PML-kappaleet (tunnetaan myös nimellä promyelosyyttisen leukemian ydinkappaleet [1] , PML-ymakappaleet [2] , tumadomeenit 10 [3] ) ovat halkaisijaltaan 0,1–1,0 µm pallomaisia kappaleita , joita löytyy monien kudosten ja useimpien linjojen soluytimistä [ ja sisältyy ydinmatriisiin . PML- elimien keskeinen organisoiva komponentti on PML - proteiini , joka houkuttelee PML-elimiin monenlaisia proteiineja, joita yhdistää vain kyky suorittaa sumoylaatio ( posttranslationaalinen modifikaatio , joka koostuu SUMO -proteiinien kiinnittämisestä kohdeproteiiniin) . PML-kappaleissa proteiinit käyvät läpi translaation jälkeisiä modifikaatioita (erityisesti sumoylaatiota), jotka johtavat proteiinin eristykseen PML-kappaleissa, aktivaatioon tai hajoamiseen. Morfologisten ominaisuuksien mukaan PML-kappaleiden alatyyppejä erotetaan useita, ja niille kaikille on tunnusomaista elektronitiheän kuoren ja sisäytimen läsnäolo [2] .
PML-elimien ulkonäköä ja toimintaa säätelevät solun stressitekijät, kuten virusinfektiot, DNA - vauriot , transformaatio ja oksidatiivinen stressi . Interferonit muuttavat merkittävästi PML-proteiinin ja useiden proteiinien transkriptiota , joiden kanssa se on vuorovaikutuksessa . Mielenkiintoista on, että hiiret eivät voi muodostaa normaaleja PML-elimiä, mutta silti ne kehittyvät ja elävät normaalisti; tästä syystä PML-elimet eivät todennäköisesti suorita joitain erittäin tärkeitä ja korvaamattomia biologisia toimintoja [2] .
PML-kappaleet löydettiin ensimmäisen kerran 1960-luvulla ytimien sisäisinä pallomaisina tiheinä kappaleina, jotka näkyvät elektronimikroskoopilla . Näitä kappaleita on kuvattu kahta tyyppiä: fibrillaarisia ja rakeita, jotka sisälsivät mikrorakeita, jotka oletettavasti vastaavat ribonukleoproteiineja . Myöhemmin PML-kappaleet visualisoitiin immunofluoresenssimikroskopialla käyttämällä autoimmuuniseerumia , jotka oli saatu potilailta, joilla oli primaarinen biliaarinen kirroosi . Tällä menetelmällä ensimmäinen PML-kappaleisiin liittyvä proteiini, SP100 , löydettiin vuonna 1991, ja itse PML-kappaleet karakterisoitiin yksityiskohtaisesti. Myöhemmin havaittiin, että samoissa kehoissa, joissa SP100-proteiini on paikantunut, myös PML-proteiini on paikantunut. PML-proteiini on kiinnostava, koska sitä esiintyy akuutissa promyelosyyttisessä leukemiassa ( APL ) konjugaattina retinoiinihapporeseptorin α (PML/RARA- onkoproteiini ) kanssa . APL-soluissa PML/RARA tuhoaa PML-kappaleita. Kuitenkin, kun APL:a käsiteltiin retinoiinihapolla ja arseeni(III)oksidilla , mikä laukaisee PML/RARA:n hajoamisen, PML-kappaleita ilmaantui uudelleen. Lisätutkimukset osoittivat, että PML-kehoissa tapahtuu muutoksia stressaavien olosuhteiden, kuten virusinfektioiden, lämpöshokin ja raskasmetallien läsnäolon, vaikutuksesta . Tällä hetkellä tutkitaan aktiivisesti PML-kappaleiden dynamiikkaa, niiden suhdetta ytimen muihin komponentteihin, kokoonpanoa, erilaisten proteiinien ja toimintojen kerääntymistä solun ja koko organismin tasolla [4] .
