Proteiny Rab, vnitrobuněčný transport a nádorová onemocnění

Souhrn

Východiska:
Proteiny Rab jsou malé monomerní enzymy umožňující hydrolýzu guanozintrifosfát (GTP) na guanozindifosfát (GDP) a se řadí se do rozsáhlé nadrodiny proteinů Ras. Dosud bylo popsáno více než 60 těchto proteinů, které působí především jako regulátory vnitrobuněčného transportu. Většina Rab GTPáz je umístěna specificky na vnitrobuněčných membránách, kde zajišťují napojení na motorické proteiny a cytoskelet a řídí různé kroky transportních drah vč. formování a pohybu vezikulů či membránových fúzí kontrolujících sekreci, endocytózu, recyklaci a degradaci proteinů. V posledních letech je stále častěji zmiňována deregulace exprese proteinů Rab u různých typů malignit. Zvyšuje se počet onemocnění, u kterých byla zjištěna souvislost s mutacemi v proteinech Rab či v proteinech s nimi spolupracujících a přibývají důkazy o zapojení Rab do patologických stavů lidského organizmu, jako je selhání imunity, obezita a diabetes, Alzheimerova choroba nebo dědičná genetická onemocnění. Funkční poruchy Rab způsobené mutacemi nebo aberantními posttranslačními modifikacemi vedou ke změnám v transportu proteinů a vezikulů, které hrají zásadní úlohu při vzniku a vývoji nádorových onemocnění a deregulace exprese Rab často ovlivňuje migraci, invazivitu, proliferaci a lékovou rezistenci nádorových buněk.

Cíle:
Tento článek shrnuje základní funkce proteinů Rab v buňce, popisuje mechanizmus jejich působení a zaměřuje se na současné poznatky o úloze těchto GTPáz při karcinogenezi.

Klíčová slova:
proteiny Rab – transport proteinů – karcinogeneze

Úvod

Proces maligní transformace buňky je ovlivněn řadou buněčných pochodů a studium procesů probíhajících v nádorových buňkách je nezbytné pro pochopení vlastností malignit a hledání vhodných přístupů při jejich léčbě. Správný průběh životního cyklu buňky je podmíněn uplatněním funkcí jednotlivých proteinů, k čemuž je nezbytná nejen jejich správná syntéza, ale i třídění uvnitř buňky a doprava k cílovým místům působení. Je zřejmé, že vnitrobuněčný transport proteinů zahrnuje široké spektrum procesů a je ovlivňován mnoha faktory. Na těchto komplikovaných procesech se značnou měrou podílejí i proteiny rodiny Rab. Proteiny Rab se účastní hned několika kroků intracelulárního transportu proteinů a jsou zapojeny i do regulace sekrece a endocytózy [1]. Odchylky v endocytóze, nepřesné cílení transportních váčků či nesprávná recyklace buněčných receptorů se následně projevují v procesech buněčné adheze, migrace a proliferace, v polaritě buněk a v jejich přežívání. Abnormality v intracelulárním transportu proteinů poté mohou iniciovat některá onemocnění, vč. nádorového bujení, Alzheimerovy choroby či autoimunitních onemocnění [2].

Vnitrobuněčný transport proteinů

Vnitrobuněčný transport je tradičně dělen na dvě základní dráhy – exocytickou a endocytickou. Exocytóza zahrnuje transport materiálu syntetizovaného buňkou k plazmatické membráně směřující k sekreci makromolekul ven z buňky a také distribuci syntetizovaných makromolekul k organelám vlastního endomembránového systému. Endocytóza naopak označuje příjem molekul menších než 500 nm z vnějšího prostředí buňky [3]. Nejčastěji se jedná o složky plazmatické membrány, povrchové receptory a také živiny. Část endocytovaného materiálu může být recyklována a transportována zpět na povrch buňky, čímž dochází k propojení obou drah [4]. Jednotlivé transportní kroky jsou uskutečňovány prostřednictvím váčků nazývaných vezikuly. Celý transportní proces zahrnuje vytvoření vezikulu, jeho pohyb směrem k akceptoru, připojení a závěrečnou fúzi s akceptorovou membránou. Pohyb váčku probíhá za účasti cytoskeletu nebo pomocí difuze [5].

