Udział tRNA w patogenezie nowotworów07.07.2010

autor: Marcin Sajek
słowa kluczowe: nowotwór, RNA, tRNA

tRNA struktura

Ryc. Struktura tRNA, PDBID: 6TNA, wizualizacja z użyciem Accelrys Discovery Studio.

Informacja genetyczna przenoszona jest przez kwasy nukleinowe, należą do nich RNA (kwas rybonukleinowy) i DNA (kwas deoksyrybonukleinowy). DNA trwale przechowuje informację genetyczną, natomiast RNA pełni kilka funkcji, których główną jest udział w biosyntezie białek. Aby wyprodukować białko, najpierw DNA jest przepisywany na mRNA (matrycowy RNA) w procesie transkrypcji.

Transkrypcję można podzielić na trzy fazy:

  • inicjacji (przygotowania i rozpoczęcia transkrypcji)
  • elongacji- wydłużania rosnącego na bazie DNA łańcucha RNA
  • terminacji- zakończeniu procesu

Kolejnym krokiem jest translacja podczas której na podstawie sekwencji uprzednio zsyntezowanego mRNA w rybosomie syntezowane jest białko. W „odszyfrowywaniu” tej informacji bierze udział tRNA.

Oprócz udziału w translacji cząsteczki tRNA mogą również brać udział w innych procesach komórkowych. Zaobserwowano, że w komórkach transformowanych oraz nowotworowych występuje zwiększony poziom produktów polimerazy III RNA,  a mianowicie cząsteczki 5S rRNA (RNA wchodzące w skład rybosomu) oraz tRNAiMet (RNA posiadające antykodon kodujący metioninę, od którego zaczyna się translacja). Nadekspresja tRNAiMet jest potrzebna do stymulacji podziałów komórkowych, co obserwowano np. w hodowlach unieśmiertelnionych fibroblastów.

W jaki sposób tRNA  może wpływać na transformację nowotworową?

Aby komórka mogła się dzielić, musi osiągnąć odpowiednia masę. Większość masy komórki stanowią białka. Zatem zwiększony poziom syntezy białek może być związany z transformacją nowotworową. Translacja zależna jest od krótkich transkryptów  polimerazy RNA III- tRNA oraz 5S rRNA. Zwiększony poziom produkcji tych transkryptów obserwowano m. in. w nowotworach jajników. Częściowym wyjaśnieniem tego zjawiska może być fakt, że w zdrowych komórkach czynnik transkrypcyjny (cząsteczka wpływająca na proces transkrypcji) specyficzny dla polimerazy RNA III- TFIIB ulega wiązaniu i represji przez białko supresorowe RB, którego funkcja jest zachwiana w wielu rodzajach nowotworów. Podobny efekt mogą wywołać mutacje w genie p53 oraz nadekspresja białek onkogennych (E6 i Mdm2). Dodatkowo wspomniany czynnik transkrypcyjny jest wiązany i aktywowany przez białko c-Myc, którego zwiększona produkcja (nadekspresja) występuje w wielu nowotworach. Aktywacja może nastąpić także przez bezpośrednią fosforylację przez białko przyłączające grupy fosforanowe- kinazę Erk, które wykazuje zwiększoną aktywność w 30% ludzkich nowotworów. Wszystkie wyżej wymienione białka spełniają w komórce wiele różnorodnych funkcji. Może więc się wydawać, że zwiększony poziom transkrypcji polimerazy RNA III może być efektem ubocznym zupełnie innego działania. Jednakże nie wyjaśnia to faktu zwiększonego poziomu ekspresji innego czynnika transkrypcyjnego- TFIIC, niezbędnego dla syntezy tRNA i 5S rRNA, obserwowanego np. w raku jajnika.

W celu potwierdzenia roli czynnika transkrypcyjnego TFIIB w transformacji nowotworowej skonstruowano linie komórkowe, w których wymuszono produkcję jednej z podjednostek TFIIB- Brf1. W komórkach tych zaobserwowano zwiększoną ekspresję (produkcję) genów 5S rRNA oraz różnych tRNA, a także pseudogenów pochodzących z tRNA. Wzrósł także poziom biosyntezy białek. Komórki ze zwiększoną produkcją fragmentu Brf1 szybciej się dzieliły. O 10% wzrosła także ilość komórek w fazie S (synteza materiału genetycznego) cyklu komórkowego.

Eksperymenty z użyciem RNAi (RNA pozwalający na wyciszanie genów) udowodniły, że aby Brf1 mógł aktywować podziały, aktywność polimerazy III RNA jest niezbędna. Jednym z celów dla Brf1 są geny kodujące tRNAiMet.

Aby potwierdzić rolę inicjatorowych tRNA w procesie transformacji nowotworowej, skonstruowano linie komórkowe zawierające plazmid (koliste DNA) z genem tRNAiMet. Poziom inicjatorowych tRNA w tych komórkach był tylko nieznacznie wyższy w porównaniu do kontroli, ale poziom biosyntezy białek wzrósł znacznie. Komórki te wstrzyknięte myszom powodowały rozwój nowotworów, w przeciwieństwie do użytych jako kontroli komórek ze zwiększoną ekspresją tRNAeMet (cząsteczki tRNA używane podczas etapu wydłużania (elongacji) białka na rybosomie) [1].

Jednym ze szlaków biorących udział w regulacji wzrostu i podziałów komórkowych jest szlak sygnalizacyjny związany z innym białkiem dodającym reszty kwasu fosforowego do biomolekuł- kinazą fosfoinozytolową 3 (PI3K). Może on odgrywać wiodącą rolę w regulacji biosyntezy białek. W komórkach nowotworowych często występują mutacje w elementach tego szlaku. Krytycznym jego punktem jest zależna od kapu (struktura na początku matrycy RNA m.in. zapobiegająca jego degradacji) regulacja translacji polegająca na uwolnieniu czynnika inicjacyjnego eIF4E z 4E-BP (białko wiążące 4E). Po uwolnieniu czynnik ten wspólnie z pozostałymi podjednostkami eIF4 wiąże się do kapu. Kompleks ten (eIF4+kap) ma zwiększone powinowactwo do kompleksu preinicjacyjnego (tRNAiMet, eIF2, inne czynniki transkrypcyjne, podjednostka 40S rybosomu). Formowanie obu kompleksów ma kluczowe znaczenie dla inicjacji translacji. Czynnik eIF4E może pełnić rolę onkogenu, kiedy zachodzi jego nadekspresja lub gdy posiada ufosforylowany aminokwas - serynę 209. Także nadekspresja czynnika elongacyjnego eEF1A, rekrutującego aminoacylowane tRNA do rybosomu może skutkować transformacją nowotworową. Efekty zaburzenia regulacji inicjacji i elongacji translacji mogą być zarówno ilościowe jak i jakościowe- zwiększenie ilości syntetyzowanych białek, a w szczególności białek antyapoptotycznych Elf i cyklu komórkowego (Myc, cyklina D1, Mcl1). Wyjaśnia to więc w jaki sposób fosforylacja inicjatorowych czynników transkrypcyjnych jak i nadekspresja tRNAiMet może prowadzić do transformacji nowotworowej [2].

Literatura:

  1. Marshall L, Kenneth N, White R; Elevated tRNA(iMet) synthesis can drive cell proliferation and oncogenic transformation; Cell; 2008; 133: 78-89
  2. Berns A; A tRNA with oncogenic capacity; Cell; 2008; 133: 29-30

ISSN 1689-7730