Programowana śmierć komórki a białka z rodziny inhibitorów apoptozy (iap) i ich rola w nowotworzeniu

• Authors: Przemysław Konopelski , Agnieszka Dynowska

Title variants

EN

Programmed cell death and inhibitors of apoptosis protein family (IAP) and their role in cancerogenesis

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Apoptoza to naturalny proces fizjologiczny, którego celem jest uśmiercenie komórki. Na drogę programowanej śmierci kierowane są komórki nieprawidłowe, uszkodzone lub zbędne. Inicjacja apoptozy przebiega z udziałem czynników zewnątrzkomórkowych i aktywacją receptorów błonowych, lub z udziałem mitochondriów i zakłóceniem wewnątrzkomórkowej homeostazy. Ważną rolę w regulacji apoptozy odgrywają białka rodziny Bcl-2, do których należą białka pro- i antyapoptotyczne. Ich wzajemny stosunek decyduje o wejściu na ścieżkę programowanej śmierci komórki. Apoptoza w komórce może być hamowana na wiele sposobów. Taką role pełnią białka szoku cieplnego (HSP) jak również białka z rodziny inhibitorów apoptozy (IAP). Białka IAP hamują inicjację procesu poprzez wiązanie się z białkami efektorowymi fazy wykonawczej apoptozy oraz ich kierowanie na drogę proteasomalnej degradacji. Geny białek rodziny inhibitorów apoptozy po raz pierwszy zostały zidentyfikowane w bakulowirusach. U człowieka wyodrębniono osiem białek IAP, zgrupowanych w trzy klasy. Cechą wspólną wszystkich przedstawicieli rodziny jest obecność co najmniej jednej domeny BIR. Domeny BIR oraz regiony do nich przylegające są odpowiedzialne za wiązanie IAP do kaspaz, prowadząc do zahamowania ich aktywności. Pozostałe domeny, charakterystyczne dla poszczególnych przedstawicieli rodziny IAP są odpowiedzialne m. in. za degradację białek przez ubikwitynację (domeny RING, UBC), czy też asocjację z innymi białkami (domena CARD). Oprócz kontroli szlaków apoptotycznych, IAP biorą udział w degradacji białek niezwiązanych z programowaną śmiercią komórki, kontroli cyklu komórkowego, a także regulacji aktywności czynników transkrypcyjnych. Wyłamanie się komórki spod kontroli mechanizmów odpowiedzialnych za proliferację i śmierć może prowadzić do transformacji nowotworowej. Często obserwowanym zjawiskiem w komórkach nowotworowych jest wzmożona ekspresja białek IAP, przez co ich działanie można porównać do działania onkogenów. Wiele typów nowotworów wykazuje obecność translokacji lub amplifikacji genów kodujących inhibitory apoptozy. Prowadzi to do zmniejszenia wrażliwości nowotworu na bodźce proapoptotyczne. Poziom białek IAP w komórce może być markerem rozwijającej się choroby nowotworowej oraz czynnikiem prognostycznym. Białka IAP są atrakcyjnym celem badań prowadzonych nad terapiami nowotworowymi, głównie z zastosowaniem inhibitorów IAP oraz interferencyjnego RNA.