Exocytická dráha

Drsné endoplazmatické retikulum (ER) je buněčná organela zodpovědná za syntézu transmembránových a sekretovaných proteinů. Aby mohly nově syntetizované proteiny plnit své funkce, je nutný jejich transport k cílovým místům v buňce. Po složení proteinu, případných posttranslačních modifikacích a kontrole kvality jsou proteiny shromážděny a baleny do anterográdních (směřujících vpřed) transportních vezikulů, jejichž povrch je tvořen obalovými proteiny COPII (coat protein II) [6]. Tyto transportní váčky přenášejí proteiny z ER na přilehlou, cis stranu Golgiho aparátu (GA). Soustava GA je zodpovědná za úpravu a třídění proteinů a dalších buněčných makromolekul.

Některé z proteinů, hlavně ty s cílovou lokalizací v ER, mohou být z cis strany GA vráceny zpět do ER pomocí retrográdních (zpětných) transportních vezikulů, které jsou tvořeny obalovými proteiny COPI (coat protein I) [6]. Většina proteinů je však v GA dále modifikována, případně skladována a následně přemisťována z cis-GA do odvrácené, trans strany GA, resp. až na okrajovou část nazývanou trans Golgiho síť (trans-Golgi network – TGN), ve které dochází k hlavnímu třídění proteinů [7].

V oblasti TGN se rozhoduje o dalším osudu proteinů. Jednou z možností je dráha konstitutivní sekrece, kdy jsou proteiny nepřetržitě transportovány k plazmatické membráně a vylučovány ven z buňky. Možná je také exocytóza využívající transportní nosiče, které proteiny převzaté z TGN na určitý čas zadržují v cytozolu a vylučují je z buňky až po přijetí signálu stimulujícího exocytózu. Třetí možností je pohyb molekul z TGN anterográdním směrem do cílového místa jejich působení a poté, co splní svoji funkci, následný transport přes endozom až do lysozomu (Lys), kde jsou degradovány [8].

Endocytická dráha

Vznik endocytického váčku z komponent plazmatické membrány je zprostředkován specifickými obalovými proteiny, mezi které patří např. klatrin a kaveolin [3]. Endocytický váček následně fúzuje s raným endozomem (EE). Odtud většina proteinů postupuje přes pozdní endozom (LE) až k Lys, kde jsou degradovány. Některé proteiny však mohou být z EE recyklovány a transportovány zpět na plazmatickou membránu. Tímto procesem dochází k propojení endocytické a exocytické dráhy a vznikají tzv. endocytické a exocytické cykly (EECs) [4].

EECs se velkou měrou zapojují do regulace signálních buněčných drah. Je-li receptor nebo jeho ligand endocytován a následně degradován, dochází k oslabení signální dráhy, naopak transport receptorů na buněčnou membránu vede k zesílení buněčné signalizace. Příkladem může být signalizace zprostředkovaná receptorem pro epidermální růstový faktor (epidermal growth factor receptor – EGFR) [4].

Z důvodu velkého množství různorodých molekul směřujících do jednotlivých cílových destinací v buňce je nezbytná dokonalá regulace jednotlivých transportních drah. Klíčovými regulátory těchto pochodů jsou proteiny rodiny Rab.

Rab proteiny

Proteiny Rab jsou jedny z klíčových faktorů řídících vnitrobuněčný vezikulární transport. Jejich hlavními funkcemi je zajištění specificity transportu vazbou na transportní váček a definování identity jednotlivých buněčných organel. Umožňují také napojení na motorové proteiny (myozin) a cytoskelet, čímž usnadňují pohyb vezikulů s transportovaným materiálem k příslušným cílovým organelám [9]. Proteiny rodiny Rab jsou malé monomerní GTPázy, tedy enzymy hydrolyzující guanozintrifosfát (GTP) na guanozindifosfát (GDP), které se spolu s příbuznými rodinami ARF, Ran a Rho řadí do proteinové nadrodiny Ras [3].  Jejich vlastní GTPázová aktivita umožňující přechod mezi aktivními a neaktivními stavy proteinu je předurčuje k roli důležitých regulačních molekul.

Struktura proteinů Rab

Dosud bylo v lidském genomu identifikováno přibližně 70 genů pro proteiny Rab [8], které jsou lokalizovány na různých chromozomech [10]. Produkty těchto genů regulují jednotlivé kroky třídění a přenosu proteinů v různých částech buňky. Jednotlivé geny kódující různé proteiny Rab mohou podléhat alternativnímu sestřihu, což vede ke vzniku proteinových izoforem s odlišnými funkcemi [10]. U mnohých proteinů Rab není jejich přesná funkce zatím známa [2].

