Leta i den här bloggen

onsdag 22 maj 2019

SMAD signalointi.. SMAD interaktomi.

25.5. 2020  Kertaan SMAD interaktomia ja signalointia, koska löysin maininnan että  SARS2 virusproteiini N saattaa tehdä interaktion SMAD3 proteiinin kanssa. Myös SNIP1 on sen interaktioproteiineja:   (SNIP1 , SMAD nuclear interacting protein 1, (1p34.3)
Lisäksi  SMAD3 osallistunee ihmisen RNA alueeseen, joka nyt  alkaa herättää huomota  myöls SARS2 viruksen   kapasiteettialueena. on myös lisätietoa  SMAD interaktomsta tästä lähteestä: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5104937/.
........

Päivitys 22.5. 2019

SMAD signalointi


 SMAD- signaaliverkostosta

( Käännöstä artikkelista netistä: Kirjoittajan nimeä en havaitse tekstissä)
Verisuoniston sisällä  esiintyvä erittyneiden polypeptidien TGF- beeta-superperhe on kasvutekijöitä, jotka ovat tärkeitä vaikuttaja patofysiologisissa prosesseissa. Näihin prosesseihin kuuluu angiogeneesi, verisuoniston uudelleenmuovautuminen, aterogeneesi  ja osallistuminen soluvasteiden säätelyyn ( kasvun, proliferaation, erilaistumisen, migroitumisen, adhesoitumisen, solun elossapysymisen ja kehityksellisen solukohtalon  säätelyyn).
TGF-beetan  ohella  Aktiviinit ja BMP- proteiinit  kuuluvat mainittuun  superperheeseen.  Nämä tekijät signaloivat  heteromeeriksi koostuneen  reseptorikompleksin  kautta. 
TGF-beta-reseptorit ovat seriini/treoniini(S/T)kinaasityyppiset I ja II. 
TGF-beeta-reseptorisignaloinnin alavirrassa on  SMAD- proteiinien signaaliverkosto. 
TGF-beta= Transforming Growth factor  beta, kasvua muuntava kasvutekijä 
BMP = Bone Morphogenetic Protein, luun morfogeneettinen proteiini
SMAD = (family of transductin pathway; signaalia johtava proteiiniperhe); (SMA and MAD related family).
Nimi SMAD tulee fylogeneettisesti ensimmäiseksi löytyneestä SMAD-proteiinista  (banaanikärpäsestä Mothers Against Decapentaplegic)  
Näillä SMAD-proteiineilla on ratkaiseva osuus monisoluisen organismin solukohtaloiden päättämisessä.


  • SMAD Signaling Network.

  • Within the vasculature, TGF-Beta (Transforming Growth Factor-Beta) superfamily of secreted polypeptide growth factors play an important role in a variety of pathophysiologic processes, including angiogenesis, vascular remodeling, atherogenesis and in regulating cellular responses such as growth, proliferation, differentiation, migration, adhesion, survival, and specification of developmental fate. Apart from TGF-Beta, the superfamily also includes the Activins and the BMPs (Bone Morphogenetic Proteins). These factors signal through heteromeric complexes of Type-II and Type-I serine-threonine kinase receptors, which activate the downstream SMAD (Sma and Mad Related Family) signal transduction pathway (Ref.1, 2 & 3).
Rakenteen ja funktionaalisten tehtävien perusteellä  SMAD-perheen jäsenet (MADH) jaetaan lämminverisillä ainakin kolmeen laajaan luokkaan.
 
(1) Co-SMAD, kooperatiiviset SMAD- molekyylit, joita on  SMAD4/DPC4 ja SMAD10 ja ne osallistuvat  TGF-beeta-perheen jäsenten  signalointiin.

(2) R- SMAD prroteiinit. Nämä ovat reseptorin säätelemiä  SMAD- proteiineja ja niihin kuuluu SMAD1, SMAD2, SMAD3, SMAD5 ja SMAD8/9. Niistä jokaisella on oma spesifinen  signaalitiensä.

