Эта статья входит в число хороших статей

PML-тельца

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Человеческие эмбриональные клетки лёгких (HEL-299), экспрессирующие белок PML, сшитый с голубым флуоресцентным белком (англ. cyan fluorescent protein, CFP). Белок PML — ключевой организующий компонент PML-телец

PML-тельца́ (также известные как я́дерные тельца́ промиелоци́тной лейкеми́и[1], я́дерные тельца́ PML[2], я́дерные доме́ны 10[3]) — сферические тельца диаметром 0,1—1,0 мкм, имеющиеся в ядрах клеток многих тканей и большинства линий[en] и входящие в состав ядерного матрикса. Ключевой организующий компонент PML-телец — белок PML, который привлекает в PML-тельца множество разнообразных белков, которые объединяет только способность подвергаться сумоилированию (посттрансляционная модификация, заключающаяся в прикреплении белков SUMO[en] к белку-мишени). В тельцах PML белки подвергаются посттрансляционным модификациям (особенно сумоилированию), которые приводят к изоляции белков в PML-тельцах, активации или деградации. По морфологическим признакам выделяют несколько подтипов PML-телец, причём все они характеризуются наличием электроноплотной оболочки и внутренней коровой части[2].

Появление и функционирование PML-телец регулируется такими факторами клеточного стресса, как вирусные инфекции, повреждение ДНК, трансформация и окислительный стресс. Транскрипция белка PML и нескольких белков, с которыми он взаимодействует, значительно изменяется под действием интерферонов. Интересно, что мыши, нокаутные по белку PML, не могут формировать нормальные PML-тельца, но, тем не менее, развиваются и живут нормально, по этой причине PML-тельца, вероятно, не выполняют каких-то исключительно важных и незаменимых биологических функций[2].

История изучения[править | править код]

Микрофотография, полученная при окрашивании флуоресцентными антителами к белку SP100. PML-тельца видны как маленькие точки внутри ядер клеток

Впервые PML-тельца были обнаружены в 1960-х годах как внутриядерные сферические плотные тельца, различимые в электронный микроскоп. Были описаны два вида этих телец: фибриллярные и гранулярные, которые заключали в себе микрогранулы, предположительно, соответствующие рибонуклеопротеинам. Позднее PML-тельца были визуализированы с помощью иммунофлуоресцентной микроскопии с использованием аутоиммунной сыворотки, полученной от пациентов с первичным билиарным циррозом печени[en]. С помощью этого метода в 1991 году был обнаружен первый белок, ассоциированный с PML-тельцами, — SP100[en], а также детально охарактеризованы сами PML-тельца. Впоследствии было обнаружено, что в тех же тельцах, в которых локализуется белок SP100, локализуется и белок PML. Белок PML интересен тем, что обнаруживается при острой промиелоцитной лейкемии (англ. acute promyelocytic leukemia, APL) в виде конъюгата с α-рецептором ретиноевой кислоты[en] (PML/RARA-онкопротеин). В клетках APL PML-тельца разрушаются под действием PML/RARA. При этом при лечении APL ретиноевой кислотой[en] и оксидом мышьяка(III), которое запускает деградацию PML/RARA, PML-тельца снова появлялись. Дальнейшее изучение показало, что PML-тельца претерпевают изменения под действием стрессовых условий, таких как вирусные инфекции, тепловой шок[en] и наличие тяжёлых металлов. В настоящее время активно изучается динамика PML-телец, их связь с другими компонентами ядра, сборка, привлечение в них разнообразных белков и функции на уровне клетки и целого организма[4].

Структура и состав[править | править код]

Типичное PML-тельце представляет собой сферический объект диаметром 0,1—1 мкм, который может иметь или не иметь микрогранулярную сердцевину. Обычно в клетках, содержащих PML-тельца, имеется от 5 до 15 PML-телец. Они состоят преимущественно из белков и, как правило, не содержат ДНК или РНК. Внешняя оболочка телец сформирована белком PML, а белки, с которыми он взаимодействует, находятся внутри. Как и многие другие ядерные тельца, PML-тельца находятся в интерхромосомном пространстве, где зачастую соседствуют с другими ядерными тельцами. Хотя PML-тельца не содержат ДНК, они часто связаны со специфическими локусами, например, с кластером генов главного комплекса гистосовместимости (MHC) I класса[en]; предполагается, что PML-тельца регулируют архитектуру хроматина и транскрипцию генов этого локуса. Изменения хроматина в ходе транскрипции или в зависимости от стадии клеточного цикла модулируют структуру и количество PML-телец. Структура PML-телец значительно изменяется при вирусных инфекциях: например, на периферии или в центральной части этих телец могут накапливаться вирусные геномы[5].