Proteiny rodiny Rab vykazují průměrně pouze 30% sekvenční homologii [2]. Jsou tvořeny přibližně 220 aminokyselinami a jejich molekulová hmotnost se pohybuje okolo 24 kDa [3].

Pro strukturu těchto proteinů je typická přítomnost několika vysoce konzervovaných oblastí vyskytujících se i u dalších zástupců nadrodiny Ras. Důležitá je guanin nukleotid vazebná doména obecně se vyskytující u GTPáz. Pět krátkých oblastí označovaných RabF1–5 bylo naopak identifikováno pouze u rodiny Rab [11]. Rodina proteinů Rab je dále dělena na tzv. podrodiny, pro které byly definovány čtyři charakteristické proteinové motivy označované RabSF1–4 [3]. Celkem bylo definováno 10 podrodin – Rab1, Rab3, Rab4, Rab5, Rab6, Rab8, Rab11, Rab22, Rab27 a Rab40, nicméně mnoho proteinů Rab není možné do těchto podrodin zařadit. V zásadě se jednotlivé proteiny Rab odlišují především v C-terminální oblasti, která je nezbytná pro správnou lokalizaci proteinu Rab v buňce [12]. Nacházejí se zde proteinové motivy XXXCC, XXCCX, XCCXX, CCXXX a XXCXC (kde X je libovolná aminokyselina) obsahující dva cysteinové zbytky nezbytné pro prenylaci proteinu (viz níže) (obr. 1) [13].

Cyklus Rab proteinů v buňce

Obdobně jako jiné GTPázy, mohou se proteiny Rab vyskytovat v buňce ve dvou formách, a to v aktivní formě s navázaným GTP (Rab-GTP) a neaktivní formě s navázaným GDP (Rab-GDP). V cytozolu se vyskytují v neaktivní konformaci v komplexu s disociačním inhibitorem (GDI) [10]. Pro aktivaci Rab a umožnění jeho fúze s membránou je nutné odstranění GDI a následná výměna GDP za GTP (obr. 2).

Syntéza proteinů Rab de novo probíhá na ribozomech v cytozolu a vede ke vzniku neaktivních forem Rab-GDP [2]. Pro jejich aktivaci je zapotřebí procesu prenylace. Prenylace proteinů je posttranskripční modifikace, při které jsou na cysteinové zbytky obsažené v proteinových motivech C-terminální oblasti připojeny izoprenoidní zbytky, které molekule dodají hydrofobní charakter a usnadní pozdější spojení daného proteinu s konkrétními místy v cílové membráně. V případě proteinů Rab se jedná o kovalentní připojení geranylové skupiny na dva cysteinové zbytky pomocí enzymu Rab geranylgeranyl transferázy (RGGT) [14]. Pokud není protein Rab prenylován, resp. geranylován, zůstává i nadále v cytozolu buňky. Nově syntetizované proteiny Rab však mají nízkou afinitu k enzymu RGGT. Z tohoto důvodu cytozolický Rab-GDP interaguje s Rab doprovodným proteinem (REP), který napomáhá interakci s RGGT a umožní tak potřebnou modifikaci proteinu [15].

V případě potřeby jsou proteiny Rab směřovány k membráně a dochází k jejich přeměně na aktivní formu. Pro tuto aktivaci je potřeba odstranění GDI a následná výměna GDP za GTP. Regulační protein označovaný GDF podporuje připojení Rab-GDP k membráně. Po připojení může výměna guanozin nukleotidů proběhnout samovolně vlastní aktivitou Rab GTPázy, obvykle je však uskutečněna pomocí regulačního proteinu GEF, který tento proces značně urychluje [16]. Na aktivní komplex Rab-GTP se následně mohou vázat další efektorové  molekuly.

Po splnění své funkce je protein Rab inaktivován hydrolýzou GTP, která může proběhnout opět samovolně vlastní  GTPázovou aktivitou proteinu Rab nebo s pomocí regulačního proteinu GAP, který hydrolýzu usnadňuje a také urychluje [16]. Po inaktivaci může být Rab-GDP recyklován zpět do donorového kompartmentu za účasti inhibičního regulátoru GDI, kde může být reaktivován a opětovně tak plnit svou funkci (obr. 3) [10].

