Via di segnalazione Hippo

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La via Hippo, conosciuta anche come via SWH, controlla le dimensioni degli organi negli animali attraverso la regolazione della proliferazione cellulare e dell'apoptosi.

Prende il nome da una delle tre protein-chinasi coinvolte, Hpo (Hippo), o dall'acronimo di tutte e tre: Salvador (Sav), Warts (Wts) e Hippo (Hpo). Si tratta di una via altamente conservata in senso evolutivo, cioè presente fondamentalmente immutata in tutti gli animali, da quelli inferiori a quelli superiori. Mutazioni nel gene compromettono la funzionalità dell'enzima codificato e conducono a sovracrescita cellulare ed a un fenotipo "stile ippopotamo", con un aspetto variamente gonfio dovuto alla crescita abnorme.

La maggior parte dei componenti del pathway di Hippo è stata identificata nel moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) grazie a numerosi screening genetici a mosaico; solo in seguito sono stati scoperti gli omologhi nei mammiferi (geni che funzionano in maniera analoga in specie diverse). In altre parole, grazie alla scoperta e alla descrizione del pathway in Drosophila è stato possibile identificare numerosi geni che hanno la funzione di oncogeni o oncosoppressori nei mammiferi.

Introduzione[modifica | modifica wikitesto]

Un quesito fondamentale nella biologia dello sviluppo concerne le dimensioni degli organi e come possano smettere di crescere dopo aver raggiunto una grandezza particolare. La crescita degli organi dipende da molteplici processi che avvengono a livello cellulare, inclusa la divisione cellulare e l'apoptosi (una forma di morte cellulare programmata).

Un effetto a valle del pathway di segnalazione di Hippo viene dimostrato durante la trasformazione di cellule totipotenti in pluripotenti

Il pathway di segnalazione di Hippo consente di inibire la proliferazione cellulare e di promuovere l'apoptosi. Dal momento che molti tumori sono caratterizzati da una proliferazione cellulare incontrollata, il pathway sta acquisendo importanza sempre maggiore nello studio del cancro umano.[1] Il pathway di Hippo ha un ruolo fondamentale anche nella fisiologia animale, in particolare nell'auto-rinnovamento e nell'espansione di cellule staminali e cellule progenitrici tessuto-specifiche.[2]

Meccanismo d'azione[modifica | modifica wikitesto]

Il pathway di Hippo consiste di una cascata core-chinasica nella quale Hpo fosforila la proteina chinasi Warts (Wts).[3][4]

Step 1: Attivazione di Warts[modifica | modifica wikitesto]

Hpo (MST1/2 nei mammiferi) è un membro della famiglia Ste-20 delle proteine chinasi. Questo gruppo altamente conservato di serina/treonina chinasi regola diversi processi cellulari, inclusi la proliferazione cellulare, l'apoptosi e diverse risposte cellulari indotte da stress.[5]

Parallelamente a Hpo, altre due proteine agiscono per attivare Wts:

  • Misshapen (Msn, MAP4K4/6/7 nei mammiferi);
  • Happyhour (Hppy, MAP4K1/2/3/5 nei mammiferi).[6][7][8]

Una volta fosforilata, Wts (LATS1/2 nei mammiferi) diventa attiva.

Wts è una chinasi della famiglia NDR (nuclear DBF-2-related). Queste chinasi sono regolatori chiave nella progressione del ciclo cellulare, nella crescita cellulare e nello sviluppo.[9] Si conoscono due proteine che facilitano l'attivazione di Wts:

  • Salvador (Sav), detta WW45 nei mammiferi (poiché è una proteina contenente un dominio WW, ovvero una sequenza di aminoacidi in cui un triptofano e una prolina invariante sono altamente conservate); Hpo può legarsi a Sav e fosforilarla: Salvador può funzionare quindi come proteina scaffold perché le interazioni Hpo-Sav promuovono la fosforilazione di Wts.[10]
  • Mob as tumor suppressor (Mats), detta MOBKL1A/B nei mammiferi; Hpo può fosforilare e attivare Mats: ciò consente a Mats di associarsi a Wts e potenziarne la sua attività chinasica.[11]

Step 2: Inattivazione di Yorkie e interazione con le proteine 14-3-3[modifica | modifica wikitesto]

Wts attivata può dunque fosforilare e inattivare il coattivatore trascrizionale Yorkie (Yki). L'inattivazione di Yki per mezzo di Wts inibisce la crescita cellulare attraverso la repressione di diversi regolatori che la favoriscono indirettamente.

