Научно-практический журнал
[О компании] Издательство 'Цитокины и воспаление' - Журнал 'Цитокины и Воспаление'

197376, Санкт-Петербург, ул. Акад. Павлова, д. 12,
Институт экспериментальной медицины РАМН
Тел.: (812) 543 52 14, +7 921 984 11 30, +7 921 909 55 49
Факс: (812) 543 52 14
E-mail:
Web: www.cytokines.ru


  


2016 год
1 номер 2 номер
3 номер 4 номер

О Журнале

Текущий год
Архив

Рубрики
Подписка

NEW Книжная полка
NEW Стол заказов

Карта сайта
Правила для авторов

Поиск

Контакты
Наши партнеры:

Русский языкEnglish language
Карта сайта Написать письмо, наши координаты

Содержание | Следующая статья | Предыдущая статья

Журнал 'Цитокины и воспаление', 2012, № 4

Подписаться на 2018 год

Заказать этот номер

Заказать эту статью в PDF

Обзоры

Номер 4'2012

Функциональный полиморфизм генов семейства VEGF

А.В. Шевченко, В.И. Коненков

C особенностями функционального полиморфизма генов семейства факторов роста сосудистого эндотелия VEGF и VEGFR связывают развитие, характер и особенности течения многих патологий, так или иначе связанных с ангио- и лимфангиогенезом. Основной интерес направлен на онкопатологию, есть ограниченные данные о генетических особенностях пациентов с кардиопатологиями и диабетическими ретинопатиями, с аутоиммунными патологиями, вторичной и первичной лимфедемой. В обзоре представлены данные о структурном полиморфизме семейства факторов роста сосудистого эндотелия VEGF-A, -B, -C, -D, -Е, плацентарных факторов роста PlGF-1 и PlGF-2, а также трансмембранных тирозинкиназных рецепторов VEGFR-1, VEGFR-2 и VEGFR-3. Показана значимость их полиморфизма в ангиогенезе и лимфангиогенезе. (Цитокины и воспаление. 2012. Т. 11. № 4. С. 14–20.)

Ключевые слова: функциональный полиморфизм генов, фактор роста сосудистого эндотелия, рецептор фактора роста сосудистого эндотелия.

1. Общая характеристика семейства VEGF и их рецепторов

Фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) — семейство структурно близких между собой белков, которые, совместно с рецепторами (VEGFR) играют существенную роль в развитии и регуляции деятельности кровеносных и лимфатических сосудов. VEGF подразделяют на VEGF-A, -B, -C, -D, -Е, плацентарные факторы роста (PlGF-1 и PlGF-2). VEGFR-1, -2, -3 — трансмембранные тирозинкиназные рецепторы, с которыми связывается лиганд VEGF. VEGFR-1 (Flt-1) и VEGFR-2 (KDR/Flk-1) экспрессируются эндотелиальными клетками, в то время как VEGFR-3 (Flt-4) экспрессируется клетками лимфатического и сосудистого эндотелия. VEGFR-2, как полагают, преимущественно ответственен за ангиогенез и быстрый рост эндотелиальных клеток [19]. VEGF-А влияет на развитие новых кровеносных сосудов (ангиогенез) и выживание незрелых кровеносных сосудов (сосудистую поддержку), связываясь с двумя близкими по строению мембранными тирозинкиназными рецепторами (VEGFR-1 и VEGFR-2) и активируя их [12]. Кроме того, данные последних лет свидетельствуют в пользу того, что VEGF-A является не только главным стимулятором ангиогенеза, но и лимфангиогенным фактором [11, 38, 56]. VEGF-B регулирует деградацию внеклеточного матрикса, клеточную адгезию и миграцию, участвует в ангиогенезе, но ответственен не за рост сосудов, а за их «выживание» [59]. VEGF-C и VEGF-D ответственны, главным образом, за лимфангиогенез [51, 52]. Специфическим рецептором для VEGF-C и VEGF-D является белок VEGFR-3, который у взрослого человека экспрессируется преимущественно в эндотелиальных клетках лимфатических сосудов [2, 17]. Также показана способность VEGF-C и VEGF-D специфически связываться с рецепторным белком VEGFR-2 [49]. PlGF в большом количестве экспрессируется тромбобластами, модулируя развитие сосудистой сети в плаценте [51, 52]. VEGF-E — единственный известный лиганд, активизирующий VEGFR-2, но не VEGFR-1 или VEGFR-3 [47, 50]. Установлено, что VEGFR-2 и VEGFR-3 принимают участие в регуляции как ангиогенеза, так и лимфангиогенеза [49].

Экспрессия VEGF стимулируется множеством проангиогенных факторов, включая эпидермальный ростовой фактор, основной фибробластный ростовой фактор, тромбоцитарный ростовой фактор, интерлейкин 1β и факторами внешней среды, такими как рН, давление и концентрация кислорода. Подобное влияние заключается в опосредованной через VEGF стимуляции важных для ангиогенеза и лимфангиогенеза факторов, включая антиапоптотические белки, молекулы клеточной адгезии и металлопротеиназы [58]. Однако неоспорим тот факт, что продукция VEGF в ответ на стандартные стимулы варьирует между людьми, причем в популяции встречаются стабильные низкопродуцирующие и высокопродуцирующие фенотипы, при неизменной структуре синтезируемого белка.