Molekuly regulující aktivitu proteinů Rab

GEFs a GAPs

GEFs vystupují jako pozitivní regulátory cyklu Rab proteinů stimulují výměnu GDP za GTP u proteinu Rab na membráně donorového kompartmentu, čímž podporují vznik jeho aktivní formy [2]. GAPs (GTPase activating proteins) jsou naopak negativní regulátory způsobující hydrolýzu GTP aktivního proteinu, a tedy jeho přeměnu na neaktivní formu [17]. Obsahují regulační doménu TBC s konzervovanou oblastí obsahující aminokyseliny arginin a glutamin, které přispívají ke zrychlení katalytické aktivity GTPázy Rab [18]. Dosud bylo identifikováno nejméně 38 různých lidských GAPs [19]. Většina GEFs a GAPs jsou periferní membránové proteiny, které regulují aktivitu určitých proteinů Rab, a jiné proteiny z rodiny Rab zase mohou řídit jejich funkci. Vzniká tak síť vzájemných pozitivních a negativních interakcí mezi jednotlivými proteiny Rab [1].

GDIs a GDFs

Funkce GDI se uplatňuje po ukončení procesu vezikulárního transportu, resp. po deaktivaci proteinu Rab a jeho disociaci z membrány. GDI preferuje vazbu na neaktivní konformaci Rab-GDP. Váže se na jeho C-terminální prenylovanou část, čímž zabraňuje interakci s membránou a protein je tak udržován v cytozolu buňky [20]. V případě potřeby opětovné aktivace proteinu Rab se uplatní funkce proteinů GDFs, které katalyzují disociaci GDI z proteinu Rab [21].

Mechanizmus působení Rab proteinů

Efektorové molekuly proteinů Rab

Proteiny Rab mohou být k transportním váčkům přidruženy hned při jejich formování na donorové membráně nebo až po určité době od jejich vzniku. Následně jsou vezikuly přemisťovány k cílovým místům pomocí difuze nebo za účasti motorových proteinů cytoskeletu [5].

Proteiny Rab ve své GTP vázané aktivní formě interagují v blízkosti svých cílových membrán s řadou efektorových molekul. Jednotlivé komplexy Rab-efektor se liší svou strukturou a podle typu proteinu Rab také svou lokalizací v buňce [22]. Obecně jsou tyto efektory označovány jako proteiny SNAREs (sol- uble N-ethylmaleimide sensitive factor attachment protein receptors) [19]. Se SNAREs dále interagují SM proteiny (Sec1/Munc18-like proteins) a jiné uvazující (tethering) faktory [23].

Jako uvazující faktory jsou označovány proteiny potřebné k ukotvení váčku k membráně před samotným procesem fúze. Dělí se na dvě hlavní skupiny, které se vyskytují napříč endocytickou i sekreční dráhou [24]. První skupinou jsou homodimerické šroubovicové proteiny (coiled-coil tethering proteins), které díky své délce přibližně 200 nm mohou transportní vezikul vázat na poměrně dlouhou vzdálenost [25]. Druhou skupinu tvoří proteinové komplexy složené z několika podjednotek (multisubunit tethering complexes), které s váčkem interagují na vzdálenost pouze 30 nm po jeho předchozí vazbě s coiled-coil proteinem [26].

SNAREs jsou malé membránové proteiny, které se podle své lokalizace dělí na v-SNAREs (vesicle-SNAREs)  a t-SNAREs (target-SNAREs). Při formování transportních vezikulů na donorové membráně jsou do obalu váčku začleňovány v-SNAREs proteiny. Proteiny  t-SNAREs jsou naopak lokalizovány na cílových membránách. Při fúzování váčku s membránou dochází k tvorbě šroubovicových trans-komplexů mezi zmiňovanými typy SNAREs [19]. Při iniciaci fúzování hrají důležitou úlohu také rozpustné SM proteiny, které řídí vznik komplexů SNAREs [27].

Fúzování vezikulů s cílovou membránou

Proces splynutí váčku s cílovou membránou je uskutečňován pomocí fúzního aparátu. Předpokladem fúze je dostatečné přiblížení transportního váčku k cílové membráně pomocí uvazujících proteinů. Proteiny Rab se následně uplatňují při řízení a zrychlování interakcí mezi příbuznými v- a t-SNAREs.  Jejich vzájemná vazba vede k vytvoření trans-komplexů přibližujících membrány do těsné blízkosti [27]. Mechanizmus následného svázání obou membrán za současného vytvoření fúzního póru dosud není zcela objasněn [12]. Vytvořeným fúzním pórem může rozpustný náklad z vezikulu pronikat do cílové organely [23]. Již během procesu fúze, případně následně po přesunu nákladu do akceptorové organely, dochází k inaktivaci proteinu Rab a k jeho disociaci z membrány.

