Transcript BETYDELSEN AV PROTEASOMEN OCH - Janssen

JC-040446.qxd
05-01-14
10.46
Sida c1
BETYDELSEN AV PROTEASOMEN
OCH PROTEASOMHÄMNING
VID CANCER
Vetenskaplig översikt
JC-040446.qxd
05-01-14
10.46
Sida 1
Proteasomen har blivit ett viktigt mål
vid cancerbehandling
Ökad proteasommedierad
Vissa proteiner som märkts
för nedbrytning kommer in
i den proteolytiska kärnan1
Proteasomen
reglerar normal celltillväxt
och spelar en viktig roll
vid oreglerad tumörtillväxt. 1
Proteasomen är ett cylindriskt multienzymkomplex som finns i alla eukaryota celler. 2
Reglerande proteiner
stimulerar normal celltillväxt1
och stoppar tumörtillväxt,
vilket antingen leder till apoptos
eller normal cellhomeostas. 1
Proteasomen bryter ned ett stort antal
reglerande proteiner, bland annat cellcykelhämmare.1
Proteasomhämning ökar
leder till antingen apoptos eller
Proteasomhämmare
uppvisar affinitet för den
hastighetsbestämmande
proteolytiska kärnan: målet för
optimal proteasomhämning. 1
Proteasomhämmare
tränger in i proteasomen,
och binds reversibelt till
den proteolytiska kärnan. 2
Proteasomhämmaren hindrar proteasomen
från att bryta ned reglerande proteiner.
Den optimala proteasomhämmaren har
hög affinitet för proteasomens hastighetsbestämmande proteolytiska kärna.1
JC-040446.qxd
05-01-14
10.46
Sida 2
nedbrytning av reglerande proteiner inducerar tumörtillväxt 1,3
Uttalad proteasomal nedbrytning av
reglerande proteiner är typiskt vid cancer. 1
Utan kontroll av adekvata halter av reglerande
proteiner är tumörtillväxt möjlig. 1
Låga nivåer av reglerande proteiner, bland annat cellcykelhämmare, är en markör för dålig prognos vid cancer i bröst, colon och prostata. 3,4
halterna av reglerande proteiner, vilket stoppar tumörtillväxten, och
normal cellhomeostas 1
Minskad proteasomal nedbrytning leder till
stabila nivåer av reglerande proteiner. 2
Proteasomhämning påverkar multipla signalkaskader
i cellen. Ändrade nivåer av reglerande proteiner
stör cellhomeostasen, vilket kan inducera apoptos
och stoppa tumörtillväxten.2
Prekliniska studier har visat att maligna cellinjer är 100 till 1000 gånger känsligare
för proteasomhämning än icke-maligna celler.
JC-040446.qxd
05-01-14
10.46
Sida 3
Proteasomen och dess roll hos
normala celler och cancerceller
26S-proteasomen är ett multienzymkomplex,
som finns i alla eukaryota celler. 2 Den bryter
ned proteiner som är märkta med ubiquitin. 2
Ubiquitineringsprocessen (vid vilken en eller
flera molekyler av detta allmänt förekommande
76-aminosyrorsprotein binds till lysinrester)
markerar proteiner som är klara att brytas ned.
Denna process tar hand om både skadade
proteiner och funktionella molekyler, som
måste brytas ned för att en normal cellhomeostas skall upprätthållas.1,2,5
Proteasommekanismer och onkogenes
Proteasomens roll i alla tumörtyper utgår
från den roll den spelar i cellens normala
fysiologiska skeenden.
Som framgår av figur 1 kan de reaktioner
genom vilka proteasomen blir betydelsefull
vid cancer indelas enligt följande:
• Celltillväxt
• Apoptoshämning
Ubiquitinmärkta proteiner känns igen av 19S
cap-subenheterna i proteasomen. Dessa är
placerade i båda ändarna av ett cylindriskt
enzymkomplex med en proteolytisk kärna
(20S core) bildad av ringar av proteaser med
trypsinlik, kaspaslik och kymotrypsinlik
aktivitet. Den sista av dessa är det hastighetsbestämmande steget i proteinnedbrytningen
och även målet för proteasomhämningen.1,2
• Angiogenes
• Vävnadsinvasion
Figur 1– Proteasommekanismer 2
Cytokiner
aktiverar
cellytereceptorer
Nedbrytning
av IKB
NF-KB hämmas
av IKB
Signalvägar
Tumörsuppressorprotein
Ub
Enzymer
och cellcykelregulatorer
Ub
Ub
Cytokiner
P
P53
Ub
Ub
NF-KB
aktiverar
transkription
Ub
Celladhesionsmolekyler
Proteasom
P21
Ub
Cellcykelhämmare
Ub
Ub
Anti-apoptotiska
faktorer
Ub
P27
Degraderad
IKB
Ub
Ub
Ub
Ub
Ub
Ub
Aktiverad NF-KB
translokeras
till kärnan
Ub
Ub
Peptider
Degraderad P53, P21, P27
Anpassad från Adams J. The proteasome: structure,
function, and role in the cell. Cancer Treat Rev 2003; 29 (Supp 1): 3–9.
