pmid: "32309542"
title: "Resposta a Proteínas Mal Enoveladas e Câncer."
authors: "Wu L, Chou M, Zhu S"
journal: "Discoveries (Craiova, Romania)"
pubdate: "2014 Mar 14"
doi: "10.15190/d.2014.2"
source: "PMC Full Text"

Resposta a Proteínas Mal Enoveladas e Câncer.

Autores

Wu L, Chou M, Zhu S

Periodico

Discoveries (Craiova, Romania) (2014 Mar 14)

Conteudo

Resposta à Proteína Mal Enovelada e Câncer
Estresses fisiológicos, como hipóxia e estresse oxidativo, induzem o dobramento incorreto de proteínas no retículo endoplasmático (RE). Se a degradação pelo proteassoma falhar em remover as proteínas mal enoveladas, essas proteínas se acumulam no RE, desencadeando a resposta à proteína mal enovelada (UPR). A UPR envolve uma série de respostas, como a supressão da síntese global de proteínas e a expressão seletiva de um conjunto de proteínas para reduzir o estresse do RE e restaurar a homeostase do RE. Em diferentes estágios do desenvolvimento tumoral, ocorre hipóxia e a UPR é iniciada. Os papéis da UPR no desenvolvimento do câncer são complexos, envolvendo angiogênese, sobrevivência e proliferação celular. O conhecimento atual dos mecanismos moleculares envolvidos na UPR, particularmente seu papel no desenvolvimento do câncer, é discutido.
RESUMO
Introdução
Iniciação do Estresse do RE
IRE1α
PERK
ATF6
Conclusões

1. Introdução
   As proteínas são sintetizadas nos ribossomos citosólicos e no retículo endoplasmático (RE). Após serem sintetizadas no RE, as proteínas são modificadas pós-traducionalmente e enoveladas adequadamente em conformações funcionais antes de serem entregues às suas organelas subcelulares designadas. Estresses fisiológicos como hipóxia e estresse oxidativo causam falha na oxidação adequada da cisteína e na subsequente formação de pontes dissulfeto, uma modificação pós-traducional crítica, resultando, portanto, em proteínas mal enoveladas. No entanto, o RE contém um sistema de controle de qualidade de proteínas que utiliza a degradação ubiquitina-proteassoma para remover oportunamente as proteínas mal enoveladas. Se esse sistema falhar em realizar sua função completa, as proteínas mal enoveladas se acumularão no RE. Esse estresse do RE desencadeia a resposta à proteína mal enovelada (UPR). A UPR envolve uma série de respostas, como a supressão da síntese global de proteínas para reduzir a carga de células em proliferação, que necessitam de uma quantidade suficiente de proteínas adequadamente enoveladas, e para promover a síntese de chaperonas moleculares que permitem a restauração do dobramento correto das proteínas. A UPR está envolvida em diferentes disfunções patológicas, incluindo câncer, neurodegeneração, inflamação e distúrbios metabólicos.
   Em estágios do desenvolvimento do câncer, ocorre hipóxia e a UPR é iniciada. Enquanto o estresse leve do RE frequentemente leva a respostas que promovem a sobrevivência das células tumorais, o estresse extremo do RE leva à morte das células cancerígenas devido à capacidade insuficiente de revisão para corrigir o excesso de proteínas mal enoveladas. Revisamos o progresso atual dos mecanismos moleculares envolvidos na UPR, particularmente seus papéis no desenvolvimento do câncer.
2. Iniciação do Estresse do RE
   O estresse do RE pode ser desencadeado de várias maneiras. Quando o crescimento de um tumor excede o suprimento de oxigênio suficiente, a hipóxia nos microambientes tumorais resulta em formação insuficiente de pontes dissulfeto necessárias para o dobramento adequado de proteínas, gerando mau dobramento proteico e, consequentemente, estresse do RE. Em níveis baixos de glicose, as células cancerígenas tendem a aumentar a glicólise aeróbica (efeito Warburg), levando a uma maior produção de ácido lático, alterando o pH do microambiente, resultando em estresse do RE. Um suprimento insuficiente de aminoácidos também induz estresse do RE. O mau funcionamento mitocondrial também pode resultar em espécies reativas de oxigênio (ERO) e, portanto, estresse oxidativo, o que pode levar a modificações oxidativas excessivas nas proteínas e, consequentemente, estresse do RE.