EN

Apoptosis is a natural physiological process, intended to eliminate some cells. Incorrect, damaged or redundant cells, undergo programmed cell death. Initiation of the apoptosis proceeds under the influence of extracellular factors and activation of membrane receptors or involves mitochondrion activity and a disruption of intracellular homeostasis. A crucial role in regulation of the apoptosis is played by the Bcl-2 family proteins, which include pro- and anti-apoptotic proteins. The relation between these proteins determines which pathway leading to the cell death will be entered. Apoptosis may be inhibited in several ways, for example by heat shock proteins (HSP) or by inhibitors of apoptosis (IAP). IAP inhibit initiation of the process by binding to effector proteins of the execution phase of apoptosis or by leading them to the proteasomal degradation. Genes of IAP were identified for the first time in baculoviruses. In a human, eight IAP proteins, grouped into three classes, were isolated. Common feature of all members of the family is the presence of at least oneBIR domain. BIR domains and contiguous regions are responsible for binding IAPs to caspases, leading to inhibition of their activity. Other domains, common for specific members of IAP family, are responsible, among others, for: degradation of proteins through ubiquitination (RING, UBC domains) or association with other proteins (CARD domain). Besides controlling apoptotic pathways, IAPs take part in degradation of proteins not involved in the programmed cell death, in control of the cell cycle and regulation of transcription factors. Avoidance by a cell of the control mechanisms of cell proliferation and death may lead to its cancer transformation. A frequently observed phenomenon in cancer cells is an increased expression of IAP proteins, hence their function can be compared to that of the oncogenes. In many types of cancers cells exhibit the presence of translocation or amplification of genes encoding apoptotic inhibitors. This decreases cancer's sensitivity to pro-apoptotic stimuli. The level of IAP proteins in a cell may serve as a marker of developing cancer and a prognostic factor. IAP proteins are thus attractive goal of research underlying cancer therapies, mainly those involving the use of IAP inhibitors and interfering RNA .

• Journal: Kosmos
• Year: 2014
• Volume: 63
• Issue: 1
• Pages: 1-12

Dates

published

2014

Contributors

author

Przemysław Konopelski

• Pozawydziałowy Zamiejscowy Instytut Biotechnologii Stosowanej i Nauk Podstawowych, Uniwersytet Rzeszowski w Weryni, Werynia 502, 36-100 Kolbuszowa, Polska

author

Agnieszka Dynowska

• Pozawydziałowy Zamiejscowy Instytut Biotechnologii Stosowanej i Nauk Podstawowych, Uniwersytet Rzeszowski w Weryni, Werynia 502, 36-100 Kolbuszowa, Polska

