılgan yapısında, protein kinazlar ve hücre büyümesi yolağındaki transkripsiyon faktörlerinin kararlı hale getirilmesinde bu moleküler şaperon vazgeçilmezdir. Büyüme sinyalleri Hsp’leri aktif konformasyonu sağlaması için tetikleyebilir. Mutasyon gibi bir dönüşüm sırasında da Hsp90’a olan ihtiyaç artar. Örneğin; Hsp90 HER2’yi aktifleştirir ve kararlı hale getirir. Bunun alt kademe proteinleri (protein kinazA, c-Src, Raf-1) hücre büyümesi ve devamı için ana role sahiptir. Hsp90’ların kimyasal inhibitörlerle hedeflenmesiyle alıcı proteinlerin degradasyonu, G1 durdurma kaynaklı tümör büyümesinin inhibisyonu ve apoptozun aktivasyonu gerçekleşir. Bu gözlemler Hsp90ın büyüme sinyali için ana bileşen olduğunu gösterir (11). Hsp90’ın kanserli hücrede ikinci bir rolü ise mutant proteinlerin kümeleşmelerine izin vererek kararlılığını sağlamasıdır. Ayrıca Hsp90’ın mutant proteinleri tamponlaması da tümör gelişimine yardımcı olabilir (11). Hsp90 tümor gelişiminde kararlı olmayan büyüme sinyalinde otonom işlev görerek ve mutant proteinlerin tamponlanarak ikili rol oynayabilirler Hsp90’ın sı şokuna duyarsızlığı ve düzenleyici proteinlerin işlevinde yetkili olduğu için fenotip-çevre arasında yönetici role sahiptir. Hsp90 inhibe olduğunda hipoksi ve glukoz yoksunluğu tanımlanır. Hsp90’ın birçok türde inaktivasyonu geçici yeni fenotipleri oluşmasına neden olur (11). HSP 60 ve KANSER Uzun yıllar boyunca Hsp60 intrasellüler şaperon olarak bilinirdi, ama son çalışmalar gösteriyor ki sadece mitokondride değil sitozolde de bulunur. Bu şaperon tümörlü hücrelerin veya normal hücrelerin membranında da bulunur. Buradaki Hsp60’ların yüksek miktarda bulunması immünosistem için bir tehlike sinyali oluşturduğu ve böylece dendritik hücrelerin aktivasyonu ve antitümör T-hücrelerin cevabının oluşmasında önemlidir (13). Hsp60’ları bazı büyüyen tümör hücreler için esansiyel bile olabilir. Bu proteinin tümördeki yüksek oranı: 1) apoptozu kurtulma kabiliyeti, 2) replikatif senesensteki hasar, 3) kontrol edilemeyen çoğalma, 4) neoplastik transformasyon ile ilişkilidir. Ayrıca in vitro araştırmalar göstermiş ki Hsp60 eksikliği osteosarkoma büyümesini engellemektedir (13). HSP 40 ve KANSER 41’den fazla HSP 40 ailesi’nin üyeleri insan genomu tarafından kodlanır, ve bazı üyeler kanserle ilgili önemli bir rol vardır. Birçok kanserde, sitotoksik tedaviye direnç gösterilmesinden dolayı Hsp’ler fazla ifade edilmektedir. Yapılan bir araştırmada akciğer kanserinde Hsp40’ın fazla ifade edilmesini gösterilmiştir. Bu sebeple gelecekte tümör teşhis etmek için Hsp40 düzeyleri kullanılabilecektir (8). HSP 70 ve KANSER Hsp70’ın fazla miktarda üretilmesi hücrede tümör oluşumuna yardımcı olur. İnsanda meme kanseri MCF-7 hücrelerinde fazla üretilmiş Hsp70 G0/ G1 fazını kısaltarak hücre büyümesini hızlandırır. Bu Hsp70in siklinD1’in stabilize etmesiyle ilgili olabileceği kabul edilmektedir. Hsp70in azalışı ağız kanser hücreleri gibi bazı tümör hücrelerini apoptoza sürükler. Normal hücreler ise Hsp70in azalışıyla yaşama yeteneklerini yitirmezler. Hsp70-2’nin tümör ilerletici aktivitelerde p53 baskılanmasında rolü vardır. Kanser ilerlemesinde Hsp70ler kofaktörlerle beraber çalışabilirler (11) KÜÇÜK HSP’LER ve KANSER Hsp27 küçük Hsp’lerin majör üyesidir. Kanser hücrelerinde fazla miktarda bulunurlar ve tümör oluşumunda majör rol oynar. Hsp27’nin yüksek ifadelenişi apoptozu engeller. Aslında Hsp27’nin