β-Катенин: структура, функции и роль в опухолевой трансформации эпителиальных клеток

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

В обзоре представлены сведения о структуре и механизмах функционирования β-катенина, его роли в опухолевой трансформации при различных вариантах неоплазий. Первичная структура β-катенина позволяет ему взаимодействовать со многими факторами и лигандами, в т.ч. с факторами транскрипции, α-катенином, белком клеточной адгезии кадгерином, Axin, малыми ГТФазами семейства Rho, Bcl9 и др. Все это объясняет его внутриклеточную многофункциональность. Также приведены данные об участии β-катенина в механизмах адгезии, регуляции метаболизма РНК, формировании контактов с цитоскелетом, его роли как кофактора в каноническом Wnt-сигнальном пути; приведены примеры про- и противовоспалительных эффектов β-катенина. Участие β-катенина в опухолевой трансформации и прогрессии некоторых злокачественных опухолей в настоящее время не вызывает сомнений. Освещены современные представления об изменении экспрессии β-катенина при таких эпителиальных злокачественных опухолях, как рак толстой кишки, рак предстательной железы, различные варианты рака щитовидной железы, гепатоцеллюлярный рак, а также перспективах его использования как маркера и предиктора злокачественных опухолей. Продолжение исследований в данном направлении позволит не только использовать β-катенин как потенциальный предиктор злокачественных опухолей, но и разработать подходы к их таргетной терапии

Об авторах

Анна Владимировна Исаева

Сибирский государственный медицинский университет;
Томский НИИ онкологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: seneann@mail.ru

аспирант кафедры патофизиологии;

младший научный сотрудник отделения патологической анатомии и цитологии, 634028, Томск, ул. Учебная, д. 5-17

Россия

Анастасия Павловна Зима

Сибирский государственный медицинский университет;
БФУ им. И. Канта

Email: zima2302@gmail.com

доктор медицинских наук, профессор кафедры патофизиологии;

старший научный сотрудник лаборатории иммунологии и клеточных биотехнологий, 634028, Томск, ул. Учебная, д. 39

Россия

Ирина Петровна Шабалова

Российская медицинская академия последипломного образования

Email: irenshab@inbox.ru

доктор медицинских наук, профессор кафедры клинической лабораторной
диагностики,

125284, Москва, 2-й Боткинский пp-д, д. 5

Россия

Наталья Владимировна Рязанцева

КрасГМУ им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого;
Сибирский федеральный университет

Email: nv_ryazan@mail.ru

доктор медицинских наук, профессор кафедры биологической химии с
курсами медицинской, фармацевтической и токсикологической химии;

профессор кафедры биофизики Института фундаментальной биологии и биотехнологии, 660041, Красноярск, пр-т Свободный, д. 79

Россия

Ольга Александровна Васильева

Сибирский государственный медицинский университет

Email: vasiljeva-24@yandex.ru

кандидат медицинских наук, ассистент кафедры биохимии с молекулярной
биологией и курсом клинической лабораторной диагностики,

634050, Томск, Московский тракт, д. 2

Россия

Карина Тимуровна Касоян

Российская медицинская академия последипломного образования

Email: karishe@list.ru

кандидат медицинских наук, доцент кафедры клинической лабораторной диагностики,

125284, Москва, 2-й Боткинский пp-д, д. 5

Россия

Татьяна Владимировна Саприна

Сибирский государственный медицинский университет

Email: tvsaprina@sibmail.com

доктор медицинских наук, доцент кафедры эндокринологии и диабетологии,

634050, Томск, Московский тракт, д. 2

Россия

Венера Насхатовна Латыпова

Сибирский государственный медицинский университет

Email: veneralatypova@mail.ru

кандидат медицинских наук, доцент кафедры эндокринологии и диабетологии,

634050, Томск, Московский тракт, д. 2

Россия

Ирина Сергеевна Берёзкина

Сибирский государственный медицинский университет

Email: berezkina.is@mail.ru

аспирант кафедры эндокринологии и диабетологии,

634050, Томск, Московский тракт, д. 2

Россия

Вячеслав Викторович Новицкий

Сибирский государственный медицинский университет

Email: kaf.pat.fiziolog@ssmu.ru

доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, заведующий кафедрой патофизиологии,