Infatti nel suo stato attivo (quando il pathway di Hippo non è attivato), Yki si lega al fattore di trascrizione Scalloped (Sd) e il complesso Yki-Sd si localizza nel nucleo. Yki infatti non può da solo legare il DNA. Questo permette l'espressione di diversi geni che promuovono la crescita dell'organo come:

  • la ciclina E, che promuove la progressione del ciclo cellulare;
  • diap1 (Drosophila inhibitor of apoptosis protein-1), che, come suggerisce il nome, previene l'apoptosi.[12]

Yki attiva inoltre:

  • l'espressione microRNA bantam, un regolatore positivo della crescita che modula specificamente il numero delle cellule di un tessuto.[13][14]

Fosforilando Yki in serina 168, Wts promuove l'associazione di Yki con le proteine 14-3-3, che aiutano ad ancorare Yki al citoplasma e prevenire il suo trasporto verso il nucleo.

Nei mammiferi i due ortologhi di Yki sono:

  1. Yes-associated protein (YAP); YAP regola l'espressione di Hoxa1 e Hoxc13 nel topo e nelle cellule epiteliali umane sia in vitro che in vivo.[15]
  2. Trascriptional Coactivator with PDZ-binding motif (TAZ).[16] Quando attivati, YAP e TAZ possono legarsi a diversi fattori di trascrizione, inclusi p73, Runx2 e diversi TEADs.[17]

Regolatori a monte della cascata core-chinasica Hpo/Wts[modifica | modifica wikitesto]

I regolatori a monte della cascata core-chinasica Hpo/Wts comprendono:

  • la proteina transmembrana Fat (FAT1-4 nei mammiferi);
  • diverse proteine ancorate alla membrana plasmatica.

Fat, essendo una caderina non classica funziona come recettore di un ligando che non è stato ancora ben identificato.

Sebbene si sappia che Fat possa legarsi a Dachsous (Ds, un'altra caderina atipica) durante il patterning dei tessuti,[18] rimane ancora da scoprire il ruolo di Ds nella regolazione della crescita dei tessuti.

Ruolo di FAT nella formazione del complesso KEM per l'attivazione del pathway di Hippo[modifica | modifica wikitesto]

Fat è riconosciuto come regolatore a monte del pathway di Hpo. Fat attiva Hpo in questo modo:

  1. Legame ligando sconosciuto - FAT;
  2. Attivazione FAT-mediata della proteina (presente nel dominio apicale cellulare) Expandend (Ex), detta FRMD6/Willin nei mammiferi.
  3. Ex interagisce con altre due proteine localizzate apicalmente: Kibra (KIBRA nei mammiferi) e Merlin (Mer; NF2 nei mammiferi), per formare il complesso KEM (Kibra-Ex-Mer);
  4. Il complesso KEM interagisce fisicamente con la cascata chinasica Hpo, localizzando quindi la cascata core-chinasica alla membrana plasmatica per l'attivazione.[19]

Sia Ex che Mer sono proteine contenenti domini FERM, mentre Kibra, come Sav è una proteina con dominio WW.[20]

Ruolo di FAT nella degradazione di Wts per l'inibizione del pathway di Hippo: ruolo della miosina Dachs[modifica | modifica wikitesto]

Fat può inoltre regolare Wts indipendentemente da Ex/Hpo, attraverso l'inibizione della miosina non convenzionale Dachs. Di norma, Dachs può legarsi a Wts e promuoverne la degradazione.[21]

Il pathway di Hippo nel cancro[modifica | modifica wikitesto]

Nel moscerino della frutta, il pathway di segnalazione di Hippo coinvolge una cascata chinasica che interessa le proteine chinasi Salvador (Sav), Warts (Wts) e Hippo (Hpo).[22]

Molti dei geni coinvolti nel signaling di Hippo sono riconosciuti come geni oncosoppressori: essi sono mutati ad esempio nei cancri umani.