Tyypillinen PML-runko on halkaisijaltaan 0,1–1 µm pallomainen esine, jossa voi olla tai ei ole mikrorakeista ydintä. Tyypillisesti PML-kappaleita sisältävillä soluilla on 5-15 PML-kappaletta. Ne koostuvat pääasiassa proteiineista eivätkä yleensä sisällä DNA :ta tai RNA:ta . Kehon ulkokuoren muodostaa PML-proteiini, ja proteiinit, joiden kanssa se on vuorovaikutuksessa, sijaitsevat sisällä. Kuten monet ydinkappaleet, PML-kappaleet sijaitsevat kromosomaalisessa tilassa, jossa ne esiintyvät usein rinnakkain muiden ydinkappaleiden kanssa . Vaikka PML-kappaleet eivät sisällä DNA:ta, ne liittyvät usein tiettyihin lokuksiin , kuten MHC-luokan I geeniklusteriin ; oletetaan, että PML-kappaleet säätelevät kromatiiniarkkitehtuuria ja tämän lokuksen geenien transkriptiota. Kromatiinin muutokset transkription aikana tai solusyklin vaiheesta riippuen moduloivat PML-kappaleiden rakennetta ja määrää. PML-kappaleiden rakenne muuttuu merkittävästi virusinfektioiden aikana: esimerkiksi virusgenomit voivat kerääntyä näiden kehojen reuna- tai keskiosaan [5] .
Yksinkertaiset PML-kappaleet (tyypit I ja II) ja monimutkaisten PML-kappaleiden kuoret (tyypit III, IVa ja V) koostuvat ei-kromatiinifibrillaarimateriaalista [6] . Tällaiset PML-kappaleet vapautuvat ydinmatriisin mukana ja liittyvät sen fibrogranulaariseen komponenttiin käyttämällä erityisiä ulkonemia pinnallaan [6] .
Monimutkaiset PML-kappaleet säikeen vaipan alla sisältävät rakeisen rakennekomponentin, joka todennäköisesti koostuu ribonukleoproteiineista. On ehdotettu, että jotkin rakeisista PML-kappaleista alkavat nukleoluksesta ; tätä hypoteesia tukee spesifisten RNA:ta sitovien proteiinien läsnäolo monimutkaisissa PML-kappaleissa . Ei tiedetä, mitkä tekijät määräävät mikrorakeisen ytimen esiintymisen PML-kappaleissa, ja sen koostumusta ymmärretään huonosti. On osoitettu, että joissakin elimissä se sisältää vasta syntetisoitua RNA:ta, kun taas toisissa se ei sisällä. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että PML-kappaleet voivat liittyä mRNA :n vientiin ja translaatioon eukaryoottisen translaation aloitustekijän EIF4E kautta [7] .
Joissakin soluissa kuvataan suuria rakenteita, jotka sisältävät nukleolusia; niitä kutsutaan vanhenemiseen liittyviksi ydinkappaleiksi (SANB ) . Näillä kappaleilla on myös PML-proteiinikuori, mutta muut PML-kappaleille tyypilliset proteiinit eivät sijaitse sisäosassa, vaan suoraan kuoren päällä [7] .
PML-elimiin kuuluvat sellaiset proteiinit kuin SUMO, DAXX [8] , SP100, LYSP100 (SP100 :n homologi ) [9] , ISG20 [10] , PML, NDP55 [11] . Muut proteiinit, kuten PIC1/SUMO-1, jotka yleensä liittyvät tuman huokosiin , voivat myös olla osa PML-elimiä [12] . Kaikki nämä proteiinit voidaan järjestää uudelleen ja hajottaa vastauksena erilaisiin stressiin (stimulaatio tai lämpöshokki) [13] .
Ihmisen alkion kantasoluissa PML-kappaleet muodostavat "rosetteja" sentromeerin ympärille tai sijaitsevat kahden sentromeerin välissä. Tällaiset PML-kappaleet eivät sisällä SUMO-, SP100- ja DAXX-proteiineja, ja niiden rooli kantasolubiologiassa on edelleen tuntematon. Lisäksi PML-kappaleita havaitaan sentromeerien läheltä proteasomi - inhibiittorilla käsitellyissä soluissa solusyklin G2-vaiheen aikana [14] .