634028, Томск, ул. Учебная, д. 39

Россия

Список литературы

  1. Ozawa M., Baribault H., Kemler R. The cytoplasmic domain of the cell adhesion molecular uvomorulin associates with three independent proteins structurally related in different species. EMBO J. 1989; 8: 1711–1717.
  2. Maiden S.L., Hardin J. The secret life of β-catenin: Moonlighting in morphogenesis. J. Cell Biol. 2010; 195 (4): 543–552.
  3. Tewari R., Bailes E., Bunting K.A., Coates J.C. Armadillo-repeat protein functions: questions for little creatures. Trends Cell Biol. 2010; 20: 470–481.
  4. McCrea P.D., Gu D. The catenin family at a glance. J. Cell Sci. 2010; 123: 637–642.
  5. Hatzfeld M. Multifunctional proteins or just regulators of desmosomal adhesion? Biochim. Biophys. Acta. 2007; 1773: 69–77.
  6. Clevers H., Nusse R. Wnt/b-Catenin Signaling and Disease. Cell. 2012; 149: 1192–1205.
  7. Kubota T., Michigami T., Ozono K. Wnt signaling in bone metabolism. J Bone Miner Metab. 2009; 27: 265–271.
  8. Tucci V., Kleefstra T., Hardy A., Heise I., Maggi S., Willemsen M.H., Hilton H., Esapa C., Simon M., Buenavista M-T., McGuffin L.J., Vizor L., Dodero L., Tsaftaris S., Romero R., Nillesen W.N., Vissers L.E.L.M., Kempers M.J., Vulto-van Silfhout A.T., Iqbal Z., Orlando M., Maccione A., Lassi G., Farisello P., Contestabile A., Tinarelli F., Nieus T., Raimondi A., Greco B., Cantatore D., Gasparini L., Berdondini L., Bifone A., Gozzi A., Wells S., Nolan P.M. Dominant β-catenin mutations cause intellectual disability with recognizable syndromic features. J Clin Invest. 2014; 124(4): 1468–1482.
  9. Huber A.H., Nelson W.J., Weis W.I. Three-dimensional structure of the armadillo repeat region of beta-catenin. Cell. 1997; 90: 871–882.
  10. Huber A.H., Weis W.I. The structure of the b-catenin/E-cadherin complex and the molecular basis of diverse ligand recognition by b-catenin. Cell. 2001; 105: 391–402.
  11. Xu W., Kimelman D. Mechanistic insights from structural studies of β-catenin and its binding partners. J. Cell Sci. 2007; 120: 3337–3344.
  12. Hur J., Jeong S. Multitasking β-catenin: from adhesion and transcription to RNA regulation. Animal Cells Syst. 2013; 17 (5): 299–305.
  13. Available at: http://www.stanford.edu/group/nusselab/cgi-bin/wnt/protein_interactions (accessed: 20.03.2015).
  14. Xing Y., Takemaru K.I., Liu J., Berndt J.D., Zheng J., Moon R.T., Xu W. Crystal Structure of a Full-Length β-Catenin. Structure. 2008; 16: 478–487.
  15. Valenta T., Hausmann G., Basler K. The many faces and functions of b-catenin. EMBO J. 2012; 31: 2714–2736.
  16. Choi H.J., Huber A.H., Weis W.I. Thermodynamics of β-catenin-ligand interactions: the roles of the N- and C-terminal tails in modulating binding affinity. J. Biol. Chem. 2006; 281: 1027–1038.
  17. Shapiro L., Weis W.I. Structure and biochemistry of cadherins and catenins. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2009; 1: 003053.
  18. Hartsock A., Nelson W.J. Adherens and tight junctions: Structure, function and connections to the actin cytoskeleton. Biochim. Biophys. Acta. 2008; 1778: 660–669.
