МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2015, том 49, № 5, с. 728-748
= ОБЗОРЫ =
УДК 577.175.6
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ И ТКАНЕВАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ
ДЕЙСТВИЯ ПРОГЕСТИНОВ © 2015 г. Т. А. Щелкунова1*, И. А. Морозов2
биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, 119992 Москва 2Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук, 119991 Москва
Поступила в редакцию 26.01.2015 г.
Принята к печати 16.03.2015 г.
В представленном обзоре рассмотрено действие прогестинов на функционирование, пролиферацию и апоптоз клеток различных органов в норме и при заболеваниях, не связанных с опухолевым перерождением. Обобщены данные о механизме действия этих стероидов через различные типы рецепторов прогестерона и его сенсоров, а также о регуляции их уровня. Показана зависимость эффектов прогестинов от фенотипа клетки: состава и соотношения рецепторов разного типа, активности сигнальных путей, экспрессии корегуляторов факторов транскрипции, ферментов метаболизма стероидов. Представлены результаты, показывающие роль паракринной регуляции в действии этих гормонов. Особое внимание уделено действию прогестинов на те ткани, в которых предполагаются или выявлены их эффекты на процессы канцерогенеза, стимуляцию или ингибирование роста опухолей, т.е. на пролиферацию, апо-птоз и эпителиально-мезенхимальный переход.
Ключевые слова: прогестины, эстрогены, рецепторы, сигнальные пути, транскрипция, паракринная регуляция, пролиферация, апоптоз.
MOLECULAR BASIS AND TISSUE SPECIFICITY OF PROGESTINS ACTION, by T. A. Shchelkunova1*, I. A. Morozov2 ^Biological Department, Moscow State University, 119992 Moscow, Russia; *e-mail: schelkunova-t@mail.ru; 2Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences, 119991 Moscow, Russia). This review presents the available data about the effects of progestins on the functions, proliferation and apoptosis of cells of different organs in health and diseases without malignant transformation. The data are summarized, concerning the mechanism of action of these steroids through various types of progesterone receptors and sensors and regulation of their level. The dependence of the progestins effects from the phe-notype of cells (the composition and balance of different types of receptors, the activity of various signaling pathways, expression of co-regulators of transcription factors, the presence of metabolic enzymes steroids) are reviewed. The role of paracrine regulation in action of these hormones is demonstrated. Particular attention is paid to the effect of progestins in those tissues, in which are assumed to exist their effects on carcinogenesis, stimulation or inhibition of tumor growth, ie, proliferation, apoptosis, and epithelial-mesenchymal transition.
Keywords: progestins, estrogens, receptors, signaling pathways, transcription, paracrine regulation, proliferation, apoptosis.
DOI: 10.7868/S0026898415050158
ВВЕДЕНИЕ
Прогестерон — стероидный гормон, участвующий в координации репродуктивной физиологии женщин. Прогестерон синтезируется главным образом желтым телом яичников и плацентой и оказывает многочисленные эффекты на различные ткани и органы, включая матку, яичники, молочные железы, головной мозг и органы нерепродуктивной сферы. У мужчин прогестерон секре-тируется семенниками и корой надпочечников, а его уровень в крови сопоставим с уровнем у жен-
* Эл. почта: Schelkunova-t@mail.ru
щин в фолликулярной фазе цикла. На основе молекулы прогестерона или 19-нортестостерона синтезированы многочисленные соединения, обладающие гестагенными и антигестагенными свойствами. Прогестерон вместе с этими соединениями называются прогестинами и антипро-гестинами. Именно синтетические аналоги прогестерона используются, как правило, в контрацепции и при гормонально-заместительной терапии, поскольку они медленнее метаболизи-руются и плохо связываются транспортными белками крови, а значит более доступны для клеток [1—5]. Прогестины регулируют транскрипцию ге-
нов-мишеней главным образом через ядерные рецепторы и вызывают быструю стимуляцию сигнальных каскадов в основном через мембранные рецепторы. В обзоре рассмотрены результаты изучения рецепторов прогестерона (PR) разного типа, регуляции транскрипции, активации сигнальных путей этими стероидами, а также эффектов прогестерона и некоторых прогестинов в клетках ряда тканей. Известно, что прогестины влияют на пролиферацию и апоптоз клеток [6—10]. Знание путей регуляции этих процессов может дать ключ к пониманию изменений в функционировании клеток, ведущих к опухолевому перерождению, поэтому особое внимание в обзоре уделено этим эффектам прогестинов.
