Corpurile PML

Corpii PML (cunoscuți și sub denumirea de corpi nucleari de leucemie promielocitară [1] , corpi nucleari PML [2] , domenii nucleare 10 [3] ) sunt corpuri sferice cu diametrul de 0,1–1,0 µm care se găsesc în nucleele celulare ale multor țesuturi și ale majorității liniilor și incluse în matricea nucleară . Componenta cheie de organizare a corpurilor PML este proteina PML , care atrage o mare varietate de proteine ​​la corpurile PML, care sunt unite doar prin capacitatea de a suferi sumoilare ( modificare post-translațională , care constă în atașarea proteinelor SUMO la o proteină țintă) . În corpurile PML, proteinele suferă modificări post-translaționale (în special sumoilarea) care duc la izolarea proteinelor în corpurile PML, activare sau degradare. În funcție de caracteristicile morfologice, se disting mai multe subtipuri de corpuri PML și toate sunt caracterizate prin prezența unei învelișuri dense de electroni și a unui miez interior [2] .

Aspectul și funcția corpurilor PML este reglată de factorii de stres celular, cum ar fi infecțiile virale , deteriorarea ADN-ului , transformarea și stresul oxidativ . Transcrierea proteinei PML și a mai multor proteine ​​cu care interacționează sunt modificate semnificativ de interferoni . Interesant este că șoarecii knockout pentru proteina PML nu pot forma corpuri normale de PML, dar totuși se dezvoltă și trăiesc normal; din acest motiv, corpurile PML probabil nu îndeplinesc unele funcții biologice extrem de importante și de neînlocuit [2] .

Istoria studiului

Corpurile PML au fost descoperite pentru prima dată în anii 1960 ca corpuri dense sferice intranucleare vizibile la microscop electronic . Au fost descrise două tipuri de aceste corpuri: fibrilar și granular, care conțineau microgranule, probabil corespunzătoare ribonucleoproteinelor . Ulterior, corpurile PML au fost vizualizate prin microscopie de imunofluorescență folosind seruri autoimune obținute de la pacienți cu ciroză biliară primară . Folosind această metodă, prima proteină asociată cu corpurile PML, SP100 , a fost descoperită în 1991, iar corpurile PML în sine au fost caracterizate în detaliu. Ulterior, s-a constatat că în aceleași corpuri în care este localizată proteina SP100, este localizată și proteina PML. Proteina PML este de interes deoarece se găsește în leucemia promielocitară acută ( APL ) ca un conjugat cu receptorul de acid retinoic α (PML/RARA- oncoproteină ). În celulele APL, corpurile PML sunt distruse de PML/RARA. Cu toate acestea, când APL a fost tratat cu acid retinoic și oxid de arsenic (III) , care declanșează degradarea PML/RARA, corpurile PML au reapărut. Studii ulterioare au arătat că corpurile PML suferă modificări sub influența unor condiții stresante, cum ar fi infecțiile virale, șocul termic și prezența metalelor grele . În prezent, se studiază activ dinamica corpurilor PML, relația lor cu alte componente ale nucleului, asamblarea, recrutarea diferitelor proteine ​​și funcții la nivelul celulei și a întregului organism [4] .  

Structura și compoziția

Un corp PML tipic este un obiect sferic cu diametrul de 0,1–1 µm, care poate avea sau nu un miez microgranular. De obicei, celulele care conțin corpi PML au 5 până la 15 corpi PML. Sunt compuse în principal din proteine ​​și, în general, nu conțin ADN sau ARN . Învelișul exterior al corpului este format din proteina PML, iar proteinele cu care interacționează sunt situate în interior. La fel ca multe corpuri nucleare, corpurile PML sunt localizate în spațiul intercromozomial, unde coexistă adesea cu alte corpuri nucleare . Deși corpurile PML nu conțin ADN, ele sunt adesea asociate cu loci specifici , cum ar fi grupul de gene clasa I complexului major de histocompatibilitate (MHC) ; se presupune că corpurile PML reglează arhitectura cromatinei și transcripția genelor acestui locus. Modificările cromatinei în timpul transcripției sau în funcție de stadiul ciclului celular modulează structura și numărul de corpuri PML. Structura corpurilor PML se modifică semnificativ în timpul infecțiilor virale: de exemplu, genoamele virale se pot acumula la periferie sau în partea centrală a acestor corpuri [5] .

