Обзор функций белка LIMCH1, задействованного в ключевых клеточных процессах

Эндотелиальную клетку бычьей легочной артерии окрасили, чтобы показать два компонента цитоскелета — микротрубочки зеленым и актиновые филаменты красным. Одна из функций цитоскелета заключается в том, чтобы клеточные компоненты перемещались вдоль них в нужную часть клетки. Другие функции — контроль формы клетки, адгезия (формирование контактов), деление и участие в движении клетки (миграции). Иллюстрация с сайта sitn.hms.harvard.edu

В статье представлен обзор информации об относительно недавно обнаруженном у человека белке LIMCH1. Белок имеет два функциональных центра (домена), кальций-связывающий и цинк-связывающий, и ассоциирован с широким кругом белков, задействованных в процессах адгезии (прикрепления), пролиферации (деления) и миграции клеток. Участие белка LIMCH1 в ключевых клеточных процессах, нарушения регуляции которых сопутствуют канцерогенезу, позволяет рассматривать этот белок в качестве мишени противораковой терапии.

В ходе проекта по идентификации новых структурных генов белков человека в Институте исследований ДНК Кадзуса (Kazusa DNA Research Institute, Япония) был определен ген LIMCH1, расположенный на коротком плече 4-й хромосомы. Ген LIMCH1 кодирует одноименный белок. Свое название белок получил от названия двух доменов (активных функциональных центров), входящих в его состав: кальпонин-гомологичный (CH-домен, кальций-связывающий) домен в «переднем» конце аминокислотной последовательности и один LIM-домен (цинк-связывающий домен) на «заднем». Длина белка варьируется в зависимости от вида сборки (сплайс-варианта) — описано 20 транскрипционных вариантов. Самый длинный вариант белка состоит из 1467 аминокислотных остатков, тогда как самый короткий — из 904 аминокислотных остатков, и при этом не содержит CH-домен. Наличие двух доменов в некоторой степени предсказывает функции белка. Кальций-связывающий домен выполняет роль актин-связывающего участка, а также является активатором белков, для которых кальций выступает в роли кофактора. LIM-домен способен связываться с доменами других белков, по-видимому, являясь «адаптером» в молекулярных взаимодействиях. Также считается, что белки с LIM-доменом проявляют актин-связывающую активность. Анализ экспрессии (выработки) белка LIMCH1 показал, что он в больших количествах производится в  легких и плаценте, в низких — в кишечнике и печени. Внутри клетки белок локализуется вдоль мембран и сократительных актиновых волокон клетки.

Роль LIMCH1 в клеточной миграции. Для движения эукариотической клетке необходимо определиться с передним концом, которым она будет продвигаться (т.н. поляризация). В результате поляризации в «передней» части клетки формируется контакт с субстратом (внеклеточным матриксом, другой клеткой), по направлению к которому она продвигается. Существует две основные модели, объясняющие механизм продвижения переднего края клетки: модель цитоскелета и мембранного потока (рис. 1). Скорее всего оба механизма могут быть задействованы совместно.

Рис. 1. Модели механизма клеточной миграции: A) модель цитоскелета и B) мембранного потока. Иллюстрация с сайта en.wikipedia.org

Согласно первой модели элементы актинового цитоскелета на переднем конце клетки связываются с мембраной, а актиновые волокна химически связываются между собой — полимеризуются. В этом месте клетки образуется выпячивание (псевдоподия: филоподия, ламеллоподия), которое обеспечивает прикрепление к новому месту на субстрате. Одновременно с этим процессом волокна «заднего» края клетки, в стационарном состоянии поддерживающие форму клетки, не давая втягиваться мембране, наоборот становятся свободными и динамичными. Таким образом клетка может подтянуть более свободный «задний» край клетки к новому контакту, образованному передним краем (см. рис. 1 A). В модели мембранного потока рост «переднего» конца клетки обеспечивается за счет экзоцитоза, возникающего в результате потока везикул из внутренних мембранных пулов клетки. Актиновые волокна выполняют роль стабилизатора образующейся на продвигающемся конце клетки новой части мембраны (см. рис. 1 B). Эксперименты показали высокое сродство LIMCH1 к белкам, участвующим в процессах адгезии (прикрепления) и миграции:
    1) белок может связываться с миозином IIA типа, который в свою очередь непосредственно влияет на поток актина внутри клетки.
    2) имеющий кальций-связывающий домен белок LIMCH1 может быть регулирующим агентом в процессах метаболизма клетки, в которых кальций выступает в роли кофактора.
    3) показано взаимодействие LIMCH1 с белками, которые участвуют в деубиквитинировании, что позволяет предположить роль белка LIMCH1 в WNT сигнальном каскаде.

Роль LIMCH1 в пролиферации клеток. Контроль за ростовым процессом клетки осуществляется разными системами и сигнальными путями. Один из них связан с системой кортикальной актиновой сети, что позволяет предположить участие в этой сигнальной системе белка LIMCH1. Часть функций белка предсказана теоретически и пока не получила экспериментального подтверждения, например, взаимодействие с нуклеофозмином, участником многих процессов в клетке.

Интересные результаты дал анализ экспрессии (производства) белка LIMCH1 в мозге человека. Разные формы белка ассоциированы с различной активностью клеток: так изоформа белка LIMCH1 с доменом кальпонина влияет на клеточную адгезию, а изоформы белка LIMCH1 без этого домена увеличивают уровень экспрессии генов пролиферации (деления) и дифференцировки (специализации клетки). Есть сведения и о негативной регуляции белком процесса деления клеток в случае с раком легких: удаление белка LIMCH1 приводило к повышенной деградации системами клетки другого белка (р53), что повышало уровень пролиферции в линии клеток рака легкого. Регуляторные функции LIMCH1 могут быть также связаны с его способностью модифицировать состояние ядерного актина, который в свою очередь принимает участие в регуляции активности ДНК.

Роль LIMCH1 в развитии опухоли. Участие белка в ключевых процессах канцерогенеза — пролиферации и миграции — предполагает возможность воздействия на него с терапевтической целью. Но тут пока все непросто. Например, показано, что высокая экспрессия LIMCH1 является благоприятным предсказательным маркером при почечноклеточном раке и неблагоприятным при карциноме молочной железы. Повышенный уровень экспрессии гена LIMCH1 в ткани легкого говорит о норме, а пониженный — о начале опухолевого процесса. С другой стороны, анализ базы данных уровня экспрессии генов ONCOMINE позволяет рассматривать белок LIMCH1 как один из возможных инициаторов трансформации нормальных клеток ткани легкого в опухолевые.

Есть основания полагать, что белок LIMCH1 является стимулятором пролиферации клеток опухоли. Так например, «у пациентов с полной морфологической регрессией опухоли после курсов неоадъювантной терапии имелись различия в экспрессии 10 генов, в том числе LIMCH1, экспрессия которого была снижена по сравнению с образцами опухоли больных, не показавших полной регрессии.» Также есть сведения, что гиперэкспрессия гена LIMCH1 ассоциирована с метастазированием опухоли в регионарные лимфоузлы.