Em condições normais, a proteína Grp78 (Bip, HspA5) se liga aos receptores transmembrana do RE, ou seja, à enzima que requer inositol (IRE1α), à quinase do RE semelhante à PKR (PERK) e ao fator de transcrição ativador 6 (ATF6), suprimindo as atividades correspondentes de cada enzima receptora. No entanto, a Grp78 tem alta afinidade por proteínas desenroladas ou mal dobradas; assim, sob estresse do RE, as proteínas mal dobradas no lúmen do RE se ligarão à Grp78, dissociando os três receptores transmembrana do RE da Grp78, resultando na ativação dos receptores. Como sensores de estresse do RE, esses receptores ativados iniciarão uma série de reações no citosol e no núcleo, chamada de resposta a proteínas mal dobradas, que serve para corrigir o mau dobramento proteico e reduzir o estresse do RE como um mecanismo de feedback. Se a UPR for insuficiente para corrigir a extensão do mau dobramento proteico, ocorrerão danos às células e a morte celular se seguirá.

3. IRE1α

Após a dissociação da GRP78, a IRE1α dimeriza e se autofosforila, ativando sua atividade quinase e atividade de RNase em seu domínio citosólico. A IRE1α então cliva e une o mRNA de XBP1, resultando em um mRNA de XBP1 processado que se traduz no fator de transcrição XBP1s (XBP1 emendado). O XBP1s então ativa a expressão de uma série de genes-alvo que visam restaurar a homeostase do RE. A maioria desses genes tem funções envolvendo dobramento proteico ou degradação de proteínas associada ao RE (ERAD). Além de controlar a expressão gênica sob estresse do RE, a IRE1α também pode se montar no complexo IRE1α para ajustar finamente a resposta a proteínas mal dobradas com outros adaptadores e reguladores.

A atividade da IRE1 tem sido associada à promoção da sobrevivência celular após o estresse do RE. No entanto, moléculas pró-sobrevivência direcionadas pela IRE1 ou XBP1 não foram identificadas. Em células BaF3, o knockdown de XBP1 induziu apoptose, enquanto a superexpressão de XBP1s protegeu as células da apoptose induzida pela depleção de IL-3.
Por outro lado, embora a IRE1α desempenhe um papel predominante na promoção da sobrevivência celular, há evidências sugerindo que a IRE1α às vezes também pode desempenhar um papel pró-apoptótico no estresse do RE nas células: a superexpressão da IRE1α pode desencadear a expressão de CHOP, além da ativação dos genes GRP78, cujo efeito é ainda comprovado pela superexpressão de uma forma dominante-negativa de IRE1α e pela superexpressão de IRE1α murina. Apoiando essa noção está o fato de que o fator 2 associado ao receptor de TNF (TRAF2) é recrutado para a IRE1α, conectando a IRE1α à via pró-apoptótica de TRAF2-ASK1-JNK. Foi demonstrado que a JNK regula a atividade dos membros da família Bcl-2. Por exemplo, a JNK fosforila Bcl-2/Bcl-xL para suprimir sua atividade antiapoptótica, bem como fosforila Bid/Bim, alvos transcricionais de FOXO, para aumentar sua atividade pró-apoptótica. Além da sinalização TRAF2-ASK1-JNK, a IRE1α também pode promover a sinalização JNK ao aumentar os níveis de TNFα. Isso é feito pelo recrutamento de IKK para o complexo IRE1α pelo TRAF2. Após a ativação da IKK e a degradação do IκB fosforilado, o NF-κB induz a expressão de TNFα, o que provavelmente promove a apoptose induzida por JNK. No entanto, as interações da IRE1α com outros componentes e seu papel potencial na apoptose são amplamente desconhecidos.