  19. Franz C.M., Ridley A.J. p120 catenin associates with microtubules: inverse relationship between microtubule binding and Rho GTPase regulation. J. Biol. Chem. 2004; 279: 6588–6594.
  20. Perez-Moreno M., Fuchs E. Catenins: Keeping Cells from Getting Their Signals Crossed. Dev. Cell. 2006; 11: 601–612.
  21. Nelson W.J., Nusse R. Convergence of Wnt, β-Catenin, and Cadherin Pathways. Science, 2004; 305: 1483–1487.
  22. Berx G., van Roya F. The cell-cell adhesion molecule E-cadherin. Cell. Mol. Life Sci. 2008; 65: 3756–3788.
  23. Gates J., Peifer M. Can 1000 reviews be wrong? Actin, alphaCatenin, and adherens junctions. Cell. 2005; 123: 769–772.
  24. Citi S., Guerrera D., Spadaro D., Shah J. Epithelial junctions and Rho family GTPases: the zonular signalosome. Small GTPases. 2014; 5 (4): 1–15.
  25. Esufali S., Bapat B. Cross-talk between Rac1 GTPase and dysregulated Wnt signaling pathway leads to cellular redistribution of bold italic beta-catenin and TCF/LEF-mediated transcriptional activation. Oncogene. 2004; 23: 8260–8271.
  26. Wu X., Tu X., Joeng K.S., Hilton M.J., Williams D.A., Long F. Rac1 activation controls nuclear localization of beta-catenin during canonical Wnt signaling. Cell. 2008; 133: 340–353.
  27. Ramis-Conde I., Drasdo D., Anderson A.R., Chaplain M.A. Modeling the influence of the E-cadherin-beta-catenin pathway in cancer cell invasion: a multiscale approach. Biobhys. J. 2008; 95 (1): 155–165.
  28. Order T.T., Gupta P.B., Mani S.A., Yang J., Lander E.S., Weinberg R.A. Loss of E-cadherin Promotes matastasis via Multiple Downstream Transcriptional pathways. Cancer Res. 2008; 68 (10): 3645–3653.
  29. Riggleman B., Sched P., Wieschaus E. Spatial expression of the Drosophila segment polarity gene armadillo is posttranscriptionally regulated by wingless. Cell. 1990; 63: 549–560.
  30. Nusse R., Varmus H.E. Many tumors induced by the mouse mammary tumors virus contain a provirus integrated in the same region of the host genome. Cell. 1982; 31: 99–109.
  31. Zeller E., Hammer K., Kirschnick M., Braeuning A. Mechanisms of RAS/β-catenin interactions. Arch Toxicol. 2013; 87: 611–632.
  32. Kimelman D., Xu W. b-Catenin destruction complex: insights and questions from a structural perspective. Oncogene. 2006; 25: 7482–7491.
  33. Amit S., Hatzubai A., Birman Y., Andersen J.S., BenShushan E., Mann M., Ben-Neriah Y., Alkalay I. Axin-mediated CKI phosphorylation of beta-catenin at Ser 45: a molecular switch for the Wnt pathway. Genes Dev. 2002; 16 (9): 1066–1076.
  34. Kikuchi A., Kishida S., Yamamoto H. Regulation of Wnt signaling by protein-protein interaction and posttranslational modifications. Exp. Mol. Med. 2006; 38: 1–10.
  35. Liu C., Li Y., Semenov M., Han C., Baeg G.H., Tan Y., Zhang Z., Lin X., He X. Control of b-catenin phosphorylation/degradation by a dual-kinase mechanism. Cell. 2002; 108: 837–847.
  36. Hur J., Jeong. S. Multitasking β-catenin: from adhesion and transcription to RNA regulation. Animal Cells and Systems. Animal Cells Syst. 2013; 17 (5): 299–305.
  37. Graham T.A., Weaver C., Mao F., Kimelman D., Xu W. Crystal structure of a beta-catenin/Tcf complex. Cell. 2000; 103: 885–896.