Простые PML-тельца (I и II типов) и оболочки сложных PML-телец (тип III, IVa и V) состоят из нехроматинового фибриллярного материала[6]. Такие PML-тельца выделяются вместе с ядерным матриксом и связаны с его фиброгранулярным компонентом при помощи специальных выступов на их поверхности[6].

Сложные PML-тельца под фибриллярной оболочкой содержат компонент гранулярного строения, вероятно, состоящий из рибонуклеопротеинов. Было высказано предположение, что некоторые из гранулярных PML-телец отпочковываются от ядрышка; эта гипотеза подтверждается наличием в сложных PML-тельцах специфических РНК-связывающих белков[en]. Неизвестно, какие факторы определяют наличие у PML-телец микрогранулярного кора, и его состав плохо изучен. Показано, что в некоторых тельцах он содержит только что синтезированные РНК, а в других — нет. Ряд исследований показал, что PML-тельца могут быть связаны с экспортом мРНК и трансляцией посредством эукариотического фактора инициации трансляции EIF4E[en][7].

В некоторых клетках описаны крупные структуры, содержащие элементы ядрышка; они получили название ядерных телец, ассоциированных со старением (англ. senescence-associated nuclear bodies, SANBs). Эти тельца тоже имеют оболочку из PML-белка, однако остальные белки, характерные для PML-телец, находятся не во внутренней части, а непосредственно на оболочке[7].

В состав PML-телец входят такие белки, как SUMO, DAXX[8], SP100, LYSP100 (гомолог SP100)[9], ISG20[en][10], PML, NDP55[11]. Другие белки, такие как PIC1/SUMO-1, обычно связанные с ядерными порами, также могут входить в состав PML-телец[12]. Все эти белки могут реорганизовываться и диспергировать в ответ на разного рода стресс (стимуляцию или тепловой шок)[13].

В человеческих эмбриональных стволовых клетках PML-тельца формируют «розетки» вокруг центромер или находятся между двумя центромерами. Такие PML-тельца не содержат белков SUMO, SP100 и DAXX, и их роль в биологии стволовых клеток остаётся неизвестной. Кроме того, PML-тельца выявляются вблизи центромер в клетках, обработанных ингибитором протеасом, в G2-фазе клеточного цикла[14].

В клетках, которые не экспрессируют теломеразу и поддерживают длину теломер посредством гомологичной рекомбинации, имеются PML-тельца, ассоциированные с альтернативным удлинением теломер (англ. alternative lengthening of telomeres-associated PML bodies, APBs). Эти PML тельца содержат два типа факторов репарации двуцепочечных разрывов ДНК и гомологичной рекомбинации: Rad50/Mre11/NBS1-комплекс и Rad51[en]/Rad52[en], а также фактор репликации А, хеликазу BLM и факторы, связывающие теломерные повторы (TRF1 и TRF2), причём почти все эти белки сумоилированы. В таких клетках теломеры активно удваиваются в S/G2-фазах клеточного цикла[15].

Динамика[править | править код]

Исследования с использованием методов FRET[en] и FRAP[en] показали, что белок PML — это стабильный компонент PML-телец, а белки, которые с ним взаимодействуют, более мобильны, хотя на некоторое время и задерживаются в PML-тельцах. Сами по себе PML-тельца не очень мобильны, хотя по ходу клеточного цикла они могут делиться и сливаться друг с другом. В ходе S-фазы PML-тельца делятся надвое, при митозе исчезают, а во время перехода из митоза в G1-фазу появляются снова. В ходе митоза белки PML остаются связанными друг с другом, но фосфорилируются, десумоилируются и высвобождают своих белков-партнёров. Во время митоза до разрушения ядерной оболочки в прометафазе PML-тельца теряют связь с хроматином и становятся более мобильными. Сам белок PML при митозе взаимодействует с ядерными мембранами и нуклеопоринами, облегчая формирование ядерной оболочки при переходе от телофазы к G1-фазе. Во время этого перехода в ядро возвращаются SP100 (раньше) и DAXX (позже), взаимодействуют со скоплениями белка PML и формируют PML-тельца[16]. Цитоплазматические скопления белка PML выявляются даже в течение G1-фазы, но далее они медленно сокращаются[17].