Cyklinberoende
kinaser (CDK)
JC-040446.qxd
05-01-14
10.46
Sida 4
Proteasomen är ett viktigt mål, eftersom den
påverkar många viktiga reglerande proteiner
med väldefinierade roller vid uppkomst och
progress av cancer. Här är några exempel:
Tabell 1– Reglerande proteiner
Celltillväxt
NF-kB
Cellcykelhämmare
Apoptoshämning
NF-kB
p53
Angiogenes
NF-kB
p53
Vävnadsinvasion
NF-kB
Cellcykelhämning
Tumörsuppressorn p53
Proteinerna p21/Cip1 och p27/Kip1 hämmar
cyklinberoende kinaser (CDK).6 När CDKs
funktion hämmas, kan cellcykeln inte gå från
G1- till S-fasen och cellen dör.1 Nedbrytning
av dessa CDK-hämmare är en funktion hos
proteasomen. Vid cancer möjliggör tömda
förråd av CDK-hämmare en ohämmad tumörtillväxt.6
Tumörsuppressorproteinet p53 är involverad
i cellcykelregleringen på en ”kontrollstation”
mellan G1- och S-fasen.7 DNA-skada medför
en ökning av p53-proteinet, vilket ökar
expressionen av proteiner, som är involverade
i avbrott i cellcykeln och apoptos.7 Nedbrytning
av p53 är en av proteasomens funktioner.
Proteasomhämning medför därför förhöjda
nivåer av p53.1
Förlusten av kontroll över cellcykeln och
tillväxthämningen är en förutsättning för
utveckling av cancer. Låga nivåer av cellcykelhämmare innebär en dålig prognos vid cancer
i bröst, colon och prostata.3 Sänkta halter av
p27 beror på ökad proteasomal nedbrytning,
snarare än förändrad genexpression .1,3,6
p53 stoppar också angiogenesen genom att
öka expressionen av angiogeneshämmare och
sänka nivåerna av angiogena proteiner, till
exempel tillväxtfaktorn för kärlendotel (VEGF)7
och för fibroblaster (bFGF).
Förändringar i p53 är den vanligaste mutationen vid human cancer.7
JC-040446.qxd
05-01-14
10.46
Sida 5
Proteasomen och dess roll hos
normala celler och cancerceller
NF-kB och cancer
Nukleär Faktor-kB (NF-kB) initierar eller stimulerar signalöverföring inne i kärnan men bibehålls inaktiv i normala cellers cytoplasma av
specifika hämmare som kallas IkB. När IkB
bryts ned av proteasomen, translokeras NF-kB
till kärnan.8,9 NF-kB-aktiviteten är ofta förhöjd i
cancerceller.9 Proteasomhämning kan reversera
NF-kB-aktiveringen.8 NF-kB-aktivering påverkar
cancer på många sätt:
(forts.)
• Celltillväxten påskyndas genom att öka transkriptionen av målgener, bland annat gener
för cyklin-D1, CD40-ligand och IL-6
(en tillväxtfaktor för multipelt myelom).8–10
• Apoptoshämning uppnås genom
hämning av den apoptosstimulerande
effekten av Tumör Nekros Faktor (TNF).
Medlemmar av TNF-familjen (TNF, LT,
CD95L, TRAIL, VEGI, TWEAK och LIGHT)
stimulerar apoptos,11 medan NF-kB aktiverar
andra anti-apoptotiska ämnen, bland annat
Bcl-2-familjen.10
Figur 2 – Venndiagram som visar överlappningen mellan molekyler,
som ökar/minskar i mängd och deras roll i cellhomeostasen
JC-040446.qxd
05-01-14
10.46
Sida 6
• Angiogenesen stimuleras av NF-kB genom
induktion av IL-6, IL-8 10 och VEGF. Vid multipelt myelom stimulerar IL-6 DNA-syntes och
celltillväxt. IL-6 kan också inducera resistens
mot cytostatikabehandling 9 och skapa en
tillväxtvänlig mikromiljö i benmärgsstromat.9
• Vävnadsinvasion gynnas av matrixmetalloproteinaser (MMPs). Flera gener som kodar
för MMPs innehåller bindningsställen för kB,
och NF-kB-aktivering står i samband med
destruktion av det extracellulära matrix.10
Invasionen förvärras även av NF-kB-stimulerad expression av adhesionsmolekyler, t ex
intercellular adhesion molekyl-1 (ICAM-1) och
vascular cell adhesion molekyl-1 (VCAM-1).9
Proteasomhämning vid multipelt myelom
Beläggen för proteasomehämningens möjligheter vid multipelt myelom inefattar bland
annat hämning av cellcykeln och induktion av
apoptos (nedreglering av NF-kB2,9 och Bcl-2;9
ökad koncentration av p21, p27 och p53, liksom
stabilisering av p53;9 återställande av TNFs
apoptosfunktioner; hämning av angiogenesen
(nedreglering av VEGF, IL-6 och IL-8);8,9 effekter
på invasion och benmärgsstromat (nedreglering
av IL-6; minskad expression av ICAM-1 och
VCAM-1);12 och, märkligt nog, in vivo-aktivitet
mot xenograft deriverade från myelomcellslinjer, som odlats in vitro för att vara resistenta
mot proteasomhämning.2
Proteasomhämmare verkar också direkt
apoptotiskt på myelomcellslinjer.9 Prekliniska
studier har visat att maligna cellinjer är 100 till
1000 gånger känsligare för proteasomhämning
än icke-maligna celler. Xenograftstudier visar att
dipeptidborsyror är aktiva som enskilda aktörer
och i kombination vid multipelt myelom liksom
vid andra tumörtyper.2,9
Referenser:
1. Shah S, Potter M, Callery M. Ubiquitin proteasome pathway: implications and advances in cancer therapy. Surgical oncology 2001;
10 : 43–52.
