Genetik Değişimler ve Transkripsiyonel Kontrol

Heperan Sülfat Proteoglikan (HSPG)
Miktarının Kanserli Hücrelerdeki Değişimi
Kemal SÖNMEZ
122204012
ÖZET
Heperan Sülfat Proteoglikanlar (HSPG) bir glikoprotein ailesi üyesidir.
Tüm HSPG’ların ortak özelliği HS+ GAG (Glikozaminglikan) zinciri bulundurmak.
Kanserli hücrelerde bu molekülün çeşitli modifikasyonları fazla miktarda görülmektedir.
Belki de bu araştırmalar sayesinde yeni bir anti-kanser ilacı üretebiliriz.
GİRİŞ
PG çekirdek proteine anyonik bir polisakkarit (GAG) bağlanmasıyla oluşurlar.
3 tip HSPG ailesi var;
Glikofosfatidilinositol (GPI) bağlı PG’lar Glipikans
Membran boyunca uzayan PG’lar Syndecans (SDCs)
Hücre dışındaki matrikse salgılanan PG’lar Agrin, Kollajen 18 ve Perlecan (PRCAN)
HSPG’ler çok kompleks bir yapıya sahiptirler. Hem hücre içi ve hücre dışında görev yapabilir.
GİRİŞ
Hem çözünmüş ligandlara hem de özel ligandlara bağlanabilir.
HS sentezi random bir protokol değildir;
1) Transkripsiyonel
2) Translasyonel
3) Post-translasyonel
Kanserli hücrelerdeki HSPG ekspresyonunda hem PG çekirdek hem de GAG zinciri etkilenir.
Genetik değişimler ve Transkripsiyonel kontrol
Genetik ve epigenetik seviyedeki değişimler protein seviyesini değiştirir ve bu da kanserleşmeye yol
açabilir.
HS zincir golgide üretilir. Ardından çekirdek proteinin serin rezidüleri eklenir.
HS sentezine katılan Glikoziltransferazların (GTs) değişmesi bazı kanser hücrelerinde
görülen bir durumdur.
EXT1 ve EXT2 HS sentezinde görev alan enzimleri kodlayan genlerdir. Bu genler iyi
bilinen 2 tümör baskılayıcı genlerdir. Kalıtımsal çoklu ekzotoz (HME) ile bağlantılı olan
bu genler iyi huylu iskelet tümörlerinde görülmüştür.
Genetik değişimler ve Transkripsiyonel kontrol
Ayrıca EXT benzeri EXTL1 ve EXTL3 genlerde tümör baskılayıcı ve HS polimerizasyonunda
görev alır fakat HME ile bağlantılı değildirler.
N-deasetilaz/N-sülfotransferaz (NDST) enzimleri de HS sentezinde görev alır fakat istisnalar
haricinde bu enzimlerin tümör hücrelerinde modifikasyonları görülmez.
NDST1 ve NDST2 enzimlerinin hepatocellular kanserlerde görülme oranı fazladır.
NDST4 yayılmacı meme duktal karsinomalarda artıyor. Bununla beraber NDST4’ün bir kanser
baskılayıcısı olduğu son yıllardaki araştırmalarla kanıtlanmıştır ve yokluğunda kolerektal kanser
oluşumu gözlemlenmiştir.
Genetik Değişimler ve Transkripsiyonel Kontrol
GLCE geni HS zincirinin esnekliğini sağlayan C5-glukoronik asit epimeraz enzimini kodlar. Çoğu kanser
için baskılayıcı özelliği olsa da akciğer kanserinde bu enzimin seviyesi değişir.
O-sülfotransferazlar (HSST) HS sentezinde görev alan genlerinin birçoğunu içeren bir gen ailesidir.
Çoğu tümörlü hücrelerde bu genin ekspresyonu değişir.
HS2ST1 genleri hücre bölünmesi ve yayılması ile ilişkili genlerdir. Özellikle prostat kanserinde tümör
metastazı ile ekspresyonu arasında bir ilişki vardır.
Ayrıca HS6ST1, ovaryum kanseri ve HCC; HS6ST2, kolerektal ve ovaryum kanserinde daha fazla ifade
edilirken; HS6STs1-3 genleri ise glioblastoma da daha az ifade edilir.