Стрессовые воздействия, такие как тепловой шок или тяжёлые металлы, вызывают обратимую фрагментацию PML-телец путём отпочковывания от них микротелец, лишённых SUMO и большинства белков-партнёров PML. При завершении стрессового воздействия размер, местонахождение и количество PML-телец полностью восстанавливаются, свидетельствуя, что PML-тельца формируются в заранее определённых местах[18].

Было высказано предположение, что в основе формирования PML-телец лежит взаимодействие PML и SUMO. Действительно, в клетках с дефектами сумоилирования наблюдаются нарушения в PML-тельцах. Более того, сумоилирование может обеспечивать и привлечение в PML-тельца белков-партнёров PML, потому что большинство из них находятся в PML-тельцах в сумоилированном состоянии. В то же время, изоформы PML, неспособные взаимодействовать с SUMO, тем не менее, формируют нормальные PML-тельца. Таким образом, роль сумоилирования в формировании PML-телец ещё не определена[19].

Функции[править | править код]

Белок PML задействован в регуляции таких важных клеточных процессов, как транскрипция, апоптоз, старение, ответ на повреждения ДНК, устойчивость к вирусам. Белки-партнёры PML подвергаются в PML-тельцах посттрансляционным модификациям, влияющим на их функционирование. Например, внутри PML-телец находится много ферментов, модифицирующих p53 (CBP, HDM2, HIPK2[en] и HAUSP). Происходящее в PML-тельцах ацетилирование, сумоилирование и фосфорилирование p53 положительно регулируют работу p53. Транслокация в PML-тельца может влиять на активность некоторых протеинкиназ; так, в PML-тельцах фосфатаза PP2A дефосфорилирует киназу AKT, а PP1A, как предполагают, дефосфорилирует белок ретинобластомы (pRb). В случае некоторых киназ, например, CHEK2[en], локализация в PML-тельцах способствует их аутофосфорилированию[en]. Есть свидетельства того, что в клетках дрожжей PML может непосредственно увеличивать глобальный уровень сумоилирования белков, и PML-тельца увеличивают степень сумоилирования некоторых белков-партнёров PML[20].

Первой установленной функцией PML-телец было накопление и изоляция определённых белков. Таким белком является, например, DAXX. Изоляция DAXX при помощи сумоилированного PML, входящего в состав PML-телец, отменяет репрессию транскрипции некоторых генов, а также регулирует апоптоз. Похожая ситуация имеет место в случае гистонов и гистоновых шаперонов в стареющих клетках. При старении клеток наблюдается формирование особого типа гетерохроматина, которое инициируется при накоплении гистоновых шаперонов HIRA[en] и ASF1a[en], а также белка HP1[en], внутри PML-телец[21].

В PML-тельцах накапливаются некоторые нестабильные белки, а также протеасомы и убиквитин. Более того, имеются свидетельства, что внутри PML-телец белки-партнёры PML подвергаются деградации[21].

Накапливаются свидетельства функционирования PML-телец в качестве сенсоров активных форм кислорода. В частности, они могут обеспечивать подходящий окислительно-восстановительный статус окружающей среды для работы сумоилирующих ферментов[22].

В настоящее время PML-тельца рассматривают как часть врождённого иммунитета, обеспечивающего защиту от вирусных инфекций. При вирусных инфекциях зачастую внутри PML-телец накапливаются вирусные геномы и белки. У многих ДНК-содержащих вирусов, репликация геномов которых происходит в ядре, таких как человеческий цитомегаловирус или вирус простого герпеса первого типа, геномы связываются с PML-тельцами сразу при попадании в ядро. В PML-тельцах геномы подвергаются эпигенетическому сайленсингу, что подавляет развитие инфекции. В подавлении вирусных инфекций участвуют такие белки PML-телец, как PML, DAXX, SP100 и ATRX[en]. Репликация вируса ветряной оспы подавляется PML-тельцами по другому механизму. При заражении этим вирусом увеличившиеся в размерах PML-тельца захватывают только что собранные вирусные нуклеокапсиды благодаря взаимодействию особой изоформы PML-белка с белком капсида ORF23, что препятствует выходу вирусных частиц из ядра. PML-тельца также блокируют размножение аденовируса, папилломавируса и парвовируса[en]. Кроме того, они влияют на течение жизненного цикла у некоторых цитоплазматических РНК-содержащих вирусов[en]. Например, сообщается, что при инфекции, вызванной ВИЧ-1 и другими ретровирусами, PML-тельца быстро перемещаются из ядра в цитоплазму, влияя на течение жизненного цикла вируса в цитоплазме. Установлено, что PML-тельца влияют на жизненный цикл ретровирусов на уровне обратной транскрипции, хотя конкретный молекулярный механизм этого явления неясен[3].