(3) I-SMAD-proteiinit, inhibitoriset, antagonistiset SMAD6 ja SMAD7- proteiinit.  Niiden säätely signaalitiessä on  negatiivista.
  • Based on their structures and known functional roles, the mammalian SMAD family members (Mad-homologues, MADH) fall into at least three broad classes: 
(i) the Co-SMADs (Co-mediator SMADs), SMAD4/DPC4 and SMAD10, participate in signaling by diverse TGF-Beta family members;
(ii) the R-SMADs (Receptor-regulated SMADs), including SMAD1, SMAD2, SMAD3, SMAD5, and SMAD8, which are each involved in a specific signaling pathways; and
(iii) the antagonistic SMADs, including SMAD6 and SMAD7, which negatively regulate these pathways (Ref.1).

TGF-beeta reseptorit ja aktiviinireseptorit  fosforyloivat ( eli aktivoivat) SMAD2 ja SMAD3- proteiinit.
BMP-reseptorit  fosforyloivat SMAD1-, SMAD5- ja SMAD8-proteiinit.

Jotta  erityinen TGF-beetavaste pääsisi tapahtumaan, TGF-beeta- superperheen jäsenen tulee dimerisoituneena asettua  korkean affiniteetin reseptoriinsa  (Tyyppi II-reseptori) ja I-tyypin reseptori transfosforyloituu. Täten aktivoitunut TGF-reseptorikompleksi alkaa rekrytoida tekijöitä, jotka edistävät signaalin jatkumista solun sisälle (DAB2, SNX6).

 Pienet GTPaasit (Rab5) katalysoivat aktivoituneen reseptorin pääsyä varhaiseen endosomiin, jossa ne kohtaavat  fosfolipideihin sitoutuneen kuljettajan  kuten SARA.

SARA on  reseptorin  aktivoitumiseen tarvittava SMAD-Ankkuri    ja se avustaa  SMAD-molekyylien  rekrytoimisessa I-tyypin kinaasille.  SARA ei tee interaktiota SMAD1- tai SMAD5-proteiinien kanssa.
  •  TGF-Beta Receptors and Activin Receptors phosphorylate SMAD2 and SMAD3, and BMP receptors phosphorylate SMAD1, SMAD5 and SMAD8. To initiate a particular TGF-Beta response, dimeric ligands of the TGF-Beta superfamily bind with high affinity to Type-II receptor and trans-phosphorylate Type-I receptor serine/threonine kinases on the cell surface. Activated receptors recruit adaptor proteins such as DAB2 (Disabled-2) and SNX6 (Sortin Nexin-6) that positively affect signal transduction (Ref.5). Small GTPases such as Rab5 catalyze movement of activated receptor complexes to early endosomal compartments (Ref.6), where they encounter phospholipid-bound carriers such as SARA (SMAD Anchor for Receptor Activation) that assist in recruitment of the SMADs to the Type-I receptor kinase. SARA does not interact with either SMAD1 or SMAD5 (Ref.7).
Kun R-SMAD- proteiinit SMAD2 ja SMAD3 sitoutuvat fosforyloituneeseen GS- domeeniin  fosfoseriiniä sitovalla domeenillaan MH2 ( Mad Homology-2), seuraa niiden irtautuminen reseptorista ja SARAsta. Muut SMAD-proteiinit tunnistavat MH2-domeenillaan näitä fosfoseriinejä ja seuraa homo-oligomerisaatio R-SMAD- proteiinien kesken tai hetero-oligomerisaatio ainutlaatuisen Co-SMAD kanssa (SMAD4/DPC).
  • The binding of R-SMADs, SMAD2 and SMAD3, to the phosphorylated GS domain via their phosphoserine-binding MH2 (Mad Homology-2) domain leads to its rapid dissociation from the receptor and SARA. These phosphoserines are recognized by the MH2 domain of another SMAD leading to homo-oligomerisation of R-SMADs or hetero-oligomerisation with the unique Co-SMAD (SMAD4/DPC4 in mammals).  
 SMAD4/DCP4  on sytoplasmassa ankkuroituneena  rakenteelliseen proteiiniin  TRAP1 (TGF-beeta reseptorityyppi I:een assosioituneeseen proteiiniin 1), joka edistävästi avustaa R-SMAD/Co-SMAD-oligomerisaatiota. 
 
Fosforyloitunut SMAD3 assosioituu taas Importiini-beeta1-proteiiniin ja kulkeutuu tumaan. Nukleoplasmassa (tumassa) oleva RanGTPaasi vapauttaa  SMAD3-kompleksin (SMAD4 palaa sytoplasmaan ja assosioituu TRAP1:een).

Mutta fosforyloitunut (aktiivi) SMAD2 ei taas pysty sitomaan importiineja ja se kulkee autonomisesti tumaan.