Vnitrobuněčná lokalizace  proteinů Rab

Za podmínek dynamické rovnováhy buňky jsou proteiny Rab akumulovány u svých cílových organel, a mohou být proto považovány za markery těchto jednotlivých buněčných kompartmentů [12]. Distribuce jednotlivých proteinů Rab je z velké části ovlivněna výskytem jejich efektorových molekul [28]. Pro jednotlivé zástupce rodiny Rab je však dosud popsáno jen málo konkrétních efektorů a ty byly nejčastěji identifikovány pomocí kvasinkového dvouhybridního systému nebo metodou afinitní chromatografie. U některých zástupců proteinů Rab nebyly efektory zatím vůbec popsány a jejich funkce tak zůstávají nejasné [29].

Proteiny Rab a nádorová onemocnění

V posledních desetiletích se zvyšuje počet onemocnění, u kterých byla zjištěna souvislost s mutacemi v proteinech Rab či proteinech s nimi spolupracujících. Přibývají důkazy o zapojení proteinů Rab do patologických stavů lidského organizmu, jako jsou selhání imunity, výskyt obezity a diabetu, Alzheimerova choroba, dědičná genetická onemocnění (Carpenterův syndrom, Griscelliho syndrom, Heřmanského-Pudlákův syndrom apod.) nebo nádorová onemocnění [29].

Proteiny Rab jsou klíčové pro proliferaci a migraci nádorových buněk a jejich invazi do extracelulární matrix (ECM), komunikaci se stromálními buňkami a rezistenci vůči léčivům [30]. Z pohledu karcinogeneze se jako zásadní jeví zapojení proteinů Rab do přepravy buněčných povrchových receptorů. V tomto ohledu je pozornost věnována např. EGFR a receptoru pro mannosa-6-fosfát (M6PR) [8]. Transport těchto endocytovaných receptorů a s nimi asociovaných molekul mezi cytoplazmatickou membránou a membránami buněčných organel má za následek selektivní degradaci, recyklaci a sekreci signálních molekul. Deregulace této endocytické dráhy může bránit normální degradaci receptorů nebo naopak vést k jejich nadměrné recyklaci a transportu zpět na buněčný povrch. Následkem těchto odchylek od běžných procesů může být narušení homeostázy buňky a změny proliferace, adhezivity, polarity i dalších vlastností buněk, které úzce souvisejí s procesem karcinogeneze [2]. Přehled vybraných proteinů Rab a jejich exprese u nádorových onemocnění jsou shrnuty v tab. 1 [31–68].

Dosud bylo popsáno několik mechanizmů, jakými mohou proteiny Rab ovlivňovat maligní transformaci buněk a růst nádorů.

Změny exprese proteinů Rab v nádorových buňkách

U nádorových buněk zatím nebyla nalezena žádná aktivující mutace genů RAB, u různých typů nádorů však byly identifikovány odchylky v expresi proteinů Rab, které souvisejí se změnami v membránovém přenosu [69]. Příkladem jsou proteiny Rab1b, Rab4b, Rab10, Rab22a nebo Rab24, jejichž exprese je zvýšena u hepatocelulárního karcinomu [70].

Hladiny proteinů Rab1 a Rab2, které zajišťují transport mezi ER a GA, jsou zvýšeny u karcinomu jazyka [31] a vysoká hladina Rab20 byla zjištěna u karcinomu pankreatu a triple negativního karcinomu prsu [71,72].

Ze studií expresních profilů mikroRNA (miRNA) u nádorových vzorků je zřejmé, že snížení hladiny některých miRNA je spojeno s vysokou expresí proteinů Rab. Příkladem je miR-9 a Rab34, let-7a a Rab40c u karcinomu žaludku [73,74] nebo has-miR-373 a Rab22a u karcinomu střeva [75]. Zároveň mohou být geny RAB hypermetylovány a jejich exprese potlačena, příkladem je Rab32 u karcinomu střeva a žaludku [63,64] nebo Rab37 u metastazujícího karcinomu plic [66].