Soluissa, jotka eivät ilmennä telomeraasia ja säilyttävät telomeerin pituuden homologisen rekombinaation kautta , on PML-kappaleita, jotka liittyvät telomeereihin liittyvien PML-kappaleiden (APB ) vaihtoehtoiseen pidentämiseen . Nämä PML-kappaleet sisältävät kahden tyyppisiä DNA:n kaksijuosteisen katkeamisen korjaus- ja homologisia rekombinaatiotekijöitä: Rad50/Mre11/NBS1-kompleksi ja Rad51 / Rad52 sekä replikaatiotekijä A, BLM- helikaasi ja telomeeritoiston sitoutuminen . tekijät (TRF1 ja TRF2), ja melkein kaikki nämä proteiinit ovat sumoyloituneita. Tällaisissa soluissa telomeerit kaksinkertaistuvat aktiivisesti solusyklin S /G2-vaiheissa [15] .
FRET ja FRAP menetelmillä tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että PML-proteiini on PML-elimien stabiili komponentti ja sen kanssa vuorovaikutuksessa olevat proteiinit ovat liikkuvampia, vaikka ne säilyvätkin PML-kappaleissa jonkin aikaa. PML-kappaleet eivät itsessään ole kovin liikkuvia, vaikka ne voivat jakautua ja sulautua toisiinsa solusyklin aikana. S-vaiheen aikana PML-kappaleet jakautuvat kahtia, katoavat mitoosin aikana ja ilmestyvät uudelleen mitoosista G1-vaiheeseen siirtymisen aikana. Mitoosin aikana PML-proteiinit pysyvät yhteydessä toisiinsa, mutta ne fosforyloituvat , desumoyloituvat ja vapauttavat kumppaniproteiinejaan. Mitoosin aikana, ennen ydinvaipan tuhoutumista prometafaasissa , PML - kappaleet menettävät yhteyden kromatiiniin ja muuttuvat liikkuvammiksi. Itse PML-proteiini on mitoosin aikana vuorovaikutuksessa tumakalvojen ja nukleoporiinien kanssa, mikä helpottaa tuman vaipan muodostumista siirtymisen aikana telofaasista G1 -vaiheeseen . Tämän siirtymän aikana SP100 (aiemmin) ja DAXX (myöhemmin) palaavat ytimeen, ovat vuorovaikutuksessa PML-proteiiniaggregaatioiden kanssa ja muodostavat PML-kappaleita [16] . PML-proteiinin sytoplasmakertymiä havaitaan jopa G1-vaiheen aikana, mutta sen jälkeen ne vähenevät hitaasti [17] .
Stressi, kuten lämpöshokki tai raskasmetallit, aiheuttaa palautuvaa PML-elimien fragmentoitumista poistamalla mikrobit, joista puuttuu SUMO ja useimmat PML-kumppaniproteiinit. Stressialtistuksen lopussa PML-kappaleiden koko, sijainti ja lukumäärä palautuvat täysin, mikä osoittaa, että PML-kappaleita muodostuu ennalta määrättyihin paikkoihin [18] .
On esitetty, että PML-kappaleiden muodostuminen perustuu PML:n ja SUMO:n väliseen vuorovaikutukseen. Todellakin, soluissa, joissa on sumoylaatiovirheitä, havaitaan poikkeavuuksia PML-kappaleissa. Lisäksi sumoylaatio voi myös varmistaa PML-kumppaniproteiinien rekrytoinnin PML-elimiin, koska suurin osa niistä on sumoyloituneessa tilassa PML-kappaleissa. Samaan aikaan PML-isomuodot, jotka eivät pysty olemaan vuorovaikutuksessa SUMO:n kanssa, muodostavat kuitenkin normaaleja PML-kappaleita. Näin ollen sumoylaation roolia PML-kappaleiden muodostumisessa ei ole vielä määritetty [19] .