  Perustilassaan SMAD4 /DPC4 pääsee konstitutiivisesti tumaan, mutta exportiini (CRM1/XPO) kuljettaa sen saman tien takaisin sytoplasmaan ( Shuttling between nucleus and cytoplasma, constitutively).
 Mutta jos on tapahtunut TGF-beetastimulaatio , SMAD4/DPC4 saapuu tumaan kompleksina R-SMAD-proteiinin  kanssa (R-SMAD/Co-SMAD) ja  säätelee geeniexpressiota.
  • SMAD4/DPC4 is anchored to the cytoplasm by scaffolding proteins such as TRAP1 (TGF-Beta Receptor Type-I Associated Protein-1), which assist positively in R-SMAD/Co-SMAD oligomerisation (Ref.4). Phosphorylated SMAD3 associates with Importin-Beta1 and is imported to the nucleus. The Ran GTPase catalyses the transport and release of the SMAD3 complex in the nucleoplasm. In contrast, phosphorylated SMAD2 fails to bind to Importins and is autonomously imported to the nucleus. In the ground state, SMAD4/DPC4 enters the nucleus constitutively and is immediately exported back to the cytoplasm by the Exportin CRM1/XPO1. But, after TGF-Beta stimulation, SMAD4/DPC4 enters the nucleus in complex with R-SMADs (R-SMAD/Co-SMAD complexes) and regulates gene expression. 
 Sekä SMAD3 että SMAD4/DPC4 sitoutuvat  SBE -elementtiin (SMAD:ia sitoviin vaste elementihin)  DNA sekvenssissä. Mutta päinvastoin SMAD2 ei pysty sitoutumaan SBE- elementtiin; silti se voi osallistua  DNA:lle sitoutuneeseen  kompleksiin,  jos se on tehnyt interaktion SMAD4/DPC4:n kanssa ja silloin se aktivoi spesifisten geenien ilmenemää ko-operatiivisin interaktioin  DNA:ta sitovien proteiinien ohella (mm transkriptiofaktoriperheen  winged - helix  eli FOX- perheen jäsenten   kanssa) FAST1 ja FAST2 (Forkhead Activin signal transducers ).
  • Both SMAD3 and SMAD4/DPC4 bind the SBE (SMAD-Binding Elements) to DNA sequences. In contrast, SMAD2 fails to bind to SBEs but it participates in DNA-bound complexes via its interaction with SMAD4/DPC4, and activates expression of specific genes through cooperative interactions with DNA-binding proteins, including members of the winged-helix family of TFs (Transcription Factors), FAST1 and FAST2 (Forkhead Activin Signal Transducers) (Ref.6).
 Lisäksi sekä R-SMAD- proteiinit  että Co-SMAD tekevät interaktioita monien yleisten ja kudosspesifisten transkriptiotekijöiden kanssa  MH1- ja MH2-domeeneillaan. Tumassa olevien SMAD-kompleksien  transkriptioaktiivisuutta moduloi  DNA:ta sitova proteiini TGIF (TGF-beetan indusoima faktori), proto-onkogeenit Ski ja SnoN, ja ne vaikuttavat  SMAD-transkriptioon ko-repressoreina ( myötävaimentajina).
  •  In addition, both R-SMADs and the Co-SMAD interact with many general and tissue-specific TFs via their MH1 or MH2 domains. The transcriptional activity of nuclear SMAD complexes within the nucleus is modulated by DNA-binding protein TGIF (TGF-Beta Induced Factor), proto-oncogene Ski and SnoN, which act as SMAD transcriptional co-repressors (Ref. 7,9). 
Sellaisetkin transkriptiotekijät, jotka itse eivät sido DNA:ta , assosioituvat tuman puolella oleviin SMAD-proteiineihin ja rekrytoivat koaktivaattoreita, kuten CBP(CREB-binding protein)/p300 (HAT), jotka johtavat  nukleosomaalisten histoneiden  asetyloitumiseen, ja/tai proteiineja jotka ovat   assosioituneita   transkriptiotekijöitä ja ratkaisevia transkription indusoitumisessa. 
CREB= cAMP responsive element binding protein 1 (2q33.3)
p300 (22q13.2) histone acetyltransferase, mediates cAMP gene regulation by binding to phosphopylated CREB protein)
Vaihtoehtoisesti tumassa olevat  SMAD-proteiinit  rekrytoivat  ko-repressiivisiä tekijöitä, jotka ovat   histonideasetylaaseihin (HDAC) liittyviä;   niitä  ovat CTBP ( C-terminaalisesti sitova proteiini) ja Sin3 (HDAC alayksikkö), ja nämä johtavat  transkription  repressoitumiseen kohdegeeneillä (acetylryhmät irtoavat histoneista). 
 