Corpii PML simple (tipurile I și II) și învelișurile corpurilor PML complexe (tipul III, IVa și V) sunt compuse din material fibrilar non-cromatin [6] . Astfel de corpi PML sunt eliberați împreună cu matricea nucleară și sunt asociați cu componenta sa fibrogranulară folosind proeminențe speciale pe suprafața lor [6] .

Corpii complexi de PML sub teaca fibrilară conțin o componentă de structură granulară, constând probabil din ribonucleoproteine. S-a sugerat că unele dintre corpurile PML granulare înmuguresc din nucleol ; această ipoteză este susținută de prezența proteinelor specifice de legare a ARN-ului în corpurile complexe de PML . Nu se cunoaște ce factori determină prezența unui miez microgranular în corpurile PML, iar compoziția acestuia este puțin înțeleasă. S-a demonstrat că în unele corpuri conține ARN nou sintetizat , în timp ce în altele nu. O serie de studii au arătat că corpurile PML pot fi asociate cu exportul și traducerea ARNm prin intermediul factorului de inițiere a translației eucariote EIF4E [7] .

În unele celule sunt descrise structuri mari care conțin elemente ale nucleolului; se numesc corpuri nucleare asociate senescenței (SANB ) .  Aceste corpuri au, de asemenea, o înveliș de proteină PML, totuși, restul de proteine ​​caracteristice corpurilor PML sunt situate nu în partea interioară, ci direct pe înveliș [7] .

Corpii PML includ proteine ​​precum SUMO, DAXX [8] , SP100, LYSP100 ( omologul lui SP100) [9] , ISG20 [10] , PML, NDP55 [11] . Alte proteine, cum ar fi PIC1/SUMO-1, care sunt de obicei asociate cu porii nucleari , pot face, de asemenea, parte din corpurile PML [12] . Toate aceste proteine ​​pot fi reorganizate și dispersate ca răspuns la diferite tipuri de stres (stimulare sau șoc termic) [13] .

În celulele stem embrionare umane , corpurile PML formează „rozete” în jurul centromerului sau sunt situate între doi centromeri. Astfel de corpuri PML nu conțin proteinele SUMO, SP100 și DAXX, iar rolul lor în biologia celulelor stem rămâne necunoscut. În plus, corpurile PML sunt detectate în apropierea centromerilor în celulele tratate cu inhibitori de proteazom în timpul fazei G2 a ciclului celular [14] .

În celulele care nu exprimă telomeraza și mențin lungimea telomerilor prin recombinare omoloagă , există corpuri PML asociate cu alungirea alternativă a corpurilor PML asociate telomerilor (APB ) .  Acești corpi PML conțin două tipuri de reparare a ruperii ADN-ului dublu catenar și factori de recombinare omologi: Rad50/Mre11/NBS1-complex și Rad51 / Rad52 , precum și factorul de replicare A, helicaza BLM și legarea repetitivă a telomerilor . factori (TRF1 și TRF2) și aproape toate aceste proteine ​​sunt sumoilate. În astfel de celule, telomerii se dublează în mod activ în fazele S /G2 ale ciclului celular [15] .

Dinamica

Studiile care utilizează metodele FRET și FRAP au arătat că proteina PML este o componentă stabilă a corpurilor PML, iar proteinele care interacționează cu aceasta sunt mai mobile, deși sunt reținute în corpurile PML de ceva timp. În sine, corpurile PML nu sunt foarte mobile, deși se pot împărți și se pot îmbina unele cu altele în timpul ciclului celular. În timpul fazei S, corpurile PML se împart în două, dispar în timpul mitozei și reapar în timpul tranziției de la mitoză la faza G1. În timpul mitozei, proteinele PML rămân asociate între ele, dar sunt fosforilate , desumoilate și eliberează proteinele partenere. În timpul mitozei, înainte de distrugerea învelișului nuclear în prometafază , corpurile PML își pierd legătura cu cromatina și devin mai mobile. Proteina PML însăși în timpul mitozei interacționează cu membranele nucleare și nucleoporinele , facilitând formarea învelișului nuclear în timpul tranziției de la telofaza la faza G1 . În timpul acestei tranziții, SP100 (mai devreme) și DAXX (mai târziu) se întorc în nucleu, interacționează cu agregarea proteinelor PML și formează corpuri PML [16] . Acumulările citoplasmatice ale proteinei PML sunt detectate chiar și în timpul fazei G1, dar apoi scad încet [17] .