FAT come gene oncosoppressore[modifica | modifica wikitesto]

Mutazioni in FAT4 sono state riscontrate nel tumore alla mammella;[23]

Merlina (NF2 umana) come gene oncosoppressore[modifica | modifica wikitesto]

NF2 è mutata negli scwannomi familiari e sporadici[24]

Salvador (WW45) e Mats (MOBK1B) come oncosoppressori[modifica | modifica wikitesto]

Altri oncosoppressori sono mutati nei cancri umani. Per esempio:

  • diverse lignaggi di cellule tumorali umane presentano mutazioni delle proteine WW45 e MOBK1B.[25][26]

YAP come oncogene[modifica | modifica wikitesto]

Yki/YAP/TAZ sono identificati come oncogeni. YAP/TAZ può riprogrammare le cellule del cancro in cellule staminali tumorali.[27] YAP è stata rilevata in alte concentrazioni in alcuni cancri umani come:

Il ruolo di YAP come oncogene potrebbe essere spiegato attraverso un ruolo della proteina solo recentemente identificato: YAP aiuta a "bypassare" l'inibizione da contatto. Questa è una proprietà di controllo della crescita, fondamentale in cellule in cultura, dove la proliferazione termina dopo che le cellule hanno raggiunto la confluence.[31]

L'inibizione da contatto è generalmente persa nelle cellule tumorali permettendo a queste di proliferare in una maniera incontrollata.[32]

Nel paper qui citato è dimostrato che la sovraespressione di YAP antagonizza l'inibizione da contatto[33].

Scoperte recenti relative all'incidenza di Hippo nella tumorigenesi[modifica | modifica wikitesto]

Ricerche recenti condotte da Marc Kirschner e collaboratori hanno dimostrato che le componenti del pathway di HIPPO possono giocare un ruolo più marginale rispetto a quanto pensato.

L'inattivazione del pathway di HIPPO ha aumentato l'effetto di 15 farmaci chemioterapici approvati dalla FDA promuovendo la chemo-retenzione.[34] In un altro studio, le chinasi del pathway di HIPPO LATS1/2 sembrano sopprimere la cancer-immunity nei topi[35]

Il ruolo del pathway di Hippo nella regolazione della grandezza degli organi umani[modifica | modifica wikitesto]

Il cuore è il primo organo a formarsi durante l'ontogenesi dei mammiferi.

Affinché possa garantire l'esistenza di un individuo, il cuore deve avere le giuste dimensioni e deve risultare funzionale. La perdita dei cardiomiociti in seguito a danno/patologie portano ad insufficienza cardiaca, la causa principale della morbidità e mortalità umana. Sfortunatamente, il potenziale rigenerativo del cuore è limitato.

Una ricerca recente indica un ruolo chiave del pathway di HIPPO nella regolazione della proliferazione dei cardiomiociti e nella grandezza del cuore. Ad esempio:

  1. Diversi segnali che agiscono a monte nel pathway di HIPPO (come lo stress meccanico, signaling accoppiato ai GPCR, stress ossidativo) giocano un ruolo critico nella fisiologia cardiaca;
  2. L'inattivazione del pathway di Hippo favorisce la rigenerazione cardiaca;
  3. L'attivazione di un effettore a valle del pathway di HIPPO (i coattivatori trascrizionali proteici yes associated) favorisce la rigenerazione cardiaca; la proteina yes- associated sembra regolare il destino dei cardiomiociti attraverso molteplici meccanismi trascrizionali.[36][37]

Tabella delle componenti coinvolte nel pathway di Hippo[modifica | modifica wikitesto]