azalışı p21’e bağlı p53 yolağıyla ilgilidir. Öte yandan Hsp27’nin yüksek ifadelenmesi gentoksik ilaçlar ve oksidanlar tarafından senesensin baskılanmasıyla sonuçlanır. Burada Hsp27’nin rolü Hsp70’e benzemektedir. Hsp27’nin antiapoptotik ve antisenesentik etkilerinin yanı sıra bu şaperon metastaz ve hücre göçünde de majör rol oynar. Hsp27’nin hücre göçündeki rolü aktin hücre iskeletiyle etkileşimiyle açıklanır. Hsp27 fosforlayıcısının yeni bir inhibitörü tümör hücre göçünü ve invazyonu baskılar. Öte yandan Hsp27 metastaz için esansiyel metalloproteazlar MMP2 ve MMP9 un ifadelenmesi için kritiktir. Ayrıca Hsp27’nin yakın homoloğu αβcrystallinin çok ifadelenmesi memeli epitelyum hücrelerini ölümsüzleştirir (11). HSP 90 ve KANSER Hsp90 proteini her yerde bulunacak şekilde ifadelenen, iyi derecede korunmuş, 90 kD ağırlığında bir moleküler şaperondur ve konformasyonu stabiliteyi ve alıcı proteinleri koruyarak hücresel stres cevabını düzenler. Hsp90 ifadelenmesi ısı şoku, anormal pH gibi stres koşullarında artar. Kanser hücrelerinde normal hücrelerde bulunduğunun 2-10 katı kadar ifadelenir. Hsp90 ile ilişkili proteinler arasında büyüme uyarıcılı proteinler kötü huylu değişimi destekleyen kinazlar da bulunmaktadır. Hsp inhibisyonu kansere neden olan çeşitli proteinleri baskılayabilir. Bu yüzden Hsp90 önemli bir tedavi edici hedef kabul edilir. Bunun için Geldanamisin kullanılmaktadır (5). Geldanamisin Streptomyces hygrocopicu’ dan izole edilen ilk benzokinin ansamisin antibiyotiktir. Geldanamisin çeşitli sinyal kinazların aktivitesini bloke etmektedir ve birçok kanser çeşidinde Hsp90 şaperon kompleksi sayesindeki kinaz katlanmasını inhibe ederek güçlü bir antikanser aktivitesi sergilemektedir. Hsp90 fonksiyonunun blokajı alıcı proteinler olarak bilinen kanserle ilgili proteinlerin proteazoma bağlı degradasyonuna sebep olur (5). Sitoplazmik Hsp90 üç işlevsel bölgeden meydana gelmiştir : 1- ATPaz N ucu bu bölge Geldanamisin ve Radicicol un hedefidir. 2- Alıcı protein bağlanmasıyla ilgili orta bölge 3- ATP’ye bağlanan C ucu bu bölge de Novobiyosin tarafından hedeflenir Hsp 90 ile inhibitör etkileĢimleri: Geldanamisin, sentetik türevleri ve Radicicol, Hsp90’ın N ucundaki ATP bağlanma cebine bağlanırlar, Novobiyosin de Hsp90’ın C ucunda bulunan ikinci ATP bağlanma cebine bağlanır (5). Hsp90 inhibitörleri kanser hücrelerinde Hsp90 multi-şaperon komplekslerini ayırır ve 26S proteazom yoluyla degrade eder. Geldanamisin türevleri, kritik onkogenik alıcı proteinlerin degradasyonunu uyarır. TubocapsenolideA (Hsp90/70 inhibitörü) insan kanser hücrelerinde yüksek sitotoksiktir, apaptozisi uyarır, Hsp90 alıcı proteinlerini azaltır (5). Hsp90 formu ekstrasellüler olarak eksprese edilen MMP2 aktivitesi için matriks metalloproteinkinaz (MMP2)ı bağlar böylece kanser hücrelerinin invazyonunu destekler (5). Radicicol, Geldanamisin’e benzer biçimde ATPaz N uç cebiyle etkileşerek Hsp90 fonksiyonunu inhibe eder, apoptozisi uyarır (5). Novobiyosin, ATP bağlanma alanına C uç bölgesiyle bağlanan Hsp90 inhibitörüdür. DNA giraz inhibitörü, ATP bağımlı enerji geçişini bloke eder. Kanser hücrelerinde Hsp90 alıcı proteinlerini destabilize eder(5). Kanserli hücre öldürme etkisini artırmak için yeni yaklaşım kemoterapik ajanlarla radyoterapiyi birleştirmektir. Geldanamisin radyasyon duyarlılığını artırır. Hsp90, tümör hücrelerinde normal hücrelere kıyasla Geldanamisin için 100 