Z veřejně dostupných databází expresního profilování vyplývá, že exprese genů RAB je snížena nebo zvýšena u všech typů nádorů kromě myelomů [76]. Pro správnou funkci intracelulárního transportu je patrně nutné udržení správné hladiny proteinů Rab, exprese téhož proteinu totiž může být u jednoho typu nádorového onemocnění zvýšena, zatímco u jiného typu snížena. Příkladem je protein Rab3, který patří do podrodiny Rab5 a je lokalizován především do TGN, kde reguluje membránový přenos z TGN do raných endozomů [77]. Rab31 je silně produkován u karcinomu prsu a je považován za potenciální marker metastáz [62]. Zvýšená exprese Rab31 byla identifikována také u nádorů mozku, kůže, slinných žláz, pankreatu, ledvin či hlavy a krku, nicméně u buněk nádoru plic a střeva a u leukemií byla nalezena výrazně snížená hladina Rab31 [76].

Regulace přenosu integrinu a migrace buněk

Základní charakteristikou metastazujících buněk je jejich schopnost migrace, vniknutí do ECM a formování metastáz ve vzdálených orgánech. Proteiny podrodiny Rab11 (Rab11a, Rab11b, Rab25) a jejich efektory hrají klíčovou úlohu v migraci buněk prostřednictvím regulace transportu a recyklace integrinů.

Nejlépe charakterizovaný je protein Rab25, který je spojován s nádory epiteliálního původu. Vysoká hladina Rab25 byla identifikována u agresivních forem karcinomu prsu a vaječníku [78]. Zvýšená hladina Rab25 v nádorových buňkách (A2780 a HEY) podporuje růst xenograftů v myších [79], naopak snížení hladiny Rab25 pomocí RNA interference (RNAi) vede k potlačení růstu nádoru [80]. Zvýšení hladiny Rab25 u buněk odvozených od karcinomu prsu a vaječníků podporuje růst buněk bez závislosti na ukotvení k povrchu, zvyšuje jejich viabilitu, snižuje expresi proapoptotického genu BAX a zvedá fosforylaci proteinu Akt. Při odstranění Rab25 pomocí RNAi dochází k opačnému efektu – k nárůstu apoptózy vyvolané hladověním buněk nebo působením UV záření [79].  Vysoká hladina Rab25 u buněk A2780 odvozených od karcinomu vaječníku podporuje recyklaci integrinu α5β1 prostřednictvím vazby s podjednotkou β1, zvyšuje invazi buněk v 3D matrix, a tím potenciálně ovlivňuje metastazování nádorů [81]. Nadměrná exprese Rab25 u buněk SKOV-3 (odvozených od karcinomu vaječníku) podporuje signalizaci PI3K/Akt a zvyšuje odolnost buněk vůči cisplatině [82].

Vysoká hladina Rab25 je spojena i s dalšími typy nádorů, jako je testikulární karcinom [83], Wilmsův karcinom [84], karcinom močového měchýře nebo hepatocelulární karcinom [70,85]. Naopak ztráta exprese Rab25 byla zaznamenána u triple negativních karcinomů prsu [86] nebo adenokarcinomů tlustého střeva, kde je spojena se špatnou prognózou onemocnění [87].

Rab25 je úzce příbuzný s Rab11 a může se vázat s jeho efektorem (Rab11FIP1/ /RCP) [88], který řídí recyklaci integrinu α5β1 a EGFR a ovlivňuje tak buněčnou migraci [89]. V této souvislosti byla popsána úloha Rab11 v recyklaci integrinu α6β4 a invazivitě buněk karcinomu prsu vyvolané hypoxií [90].

I další proteiny Rab jako Rab5 a Rab21 regulují transport integrinů. Rab5 a Rab21 jsou lokalizovány především v raných endozomech a plazmatické membráně, kde podporují endocytózu a recyklaci integrinů β1, které ovlivňují adhezi a migraci buněk karcinomu prsu a prostaty (MDA-MB-231 a PC3) [91,92]. Další studie ukázaly, že snížení Rab5 a Rab21 u fibroblastů asociovaných s nádory vede k poklesu hladiny integrinů α5 v plazmatické membráně a k inhibici remodelace ECM, která je nezbytná pro invazi buněk karcinomu dlaždicového epitelu [93]. Navíc se Rab5 a Rab21 vážou s dalším efektorem APPL1, který zprostředkovává EGF signalizaci a buněčnou proliferaci [94]. Zvýšená exprese Rab5 byla popsána u adenokarcinomů plic a hepatocelulárního karcinomu [95,96].