References

• Abd-Elrahman I., Hershko K., Neuman T., Nachmias B., Perlman R., Ben-Yehuda D., 2009. The inhibitor of apoptosis protein livin (ML-IAP) plays a dual role in tumorigenicity. Cancer Res. 69, 5475-5480.
• Altieri D. C., 2010. Survivin and IAP proteins in cell-death mechanisms. Biochem. J. 430, 199-205.
• Arisan E., Kutuk O., Tezil T., Bodur C., Telci D., Basaga H., 2010. Small inhibitor of Bcl-2, HA14-1, selectively enhanced the apoptotic effect of cisplatin by modulating Bcl-2 family members in MDA-MB-231 breast cancer cells. Breast Cancer Res. Treat. 119, 271-281.
• Augello C., Caruso L., Maggioni M., Donadon M., Montorsi M., Santambrogio R., Torzilli G., Vaira V., Pellegrini C., Roncalli M., Coggi G., Bosari S., 2009. Inhibitors of apoptosis proteins (IAPs) expression and their prognostic significance in hepatocellular carcinoma. BMC Cancer 9, 125.
• Bartke T., Pohl C., Pyrowolakis G., JentschS., 2004. Dual role of BRUCE as an antiapoptotic IAP and a chimeric E2/E3 ubiquitin ligase. Mol. Cell 14, 801-811.
• Bielak-Żmijewska A., 2003. Mechanizmy oporności komórek nowotworowych na apoptozę. Kosmos 52, 157-171.
• Brunelle J. K., Letai A., 2009. Control of mitochondrial apoptosis by the Bcl-2 family. J. Cell Sci. 122, 437-441.
• Creagh E. M., Murphy B. M., Duriez P. J., Duckett C. S., MartinS. J., 2004. Smac/Diablo antagonizes ubiquitin ligase activity of inhibitor of apoptosis proteins. J. Biol. Chem. 279, 26906-26914.
• Deveraux Q. L., Reed J. C., 1999. IAP family proteins-suppressors of apoptosis. Genes Dev. 13, 239-252.
• Dworakowska D., 2005. Rola białka p53, pRb, p21WAF1/CIP1, PCNA, mdm2 oraz cykliny D1 w regulacji cylku komórkowego oraz apoptozy. Onkol. Pol. 8, 223-228.
• Grzybowska-Izydorczyk O., Smolewski P., 2008. Rola białek z rodziny inhibitora apoptozy (IAP) w chorobach rozrostowych układu krwiotwórczego. Postepy Hig. Med. Dosw. 62, 55-63.
• Grzybowska-Izydorczyk O., Smolewski P., 2009. Białka inhibitorowe apoptozy z rodziny inhibitorów apoptozy (IAP) i ich antagoniści: rola biologiczna oraz potencjalne znaczenie w karcinogenezie i celowanej terapii przeciwnowotworowej. Acta Haematol. Pol. 40, 593-612.
• Guoan X., Xiaomin W., Hanning W., Kaiyun C., HaoL., 2009. Expression of X-linked inhibitor of apoptosis protein in human colorectal cancer and its correlation with prognosis. J. Surg. Oncol. 100, 708-712.
• Hordyjewska A., Pasternak K., 2005. Apoptyczna śmierć komórki. Adv. Clin. Exp. Med. 14, 545-554.
• Hu S., Yang X., 2003. Cellular inhibitor of apoptosis 1 and 2 are ubiquitin ligases for the apoptosis inducer Smac/DIABLO. J. Biol. Chem. 278, 10055-10060.
• Hunter A., Lacasse E., Korneluk R., 2007. The inhibitors of apoptosis (IAPs) as cancer targets. Apoptosis 12, 1543-1568.
• Igney F. H., Krammer P. H., 2002. Death and anti-death: tumor resistance to apoptosis. Nat. Rev. 2, 277-288.
• Jego G., Hazoumé A., Seigneuric R., Garrido C., 2010. Targeting heat shock proteins in cancer. Cancer Lett. 332, 275-285.
• Kang M. H., Reynolds C. P., 2009. Bcl-2 Inhibitors: Targeting Mitochondrial Apoptotic Pathways in Cancer Therapy. Clin. Cancer Res. 15, 1126-1132.
• Khong T., Spencer A., 2011. Targeting HSP 90 Induces Apoptosis and Inhibits Critical Survival and Proliferation Pathways in Multiple Myeloma. Mol. Cancer Ther. 10, 1909-1917.
• Kopaczewska M., Kopaczewski B., 2004. Apoptoza - genetycznie zaprogramowana śmierć komórki. Nowiny Lekarskie 73, 389-392.
• Lacasse E. C., Baird S., Korneluk R. G., MackenzieA. E., 1998. The inhibitors of apoptosis (IAPs) and their emerging role in cancer. Oncogene 17, 3247-3259.
• Lima R. T., Martins L. M., Guimaraes J. E., Sambade C., Vasconcelos M. H., 2004. Specific downregulation of bcl-2 and xIAP by RNAi enhances the effects of chemotherapeutic agents in MCF-7 human breast cancer cells. Cancer Gene Ther. 11, 309-316.
• Lopes R. B., Gangeswaran R., Mcneish I. A., Wang Y., Lemoine N. R., 2007. Expression of the IAP protein family is dysregulated in pancreatic cancer cells and is important for resistance to chemotherapy. Int. J. Cancer 120, 2344-2352.