Особые вирусные белки могут разрушать PML-тельца и способствуют развитию вирусной инфекции. В таблице ниже перечислены вирусные белки, которые разрушают PML-тельца по известному механизму[23].

Вирус Белок Действие на PML-тельца
Вирус простого герпеса первого типа ICP0 Деградация PML
Вирус ветряной оспы ORF61 Беспорядочная локализация PML
Цитомегаловирус pp71 Деградация DAXX и высвобождение ATRX
Цитомегаловирус IE1 Беспорядочная локализация PML
Цитомегаловирус UL35 Релокализация PML, SP100, DAXX
Вирус Эпштейна — Барр BZLF1 Беспорядочная локализация PML
Вирус Эпштейна — Барр BZLF1/Rta Беспорядочная локализация PML
Вирус Эпштейна — Барр BGLF4 Беспорядочная локализация PML
Вирус Эпштейна — Барр BNRF1 Нарушает взаимодействие ATRX и DAXX
Вирус Эпштейна — Барр EBNA1 Деградация PML
Герпесвирус, ассоциированный с саркомой Капоши[en] K-Rta Деградация SUMO2/3-модифицированного PML
Герпесвирус, ассоциированный с саркомой Капоши ORF75 Выход ATRX и DAXX из PML-телец
Герпесвирус, ассоциированный с саркомой Капоши LANA2 Повышенное сумоилирование и деградация PML
Гаммагерпесвирус 68 ORF61 Реорганизация PML
Гаммагерпесвирус 68 ORF75c Деградация PML
Герпесвирус саймири ORF3 Деградация SP100
Аденовирус E4orf3 Реорганизация PML

PML-тельца непосредственно связаны с сигнальной системой врождённого иммунитета. Так, обработка интерфероном усиливает экспрессию таких белков PML-телец, как PML и SP100, и усиливает их противовирусные свойства. Нехватка PML приводит к снижению способности интерферонов защищать от вирусных инфекций. PML-тельца связаны и с другими цитокинами. Например, в клетках, лишённых PML, наблюдается сниженная экспрессия провоспалительных цитокинов интерлейкина 1β и интерлейкина 6[3].

Клиническое значение[править | править код]

Поскольку PML-тельца участвуют во многих клеточных процессах, подавляющих развитие опухолей, их разрушение лежит в основе такого ракового заболевания, как острая промиелоцитная лейкемия (APL). Как упоминалось выше, разрушение PML-телец часто происходит под действием химерного белка PML/RARA, представляющего собой белок PML, сшитый с α-рецептором ретиноевой кислоты. Он выступает как транскрипционный репрессор, мешающий нормальной дифференцировке миелоидных клеток и даёт клеткам APL способность к самообновлению. PML/RARA препятствует нормальной олигомеризации белка PML, что и приводит к разрушению PML-телец. Нарушения в строении гена PML выявляются у 95 % клеток APL[1]. Показано также, что утрата PML часто наблюдается при раковых заболеваниях человека разного гистологического происхождения[24].