Além de seu efeito sobre o XBP1, a IRE1α também pode degradar seletivamente um grupo de mRNAs que geralmente codificam proteínas secretoras envolvidas no dobramento de proteínas dentro do RE, servindo para reduzir o estresse do RE e promover a sobrevivência celular, um processo chamado decaimento regulado por IRE1 (RIDD) de mRNA. Uma sequência nucleotídica conservada pode ser responsável pela seletividade da atividade RNase da IRE1α em relação a esses mRNAs. Recentemente, também foi relatado que a IRE1α aumenta a expressão de caspase-2 ao clivar microRNAs prematuros seletivos. A ativação do RIDD é uma descoberta relativamente nova e seus alvos e mecanismos de regulação ainda estão por serem descobertos. Um experimento com inibidor de quinase parece sugerir que o domínio quinase da atividade da IRE1 pode ser responsável por seu papel anti-RIDD e apoptótico, em contraste com sua atividade RNase para promover a sobrevivência celular dependente de XBP1.
O Bax Inhibitor 1 (BI-1) regula negativamente a ligação da IRE1α a BAX e BAK, que, de outra forma, se ligariam à IRE1α em seus domínios citoplasmáticos, resultando no aumento de XBP1s e na fosforilação de JNK. O BI-1 é normalmente ubiquitinado pelo regulador de apoptose bifuncional (BAR), levando à sua degradação.
Bim, PUMA e Hsp72 também são capazes de se ligar ao IRE1α e estimular sua atividade de RNase, levando ao aumento do splicing de XBP1 e à sobrevivência celular sob estresse do RE. No entanto, o papel apoptótico direto de algumas dessas moléculas (por exemplo, BIM) e seu papel pró-sobrevivência via IRE1a exigem interruptores para ajustar finamente a sinalização em cada condição. Um modelo de camundongo transgênico mostra que XBP-1 impulsiona a patogênese do mieloma múltiplo. Um inibidor de endonuclease IRE1α foi identificado e exibe atividade citotóxica contra o mieloma múltiplo humano, sugerindo que o IRE1α pode ser um alvo terapêutico para o câncer. Além disso, a deficiência em IRE1α e XBP1 levou à redução da formação de vasos sanguíneos.
4. PERK
Sob condições de estresse, como privação de aminoácidos, a UPR é iniciada nas células. PERK é uma proteína transmembrana do RE com um domínio luminal do RE para detectar o estresse do RE e um domínio quinase citosólico para transduzir o sinal para o citosol. Após a dissociação da GRP78, PERK dimeriza e autofosforila, ativando seu domínio quinase, que então fosforila o fator de iniciação da tradução eucariótica 2α (eIF2α). Isso desabilita o eIF2α e suprime a síntese global de proteínas (Figura 1), resultando no fim da tradução da ciclina D1 e subsequente parada do ciclo celular. Esse bloqueio na tradução e redução temporária na proliferação celular permite que as células tenham uma chance de reduzir o estresse do RE ao diminuir a quantidade de proteínas mal enoveladas a serem sintetizadas, aumentando assim a chance de sobrevivência celular.
Sinalização da UPR
O estresse do RE desencadeia a dissociação de IRE1α, PERK e ATF6 da GRP78, ativando os 3 sensores de estresse do RE. IRE1α ativa o fator de transcrição XBP1, levando à expressão de uma série de genes-alvo que visam restaurar a homeostase do RE. Além disso, IRE1α realiza RIDD para promover a sobrevivência celular e, em certas situações, também pode promover apoptose via via TRAF2/ASK1/JNK e via CHOP. PERK ativado desabilita eIF2α e suprime a síntese global de proteínas, e promove seletivamente ATF4 para regular positivamente a expressão de genes envolvidos em redox, metabolismo de aminoácidos e enovelamento de proteínas. ATF4 também pode regular positivamente CHOP para induzir apoptose. Além disso, CHOP induz a expressão de ERO1α para promover a formação de pontes dissulfeto enquanto gera ROS; CHOP também regula positivamente GADD34 para desfosforilar eIF2α, como um controle de feedback para recuperar a síntese de proteínas. ATF6 induzido por estresse transloca para o Golgi para ser processado e torna-se um fator de transcrição ativo, induzindo principalmente respostas citoprotetoras. Os mecanismos moleculares para controlar a apoptose enquanto promovem a sobrevivência celular não foram identificados.
No entanto, o eIF2α fosforilado permite a tradução seletiva de mRNAs que contêm sequências regulatórias particulares em sua região 5′ UTR no quadro de leitura aberto, como o mRNA do fator de transcrição ativador 4 (ATF4). O ATF4 regula positivamente a expressão de proteínas envolvidas no dobramento de proteínas, no metabolismo redox e de aminoácidos. O ATF4 também regula a expressão de proteínas diretamente associadas à apoptose, como o fator de transcrição proteína homóloga a C/EBP (CHOP) (GADD153), que é um regulador chave da apoptose induzida por estresse do RE, regulando positivamente a expressão de BIM e negativamente a de BCL-2, etc. O CHOP induz a expressão de ERO1α, que promove a formação de pontes dissulfeto enquanto gera ROS. O ATF4 também ativa diretamente o CHOP para regular a expressão de GADD34 (growth arrest and DNA damage-inducible 34), que é capaz de desfosforilar o eIF2α recrutando a proteína fosfatase PP1C, servindo como um controle de feedback para recuperar a síntese proteica. O controle de feedback sugere que, enquanto um estresse do RE apropriado ou leve pode estimular a sobrevivência celular, um estresse do RE extremo ou forte pode levar à morte celular.