Stresul, cum ar fi șocul termic sau metalele grele, provoacă fragmentarea reversibilă a corpurilor PML prin înmugurirea microcorpilor care nu au SUMO și majoritatea proteinelor partenere PML. La sfârșitul expunerii la stres, dimensiunea, locația și numărul corpurilor PML sunt complet restaurate, indicând faptul că corpurile PML sunt formate în locuri predeterminate [18] .

S-a sugerat că formarea corpurilor PML se bazează pe interacțiunea dintre PML și SUMO. Într-adevăr, în celulele cu defecte de sumoilare, se observă anomalii în corpurile PML. Mai mult, sumoilarea poate asigura, de asemenea, recrutarea proteinelor partenere PML în corpurile PML, deoarece majoritatea dintre ele sunt în starea sumoilată în corpurile PML. În același timp, izoformele PML care nu pot interacționa cu SUMO formează totuși corpuri PML normale. Astfel, rolul sumoilării în formarea corpurilor PML nu a fost încă determinat [19] .

Funcții

Proteina PML este implicată în reglarea unor procese celulare importante precum transcripția, apoptoza , îmbătrânirea, răspunsul la deteriorarea ADN-ului și rezistența la viruși. Proteinele partenere PML suferă modificări post-translaționale în corpurile PML care le afectează funcția. De exemplu, există multe enzime care modifică p53 în corpurile PML ( CBP , HDM2, HIPK2 și HAUSP). Acetilarea , sumoilarea și fosforilarea p53 în corpurile PML reglează pozitiv activitatea p53. Translocarea în corpurile PML poate afecta activitatea unor proteine ​​kinaze ; astfel, în corpurile PML, fosfataza PP2A defosforilează kinaza AKT și se crede că PP1A defosforilează proteina retinoblastomului (pRb). În cazul unor kinaze, cum ar fi CHEK2 , localizarea în corpurile PML promovează autofosforilarea lor . Există dovezi că, în celulele de drojdie, PML poate crește direct nivelul global de sumoilare a proteinelor, iar corpurile PML cresc sumoilarea unor proteine ​​partenere PML [20] .

Prima funcție stabilită a corpurilor PML a fost acumularea și izolarea anumitor proteine. O astfel de proteină este, de exemplu, DAXX. Izolarea DAXX cu PML sumoilată, care face parte din corpurile PML, elimină reprimarea transcripțională a unor gene și, de asemenea, reglează apoptoza. O situație similară se întâlnește în cazul histonelor și însoțitorilor histonilor din celulele senescente. În timpul îmbătrânirii celulare, se observă formarea unui tip special de heterocromatină , care este inițiată de acumularea de chaperone histonice HIRA și ASF1a , precum și a proteinei HP1 [en] , corpurilor PML [21] .

Unele proteine ​​instabile se acumulează în corpurile PML, precum și proteazomi și ubiquitină . Mai mult, există dovezi că proteinele partenere ale PML sunt degradate în corpurile PML [21] .

Se acumulează dovezi că corpurile PML funcționează ca senzori pentru speciile reactive de oxigen . În special, ele pot oferi un mediu redox adecvat pentru funcționarea enzimelor de sumoilare [22] .

În prezent, corpurile PML sunt considerate ca parte a imunității înnăscute , care oferă protecție împotriva infecțiilor virale. În timpul infecțiilor virale, genomul și proteinele virale se acumulează adesea în corpurile PML. În multe virusuri ADN ale căror genom se replic în nucleu, cum ar fi citomegalovirusul uman sau virusul herpes simplex tip 1 , genomul lor se leagă de corpurile PML imediat ce intră în nucleu. În corpurile PML, genomii suferă tăcere epigenetică , care suprimă dezvoltarea infecției. Proteinele corpului PML precum PML, DAXX, SP100 și ATRX sunt implicate în suprimarea infecțiilor virale . Replicarea virusului varicela zoster este inhibată de corpurile LMP printr-un mecanism diferit. Când sunt infectați cu acest virus, corpurile PML mărite captează nucleocapsidele virale nou asamblate datorită interacțiunii unei izoforme speciale a proteinei PML cu proteina capside ORF23, care împiedică eliberarea particulelor virale din nucleu . Corpurile PML blochează, de asemenea, replicarea adenovirusului , papilomavirusului și parvovirusului . În plus, ele afectează cursul ciclului de viață în unele virusuri ARN citoplasmatice . De exemplu, în infecția cu HIV - 1 și alți retrovirusuri , se raportează că corpurile PML se deplasează rapid de la nucleu la citoplasmă, afectând ciclul de viață al virusului în citoplasmă. S-a stabilit că corpurile PML afectează ciclul de viață al retrovirusurilor la nivelul transcripției inverse , deși mecanismul molecular specific al acestui fenomen este neclar [3] .