Genetik Değişimler ve Transkripsiyonel Kontrol
3-O-sülfotransferazlar HSST ailesi ile uyumlu çalışan ve HS üretiminde görev alan 7 elemanı bulunan
bir enzim ailesidir. Farklı tümörlerde bu enzimlerin değişimi gözlemlenmiştir.
HS3ST1, HCC’de; HS3ST3A ise glioblastoma da fazla üretildiği gözlemlenmiştir.
HS3ST2’nin metilasyon bağımlı susturulması ise kolon, meme, pankreas, akciğer ve kötücül
melanoma 17 kanserlerinde görülmektedir.
HS3ST1, HS3ST2 ve HS3ST3A’nın aşırı metillenmesi ile yayılmacı kondrosarkoma hücreleri ortaya
çıkar.
HS3ST4, HS3ST5 ve HS3ST6’nın miktarının azalmasıda yayılmacı meme duktal karsinomada görülmüştür.
Genetik Değişimler ve Transkripsiyonel Kontrol
Çekirdek proteinlerinin ekspresyon seviyesindeki değişimlerde tümörleşmeyle ilgili olabilir.
SDC1 ekspresyonunnun artması akciğer, meme, beyin ve pankreas tümörlerinde görülürken; aynı
zamanda bu genin diğer gastrointestinal (kalın bağırsak, karaciğer ve yemek borusu) kanserlerde ifade
miktarında azalma görülmüştür.
SDC2 mRNA seviyesi ile nöroendokrin tümörlerinin farklılaşma kabiliyetleri arasında bir doğru orantı vardır.
GPC3 iyi çalışılan bir tümör baskılayıcı gendir ve çoğu kanserde ifade edilme miktarı azalır. HCC
hariç.
GPC5’in ifadesi ise nöroendokrin tümörlerde normalden farklı olmaktadır.
Genetik Değişimler ve Transkripsiyonel Kontrol
Hücre dışı HS çekirdek proteinlerini kodlayan genler bazı tümörlerde ifade bozuklukları gösterir.
PRCAN’ın trankripsiyon seviyesi HCC ve akciğer kanserinde ölçülemez. Bu durumda tümör
büyümesi ve metastaz kabiliyetini destekler.
Post-Transkripsiyonel ve Traslasyonel Kontrol
miRNA’nın yaptığı posttranskripsiyonel modifikasyonlar kanserli hücrelerde HSPG’nin yapı ve
fonksiyonlarını etkiliyor.
Son yıllarda yapılan PCR ve immünohistokimyasal çalışmaların sonucu olarak miRNA’nın kanser oluşumunda
görev aldığı düşünülmektedir.
miR-21, HS sülfataz enziminin ekspresyonunu engeller ve bu da HCC hücrelerinde tümör büyümesine yol
açar.
GPC3, HCC hücrelerinde fazla miktarda görülürken miR-1271 (GPC3’ün inhibitörü) GPC3’ün miktarını
azaltır.
Post-Transkripsiyonel ve Traslasyonel Kontrol
Yayılmamış meme kanserindeki SDC1 geni ve miR-10b arasındaki ters orantı SDC1’in
posttranskripsiyonel düzenlenmesini göstermektedir. Ayrıca pankreas kanserinde de aynı durum
görülmüştür.
NDST mRNA’larının 5’ uçlarının düzenlenmesinin de kanser oluşumu ile ilgili olduğu düşünülmektedir.
Heperanaz genlerinin 3’ bölgesindeki 185 bç’lik kodlanmayan bölgenin Heperanaz (HPSE) enziminin
fonksiyonu engellemesi de translasyonel düzenlemeye örnek verilebilir.
Posttranslasyonel Düzeyde Kontrol
HSPG hücre içinde üretildikten sonra hücre yüzeyine veya hücre dışı ortama salgılanır.
Bu aşamada 3 farklı düzenleme mekanizması vardır:
1) Hücre dışı sülfatazlar tarafından HS zincirinin 6-O pozisyonundaki sülfatın uzaklaştırılması
2) Heperanaz (HPSE) tarafından HS zincirinin parçalanması
3) PG’nin hücre dışı domainin uzaklaştırılması
Hücre Dışı Sülfatazlar Tarafından Yeniden Düzenlenme
Hücre dışı sülfataz aktivitesi endonükleaz gibi davranan 2 hücre dışı izoenzim (Sulf1 ve Sulf2)
tarafından yapılır.