Sekrece proteolytických enzymů a invaze buněk do ECM

Nádorové buňky sekretují mnoho typů proteáz, vč. matrix-metaloproteináz (MMP), které pomáhají buňkám proniknout bazální membránou a ECM a migrovat do vzdálených orgánů. Některé z proteinů Rab ovlivňují sekreci a aktivaci MMP. Příkladem je Rab8, který podporuje sekreci MT1-MMP (membrane-type 1 MMP) a podílí se na invazi a migraci buněk karcinomu prsu [97,98]. Podobně utváří mikroprostředí nádoru Rab4, který kontroluje sekreci prokatepsinu-L. Vysoká hladina Rab4 byla nalezena u melanomů [99]. Naopak Rab7, který snižuje sekreci katepsinu B a ovlivňuje degradaci a recyklaci receptoru c-Met, byl popsán jako negativní regulátor růstu a invazivity buněk karcinomu prostaty [100].

Buněčný cyklus

Aberantní exprese Rab také ovlivňuje průběh buněčného cyklu. Příkladem je Rab27b, který podporuje progresi buněčného cyklu a proliferaci u MCF-7 bu- něk [101], nebo Rab6c lokalizovaný na centrozomech buňky, jehož nadměrná exprese vede k zástavě v G1 fázi buněčného cyklu a naopak odstranění způsobuje vznik tetraploidních buněk [102]. Podobně snížená exprese Rab21 podporuje vznik mnohojaderných buněk a genomovou nestabilitu [103].

Mnohočetná léková rezistence

Změna hladin proteinů Rab může iniciovat vznik mnohočetné lékové rezistence nádorových buněk. Rab4 reguluje hladinu P-gp, glykoproteinu lokalizovaného v membráně, který funguje jako transportér cizorodých látek a může tak snižovat koncentraci a toxicitu protinádorových léčiv v buňce a zvyšovat odolnost nádorových buněk vůči terapii. Hladina Rab4 bývá u rezistentních buněk snížena, stejně jako hladina Rab6c [104]. Naopak nadměrná exprese Rab8 podporuje odolnost buněk vůči působení cisplatiny zvýšením sekrece TMEM205 (cisplatin-resistance associated transmembrane protein 205) [105].

Regulační proteiny GAP/GEF u nádorových buněk

Podobně jako hladiny proteinů Rab mohou být u nádorových buněk pozměněny i hladiny jejich regulačních molekul GAP a GEF. Vysoká hladina PRC17 (GAP pro Rab5) je spojena s karcinomem prostaty a transformací NIH 3T3 fibroblastů [106], TBC1D7, GAP pro Rab17, podporuje růst nádorových buněk a je asociována se špatnou prognózou u karcinomu plic [107]. Narušení funkce p85α (další GAP pro Rab5) způsobuje deregulaci transportu a recyklace PDGFR (platelet-derived growth factor receptor), což vede k zesílení signalizace přes Akt, ztrátě kontaktní inhibice a nádorové transformaci buněk, která se projevuje např. jejich schopností tvořit nádory u „nude“ myší [108].

Závěr

Mutace genů RAB nebo jejich regulátorů byly nalezeny především u vzácných genetických poruch s autozomálně recesivní dědičností [109], nicméně je stále častěji popisován význam deregulace proteinů Rab u nádorových onemocnění. Funkční vnitrobuněčný transport proteinů je nezbytný pro správnou koordinaci signálních drah řídících proliferaci, migraci a invazi buněk a proteiny Rab jsou nezbytné pro komunikaci nádorových a stromálních buněk a formování mikroprostředí nádorů. Proto jsou proteiny Rab slibným terapeutickým cílem, které by v budoucnosti mohly být využívány při léčbě nádorových či jiných onemocnění.

Práce byla podpořena projektem MŠMT – NPU I – LO1413.

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do biomedicínských časopisů.

Mgr. Jitka Holčáková, Ph.D.

Regionální centrum aplikované molekulární onkologie

Masarykův onkologický ústav

Žlutý kopec 7

656 53 Brno

e-mail: holcakova@mou.cz

Obdrženo: 13. 5. 2016

Přijato: 31. 5. 2016