ДЕЙСТВИЕ ПРОГЕСТИНОВ ЧЕРЕЗ ЯДЕРНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ
У большинства видов млекопитающих ядерные PR (nPR) представлены двумя главными изо-формами — PR-А и PR-В, которые образуются в результате транскрипции с разных промоторов одного гена [11—13]. Эти изоформы являются факторами транскрипции с идентичными ли-ганд- и ДНК-связывающими доменами. Единственное отличие между PR-А и PR-В — отсутствие N-концевого фрагмента из 164 аминокислотных остатков (называемого BUS) в изоформе А (рис. 1). Однако N-концевой фрагмент BUS содержит один из трех доменов с транскрипционной активаторной функцией и дополнительные сайты фосфорилирования, из которых важен Ser81, сайт фосфорилирования киназой ck2 (casein kinase II) (подробнее о сайтах фосфорили-рования молекулы рецептора будет сказано дальше, особенно в связи с негеномным действием гормона). В результате форма PR-B — более мощный активатор транскрипции, чем PR-A [12], причем гены, регулируемые разными изоформа-ми, мало перекрываются. Например, в клетках T47D-YA и T47D-YB, экспрессирующих либо PR-A, либо PR-B, из 337 генов, регулируемых прогестероном, только 25 были общими для обеих изоформ [13]. В ряде случаев изоформа А выступает в качестве репрессора транскрипционной активности изоформы В. В качестве примера
можно привести регуляцию промоторов генов BCRP (breast cancer resistance protein) в клетках плацентарной хориокарциномы человека и MUC1 (mucin 1, cell surface associated). Есть и противоположный пример — промотор гена IGFBP1 (insulin growth factor binding protein l) в стромальных клетках эндометрия человека. Транскрипция генов COMP (catechol-O-methyltransferase), GnRHR (gonadotropin releasing hormone receptor), CRH (corticotrophin-releasing hormone) разнонаправленно регулируется изоформами А и В [1З]. С использованием мышей с селективным удалением разных изоформ PR (мыши PRKO) показано, что PR-А необходима для овуляции и модуляции ан-типролиферативного эффекта прогестерона в матке, а PR-В — для нормального развития и функционирования молочных желез [14, 15]. Обе изоформы подвергаются посттрансляционным модификациям: фосфорилированию остатков Ser протеинкиназами MAPK (mitogen-activated protein kinase), CDK2 (cyclin-dependent kinase 2), ck2 (рис. 1), а также ацетилированию, убиквитиниро-ванию, сумоилированию остатков лизина.
Ser294 фосфорилируется при взаимодействии рецептора с лигандом. Модификации определяют стабильность рецепторов, их локализацию в цитозольном или ядерном компартменте, рекрутирование регуляторов, транскрипционную активность и промоторную селективность [l2]. Описаны и другие минорные изоформы PR: C, M, S. PR-C короче изоформы А, в ней отсутствует не только фрагмент BUS, но и часть ДНК-связы-вающего домена, поэтому PR-С транскрипцион-но неактивна, как и остальные минорные изоформы [16].
Активация транскрипции происходит после связывания рецептора с лигандом и последующего взаимодействия этого комплекса с прогестерон-чувствительным элементом (GRE/PRE) ДНК, узнаваемым также ядерными рецепторами глюкокортикоидов, минералокортикоидов и ан-дрогенов [11, 1З]. При этом рецепторы могут ди-меризоваться и рекрутировать в транскрипционный комплекс различные корегуляторы, прежде всего SRCsl-З (steroid receptor coactivators 1—З). Регулируемые прогестероном гены могут содержать палиндромные PRE, PRE-подобные после-
AF3
AF1
AF2
2Q 25 81 102 1З0 162 190 213 294 345 400 430 554 ДНК-связывающий домен || 676 Гормон-связывающий домен
BUS
H
Рис. 1. Структура ядерного рецептора прогестерона В с сайтами фосфорилирования MAPK (курсив), ck2 (мелкий шрифт), CDK2 (жирный шрифт), неизвестными киназами (обычный шрифт). Цифры — номера остатков Ser. BUS — сегмент, отсутствующий в изоформе А. Н — шарнирный домен. AF — домен с транскрипционной активаторной функцией.
довательности, полусайты PRE, новые PR-связы-вающие последовательности и не иметь никаких PRE. Компьютерный анализ PR-регулируемых промоторов показал, что палиндромные PRE обнаруживаются, с одной стороны, в промоторах нерегулируемых PR генов, а с другой — часто отсутствуют в регулируемых. Получены веские экспериментальные доказательства того, что именно мономеры PR, взаимодействующие с полусайтами PRE, наиболее эффективно индуцируют транскрипцию. Именно полусайты PRE преобладают в регулируемых прогестероном промоторах. Они, как правило, фланкированы сайтами связывания других факторов транскрипции, работающих кооперативно с PR [13]. Ключевая роль в специфичности действия двух изоформ принадлежит, по-видимому, этим корегуляторам PR-зависимой транскрипции, к которым относятся FOXO1, STAT3, STAT5, c-Fos, c-Jun, CEBPp, SP1, NF1, KLF9, р65 субъединица NF-kB и другие. В ряде случаев PRE могут не требоваться: рецептор, не связываясь с ДНК, активирует факторы транскрипции AP1 или JDP2, которые и взаимодействуют с ДНК. PR редко регулируют эндогенные промоторы без кооперативного участия корегу-лируемых партнеров, если такое вообще бывает. Изоформа А имеет, по-видимому, большее сродство к корепрессорам, чем изоформа В [13]. Взаимодействие PR с ДНК в составе хроматина мало изучено, но очевидно, что структура хроматина, его конденсация, ацетилирование гистонов играют решающую роль в этом процессе. Результаты, получаемые при использовании "голых" нуклео-тидных последовательностей in vitro, не всегда соответствуют процессам, происходящим в клетках. Так, на примере промотора MMTV (mo
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.