Proteinele virale specifice pot distruge corpurile PML și pot promova infecția virală. Tabelul de mai jos enumeră proteinele virale care degradează corpurile PML printr-un mecanism cunoscut [23] .

Corpurile PML sunt direct legate de sistemul de semnalizare imunitar înnăscut. Astfel, tratamentul cu interferon îmbunătățește expresia proteinelor corpului PML, cum ar fi PML și SP100 și le îmbunătățește proprietățile antivirale. Lipsa LMP duce la o scădere a capacității interferonilor de a proteja împotriva infecțiilor virale. Corpii PML sunt, de asemenea, asociati cu alte citokine . De exemplu, în celulele fără LMP, există o expresie redusă a citokinelor proinflamatorii interleukina 1β și interleukina 6 [3] .

Semnificație clinică

Deoarece corpurile PML sunt implicate în multe procese celulare de suprimare a tumorilor, distrugerea lor stă la baza cancerelor , cum ar fi leucemia promielocitară acută (APL). După cum s-a menționat mai sus, distrugerea corpurilor PML are loc adesea sub acțiunea proteinei himerice PML/RARA, care este o proteină PML reticulată la receptorul acid retinoic α. Acționează ca un represor transcripțional care interferează cu diferențierea normală a celulelor mieloide și conferă celulelor APL capacitatea de auto-reînnoire. PML/RARA interferează cu oligomerizarea normală a proteinei PML, ceea ce duce la distrugerea corpurilor PML. Încălcări ale structurii genei PML sunt detectate în 95% din celulele APL [1] . De asemenea, s-a demonstrat că pierderea LMP este adesea observată în cancerele umane de diverse origini histologice [24] .

În 2017, s-a demonstrat că corpurile PML pot fi implicate în dezvoltarea bolilor neurodegenerative, cum ar fi boala de incluziune hialină intranucleară neuronală. Incluziunile intranucleare eozinofile care apar în celulele pacienților care suferă de această boală sunt derivate din corpurile PML [25] .