kat daha fazla ilgiye sahiptir. Tümör hücrelerinde Hsp90’nın ATPaz faaliyeti normal hücrelere göre daha fazladır.Hsp90 tarafından uyarılan radyasyona duyarlılık DNA hasarı bağımlı hücre döngüsü kontrol noktalarını bozar, DNA çift dizi kırık onarımını bozar. Geldanamisin G2 kontrol noktasını iptal eder. Bu hücreleri radyasyon uyarılı DNA hasarına hassaslaştırır (5). KANSERDE HÜCRE DIġI VE MEMBRANA BAĞLI HSP’LER Kötü huylu hücrelerde molekül ağırlığı 60,70 ve 90 (gp96) olan Hsp’ler hücre içi yerlerinden ayrı membrana bağlı ya da hücre dışında bulunmuşlardır. Hsp90, Hsp70’e ek olarak immün sistemi adapte edici güçlü uyarıcıdır (11). Hsp70’e ek olarak, hücre dışı yerleşimli Hsp60-90110 ve ER şaperonu olan glukoz ilişkili protein 170 (Grp170) proinflamatuvar ve proimmun aktiviteler gösterdiği bulunmuştur ve derişimi immün işlevi etkilebilir. Buna zıt olarak Hsp70, BiP ve ER yerleşimli Hsp70 üyesi, Grp78,77 (gp96) ve küçük Hsp ailesinin üyeleri (Hsp27, cpn10) antiinflamatuvar ve immün düzenleyici aktiviteler gösterirler. Bu bilgi, immün sistemde homolog olmalarına rağmen farklı Hsp ailelerinin üyeleri farklı işlevleri gerçekleştirdiğini gösterir (11). Hsp’lerin hücre dışı ve içi lokasyonuna bağlı olarak 2’li rolleri vardır. Hsp70 ve Hsp90’lar doğuştan gelen veya sonradan kazanılan immün sistem için güçlü uyarıcılardır. Küçük Hsp BiP ise otoimmün hastalıklar için tedavi edici olabilir (11). Ġstila ve metastaz İstila ve metastaz ilerlemiş kanserin özelliğidir. Aşırı sentezlenmiş HSF1 ve HSP li tümör hücreleri kendi mikro çevrelerine saldırmak ve uzak organlara yayılmak için yüksek bir eğilim gösterirler. Ama bu mekanizmalar açık değildir. HSP90’ın metastazın istila basamağında önemli bir ekstrasellüler rolu vardır: yayılmada anahtar matriks metaloproteini 2 ye bağlanır. Ayrıca tümör hücrelerinin HSP27 ve HSP79 in ölüm önleyici özellikleri nedeniyle kan dolaşımında hayatta kalma yetenekleri artar (1). Hsp70 nekroz geçiren hücreler tarafından ekstrasellüler boşluğa ve kan dolaşımına salınır. Böyle ekstrasellüler Hsp70’ler inflamatuar hücrelerin reseptörleriyle etkileşimleri ve makrofaj ve monositlerden salınan nitrik oksit sonucu proinflamatuar bir etki gösterir. Ekstrasellüler Hsp70 in tümör gelişiminde hem pozitif hem negatif etkisi vardır. Nekrozun orta safhasında Hsp70 bu inflamatuar etkileri nükleer faktör NF-Kb’nin aktivasyonuyla tümör gelişimini arttırabilir. Ek olarak birçok tümör hücresi Hsp70 reseptörleri eksprese eder (1). KANSER TEDAVĠSĠNDE HSP’LERĠ HEDEFLEMEK Son zamanlarda Hsp90’ın ATPaz bölgesi hedef alınabilmiş ve çok aktif bir anti-kanser ilacı üretilmiştir. Hsp90’ı hedefleme yeteneği onun ATPaz bölgesinin eşsizliğine dayanır. Bu bölge de seçici olarak ansamisin ailesi tarafından inhibe edilebilir (1) (Tablo 2). Hsp90’ı hedefleyen ilaçların hem normal, hem kötü huylu hücrelerdeki proteinlere saldıracağı beklenmesine rağmen tümör hücreleri seçici olarak anti Hsp90 ilaçlarına duyarlıdır. İlginç olarak, bazı ilaçlar bazı durumlarda normal hücrelerde koruyucudurlar. Hsp90 hedefleyen ilaçların seçiciliği aynı zamanda tümör hücrelerinde Hsp90 substratlarının konsantrasyonunun artmasını da etkiler. Mutant proteinler oluşur. Bu ilaçların yan etkileri de kanser tedavisine yardımcı olur. Bununla birlikte bu ilaçlar kötü huylu hücre büyümesi için gerekli proteinleri hedefler (1). Diğer Hsp’ler çaba harcanmasına rağmen etkili bir şekilde