Endoplasmic reticulum
Dotaz
Zobrazit nápovědu
Východiska: Endoplazmatické retikulum (ER), organela tvořená soustavou cisteren a tubulů, je esenciální pro řadu buněčných dějů, mj. pro syntézu a transport proteinů. Pokud se chybně složené proteiny hromadí v lumen ER, dochází k rozvoji stresu ER, přičemž následnou odpovědí na narušení homeostázy je aktivace signální dráhy UPR (z angl. unfolded protein response, tj. odpověď na přítomnost nesbalených proteinů). Cílem procesu je obnovit homeostázu zvyšováním kapacity ER a jeho schopnosti skládat proteiny. K aktivaci homeostatické UPR dochází prostřednictvím některého ze tří transmembránových proteinů, kterými jsou enzym vyžadující inositol 1a (inositol-requiring enzyme 1a – IRE1a), kináza ER podobná R kináze (proteine kinase R-like ER kinase – PERK) a aktivující transkripční faktor 6 (activating transcription factor 6 – ATF6). V případě selhání pokusu o obnovu homeostázy naopak dochází prostřednictvím hyperaktivace týchž proteinů k rozvoji terminální UPR a apoptóze. Aktivace různých větví UPR byla popsána u mnoha nádorových onemocnění vč. mnohočetného myelomu (MM), který se vyznačuje maligní transformaci plazmatických buněk a zvýšenou syntézou monoklonálního imunoglobulinu, kdy je role ER zvláště podstatná. Navzdory pokrokům v léčbě MM zůstává onemocnění jen obtížně léčitelné a cílení na signální dráhy spojené s UPR by mohlo např. podpořit účinek inhibitorů proteazomu. Cíl: Tato práce si klade za cíl představit molekulární odpověď na stres ER za fyziologických okolností i v kontextu nádorových onemocnění, a to zejména s přihlédnutím k potenciálním terapeutickým cílům u MM.
Background: The endoplasmic reticulum (ER), an organelle composed of a system of cisternae and tubules, is essential for many cellular processes, including protein synthesis and transport. When misfolded proteins accumulate in the ER lumen, ER stress is induced, and the subsequent response to the disruption of homeostasis is the activation of the unfolded protein response (UPR). The purpose of this process is to restore homeostasis by increasing the capacity of the ER and its ability to fold proteins. Activation of the homeostatic UPR occurs via one of three transmembrane proteins, inositol-requiring enzyme 1a (IRE1a), protein kinase R-like ER kinase (PERK) and activating transcription factor 6 (ATF6). Failure of the attempt to restore homeostasis, on the other hand, leads to the development of terminal UPR and apoptosis via hyperactivation of the same proteins. Activation of UPR has been described in many malignancies, including multiple myeloma (MM), which is characterized by malignant transformation of plasma cells and increased monoclonal immunoglobulin synthesis, where the role of the ER is of particular importance. Despite advances in the treatment of MM, the disease remains difficult to treat and targeting signaling pathways associated with the UPR could, for example, enhance the effect of proteasome inhibitors. Purpose: This review intends to present the molecular response to ER stress under physiological circumstances and in the context of cancer, particularly with regard to potential therapeutic targets in MM.
- MeSH
- cílená molekulární terapie metody MeSH
- endoplazmatické retikulum * genetika účinky léků MeSH
- inhibitory proteasomu farmakologie klasifikace terapeutické užití MeSH
- lidé MeSH
- mnohočetný myelom * farmakoterapie genetika MeSH
- signální dráha UPR účinky léků MeSH
- stres endoplazmatického retikula účinky léků MeSH
- XBP1 analýza účinky léků MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
- přehledy MeSH
Cell death is an essential event in normal life and development, as well as in the pathophysiological processes that lead to disease. It has become clear that each of the main cellular organelles can participate in cell death signalling pathways, and recent advances have highlighted the importance of the endoplasmic reticulum (ER) in cell death processes. In cells, the ER functions as the organelle where proteins mature, and as such, is very responsive to extracellular-intracellular changes of environment. This short overview focuses on the known pathways of programmed cell death triggering from or involving the ER.
Cell communication systems based on polypeptide ligands use transmembrane receptors to transmit signals across the plasma membrane. In their biogenesis, receptors depend on the endoplasmic reticulum (ER)-Golgi system for folding, maturation, transport and localization to the cell surface. ER stress, caused by protein overproduction and misfolding, is a well-known pathology in neurodegeneration, cancer and numerous other diseases. How ER stress affects cell communication via transmembrane receptors is largely unknown. In disease models of multiple myeloma, chronic lymphocytic leukemia and osteogenesis imperfecta, we show that ER stress leads to loss of the mature transmembrane receptors FGFR3, ROR1, FGFR1, LRP6, FZD5 and PTH1R at the cell surface, resulting in impaired downstream signaling. This is caused by downregulation of receptor production and increased intracellular retention of immature receptor forms. Reduction of ER stress by treatment of cells with the chemical chaperone tauroursodeoxycholic acid or by expression of the chaperone protein BiP resulted in restoration of receptor maturation and signaling. We show a previously unappreciated pathological effect of ER stress; impaired cellular communication due to altered receptor processing. Our findings have implications for disease mechanisms related to ER stress and are particularly important when receptor-based pharmacological approaches are used for treatment.
- MeSH
- chaperon endoplazmatického retikula BiP MeSH
- kyselina taurochenodeoxycholová farmakologie MeSH
- lidé MeSH
- nádorové buněčné linie MeSH
- receptory buněčného povrchu * metabolismus MeSH
- signální transdukce * účinky léků MeSH
- stres endoplazmatického retikula * účinky léků MeSH
- zvířata MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- zvířata MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
Východiska: Chaperony endoplazmatického retikula jsou stresem indukované proteiny, které mohou být translokovány mimo endoplazmatické retikulum do cytozolu, buněčné membrány, případně extracelulárního prostředí. K transportu chaperonů z endoplazmatického retikula dochází především za podmínek stresu endoplazmatického retikula, přičemž konstitutivní extracelulární exprese chaperonů byla zaznamenána u nádorových onemocnění. Chaperony endoplazmatického retikula lokalizované na povrchu buněk nebo v extracelulárním prostředí zastávají odlišné funkce ve srovnání s jejich endoplazmaticko-retikulárně rezidentní variantou, neboť se chovají jako multifunkční receptory a ovlivňují tak buněčnou signalizaci a proliferaci. Cíl: Předkládaná přehledová práce se zaměřuje především na expresi chaperonů endoplazmatického retikula na povrchu nádorových buněk a v extracelulárním prostředí. Popisuje možné mechanizmy translokace chaperonů endoplazmatického retikula na povrch nádorových buněk zahrnující KDEL transportní mechanizmus a retrotranslokační dráhu a dále vliv posttranslačních modifikací chaperonů na jejich lokalizaci v buňce. K nejvíce popsaným chaperonům endoplazmatického retikula detekovaným na membráně nádorových buněk patří GRP78, GRP94, kalretikulin a kalnexin, které se různým způsobem podílejí na signalizaci nádorových buněk. Pozornost je dále věnována imunogenním vlastnostem membránově lokalizovaných chaperonů, neboť tyto chaperony se mohou účastnit imunitních reakcí buněk. Prostřednictvím interakcí s toll-like receptory nebo při prezentaci antigenů se tak mohou podílet na vrozené i adaptivní imunitní odpovědi organizmu a také nádorově-specifické imunitě. Exprese chaperonů na povrchu nádorových buněk je potenciálně využitelná ve specificky cílené protinádorové léčbě, stejně tak jako při přípravě léčebných vakcín, proto je závěrečná část práce věnována tomuto tématu.
Background: Endoplasmic reticulum chaperones are stress induced proteins capable of translocation into cytosol, cell membrane or extracellular space. The chaperones are transported from the endoplasmic reticulum particularly under endoplasmic reticulum stress conditions, while their constitutive extracellular expression was found in many cancers. Cell surface or extracellular endoplasmic reticulum chaperones take up distinct functions compared to their endoplasmic reticulum resident variants because they act like multifunctional receptors and thus affect cell signaling and proliferation. Aim: The presented review focuses primarily on endoplasmic reticulum chaperones expression on the cell surface of cancer cells and into extracellular space. The work describes possible mechanisms of chaperones translocation to the cancer cell surface, including KDEL transport mechanism and retrotranslocation and the influence of chaperone posttranslation modifications on their localization within the cell. Well described cancer cell surface endoplasmic reticulum chaperones include GRP78, GRP94, calreticulin and calnexin that are involved in cancer cell signaling in different ways. The attention is also paid to immunogenic properties of membrane-localized chaperones for their ability to participate in immune reactions. They can take part in innate and adaptive immune response through their interaction with toll-like receptors or during the antigen presentation as well as in tumor-specific immunity. The expression of endoplasmic reticulum chaperones on the cancer cells surface is potentially exploitable in specific antitumor therapy as well as vaccine therapy, thus the final part of this review is dedicated to this topic.
- MeSH
- endoplazmatické retikulum * fyziologie patologie MeSH
- extracelulární prostor MeSH
- kalnexin MeSH
- kalretikulin MeSH
- lidé MeSH
- membránové proteiny klasifikace MeSH
- molekulární chaperony * biosyntéza imunologie klasifikace MeSH
- oligopeptidy klasifikace metabolismus MeSH
- proteiny tepelného šoku HSP70 krev MeSH
- proteiny tepelného šoku HSP90 krev MeSH
- proteiny teplotního šoku klasifikace účinky léků MeSH
- protinádorové vakcíny terapeutické užití MeSH
- transport proteinů fyziologie MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
- přehledy MeSH
The sarco/endoplasmic reticulum calcium ATPase (SERCA), which plays a key role in the maintenance of Ca2+ ion homeostasis, is an extensively studied enzyme, the inhibition of which has a considerable impact on cell life and death decision. To date, several SERCA inhibitors have been thoroughly studied and the most notable one, a derivative of the sesquiterpene lactone thapsigargin, is gradually approaching a clinical application. Meanwhile, new compounds with SERCA-inhibiting properties of natural, synthetic, or semisynthetic origin are being discovered and/or developed; some of these might also be suitable for the development of new drugs with improved performance. This review brings an up-to-date comprehensive overview of recently discovered compounds with the potential of SERCA inhibition, discusses their mechanism of action, and highlights their potential clinical applications, such as cancer treatment.
- MeSH
- genové regulační sítě účinky léků genetika MeSH
- inhibitory enzymů chemie farmakologie terapeutické užití MeSH
- lidé MeSH
- nádory farmakoterapie enzymologie MeSH
- protinádorové látky chemie farmakologie terapeutické užití MeSH
- sarkoplazmatická Ca2+-ATPáza antagonisté a inhibitory chemie genetika MeSH
- sekundární struktura proteinů MeSH
- zvířata MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- zvířata MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
- přehledy MeSH