Drosophila melanogaster Ortologo umano Descrizione della Proteina & Ruolo nel Pathway di Hippo.
Dachsous (Ds) DCHS1, DCHS2 Caderina atipica che potrebbe agire da ligando per il recettore "Fat".
Fat (Ft) FAT1, FAT2, FAT3, FAT4 (FATJ) Caderina Atipica che potrebbe agire da recettore nel pathway di Hippo.
Expanded (Ex) FRMD6/Willin Proteina atipica contenente un dominio FERM; si associa con Kibra e Mer come regolatore a monte della cascata core kinase.
Dachs (Dachs) Miosina non convenzionale che può legare Wts, promuovendone la degradazione.
Kibra (Kibra) WWC1 Proteina apicale contenente un dominio WW; si associa a Ex e Mer come regolatore a monte della cascata core kinase.
Merlin (Mer) NF2 Proteina apicale contenente un dominio FERM; si associa con Ex e Kibra per formare un regolatore a monte della cascata core kinase.
Hippo (Hpo) MST1, MST2 Chinasi Sterile-20-type che fosforila e attiva Wts.
Salvador (Sav) WW45 (SAV1) Proteina con dominio WW che potrebbe agire da proteina scaffold, facilitando la fosforilazione di Warts tramite Hippo.
Warts (Wts) LATS1, LATS2 Chinasi correlata a Nuclear DBF-2 che fosforila e inattiva Yki.
Mob as tumor suppressor (Mats) MOBKL1A, MOBKL1B Chinasi che si associa a Wts per potenziare la sua attività catalitica.
Yorkie (Yki) YAP, TAZ Co-attivatore trascrizionale che si lega a Sd nella sua forma non fosforilata (attiva) per attivare l'espressione di bersagli trascrizionale che promuovono la crescita cellulare, la proliferazione cellulare e che prevengono l'apoptosi.
Scalloped (Sd) TEAD1, TEAD2, TEAD3, TEAD4 Fattore di trascrizione che lega Yki per regolare l'espressione dei geni bersaglio.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Leslie J. Saucedo e Bruce A. Edgar, Filling out the Hippo pathway, in Nature Reviews Molecular Cell Biology, vol. 8, n. 8, 2007, pp. 613–21, DOI:10.1038/nrm2221, PMID 17622252.
  2. ^ Bin Zhao, Karen Tumaneng e Kun-Liang Guan, The Hippo pathway in organ size control, tissue regeneration and stem cell self-renewal, in Nature Cell Biology, vol. 13, n. 8, pp. 877–883, DOI:10.1038/ncb2303.
  3. ^ vol. 19, DOI:10.1016/j.devcel.2010.09.011, PMID 20951342, http://www.cell.com/article/S1534580710004296/abstract.
  4. ^ Mechanisms of Hippo pathway regulation, vol. 30, DOI:10.1101/gad.274027.115, PMID 26728553.
  5. ^ vol. 11, DOI:10.1016/S0962-8924(01)01980-8, PMID 11316611, https://oadoi.org/10.1016/S0962-8924(01)01980-8.
  6. ^ vol. 6, DOI:10.1038/ncomms9357, PMID 26437443, https://www.nature.com/ncomms/2015/151005/ncomms9357/full/ncomms9357.html.
  7. ^ vol. 34, DOI:10.1016/j.devcel.2015.08.014, PMID 26364751, http://www.cell.com/article/S1534580715005481/abstract.
  8. ^ vol. 31, DOI:10.1016/j.devcel.2014.09.012, PMID 25453828, http://www.cell.com/article/S1534580714006182/abstract.
  9. ^ vol. 285, DOI:10.1074/jbc.M109.074591, PMID 20231285, https://oadoi.org/10.1074/jbc.M109.074591.