В 2017 году было показано, что PML-тельца могут участвовать в развитии таких нейродегенеративных заболеваний, как болезнь нейрональных внутриядерных гиалиновых включений. Эозинофильные внутриядерные включения, появляющиеся в клетках пациентов, страдающих от этого заболевания, происходят от PML-телец[25].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 di Masi A., Cilli D., Berardinelli F., Talarico A., Pallavicini I., Pennisi R., Leone S., Antoccia A., Noguera N. I., Lo-Coco F., Ascenzi P., Minucci S., Nervi C. PML nuclear body disruption impairs DNA double-strand break sensing and repair in APL. (англ.) // Cell death & disease. — 2016. — Vol. 7. — P. e2308. — DOI:10.1038/cddis.2016.115. — PMID 27468685. [исправить]
  2. 1 2 3 The Nucleus, 2011, p. 247.
  3. 1 2 3 Scherer M., Stamminger T. Emerging Role of PML Nuclear Bodies in Innate Immune Signaling. (англ.) // Journal of virology. — 2016. — Vol. 90, no. 13. — P. 5850—5854. — DOI:10.1128/JVI.01979-15. — PMID 27053550. [исправить]
  4. The Nucleus, 2011, p. 248—249.
  5. The Nucleus, 2011, p. 250—251.
  6. 1 2 Chaly N., Setterfield G., Kaplan J. G., Brown D. L. Nuclear bodies in mouse splenic lymphocytes: II - Cytochemistry and autoradiography during stimulation by concanavalin A. (англ.) // Biology of the cell. — 1983. — Vol. 49, no. 1. — P. 35—43. — PMID 6199062. [исправить]
  7. 1 2 The Nucleus, 2011, p. 252.
  8. The Nucleus, 2011, p. 249.
  9. Dent A. L., Yewdell J., Puvion-Dutilleul F., Koken M. H., de The H., Staudt L. M. LYSP100-associated nuclear domains (LANDs): description of a new class of subnuclear structures and their relationship to PML nuclear bodies. (англ.) // Blood. — 1996. — Vol. 88, no. 4. — P. 1423—1426. — PMID 8695863. [исправить]
  10. Gongora C., David G., Pintard L., Tissot C., Hua T. D., Dejean A., Mechti N. Molecular cloning of a new interferon-induced PML nuclear body-associated protein. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 1997. — Vol. 272, no. 31. — P. 19457—19463. — PMID 9235947. [исправить]
  11. Zuber M., Heyden T. S., Lajous-Petter A. M. A human autoantibody recognizing nuclear matrix-associated nuclear protein localized in dot structures. (англ.) // Biology of the cell. — 1995. — Vol. 85, no. 1. — P. 77—86. — PMID 8882521. [исправить]
  12. Sternsdorf T., Jensen K., Will H. Evidence for covalent modification of the nuclear dot-associated proteins PML and Sp100 by PIC1/SUMO-1. (англ.) // The Journal of cell biology. — 1997. — Vol. 139, no. 7. — P. 1621—1634. — PMID 9412458. [исправить]
  13. Maul G. G., Yu E., Ishov A. M., Epstein A. L. Nuclear domain 10 (ND10) associated proteins are also present in nuclear bodies and redistribute to hundreds of nuclear sites after stress. (англ.) // Journal of cellular biochemistry. — 1995. — Vol. 59, no. 4. — P. 498—513. — DOI:10.1002/jcb.240590410. — PMID 8749719. [исправить]
  14. The Nucleus, 2011, p. 252—253.
  15. The Nucleus, 2011, p. 251—252.
  16. The Nucleus, 2011, p. 253.
  17. The Nucleus, 2011, p. 322.
  18. The Nucleus, 2011, p. 253—254.
  19. The Nucleus, 2011, p. 254.
  20. The Nucleus, 2011, p. 255—256.
  21. 1 2 The Nucleus, 2011, p. 256.
  22. Niwa-Kawakita M., Wu H. C., Thé H., Lallemand-Breitenbach V. PML nuclear bodies, membrane-less domains acting as ROS sensors? (англ.) // Seminars in cell & developmental biology. — 2017. — DOI:10.1016/j.semcdb.2017.11.007. — PMID 29157919. [исправить]
  23. The Functional Nucleus / David P. Bazett-Jones, Graham Dellaire. — Switzerland: Springer, 2016. — P. 285. — 513 p. — ISBN 978-3-319-38880-9. — DOI:10.1007/978-3-319-38882-3.
  24. Herzer K., Gerken G., Hofmann T. G. Hepatitis C-associated liver carcinogenesis: role of PML nuclear bodies. (англ.) // World journal of gastroenterology. — 2014. — Vol. 20, no. 35. — P. 12367—12371. — DOI:10.3748/wjg.v20.i35.12367. — PMID 25253937. [исправить]
  25. Nakano Y., Takahashi-Fujigasaki J., Sengoku R., Kanemaru K., Arai T., Kanda T., Murayama S. PML Nuclear Bodies Are Altered in Adult-Onset Neuronal Intranuclear Hyaline Inclusion Disease. (англ.) // Journal of neuropathology and experimental neurology. — 2017. — Vol. 76, no. 7. — P. 585—594. — DOI:10.1093/jnen/nlx039. — PMID 28863453. [исправить]

Литература[править | править код]

  • The Nucleus / Tom Misteli, David L. Spector. — New York: Cold Spring Harbor Perpectives in Biology, 2011. — 463 p. — ISBN 978-0-87969-894-2.