ATF4 e CHOP também demonstraram ativar a expressão da proteína 1 de cadeia leve 3beta associada a microtúbulos (MAP1LC3B) e do gene 5 relacionado à autofagia (ATG5), respectivamente, proteínas cruciais para a autofagia. Dependendo das situações, a autofagia demonstrou aumentar a sobrevivência celular ou promover a morte celular não apoptótica.

Além do eIF2α, a PERK também fosforila o fator nuclear eritroide 2 relacionado ao fator 2 (NRF2), que regula positivamente a expressão de enzimas antioxidantes, promovendo a sobrevivência celular. Recentemente, também foi relatado que a via PERK-ATF4 facilita a ativação do ATF6 e seus genes alvo durante o estresse do RE.

O estresse do RE demonstrou ser ativado em áreas hipóxicas de tumores, e a desativação da PERK por mutagênese ou uma PERK dominante-negativa, e a desativação do eIF2α por mutagênese levam à apoptose sob hipóxia, resultando em tumores menores e aumento da apoptose, implicando a via PERK na promoção da formação tumoral.

Em um modelo de carcinoma mamário, descobriu-se que a PERK promove a proliferação de células cancerígenas e o crescimento tumoral ao limitar o dano oxidativo ao DNA e a parada do ciclo celular associada. Esse efeito da PERK na proliferação de células cancerígenas também foi observado em insulinomas induzidos pela expressão do antígeno T grande do SV40, onde tumores deficientes em PERK estão associados a um crescimento tumoral reduzido. Por outro lado, o mesmo experimento também encontrou uma redução dramática na vascularização tumoral em camundongos deficientes em PERK. Observações semelhantes foram feitas em um modelo de xenoenxerto, onde carcinomas colorretais deficientes em PERK eram pouco vascularizados, e sugeriu-se que eIF2α e ATF4 contribuem para esse efeito.
No entanto, os papéis da PERK na proliferação de células cancerígenas variam em diferentes relatos. Em comparação com o efeito positivo da PERK na proliferação de células cancerígenas observado em insulinomas induzidos pela expressão do antígeno T grande do SV40, a PERK farmacologicamente ativada induziu a parada do crescimento de células de carcinoma de células escamosas in vitro e suprimiu o crescimento tumoral in vivo. É possível que Nrf2 e ROS desempenhem um papel importante no efeito pró-proliferação da PERK observado no insulinoma, e a expressão reduzida de ciclina D1 desempenhe um papel importante no efeito antiproliferativo da PERK observado no crescimento de células de carcinoma de células escamosas. Portanto, embora o efeito da PERK na angiogênese tumoral seja comparativamente claro, os efeitos da PERK no crescimento tumoral podem variar, dependendo do contexto celular, microambiente e estímulo/tratamento.