2. Adams J. The proteasome: structure, function, and role in the cell. Cancer Treat Rev 2003; 29 (Supp 1): 3–9.
3. Loda M, Cukor B, Tam S, et al. Increased proteasome-dependent degradation of the cyclin-dependent kinase inhibitor p27 in
aggressive colorectal carcinomas. Nature Med 1997; 3 (2): 152–154.
4. Lloyd R, Erickson L, Jin L, et al. p27kip1: a multifunctional cyclin-dependent kinase inhibitor with prognostic significance in human
cancers. Am J Path 1999; 154 (2): 313–323.
5. Shtiegman K, Yarden Y. The role of ubiquitylation in signaling by growth factors: implications to cancer. Semin Cancer Biol 2003;
13 : 29–40.
6. Pagano M, Tam S, Theodoras A, et al. Role of the ubiquitin-proteasome pathway in regulating abundance of the cyclin-dependent
kinase inhibitor p27. Science 1995; 269 (5524): 631–632.
7. Smith N, Rubenstein J, Eggener S, Kozlowski J. The p53 tumor suppressor gene and nuclear protein: basic science review and
relevance to the management of bladder cancer. J Urol 2003; 169 : 1219–1228.
8. Orlowski R, Baldwin A. NF-kB as a therapeutic target in cancer. Trends Mol Med 2002; 8 (8): 385–389.
9. Cusack J. Rationale for the treatment of solid tumors with the proteasome inhibitor bortezomib. Cancer Treat Rev 2003;
10. Karin M, Cao Y, Greten F, Li Z-W. NF-kB in cancer: from innocent bystander to major culprit. Nature Rev Cancer 2002; 2 : 301–310.
11. Aggarwal B. Signalling pathways of the TNF superfamily: a double-edged sword. Nature Rev Immunol 2003; 3 : 745–756.
12. Dalton WS. The tumor microenvironment : focus on myeloma. Cancer Treat Rev 2003; 29 (Supp 1): 11–19.
13. Li Q, Verma I. NF-kB regulation in the immune system. Nature Rev Immunol 2002; 2 : 725–734.
05-01-14
10.46
Sida b1
Ordförklaringar
Bcl-2 -familjen (medlemmar av B-celllymfom-2-familjen) reglerar mitokondriernas
program för apoptos.1,9
CDK Cyklinberoende kinaser.
Proteasom ett multienzymkomplex, som finns
i alla celler; bidrar till normal cellhomeostas
genom att bryta ned vissa proteiner; bidrar till
tumörväxt genom nedbrytning av reglerande
proteiner. 1
IkB NFkB-hämmare. Proteasomens nedbrytning av IkB möjliggör NFkB-aktivering.13
19S cap-subenhet i proteasomen, som
känner igen ubiquitinmärkta proteiner. 1,2
MMPs matrixmetalloproteinaser.
20S proteolytisk kärna i det cylindriska
enzymkomplex som bildas av ringar av
proteaser med trypsinlik, kaspaslik och
kymotrypsinlik aktivitet. 1,2
NF-kB Nukleär faktor-kB binds till DNA, vilket
leder till transkription av gener, som direkt och
indirekt reglerar celltillväxten. 9
p21/Cip1 Hämmare av cyklinberoende kinas
(CDK) reglerar CDK-aktiviteten och därigenom
celltillväxten. 1,9
p27/Kip1 Hämmare av cyklinberoende kinas
(CDK) reglerar CDK-aktiviteten och därigenom
celltillväxten. 1,9
p53 Styr reglering och apoptos; aktiverar
p21. 1,9
26S proteasom bildad genom kombination
av 19S cap + 20S core-proteiner. 1
TNF Tumör Nekros Faktor.
Ubiquitinering Process genom vilken en
eller flera molekyler ubiquitin, ett allmänt
förekommande protein med 76 aminosyror,
binds till lysinrester på målproteiner. 1
VEGF tillväxtfaktor för kärlendotel.
Janssen-Cilag AB, Box 7073, 192 07 Sollentuna, Tel 08-626 50 00, www.janssen-cilag.se
JC-040446-2
JC-040446.qxd