  38. Mosimann C., Hausmann G., Basler K. Beta-catenin hits chromatin: regulation of Wnt target gene activation. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009; 10: 276–286.
  39. Gerlach J.P., Emmink B.L., Nojima H., Kranenburg O., Maurice M.M. Wnt signalling induces accumulation of phosphorylated β-catenin in two distinct cytosolic complexes. Open Biol. 2014; 4: 140120.
  40. Hagemann A.I.H., Kurz J., Kauffeld S., Chen Q., Reeves P.M., Weber S., Schindler S., Davidson G., Kirchhausen T., Scholpp S. In vivo analysis of formation and endocytosis of the Wnt/β-Catenin signaling complex in zebrafish embryos. J. Cell Sci. 2014; 127: 3970–3982.
  41. Gustafson B., Smith U. Cytokines Promote Wnt Signaling and Inflammation and Impair the Normal Differentiation and Lipid Accumulation in 3T3-L1 Preadipocytes. J Biol. Chem. 2006; 281 (14): 9507–9516.
  42. Liu X., Lu R., Wu S., Sun J. Salmonella regulation of intestinal stem cells through the Wnt/β-catenin pathway. FEBS Lett. 2010; 584 (5): 911–916.
  43. Sun J., Hobert M.E., Duan Y., Rao A.S., He T.C., Chang E.B., Madara J.L. Crosstalk between NF-kappaB and beta-catenin pathways in bacterial-colonized intestinal epithelial cells. Am. J.
  44. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 2005; 289 (1): 129–137.
  45. Duan Y., Liao A.P., Kuppireddi S., Ye Z., Ciancio M. J., Sun J. Beta-catenin activity negatively regulates bacteria-induced inflammation. Lab. Invest. 2007; 87 (6): 613–624.
  46. Liu X., Lu R., Wu S. Zhang Y.G., Xia Y., Sartor R.B., Sun J. Wnt2 inhibits enteric bacterial-induced inflammation in intestinal epithelial cells. Inflamm. Bowel Dis. 2012; 18 (3): 418–429.
  47. Silva-García O., Valdez-Alarcón J.J., Baizabal-Aguirre V.M. The Wnt/β-catenin signaling pathway controls the inflammatory response in infections caused by pathogenic bacteria. Mediators Inflamm. 2014; ID 310183. doi: 10.1155/2014/310183.
  48. Polakis P. Wnt signaling and cancer. Genes Dev. 2000; 14: 1837–1851.
  49. Morin P.J. b-catenin signaling and cancer. BioEssays. 1999; 21: 1021–1030.
  50. Easwaran V., Lee S.H., Inge L., Guo L., Goldbeck C., Garrett E., Wiesmann M., Garcia P.D., Fuller J.H., Chan V., Randazzo F., Gundel R., Warren R.S., Escobedo J., Aukerman S.L., Taylor R.N., Fantl W.J. beta-Catenin regulates vascular endothelial growth factor expression in colon cancer. Cancer Res. 2003; 63 (12): 3145–3153.
  51. Shivanna S., Harrold I., Shashar M., Meyer R., Kiang C., Francis J., Zhao Q., Feng H., Edelman E.R., Rahimi N., Chitalia V.C. The c-Cbl ubiquitin ligase regulates nuclear β-catenin and angiogenesis by its tyrosine phosphorylation mediated through the Wnt signaling pathway. J Biol Chem. 2015. doi: 10.1074/jbc.M114.616623.
  52. Said A.H., Raufman J-P., Xie G. The role of matrix metalloproteinases in colorectal cancer. Cancers. 2014; 6 (1): 366–375.
  53. Friedl P., Alexander S. Cancer invasion and the microenvironment: plasticity and reciprocity. Cell. 2011; 147 (5): 992–1009.
  54. Vermeulen L., De Sousa E., Melo F., van der Heijden M., Cameron K., de Jong J.H., Borovski T., Tuynman J.B., Todaro M., Merz C., Rodermond H., Sprick M.R., Kemper K., Richel D.J., Stassi G., Medema J.P. Wnt activity defines colon cancer stem cells and is regulated by the microenvironment. Nat Cell Biol. 2010; 12 (5): 468–476.