hedeflenememiştir. Hsp27 ve Hsp70’in ve tümör oluşumu sırasında PCD ve senesensi bloke etmesi nedeniyle ilaçların belirtisi önceden tahmin edilebilir. Hsp70 ailesine hedeflenen ilaçlar muhtemelen toksik etki gösterir. Hsp’lerin tümörlerde artması Hsp’lerin biyolojik destek ve tümör antijeninde şaperon olması nedeniyle kanser immün tedavisi için fırsat sunar. Örneğin Hsp70 ve Hsp110 tümör antijeniyle beraber çalışırlar ve kolayca alınıp aşılarda kullanılabilirler (1). Özet olarak kötü huylu gelişim sırasında Hsp genlerinin baskısızlaştırılması nedeniyle birçok kanserde yüksek miktarda ifadelenirler. Hsp ailesi PCD’yi inhibe ederek kanserde esansiyel ve yardımcı rol oynayabilir (1). Tablo 2 Bazı Hspler ve bunları hedefleyen ilaçlar HSP İNHİBİTÖRÜ ETKİLENEN HSP Geldanamycin 17-AGG Radicicol Cisplatin Novobiocin Deoxyspergualine MKT-077 Mizobirin HSP90 HSP90 HSP90 HSP90 HSP90 HSP70,HSP90 HSP70 HSP60 SONUÇ Normal fizyolojik koşullarda proteinlerin olgunlaşmasında hayati rol oynayan Hsp’ler, kanserleşen hücrelerde süreci hızlandırıcı rol oynayabilirler. Bu rol onları önemli bir tedavi hedefi haline getirmiştir. Şimdilik bu büyük ailenin çok küçük bir kısmı tedavi için hedeflenebilmektedir. Farklı Hsp’ler için de özgül ilaçların geliştirilmesinin hücredeki farklı mekanizmaları etkileyerek kanser tedavileri için umut verici olabileceğini düşünmekteyiz. KAYNAKLAR 1. Calderwood SK, Khaleque MA, Sawyer DB, Ciocca DR. Heat shock proteins in cancer: chaperones of tumorigenesis. Trends Biochem Sci. 2006 Mar;31(3):164-72. 2. Calderwood SK, Mambula SS, Gray PJ Jr. Extracellular heat shock proteins in cell signaling and immunity. Ann N Y Acad Sci. 2007 Oct;1113:28-39 3. Cappello F, de Macario EC, Marasà L, et al. Hsp60 expression, new locations, functions and perspectives for cancer diagnosis and therapy. Cancer Biol Ther. 2008 Jun;7(6):801-9. 4. Fan CY, Lee S, Cyr DM. Mechanisms for regulation of Hsp70 function by Hsp40.Cell Stress Chaperones. 2003 Winter;8(4):309-16. 5. Fukuyo Y, Hunt CR, Horikoshi N.Geldanamisin and its anti-cancer activities.Cancer Lett. 2010 Apr 1;290(1):24-35 6. Hartl FU, Hayer-Hartl M. Molecular chaperones in the cytosol: from nascent chain to folded protein.Science. 2002 Mar 8;295(5561):1852-8. 7. Lund PA, Larg AT, Kapatai G. The chaperonins: perspectives from the archaea 2003 p.681-685 8. Mitra A, Shevde LA, Samant RS. Multi-faceted role of HSP40 in cancer 2008 Dec. p. 559-567 9. Qiu XB, Shao YM, Miao S et al. The diversity of the DnaJ/Hsp40 family, the crucial partners for Hsp70 chaperones.Cell Mol Life Sci. 2006 Nov;63(22):2560-70. 10. Saibil HR. Chaperone machines in action. Curr Opin Struct Biol. 2008 Feb;18(1):3542 11. Sherman M, Multhoff G. Heat shock proteins in cancer. Ann N Y Acad Sci. 2007 Oct;1113:192-201 12. Sreedhar AS, Nardai G, Csermely P.Enhancement of complement-induced cell lysis: a novel mechanism for the anticancer effects of Hsp90 inhibitors.Immunol Lett. 2004 Mar 29;92(1-2):157-61. 13. Thomas X, Campos L, Le QH,et al. Heat shock proteins and acute leukemias. Taylor & Francis Group Ltd, 2005 Jun;10(3):225-35. 14. Tsutsumi S, Neckers L. Extracellular heat shock protein 90: a role for a molecular chaperone in cell motility and cancer metastasis 2007 May p. 1536-1539 15. Young JC, Agashe VR, Siegers K,et al. Pathways of chaperone-mediated protein folding in the cytosol.Nat Rev Mol Cell Biol. 2004 Oct;5(10):781-91