A calreticulina, uma proteína luminal do RE tradicionalmente considerada uma chaperona tamponadora de cálcio do retículo endoplasmático, pode ser expressa na superfície da célula tumoral durante a quimioterapia para induzir a fagocitose mediada por células dendríticas das células tumorais, fornecendo uma nova quimioterapia imunogênica para cânceres. No entanto, a ativação da PERK para iniciar a sinalização de eIF2/caspase 8/BAP31/BAX/BAK é necessária para a translocação da calreticulina, e a inibição do complexo GADD34 e PP1 envolvido na desfosforilação de eIF2α aumentou a exposição superficial da calreticulina.

5. ATF6

A via ATF6 no câncer é a via menos investigada da UPR. Após a dissociação da GRP78 após o estresse do RE, a ATF6 se transloca para o Golgi para ser processada e se torna um fator de transcrição ativo. Diferentemente dos papéis às vezes paradoxais da PERK e IRE1 na indução da sobrevivência celular, a ATF6 induz principalmente respostas citoprotetoras, incluindo a expressão de genes que codificam proteínas que facilitam o dobramento e a via ERAD, etc. A ATF6 promove a sobrevivência de células tumorais dormentes através da regulação positiva de Rheb e ativação da sinalização mTOR.

6. Conclusão

A sinalização da UPR consiste em três vias: IRE1a, PERK e ATF6. Essas vias regulam muitos processos celulares, incluindo dobramento e maturação de proteínas, sobrevivência e apoptose celular, crescimento tumoral e angiogênese, dependendo do contexto celular, microambiente e estímulos. Os papéis exatos, às vezes opostos, dessas moléculas de sinalização no câncer aguardam mais exploração.
Recentemente, muitos progressos importantes foram feitos envolvendo UPR e câncer. SirT3 foi relatado como um novo coordenador chave da UPR e serve como um mecanismo de adaptação ao orquestrar a maquinaria antioxidante e a mitofagia, implicando seus papéis duais contrastantes no desenvolvimento do câncer. Uma série de microRNAs foram relatados como induzidos na UPR para conduzir efeitos citoprotetores ou atenuar efeitos citoprotetores. Um elemento da UPR, SEL1L, foi recentemente conectado aos efeitos citotóxicos das células-tronco cancerígenas. Essas novas descobertas ainda estão entre os primeiros esforços visando estabelecer os papéis da UPR no câncer, que é amplamente desconhecido, mas cuja importância está começando a ser percebida. Espera-se que estratégias terapêuticas sejam construídas no futuro com base em uma melhor compreensão dos papéis específicos dos componentes da UPR em vários cânceres. Inibidores que visam componentes do estresse do RE (por exemplo, inibidor de ERAD Eeyarestatina) já revelaram grande potencial em aumentar a morte de células cancerígenas.

Estresses fisiológicos induzem o dobramento incorreto de proteínas no retículo endoplasmático (RE). Se a degradação pelo proteassoma falhar em remover proteínas mal dobradas, estas se acumulam no RE, desencadeando a resposta a proteínas mal dobradas (UPR).

A UPR envolve uma série de respostas e desempenha papéis potencialmente importantes no desenvolvimento do câncer

Conflito de interesses: Os autores declaram que não há conflitos de interesses.

DISCOVERIES é um periódico revisado por pares, de acesso aberto, online, multidisciplinar e integrativo, publicando manuscritos de alto impacto e inovadores de todas as áreas relacionadas à MEDICINA, BIOLOGIA e QUÍMICA