  55. Roy S., Majumdar A.P.N. Signaling in colon cancer stem cells. J. Molecular Signaling. 2012; 7: 11.
  56. Scoville D.H., Sato T., He X.C., Li L. Current view: intestinal stem cells and signaling. Gastroenterology. 2008; 134: 849–864.
  57. Vermeulen L., De Sousa E Melo F., van der Heijden M., Cameron K., de Jong J.H., Borovski T., Tuynman J.B., Todaro M., Merz C., Rodermond H., Sprick M.R., Kemper K., Richel D.J., Stassi G., Medema J.P. Wnt activity defines colon cancer stem cells and is regulated by the microenvironment. Nat Cell Biol. 2010; 12 (5): 468–476.
  58. Valkenburg K.C., Graveel C.R., Zylstra-Diegel C.R., Zhong Z., Williams B.O. Wnt/β-catenin Signaling in Normal and Cancer Stem Cells. Cancers. 2011; 3: 2050–2079.
  59. Lien W-H., Fuchs E. Wnt some lose some: transcriptional governance of stem cells by Wnt/β-catenin signaling. Genes & Dev. 2014; 28: 1517–1532.
  60. Nishisho I., Nakamura Y., Miyoshi Y., Miki Y., Ando H., Horii A., Koyama K., Utsunomiya J., Baba S., Hedge P., Markham A., Krush A.J., Petersen G., Hamilton S.R., Nilbert M.C., Levy D.B., Bryan T.M., Preisinger A.C., Smith K.J., Su L-K., Kinzler K.W., Vogelstein, B. Mutations of chromosome 5q21 gene in FAP and colorectal cancer patients. Science. 1991; 253: 665–669.
  61. Morin P.J., Sparks A.B., Korinek V., Barker N., Clevers H., Vogelstein B., Kinzler K.W. Activation of b-catenin-Tcf signaling in colon cancer by mutations in b-catenin or APC. Science. 1997; 275: 1787–1790.
  62. Rodrigues P., Macaya I., Bazzocco S., Mazzolini R., Andretta E., Dopeso H., Mateo-Lozano S., Bilić J., Cartón-García F., Nieto R., Suárez-López L., Afonso E., Landolfi S., Hernandez-Losa
  63. J., Kobayashi K., Ramón y Cajal S., Tabernero J., Tebbutt N.C., Mariadason J.C., Schwartz S., Arango D. RHOA inactivation enhances Wnt signalling and promotes colorectal cancer. Nat. Commun. 2014; 5: 5458.
  64. van Loosdregt J., Fleskens V., Tiemessen M.M., Mokry M., van Boxtel R., Meerding J., Pals C.E., Kurek D., Baert M.R., Delemarre E.M., Gröne A., Koerkamp M.J., Sijts A.J., Nieuwenhuis
  65. E.E., Maurice M.M., van Es J.H., Ten Berge D., Holstege F.C., Staal F.J., Zaiss D.M., Prakken B.J., Coffer P.J. Canonical Wnt signaling negatively modulates regulatory T cell function. Immunity. 2013; 39: 298–310.
  66. Keerthivasan S., Aghajani K., Dose M., Molinero L., Khan M.W., Venkateswaran V., Weber C., Emmanuel A.O., Sun T., Bentrem D.J., Mulcahy M., Keshavarzian A., Ramos E.M., Blatner N., Khazaie K., Gounari F. β-Catenin promotes colitis and colon cancer through imprinting of proinflammatory properties in T cells. Sci. Transl. Med. 2014; 26: 225–228.
  67. Bisson I., Prowse D.M. WNT signaling regulates self-renewal and differentiation of prostate cancer cells with stem cell characteristics. Cell Res. 2009; 19: 683–697.
  68. Francis J.C., Thomsen M.K., Taketo M.M., Swain A. β-catenin is required for prostate development and cooperates with Pten loss to drive invasive carcinoma. PLoS. Genet. 2013; 9 (1): 1003180.
  69. Voeller H.J., Truica C.I., Gelmann E.P. Beta-catenin mutations in human prostate cancer. Cancer Res. 1998; 58: 2520–2523.