  10. ^ vol. 205, DOI:10.1006/bbrc.1994.2793, PMID 7802651, https://oadoi.org/10.1006/bbrc.1994.2793.
  11. ^ vol. 26, DOI:10.1038/sj.emboj.7601630, PMID 17347649, https://oadoi.org/10.1038/sj.emboj.7601630.
  12. ^ vol. 122, DOI:10.1016/j.cell.2005.06.007, PMID 16096061, https://oadoi.org/10.1016/j.cell.2005.06.007.
  13. ^ vol. 126, DOI:10.1016/j.cell.2006.07.013, PMID 16923395, https://oadoi.org/10.1016/j.cell.2006.07.013.
  14. ^ vol. 16, DOI:10.1016/j.cub.2006.08.057, PMID 16949821, https://oadoi.org/10.1016/j.cub.2006.08.057.
  15. ^ vol. 35, DOI:10.1128/MCB.00765-14, PMID 25691658, https://oadoi.org/10.1128/MCB.00765-14.
  16. ^ vol. 87, DOI:10.1139/O08-114, PMID 19234525, https://oadoi.org/10.1139/O08-114.
  17. ^ vol. 21, DOI:10.1016/j.ceb.2009.09.010, PMID 19846288, https://oadoi.org/10.1016/j.ceb.2009.09.010.
  18. ^ vol. 131, DOI:10.1242/dev.01315, PMID 15342474, https://oadoi.org/10.1242/dev.01315.
  19. ^ vol. 19, DOI:10.1016/j.devcel.2010.09.011, PMID 20951342, https://oadoi.org/10.1016/j.devcel.2010.09.011.
  20. ^ vol. 18, DOI:10.1016/j.devcel.2009.12.013, PMID 20159600, https://oadoi.org/10.1016/j.devcel.2009.12.013.
  21. ^ vol. 38, DOI:10.1038/ng1887, PMID 16980976, https://oadoi.org/10.1038/ng1887.
  22. ^ http://www.uniprot.org/uniprot/Q45VV3
  23. ^ vol. 124, DOI:10.1002/ijc.23775, PMID 19048595, https://oadoi.org/10.1002/ijc.23775.
  24. ^ vol. 37, DOI:10.1136/jmg.37.12.897, PMID 11106352, https://oadoi.org/10.1136/jmg.37.12.897.
  25. ^ vol. 110, DOI:10.1016/S0092-8674(02)00824-3, PMID 12202036, https://oadoi.org/10.1016/S0092-8674(02)00824-3.
  26. ^ vol. 120, DOI:10.1016/j.cell.2004.12.036, PMID 15766530, https://oadoi.org/10.1016/j.cell.2004.12.036.
  27. ^ vol. 94, DOI:10.1152/physrev.00005.2014, PMID 25287865, http://physrev.physiology.org/content/94/4/1287.long.
  28. ^ vol. 238, DOI:10.1002/dvdy.21996, PMID 19517570, https://oadoi.org/10.1002/dvdy.21996.
  29. ^ vol. 125, DOI:10.1016/j.cell.2006.05.030, PMID 16814713, https://oadoi.org/10.1016/j.cell.2006.05.030.
  30. ^ vol. 39, DOI:10.1016/j.humpath.2008.04.012, PMID 18703216, https://oadoi.org/10.1016/j.humpath.2008.04.012.
  31. ^ vol. 213, DOI:10.1038/2131102a0, PMID 6029791, https://oadoi.org/10.1038/2131102a0.
  32. ^ vol. 100, DOI:10.1016/S0092-8674(00)81683-9, PMID 10647931, https://oadoi.org/10.1016/S0092-8674(00)81683-9.
  33. ^ vol. 21, DOI:10.1101/gad.1602907, PMID 17974916, https://oadoi.org/10.1101/gad.1602907.
  34. ^ Hippo pathway mediates resistance to cytotoxic drugs | PNAS, vol. 114, DOI:10.1073/pnas.1703096114, PMID 28416665.
  35. ^ vol. 167, DOI:10.1016/j.cell.2016.11.005, PMID 27912060, https://oadoi.org/10.1016/j.cell.2016.11.005.
  36. ^ vol. 3, DOI:10.1186/2045-3701-3-31, https://oadoi.org/10.1186/2045-3701-3-31.
  37. ^ vol. 28, DOI:10.1093/molbev/msr065, https://oadoi.org/10.1093/molbev/msr065.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  Portale Biologia
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