Referências
Regulação positiva in vivo da resposta a proteínas mal dobradas após hipóxia.
Interação dinâmica de BiP e transdutores de estresse do RE na resposta a proteínas mal dobradas.
O mRNA de XBP1 é induzido por ATF6 e processado por IRE1 em resposta ao estresse do RE para produzir um fator de transcrição altamente ativo.
XBP1 controla diversas redes regulatórias transcricionais específicas de tipo celular e condição.
Ajuste fino da resposta a proteínas mal dobradas: Montagem do interatoma de IRE1alfa.
A sinalização de IRE1 afeta o destino celular durante a resposta a proteínas mal dobradas.
Função antiapoptótica de Xbp1 como uma molécula de sinalização de IL-3 em células hematopoiéticas.
Clonagem de Ire1 de mamíferos revela diversidade nas respostas ao estresse do RE.
Acoplamento do estresse no RE à ativação de proteínas quinases JNK pela proteína quinase transmembrana IRE1.
Apoptose induzida por JNK, crescimento compensatório e células-tronco cancerígenas.
Funções fisiológicas e patológicas críticas dos supressores tumorais Forkhead Box O
Modos de Akt na regulação de células-tronco: mais do que aparenta?
O fator de necrose tumoral alfa autócrino liga o estresse do retículo endoplasmático à via do receptor de morte de membrana através da ativação de NF-kappaB mediada por IRE1alfa e regulação negativa da expressão de TRAF2.
Decaimento regulado dependente de Ire1 de RNAs mensageiros em células de mamíferos.
IRE1α cliva microRNAs seletivos durante o estresse do RE para desreprimir a tradução da Caspase-2 pró-apoptótica.
Modos de Ativação da Quinase IRE1α Controlam Produtos Alternativos da Endorribonuclease para Determinar Destinos Celulares Divergentes
BAX e BAK Pró-apoptóticos Modulam a Resposta a Proteínas Desenoveladas por Interação Direta com IRE1
Proteínas somente BH3 fazem parte de uma rede regulatória que controla a sinalização sustentada do sensor de resposta a proteínas desenoveladas IRE1α.
A HSP72 protege as células da apoptose induzida por estresse do RE via potencialização da sinalização IRE1alpha-XBP1 através de uma interação física.
O fator de diferenciação e resposta ao estresse XBP-1 impulsiona a patogênese do mieloma múltiplo.
Identificação de um inibidor específico da endonuclease Ire1alpha com atividade citotóxica contra mieloma múltiplo humano.
A enzima 1alfa dependente de inositol é um regulador chave da angiogênese e invasão em glioma maligno.
A proteína 1 de ligação à caixa X regula a angiogênese em adenocarcinomas pancreáticos humanos.
A tradução e o dobramento de proteínas são acoplados por uma quinase residente no retículo endoplasmático.
A biologia celular da resposta a proteínas desenoveladas.
CHOP induz a morte promovendo a síntese proteica e a oxidação no retículo endoplasmático estressado.
Inibição por retroalimentação da resposta a proteínas desenoveladas pela desfosforilação de eIF2alfa mediada por GADD34.
A resposta a proteínas desenoveladas protege células tumorais humanas durante a hipóxia através da regulação dos genes de autofagia MAP1LC3B e ATG5.
Conectando o estresse do retículo endoplasmático à autofagia pela resposta a proteínas desenoveladas e cálcio.
Uma revisão da resposta a proteínas desenoveladas em mamíferos.
A quinase eIF2 PERK e a resposta integrada ao estresse facilitam a ativação de ATF6 durante o estresse do retículo endoplasmático.
A tradução regulada pelo estresse do RE aumenta a tolerância à hipóxia extrema e promove o crescimento tumoral.
PERK promove a proliferação de células cancerígenas e o crescimento tumoral ao limitar o dano oxidativo ao DNA.
Função dupla da quinase do retículo endoplasmático pancreático na parada do crescimento e sobrevivência de células tumorais.
Calreticulina, uma chaperona multifuncional de tamponamento de cálcio do retículo endoplasmático.
Mecanismos de exposição pré-apoptótica da calreticulina na morte celular imunogênica.
O estresse do RE induz a clivagem de ATF6 ligado à membrana pelas mesmas proteases que processam SREBPs.
Ativação independente de estresse de XBP1s e/ou ATF6 revela três ambientes de proteostase do RE funcionalmente diversos.
A sinalização ATF6alpha-Rheb-mTOR promove a sobrevivência de células tumorais dormentes in vivo.
SirT3 regula a resposta a proteínas desenoveladas mitocondrial.
Regulação da resposta a proteínas desenoveladas por microRNAs.
Epigenética e a resposta a proteínas desenoveladas no pulmão: papel emergente dos microRNAs.
Modulação negativa de SEL1L, uma proteína de resposta a proteínas desenoveladas e degradação associada ao retículo endoplasmático, sensibiliza células-tronco de glioma ao efeito citotóxico do ácido valproico.
Eeyarestatina causa sensibilização de células de câncer cervical ao tratamento com bortezomibe ao aumentar o estresse do RE e a expressão de CHOP.