Note

1. ↑ 1 2 di Masi A. , Cilli D. , Berardinelli F. , Talarico A. , Pallavicini I. , Pennisi R. , Leone S. , Antoccia A. , Noguera NI , Lo-Coco F. , Ascenzi P. , Minucci S. , Nervi C. Perturbarea corpului nuclear PML afectează detectarea și repararea ruperii duble-catenari a ADN-ului în APL.  (Engleză)  // Moartea și boala celulară. - 2016. - Vol. 7. - P. e2308. - doi : 10.1038/cddis.2016.115 . — PMID 27468685 .
2. ↑ 1 2 3 Nucleul, 2011 , p. 247.
3. ↑ 1 2 3 Scherer M. , Stamminger T. Emerging Role of PML Nuclear Bodies in Innate Immune Signaling.  (engleză)  // Jurnal de virologie. - 2016. - Vol. 90, nr. 13 . - P. 5850-5854. - doi : 10.1128/JVI.01979-15 . — PMID 27053550 .
4. ↑ Nucleul, 2011 , p. 248-249.
5. ↑ Nucleul, 2011 , p. 250-251.
6. ↑ 1 2 Chaly N. , Setterfield G. , Kaplan JG , Brown DL Corpii nucleari în limfocite splenice de șoarece: II - Citochimie și autoradiografie în timpul stimulării cu concanavalina A.  //  Biologia celulei. - 1983. - Vol. 49, nr. 1 . - P. 35-43. — PMID 6199062 .
7. ↑ 1 2 Nucleul, 2011 , p. 252.
8. ↑ Nucleul, 2011 , p. 249.
9. ↑ Dent AL , Yewdell J. , Puvion-Dutilleul F. , Koken MH , de The H. , Staudt LM LYSP100-associated nuclear domains (LANDs): descrierea unei noi clase de structuri subnucleare și relația lor cu corpurile nucleare PML.  (engleză)  // Sânge. - 1996. - Vol. 88, nr. 4 . - P. 1423-1426. — PMID 8695863 .
10. ↑ Gongora C. , David G. , Pintard L. , Tissot C. , Hua TD , Dejean A. , Mechti N. Molecular cloning of a new interferon-induced PML nuclear body-associated protein.  (Engleză)  // Jurnalul de chimie biologică. - 1997. - Vol. 272, nr. 31 . - P. 19457-19463. — PMID 9235947 .
11. ^ Zuber M. , Heyden TS , Lajous -Petter AM Un autoanticorp uman care recunoaște proteina nucleară asociată matricei nucleare, localizată în structuri de puncte. (Engleză)  // Biologia celulei. - 1995. - Vol. 85, nr. 1 . - P. 77-86. — PMID 8882521 .  
12. ^ Sternsdorf T. , Jensen K. , Will H. Evidence for covalent modification of the nuclear dot-associated proteins PML and Sp100 by PIC1/SUMO-1.  (Engleză)  // Jurnalul de biologie celulară. - 1997. - Vol. 139, nr. 7 . - P. 1621-1634. — PMID 9412458 .
13. ↑ Maul GG , Yu E. , Ishov AM , Epstein AL Proteinele asociate domeniului nuclear 10 (ND10) sunt de asemenea prezente în corpurile nucleare și se redistribuie în sute de site-uri nucleare după stres.  (engleză)  // Jurnal de biochimie celulară. - 1995. - Vol. 59, nr. 4 . - P. 498-513. - doi : 10.1002/jcb.240590410 . — PMID 8749719 .
14. ↑ Nucleul, 2011 , p. 252-253.
15. ↑ Nucleul, 2011 , p. 251-252.
16. ↑ Nucleul, 2011 , p. 253.
17. ↑ Nucleul, 2011 , p. 322.
18. ↑ Nucleul, 2011 , p. 253-254.
19. ↑ Nucleul, 2011 , p. 254.
20. ↑ Nucleul, 2011 , p. 255-256.
21. ↑ 1 2 Nucleul, 2011 , p. 256.
22. ↑ Niwa-Kawakita M. , Wu HC , Thé H. , Lallemand-Breitenbach V. Corpuri nucleare PML, domenii fără membrană care acționează ca senzori ROS?  (engleză)  // Seminarii de biologie celulară și dezvoltare. - 2017. - doi : 10.1016/j.semcdb.2017.11.007 . — PMID 29157919 .
23. ↑ The Functional Nucleus / David P. Bazett-Jones, Graham Dellaire. - Elveția: Springer, 2016. - P. 285. - 513 p. - ISBN 978-3-319-38880-9 . - doi : 10.1007/978-3-319-38882-3 .
24. ↑ Herzer K. , Gerken G. , Hofmann TG Carcinogeneza hepatică asociată cu hepatita C: rolul corpurilor nucleare PML.  (engleză)  // Jurnalul mondial de gastroenterologie. - 2014. - Vol. 20, nr. 35 . - P. 12367-12371. doi : 10.3748 / wjg.v20.i35.12367 . — PMID 25253937 .
25. ↑ Nakano Y. , Takahashi-Fujigasaki J. , Sengoku R. , Kanemaru K. , Arai T. , Kanda T. , Murayama S. PML Nuclear Bodies Are Altered in Adult-Onset Neuronal Intranuclear Hyaline Inclusion Disease.  (engleză)  // Jurnal de neuropatologie și neurologie experimentală. - 2017. - Vol. 76, nr. 7 . - P. 585-594. doi : 10.1093 / jnen/nlx039 . — PMID 28863453 .

Literatură

• Nucleul / Tom Misteli, David L. Spector. - New York: Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2011. - 463 p. — ISBN 978-0-87969-894-2 .

nucleul celular
Membrană nucleară / Lamina nucleară	Pori nucleari : Nucleoporine ( NUP35 NUP37 NUP43 NUP50 NUP54 NUP62 NUP85 NUP88 NUP93 NUP98 NUP107 NUP133 NUP153 NUP155 NUP160 NUP188 NUP205 NUP210 NUP214 ) AAAS
nucleol	Compartimentul perinucleolar ( PTBP1 CUGBP1 ) TCOF Ataxina 7
Alte	Corpurile PML Paraspeckles Corpuscul Cajal ( GEMIN4 GEMIN5 GEMIN6 GEMIN7 GEMIN8 SMN / SIP1 coilin ) proteine ​​SMC Cohesin ( SMC1A SMC1B SMC3 ) Condensin ( NCAPD2 NCAPD3 NCAPG NCAPG2 NCAPH NCAPH2 SMC2 SMC4 ) Repararea ADN-ului ( SMC5 SMC6 ) Proteine ​​nucleare de tranziție TNP1 TNP2 Cromatina matrice nucleară Nucleoplasma Nucleosol