• Łabędzka K., Grzanka A., Izdebska M., 2006. Mitochondrium a śmierć komórki. Postepy Hig. Med. Dosw. 60, 439-446.
• Mac Farlane M., Merrison W., Bratton S. B., Cohen G. M., 2002. Proteasome-mediated Degradation of Smac during Apoptosis: XIAP Promotes Smac Ubiquitination in Vitro. J. Biol. Chem. 277, 36611-36616.
• Martinez-Ruiz G., Maldonado V., Ceballos-Cancino G., Grajeda J. P., Melendez-Zajgla J., 2008. Role of Smac/DIABLO in cancer progression. J. Exp. Clin. Cancer Res. 27, 48.
• Nachmias B., Ashhab Y., Ben-Yehuda D., 2004. The inhibitor of apoptosis protein family (IAPs): an emerging therapeutic target in cancer. Semin. Cancer Biol. 14, 231-243.
• Opiela J., Kątska-Książkiewicz L., 2006. Rola białek rodziny BCL-2 w kontroli apoptozy w pęcherzykach jajnikowych. Biotechnologia 1, 90-96.
• Placzek W. J., Wei J., Kitada S., Zhai D., Reed J. C., Pellecchia M., 2010. A survey of the anti-apoptotic Bcl-2 subfamily expression in cancer types provides a platform to predict the efficacy of Bcl-2 antagonists in cancer therapy. Cell Death Dis. 1, e40.
• Qin S., Yang C., LI S., Xu C., Zhao Y., Ren H., 2012. Smac: Its role in apoptosis induction and use in lung cancer diagnosis and treatment. Cancer Lett. 318, 9-13.
• Rashmi R., Kumar S., Karunagaran D., 2004. Ectopic expression of Hsp70 confers resistance and silencing its expression sensitizes human colon cancer cells to curcumin-induced apoptosis. Carcinogenesis 25, 179-187.
• Rupniewska Z., Bojarska-Junak A., 2004. Apoptoza: Przepuszczalność błony mitochondrialnej i rola pełniona przez białka z rodziny Bcl-2. Postepy Hig. Med. Dosw. 58, 538-547.
• Schimmer A. D., 2004. Inhibitor of apoptosis proteins: translating basic knowledge into clinical practice. Cancer Res. 64, 7183-7190.
• Silke J., Kratina T., Chu D., Ekert P. G., Day C. L., Pakusch M., Huang D. C. S., Vaux D. L., 2005. Determination of cell survival by RING-mediated regulation of inhibitor of apoptosis (IAP) protein abundance. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16182-16187.
• Srinivasula S. M., Ashwell J. D., 2008. IAPs: What's in a Name? Mol. Cell 30, 123-135.
• Stanculescu A., Bembinster L. A., Borgen K., Bergamaschi A., Wiley E., Frasor J.,2010. Estrogen promotes breast cancer cell survival in an inhibitor of apoptosis (IAP)-dependent manner. Horm. Cancer 1, 127-135.
• Stępień A., Izdebska M., Grzanka A., 2007. Rodzaje śmierci komorki.Postepy Hig. Med. Dosw. 61, 420-428.
• Vaux D. L., 2009. Inhibitor of apoptosis (IAP) proteins as drug targets for the treatment of cancer. Biol. Rep.1, 79.
• Vaux D. L., Silke J.,. 2003. Mammalian mitochondrial IAP binding proteins. Biochem. Biophys. Res. Com. 304, 499-504.
• Verhagen A. M., Coulson E. J., Vaux D. L., 2001. Inhibitor of apoptosis proteins and their relatives: IAPs and other BIRPs. Genome Biol. 2, 1-10.
• Yang D., Song X., Zhang J., Ye L., Wang S., Che X., Wang J., Zhang Z., Wang L., Shi W ., 2010. Therapeutic potential of siRNA-mediated combined knockdown of the IAP genes (Livin, XIAP, and Survivin) on human bladder cancer T24 cells. Acta Biochem. Biophys. Sin. 42, 137-144.
• Yang Q.-H., Church-Hajduk R., Ren J., Newton M. L., Du C., 2003. Omi/HtrA2 catalytic cleavage of inhibitor of apoptosis (IAP) irreversibly inactivates IAPs and facilitates caspase activity in apoptosis. Genes Dev. 17, 1487-1496.
• Yang X.-H., Feng Z.-E., Yan M., Hanada S., Zuo H., Yang C.-Z., Han Z.-G., Guo W., Chen W.-T., Zhang P., 2012. XIAP Is a predictor of cisplatin-based chemotherapy response and prognosis for patients with advanced head and neck cancer. PLoS ONE 7, e31601.
• Zhao J., Tenev T., Martins L. M., Downward J., Lemoine N. R., 2000. The ubiquitin-proteasome pathway regulates survivin degradation in a cell cycle-dependent manner. J. Cell Sci. 113, 436-4371.
• Zhou M., Liu Z., Zhao Y., Ding Y., Liu H., Xi Y., Xiong W., Li G., Lu J., Fodstad O., Riker A. I., Tan M., 2010. MicroRNA-125b confers the resistance of breast cancer cells to paclitaxel through suppression of pro-apoptotic Bcl-2 antagonist killer 1 (Bak1) expression. J. Biol. Chem. 285, 21496-21507.