SIN3, HDAC complex subunit sin3a, transcriptional corepressor Sin3a, WITKOS
CTBP1 , BARS, HADDTS (4p16.3) , dimerise CTBP2. Transcription repressor
  • Non-DNA-binding TF also associate with nuclear SMADs and recruit co-activators such as CBP (CREB-Binding Protein)/p300 that lead to acetylation of nucleosomal histones and/or associated TF, which are crucial for transcriptional induction. Alternatively, the nuclear SMADs also recruit co-repressors that associate with HDACs (Histone Deacetylases) such as CTBP (C-Terminal Binding Protein) and Sin3, thus leading to transcriptional repression of target genes.
 R-SMAD proteiinit 1, 2 ja 3  saattavat liikkua itsenäisesti sytoplasmasta tuman puolelle, mutta SMAD4:n täytyy ensin tehdä  kompleksi  jonkin  näistä kanssa ennen kuin se pääsee tumaan. Tuman SMAD-proteiinit voivat osallistua myös ubikitinoitumisreaktioihin, jotka johtaa  signaalitien alassäätymiseen tai muiden  transkriptiotekijöiden hajoamiseen.
Fosforyloitunut tumassa oleva SMAD3 ubikitinoituu E3 ligaasilla Roc1/SCF, kun on tehnyt transkriptiivisen työnsä, ja sitten kulkeutuu sytoplasmaan proteosomaaliseen silppuroitumiseen.  Sytoplasmiset  R- SMAD- proteiinit solun perustilassa  joutuvat SMAD-spesifisen E3-ligaasiperheen  substraateiksi. SMURF-perhe E3 ligaaseja  ovat  SMAD-proteiineja ubikitiinilla sääteleviä tekijöitä ja johtavat myös R- SMAD:in   proteosomisilppuriin ja pitävät saatavilla olevaa R-SMAD- allasta  matalapitoisena.  Vaihtoehtoisesti tumassa oleva R-SMAD-SMURF-kompleksi voi hyökätä transkription vaimentajaa SnoN kohtaan ja  säätää vaimentajan alas.
  •  R-SMADs 1, 2, and 3, can move independently into the nucleus, but SMAD4 must first complex with one of these SMADs to become localized in the nucleus.
  • Nuclear SMADs also participate in ubiquitination reactions that lead to downregulation of the pathway itself or degradation of other TFs.
  • Phosphorylated nuclear SMAD3 is ubiquitinated by the Roc1/SCF E3 Lligase after completion of its transcriptional role and is exported to the cytoplasm for proteasomal degradation (Ref.4).
  • Cytoplasmic R-SMADs in the ground cell state is attacked by a SMAD-specific E3 Ligase family, the SMURFs (SMAD Ubiquitin Regulatory Factors), which also lead to proteasomal degradation of R-SMADs, and thus keep the available R-SMAD pools low.
  • Alternatively, nuclear R-SMAD-SMURF complexes attack transcriptional repressors SnoN, and thus downregulate the repressor (Ref.5).
Kolmas SMAD proteiiniluokka I-SMAD on  SMAD-inhibiittoreita , kuten SMAD7. SMAD7 estää  R- SMAD-proteiinien rekrytoimista ja niiden fosforyloimista (aktivoimista) . Lisäksi SMAD7 assosioituu E3 ubikitiiniligaasien SMURF:ien kanssa ja muodostaa SMAD7-SMURF kompleksin, kun TGF-beeta-stimulaatio on lähtenyt liikkelle ja se kompleksi ubikitinoi reseptoreita solupinnalla tai endosomaalisella kalvolla ja kohdentaa proteiinisilppuriin proteosomeihin  tai lysosomeihin.
Eräs adaptoriproteiini STRAP1  sitoutuu myös  I-tyypin reseptoreihin  ja myös SMAD7- proteiiniin ja vahvistaa  SMAD7- proteiinin inhibitorista aktiivisuutta.
  •  Third classes of SMADs , the I-SMADs, such as SMAD7 inhibit the recruitment and phosphorylation of R-SMADs. It also associates with SMURFs to form the SMAD7-SMURF complex after TGF-Beta stimulation and ubiquitinates the receptors on the cell surface or endosomal membranes; these are then targeted for degradation in proteasomes and lysosomes (Ref.4).   Another adaptor protein, STRAP1, also binds to both Type-I receptors and SMAD7, and enhances the inhibitory activity of SMAD7 (Ref.5).
Solun sisällä esiintyvät mikrotubulukset toimivat raiteina  solun sisäisille SMAD-proteiinien liikenteelle. FILAMIINI, joka on aktiiniverkostoa ristiin rastiin tekevä  ja rakenteellinen proteiini, liittyy myös  SMAD-proteiiniin ja säätelee positiivisesti SMAD-signaalien johtamista.  SMAD-signalointia voi säätää  Ras-ERK-MAPK- signaalitie vasteena RTK-aktivaatiolle. SMAD-signalointia voi säätää myös SMAD2:n  toiminnallinen interaktio kalsiumkalmoduliinin kanssa. Lisäksi inhibitoristen  SMADien ( SMAD6 ja SMAD7)  ilmentymistä  vahvistaa moninaiset signaalit kuten EGF (epidermaalinen kasvutekijä), AP -1 (aktivaattoriproteiini 1)  ja IFN-gamma( interferoni gamma) ja nämä muodostavat tärkeän mekanismin,  jonka kautta nämä tiet voivat säätää negatiivisesti SMAD-aktivaatiota. 
  • Microtubules serve as tracks for intracellular SMAD movement. Filamin, an actin crosslinking factor and scaffolding protein, also associates with SMAD and positively regulates transduction of SMAD signals.
  • SMAD signaling can be regulated by the Ras-ERK-MAPK pathway in response to receptor tyrosine kinase activation and also by the functional interaction of SMAD2 with Ca2+-Calmodulin (Ref.8). In addition, the expression of SMAD6 and SMAD7 is enhanced by multiple signals including EGF (Epidermal Growth Factor), stimulation of AP-1 (Activator Protein-1) by phorbol ester 12-O Tetradecanoylphorbol-13 Acetate, and IFN-Gamma (Interferon-Gamma), which provide an important mechanism whereby these pathways negatively regulate SMAD activation (Ref.9).