PML-proteiini osallistuu sellaisten tärkeiden soluprosessien säätelyyn, kuten transkriptio, apoptoosi , ikääntyminen, vaste DNA-vaurioille ja vastustuskyky viruksille. PML-kumppaniproteiinit käyvät läpi translaation jälkeisiä muutoksia PML-kappaleissa, jotka vaikuttavat niiden toimintaan. Esimerkiksi PML-elimistössä on monia p53 :a modifioivia entsyymejä ( CBP , HDM2, HIPK2 ja HAUSP). P53:n asetylaatio, sumoylaatio ja fosforylaatio PML-kappaleissa säätelevät positiivisesti p53-aktiivisuutta. Translokaatio PML-elimiin voi vaikuttaa joidenkin proteiinikinaasien aktiivisuuteen ; siten PML-kappaleissa fosfataasi PP2A defosforyloi kinaasi AKT :n ja PP1A:n uskotaan defosforyloivan retinoblastoomaproteiinia (pRb). Joidenkin kinaasien, kuten CHEK2 tapauksessa, lokalisaatio PML-kappaleisiin edistää niiden autofosforylaatiota . On näyttöä siitä, että hiivasoluissa PML voi suoraan lisätä proteiinien maailmanlaajuista sumoylaatiotasoa, ja PML-kappaleet lisäävät joidenkin PML-kumppaniproteiinien sumoylaatiota [20] .
PML-elimien ensimmäinen vakiintunut tehtävä oli tiettyjen proteiinien kerääntyminen ja eristäminen. Tällainen proteiini on esimerkiksi DAXX. DAXX:n eristäminen sumoyloidulla PML:llä, joka on osa PML-elimiä, poistaa joidenkin geenien transkription repression ja säätelee myös apoptoosia. Samanlainen tilanne tapahtuu histonien ja histonikaperonien tapauksessa vanhenevissa soluissa. Solujen ikääntymisen aikana havaitaan erityisen heterokromatiinin muodostumista , joka alkaa histonikaperonien HIRA ja ASF1a sekä HP1 [en] -proteiinin kerääntymisestä - elimiin [21] . .
Jotkut epästabiilit proteiinit kerääntyvät PML-elimiin, samoin kuin proteasomeihin ja ubikitiiniin . Lisäksi on näyttöä siitä, että PML-kumppaniproteiinit hajoavat PML-elimistössä [21] .
Todisteita siitä, että PML-elimet toimivat reaktiivisten happilajien antureina, kerääntyy . Erityisesti ne voivat tarjota sopivan redox-ympäristön sumoylaatioentsyymien toiminnalle [ 22] .
Tällä hetkellä PML-elimiä pidetään osana synnynnäistä immuniteettia , joka tarjoaa suojan virusinfektioita vastaan. Virusinfektioiden aikana virusgenomit ja proteiinit kerääntyvät usein PML-elimiin. Monissa DNA-viruksissa , joiden genomit replikoituvat tumassa, kuten ihmisen sytomegalovirus tai herpes simplex -virus tyyppi 1 , niiden genomit sitoutuvat PML-elimiin heti, kun ne tulevat tumaan. PML-eliöissä genomit käyvät läpi epigeneettisen hiljentymisen , mikä estää infektion kehittymisen. PML-kehon proteiinit, kuten PML, DAXX, SP100 ja ATRX , osallistuvat virusinfektioiden estämiseen . PML-elimet estävät varicella zoster -viruksen replikaation eri mekanismilla. Kun suurentuneet PML-kappaleet tarttuvat tällä viruksella, ne vangitsevat vasta kootut viruksen nukleokapsidit johtuen PML-proteiinin erityisen isomuodon vuorovaikutuksesta ORF23-kapsidiproteiinin kanssa, mikä estää viruspartikkelien vapautumisen ytimestä . PML-kappaleet estävät myös adenoviruksen , papilloomaviruksen ja parvoviruksen replikaation . Lisäksi ne vaikuttavat joidenkin sytoplasmisten RNA-virusten elinkaaren kulkuun . Esimerkiksi HIV - 1:n ja muiden retrovirusten aiheuttaman infektion yhteydessä PML-kappaleiden on raportoitu siirtyvän nopeasti ytimestä sytoplasmaan, mikä vaikuttaa viruksen elinkaareen sytoplasmassa. On todettu, että PML-kehot vaikuttavat retrovirusten elinkaareen käänteistranskription tasolla , vaikka tämän ilmiön spesifinen molekyylimekanismi on epäselvä [3] .