HS zincirinin özel bölgelerindeki 6S gruplarından glikozamin kopartarak HSPG düzenlenir.
Hücre dışı sülfatazların bozuklukları çoğu kanserde görülen bir belirteçtir.
Heperanazlar Tarafından HS Zincirlerinin Parçalanması
HPSE bir endo-β-D-glukoronidazdır ve HSPG’nın HS zincirini hücre yüzeyinde veya hücre dışı
ortamda keser.
HPSE aktivitesinin kanser gelişimi, yayılma ve metastaz ile doğru orantılı olduğu düşünülmektedir.
HPSE aktivitesi ile kesilen parçalar biyolojik olarak aktif olup hem kanserli hücrenin hem de komşu
hücrenin davranışlarını etkileyerek tümör hücresine uygun bir ortam oluşmasını sağlar.
PG’ın Hücre Dışı Domainlerinin Uzaklaştırılması
Syndecan’lar (SDCs) en çok çalışılan HSPG grubudur ve pek çok kanser türünde shedding
oldukları gözlemlenmiştir.
Çoğu matriks metalloproteaz shedding protokolünde görev alır. Shedding işlemi hücrenin davranışlarını
özellikle de hücresel tutunma ve büyüme faktörü salgılama gibi kanser hücreleri için çok önemli olan
davranışlarını etkiler.
Matriks metalloproteazlar PG’leri shedding yaparak diğer hücrelerle bağlantı kurulmasını sağlar.
Bu sayede tümör hücresi; büyüme, damarlanma ve metastazını sağlar ve tümör büyümesi
kolaylaşır.
PG’ın Hücre Dışı Domainlerinin Uzaklaştırılması
Yüksek oranda SDC1 hem myeloma hem de akciğer kanserinde hastalığın teşhisini zorlaştırır.
Bununla birlikte fazla SDC1 tümör büyümesi ve metastaza sebep olur.
Ayrıca SDC1’in stromal ekspresyonu pankreas kanserinde yanlış ve hastalığın teşhisinden bağımsız
sonuçlar ortaya çıkmasına sebep olarak hastalığın teşhisini zorlaştırır.
SDC2’nin stromal ekspresyonu ise pankreas kanseri ile ilgili herhangi bir etki göstermezken kanserle ilgili
daha iyi sonuçların ortaya çıkmasına sebep olur.
Stromal SDC’ler ve kanser epiteli farklı fonksiyonlara sahiptirler ve bu fonksiyonlar bulundukları
yere göre değişiklik gösterebilir.
PG’ın Hücre Dışı Domainlerinin Uzaklaştırılması
Son araştırmalar gösterdi ki myeloma hücrelerinde shed olmuş SDC1 membrana bağlanarak
çekirdeğin yerini değiştirir. Bu da tümör gelişimini kolaylaştırır.
HPSE enzimleri meme ve myeloma kanserlerinde SDC1’in yerini ve oranını değiştirir. Böylece
tümörlü hücre daha kolay shedding yapar ve ortama daha kolay uyum sağlar.
Syndecan çekirdek proteinindeki HS zincirinin proteoglikanların shedding’ini baskıladığı
ortaya çıkmıştır. HPSE tarafından HS zincirinin uzaklaştırılması ile kanserli hücrenin
shedding yapma oranı artar.
Ayrıca hücre oksidatif strese maruz kaldığında shedding yapma kapasitesi artar ve tümörleşme
daha hızlı gerçekleşir.
Kemoterapi SDC1 shedding uyarıyor. Bu da hastalığın tekrarlanma ihtimalini arttırıyor.
TARTIŞMA
HSPG çoğu kanser türünde çeşitli modifikasyonlara uğruyor. Her 3 evrede de bu farklı yapıların
oluşması için düzenleyiciler olabilir.
Verilen örneklerinde kanıtladığı gibi HSPG karsigogenesis ve tümör gelişiminde önemli rol alır.
Eğer HSPG’nin kanserdeki etkisi çözülebilirse belki de anti-kanser ilaçları yapılabilir.