 SMAD-proteiineja ilmentyy  yleisesti koko kehityksen ajan ja kaikissa aikuiskudoksissa; monia niistä (SMAD2, SMAD4/DPC4, SMAD5, SMAD6 ja SMAD8) tuottuu  alternatiivisesti pleissautuneista mRNA-molekyyleistä.  Tärkeitä  TGF-beetan  transkriptionaalisissa    antiproliferatiivisissa vasteissa  ovat SMAD2 ja SMAD4/DPC4.  Ja koska ne ovat ihmissyövissä inaktivoituneita, päätellään niiden olevan tuumorisuppressoreita. SMAD3-deleetio johtaa  hitaaseen follikulaariseen kasvuun, lisääntyneeseen atresiaan ja infertiliteettiin joko  hormonipitoisuuksiin vaikuttamalla ovariaalisten seletiivisten reseptorien muuntumisen takia  ja /tai ovariaalisten solujen elossapysymistä säätelevien  geenien muuntumisesta.
  • SMADs are ubiquitously expressed throughout development and in all adult tissues and many of them (SMAD2, SMAD4/DPC4, SMAD5,SMAD6 and SMAD8) are produced from alternatively spliced mRNAs (Ref.4). SMAD2 and SMAD4/DPC4 are important for transcriptional and antiproliferative responses to TGF-Beta, and their inactivation in human cancers indicates that they are tumor suppressors (Ref. 10, 11). Deletion of SMAD3 results in slow follicular growth, increased atresia, and infertility by either affecting selected hormone levels, by altering the expression of selected receptors in the ovary and/or by altering genes that regulate cell survival in the ovary.
Kartta kuva  inhibitorisesta SMAD7 proteiinista ja sen interaktioista, joilla se  blokeeraa TGF-beta signalointia

The role of Smad7

https://openi.nlm.nih.gov/detailedresult.php?img=PMC2538763_6604562f5&req=4


Upplagd av kl.
Etiketter:

Inga kommentarer:

Skicka en kommentar

Prenumerera på: Kommentarer till inlägget (Atom)