Erityiset virusproteiinit voivat tuhota PML-elimiä ja edistää virusinfektiota. Alla olevassa taulukossa luetellaan virusproteiinit, jotka hajottavat PML-elimiä tunnetulla mekanismilla [23] .
Virus | Proteiini | Toimenpide PML-elimiin |
---|---|---|
Herpes simplex -virus tyyppi 1 | ICP0 | PML:n hajoaminen |
Varicella zoster -virus | ORF61 | PML:n sotkuinen lokalisointi |
Sytomegalovirus | s. 71 | DAXX:n hajoaminen ja ATRX-vapautus |
Sytomegalovirus | IE1 | PML:n sotkuinen lokalisointi |
Sytomegalovirus | UL35 | PML:n, SP100:n, DAXX:n uudelleensijoittaminen |
Epstein-Barr virus | BZLF1 | PML:n sotkuinen lokalisointi |
Epstein-Barr virus | BZLF1/Rta | PML:n sotkuinen lokalisointi |
Epstein-Barr virus | BGLF4 | PML:n sotkuinen lokalisointi |
Epstein-Barr virus | BNRF1 | Häiritsee ATRX:n ja DAXX:n välistä vuorovaikutusta |
Epstein-Barr virus | EBNA1 | PML:n hajoaminen |
Kaposin sarkoomaan liittyvä herpesvirus | K-Rta | SUMO2/3-modifioidun PML:n hajoaminen |
Kaposin sarkoomaan liittyvä herpesvirus | ORF75 | ATRX- ja DAXX-lähtö PML-kappaleista |
Kaposin sarkoomaan liittyvä herpesvirus | LANA2 | Lisääntynyt sumoylaatio ja PML:n hajoaminen |
Gammaherpesvirus 68 | ORF61 | PML:n uudelleenjärjestely |
Gammaherpesvirus 68 | ORF75c | PML:n hajoaminen |
Herpesvirus saimiri | ORF3 | SP100:n hajoaminen |
Adenovirus | E4orf3 | PML:n uudelleenjärjestely |
PML-elimet ovat suoraan yhteydessä synnynnäiseen immuunisignalointijärjestelmään. Siten interferonihoito tehostaa PML:n kehon proteiinien, kuten PML:n ja SP100:n, ilmentymistä ja parantaa niiden antiviraalisia ominaisuuksia. PML:n puute heikentää interferonien kykyä suojata virusinfektioita vastaan. PML-kappaleet liittyvät myös muihin sytokiineihin . Esimerkiksi soluissa, joista puuttuu PML, proinflammatoristen sytokiinien interleukiini 1β ja interleukiini 6 ekspressio on vähentynyt [3] .
Koska PML-elimet osallistuvat moniin kasvainta suppressoiviin soluprosesseihin, niiden tuhoutuminen on syöpien , kuten akuutin promyelosyyttisen leukemian (APL) taustalla. Kuten edellä mainittiin, PML-kappaleiden tuhoutuminen tapahtuu usein kimeerisen PML/RARA-proteiinin vaikutuksesta, joka on PML-proteiini, joka on silloitettu retinoiinihapporeseptoriin a. Se toimii transkription repressorina, joka häiritsee myeloidisolujen normaalia erilaistumista ja antaa APL-soluille kyvyn uusiutua itsestään. PML/RARA häiritsee PML-proteiinin normaalia oligomerisaatiota , mikä johtaa PML-elimien tuhoutumiseen. PML-geenin rakenteen rikkomukset havaitaan 95 %:ssa APL-soluista [1] . On myös osoitettu, että PML:n häviäminen havaitaan usein eri histologista alkuperää olevissa ihmisen syövissä [24] .
Vuonna 2017 osoitettiin, että PML-elimet voivat olla osallisena hermostoa rappeuttavien sairauksien , kuten hermosolujen intranukleaarisen hyaliiniinkluusiotaudin, kehittymisessä. Tästä taudista kärsivien potilaiden soluissa esiintyvät eosinofiiliset intranukleaariset sulkeumat ovat peräisin PML-elimistä [25] .
solun ydin | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ydinkalvo / Ydinlamina |
| ||||||||
nucleolus |
| ||||||||
Muut |
|