  70. Chesire D.R., Isaacs W.B. β-Catenin signaling in prostate cancer: an early perspective. Endocr. Relat. Cancer. 2003; 10: 537–560.
  71. Wan X., Liu J., Lu J-F., Tzelepi V., Yang J., Starbuck M.W., Diao L., Wang J., Efstathiou E., Vazquez E.S., Troncoso P., Maity S.N., Navone N.M. Activation of b-Catenin Signaling in Androgen Receptor-Negative Prostate Cancer Cells. Clin. Cancer Res. 2012; 18: 726–736.
  72. Lin R., Feng J., Dong S., Pan R., Zhuang H., Ding Z. Regulation of autophagy of prostate cancer cells by β-catenin signaling. Cell Physiol Biochem. 2015; 35 (3): 926–932.
  73. Guo J.Y., Xia B., White E. Autophagy-mediated tumor promotion. Cell. 2013; 155 (6): 1216–1219.
  74. Lee E., Madar A., David G., Garabedian M.J., Dasgupta R., Logan S.K. Inhibition of androgen receptor and β-catenin activity in prostate cancer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013; 110 (39): 15710–15715.
  75. Welker M.J.O., Orlov D.M.S. Thyroid Nodules. Am Fam Physician. 2003; 67 (3): 559–566.
  76. Kepal N., Patel M.D., Singh B. Genetic Considerations in Thyroid Cancer. Cancer Control. 2006; 13 (2): 111–118.
  77. Rao A.S., Kremenevskaja N., Resch J., Brabant G. Lithium stimulates proliferation in cultured thyrocytes by activating Wnt/ beta-catenin signalling. Eur. J. Endocrinol. 2005; 153: 929–938.
  78. Garcia-Rostan G., Camp R.L., Herrero A., Carcangiu M.L., Rimm D.L., Tallini G. Beta-catenin dysregulation in thyroid neoplasms: down-regulation, aberrant nuclear expression, and CTNNB1 exon 3 mutations are markers for aggressive tumor phenotypes and poor prognosis. Am. J. Pathol. 2001; 158: 987–996.
  79. Ishigaki K., Namba H., Nakashima M., Nakayama T., Mitsutake N., Hayashi T., Maeda S., Ichinose M., Kanematsu T., Yamashita S. Aberrant localization of beta-catenin correlates with overexpression of its target gene in human papillary thyroid cancer. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2002; 87 (7): 3433–3440.
  80. Sastre-Perona A., Santisteban P. Role of the Wnt pathway in thyroid cancer. Front. Endocrinol. 2012; 3: 31.
  81. Liu M., Jiang L., Guan X.Y. The genetic and epigenetic alterations in human hepatocellular carcinoma: a recent update. J. Protein Cell. 2014; 5 (9): 673–691.
  82. Lade A.G., Monga S.P.S. Beta-catenin signaling in hepatic development and progenitors: which way does the WNT blow? Dev. Dyn. 2011; 240 (3): 486–500.
  83. Lee H.C., Kim M., Wands J.R. Wnt/Frizzled signaling in hepatocellular carcinoma. Front. Biosci. 2006; 11: 1901–1915.
  84. Ma L., Wei W., Chua M-S., So S. Tankyrase inhibitors attenuate WNT/β-catenin signaling and inhibit growth of hepatocellular carcinoma cells. Gastrointest. Cancer. 2014; 4: 49–63.
  85. Zulehner G., Mikula M., Schneller D., van Zijl F., Huber H., Sieghart W., Grasl-Kraupp B., Waldhör T., Peck-Radosavljevic M., Beug H., Mikulits W. Nuclear beta-catenin induces an early liver progenitor phenotype in hepatocellular carcinoma and promotes tumor recurrence. Am. J. Pathol. 2010; 176: 472–481.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Издательство "Педиатръ", 2015



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах