Funkční diverzita mikrotubulů: její funkce a regulace Karel Souček 14-12-2006 Bi6051 Molekulární fyziologie živočichů Mikrotubuly struktura dynamika posttranslační modifikace Cytoskelet Cellular Visions: The Inner Life of a Cell Aktinová filamenta Intermediární (střední) filamenta Mikrotubuly Microtubuly ­ klíčové složky cytoskeletu Molecular Biology of the Cell (4th Ed.) - vývoj - udržování tvaru - transport organel - buněčná signalizace - buněčné dělění a mitóza Mechanické vlastnosti aktinu, tubulinu a intermediárních filament -tubulin a -tubulin heterodimer - vysoce dynamický polymer Funkční diversita: -Vazba proteinů asociujících s mikrotubuly (MAP); -exprese různých isoforem (6 forem -tubulinu a 7 forem - tubulinu); -posttranslační modifikace. Molecular Biology of the Cell (4th Ed.) GTP Růst mikrotubulu na + konci mikrotubuly rostou rychleji na ,,plus" konci Dynamická nestabilita Rostoucí MT má na konci podjednotku s GTP pokud dojde k hydrolýze dochází ke smršťování Hydrolýza GTP Zeslabení vazby v polymeru depolymerizace Růst a smršťování MT Dynamická nestabilita Rat Vascular Smooth Muscle Cells EB1 a -Tubulin značení Rychlé změny v přestavbě cytoskeletu během vývoje embrya Drosophily a Caenorhabditis Cytoskelet a změna tvaru Formování filament z podjednotek malých proteinů rychlá reorganizace cytoskeletu v odpovědi na vnější signál Microtubuly ­ cíle protinádorové léčby Jordan M.A. and Wilson L. Nature Rev. Cancer, Vol 4, 2004, 253-265 Pirotenin ­ specifický pro -tubulin (váže kovalentně Lys) Usui T. et.al. Chem. Biol., Vol 11, 2004, 799-806. Inhibice polymerizace Stablizace polymerizace Inhibice polymerizace Shrnutí - I Mikrotubuly jsou klíčové komponenty cytoskeletu Hydrolýza GTP je důležitá pro dynamiku MT Mikrotubuly jsou cílem protinádorové terapie Regulace tvorby filament -tubulinový prstenec tvoří počátek ­ nukleační místo MT centrosom ­ organizační místo MT Centrioly jsou součástí centrosomu ­ válcovitě uspořádané krátké MT stathmin izoluje vždy dvě podjednotky a tubulinu MAP mohou regulovat stabilitu MT - MAP2 = prostornější MT -tau = kompaktní MT -catastrophin = destabilizuje MT Regulace stability MT Molekulové motory spojené s mikrotubuly - Kinesiny ( +) a dyneiny ( -) Polymerizované MT jsou klíčové pro lokalizaci Golgiho aparátu Nocodazole ­ depolymerizace MT Uspořádání mikrotubulů v řasince nebo bičíku (9+2) Řasinkový dynein Organizace mikrotubulů ve fibroblastu a neuronu Shrnutí - II dynamika MT může být regulována pomocí MAP hydrolýza ATP je zdroj energie pro pohyb molekulových motorů asociovaných s MT - kinesinu a dyneinu dynein-MT komplex je zdrojem pohybu řasinek a bičíků organizace MT závisí na buněčném typu Mikrotubuly ­ rozlehlá rodina proteinů McKean P.G. et.al. J. Cell Sci., 114, 2001, 2723-2733 - heterodimeric protein; basic building block of microtubules - essential role in initiating microtubule assembly at MTOCs, such as spindle pole body, centrosome and basal body - localized to the centrosome or basal body and other regions - localised to the centrosome in cell-cycle- dependent manner - localized to the basal body of Trypanosoma brucei - no localization data available S.K. Dutcher, Long-lost relatives reappear: identification of new members of the tubulin superfamily, Curr Opin Microbiol 6 (2003) 634-640. Souček et al. Prostate 2006 podle Westermann S., Weber K. Nature Rev. Mol. Cell. Biol., Vol 4, 2003, 938-947 Posttranslační modifikace tubulinu Westermann S., Weber K. Nature Rev. Mol. Cell. Biol., Vol 4, 2003, 938-947 Posttranslační modifikace tubulinu The tyrosination cycle of -tubulin Westermann S., Weber K. Nature Rev. Mol. Cell. Biol., Vol 4, 2003, 938-947 Profil posttranslačních modifikací -tubulinu jako možný ,,fingerprint" nádorů prostaty. Souček, K. et al., 2006 Rakovina prostaty Histologické změny Muži starší 50ti let: 30% Muži starší 80ti let: 70% Klinický výskyt Nejčastěji diagnostikovaný novotvar u mužů. Primární nádory: maligní, žlázového původu ­ adenokarcinomy. Sekundární nádory: kostní metastáze. Prognóza Závisí na fázi ve které je nádor zachycen a léčen. U stádií 1-3 >60% pacientů přežívá >5let. Ve stadiu 4 (metastáze) má pouze 30% naději na dožití >5let. Léčba Chirurgická, radioterapie, anti-androgenní terapie, chemoterapie. Úmrtnost Třetí nejčastější příčina úmrtí na nádorové onemocnění. Stages 1 and 2 (Cancer that is only in the prostate gland, PSA) Between 65 - 98% with stage 1 and 2 prostate cancer will live for more than five years after they are diagnosed. Stage 3 (Cancer cells have spread outside the covering (capsule) of the prostate gland to tissues around the prostate but not to the lymph nodes.) About 60% diagnosed with stage 3 prostate cancer will live for more than five years after diagnosis. Stage 4 (Cancer cells have spread (metastasized) to lymph nodes (near or far from the prostate gland) or to organs and tissues far away from the prostate such as the bone, liver, or lungs.) About 20 -30% have cancer spread to another part of their body when they are diagnosed with prostate cancer. About 30% men with advanced prostate cancer will live for more than five years after diagnosis. On average, men in this situation can expect their cancer to respond to treatment for about 12 to 18 months. Average survival after that is about another two years. Therapy and prognosis www.cancerhelp.org.uk, www.phoenix5.org/staging.html Future Diagnostic tools ˇGene Chip Analysis (prostate specific genes) ˇProteomic (tissue, serum, urine) specific ~ "fingerprint" ~ "signature" Post-translational modification of -Tubulin in prostate epithelial cells Souček, K. et al., 2006 Glu- Tubulin PrEC Pz-HPV-7 LNCaP PC3 Souček, K. et al., 2006 Tubulin Tyrosine Ligase - potential tumor supressor? tubulin tyrosine ligase expression in prostate epithelial cells 1.0 1.1 0.1 0.6 Souček, K. et al., 2006 Glu-Tubulin and Tubulin - Tyrosine Ligase expression in prostate epithelial cells - proof of the concept Ac-Tub Souček, K. et al., 2006 SUMMARY Ňormal and prostate cancer cells display distinct molecular profiles of -Tubulin posttranslational modifications ˇLow expression of tubulin tyrosine ligase is characteristic also for prostate cancer cells Ďifferent profile of post-translation modifications -Tubulin in various prostate epithelial cell lines show the possibility to distinguish the stages of cancer disease and has the potential to establish a novel tool to diagnose and treat prostate cancer. Souček, K. et al., 2006 Shrnutí - III Postranslační modifikace MT mohou ovlivňovat jejich funkci detyrosinace -tubulinu je evolučně konzervovaný proces ­ klíčovým enzymem je tubulin tyrosin ligáza (TTL) detyrosinace -tubulinu koreluje s rozvojem některých nádorových onemocnění Shrnutí přednášky struktura dynamika posttranslační modifikace Na konci dnešní přednášky by jste měli: 1. znát základní strukturu mikrotubulů (MT); 2. umět popsat způsob jakým řízena dynamika a stabilita MT; 3. znát základní postranslační modifikace MT. Na konci dnešní přednášky by jste měli: 1. znát základní strukturu mikrotubulů (MT); 2. umět popsat způsob jakým řízena dynamika a stabilita MT; 3. znát základní postranslační modifikace MT.