2. Функциональный полиморфизм генов VEGF и их рецепторов

Несмотря на то, что идентичность генома человека чрезвычайно высока, на уровне последовательностей генов отличия между двумя индивидуумами составляют около 0,1 % [42]. Наиболее частой причиной различий в структуре генов являются точечные мутации — замены единичных нуклеотидов (SNP — single-nucleotide polymorphism). Кроме того, более редко встречаются и другие генетические изменения, например, тандемные повторы участков гена, а также делеции нуклеотидов или небольших фрагментов гена. SNP в экзонах (кодирующих участках генов), приводящие к замене аминокислоты, встречаются достаточно редко, поскольку это может привести к серьезным нарушениям структуры кодируемого белка. ДНК с подобными заменами элиминируется как в процессе репарации ДНК, так и в результате естественного отбора. Большинство выявляемых SNP-замен чаще затрагивают 5¢- либо 3¢-концевые регуляторные участки генов и располагаются в интронах либо в области промотора. Такая вариабельность генома отражается на скорости транскрипции генов, стабильности мРНК и, тем самым, влияет на уровень синтезируемого пептида и степень его биологической активности. Это явление получило название «функционального (ответственного за измененную продукцию) аллельного полиморфизма гена». В последнее время накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что именно SNP, за счет формирования специфических аллелей генов, вносят важный вклад в фенотипические различия между людьми, в том числе в персональные особенности развития защитных реакций, а также предрасположенность к целому ряду заболеваний [1, 32].

2.1 Структурная организация генов VEGF

Ген VEGF-А расположен на хромосоме 6p21.3и содержит восемь экзонов, отделенных семью интронами, и его кодирующий регион охватывает приблизительно 14 т. п. н. Альтернативный сплайсинг транскрипционных вариантов кодирует либо свободные, либо мембраносвязанные изоформы пептида. Кроме того, замена AUG-сайта инициации трансляции рамки считывания на CUG приводит к образованию дополнительных изоформ. Анализ последовательности cДНК клеточных клонов VEGF-А показал, что может существовать четыре молекулярных разновидности цитокина: VEGF-А121, VEGF-А165, VEGF-А189, VEGF-А206, — обусловленные альтернативным сплайсингом. Формы VEGF-А различаются количеством аминокислотных остатков, кодируемых тем или иным экзоном: VEGF-А165 — самая короткая вследствие уменьшения числа аминокислотных остатков, кодируемых 6-м экзоном; VEGF-А121 также укорочена из-за делеции 44 аминокислот, кодируемых 6-м и 7-м экзонами; VEGF-А189, напротив, удлиннена за счет дополнительной вставки 24 аминокислот; а VEGF-А206 — за счет дополнительной вставки 17 аминокислот. Интересно, что нет интронного участка между кодирующей последовательностью дополнительных 24 аминокислот VEGF-А189 и 17 аминокислот VEGF-А206. Анализ промоторного региона гена выявил наличие единственного транскрипционного сайта, начало которого расположено непосредственно около специфичного сайта связывания Sp1. Кроме того, несколько потенциальных специфичных сайтов связывания факторов транскрипции AP-1 и AP-2 присутствуют в промоторном регионе гена VEGFА165, кодирующего преобладающую молекулярную форму. Напротив, ген VEGFА206 — очень редкая форма, идентифицированная только в эмбриональной печеночной cДНК человека [53].

Выявлено два класса высокоаффинных VEGF-А-связывающих сайта на клетках и высказано предположение, что такие сайты необходимы моноцитам при VEGF-зависимом хемотаксисе. Показано, что подобные низкомолекулярные (120–130 кДа) рецепторы существуют на клетках опухоли и связывают VEGF-А165, но не VEGF-А121. Таким образом, определенный тип опухоли и эндотелиальные клетки экспрессируют низкоаффинные белки, которые избирательно связывают кодируемые последовательности [13, 48].

Структурная организация гена VEGFВ подобна описанной ранее для гена VEGFА. Локализованный на хромосоме 11q13 ген состоит из семи кодирующих экзонов, которые охватывают приблизительно 4 т. п. н. ДНК [40]. Полученные в результате альтернативного сплайсинга изоформы VEGF-B167 и VEGF-B186, имеют идентичный NH2-терминальный цистиновый домен, но отличаются по COOH-терминальному домену, что функционально проявляется в их биохимических свойствах, а именно, в способности VEGF-B186 связываться с рецептором для коллапсина — нейропилином 1 и гепарином [33].

Аминокислотная последовательность продуктов генов VEGFC и VEGFD (FIGF), расположенных на хромосомах 4q34.1–q34.3 и 10p22.31, соответственно, на 84 % идентична мышиному белку и высоко гомологична (до 40 %) членам VEGF-семейства человека. Ген FIGF охватывает приблизительно 50 т. п. н. и организован в семь экзонов и шесть интронов. Промоторный регион генов VEGFC и FIGF содержит оптимальный AP-1-связывающий домен и не содержит канонический TATAсайт [41, 45].

VEGF-E, кодируемый геном PDGFC, подобен по структуре семейству VEGF, и несмотря на то, что только на 19–25 % идентичен по аминокислотному составу семейству VEGF-А, связывается с рецептором KDR/Flk-1 (VEGFR-2) с высокой аффинностью, подобно VEGF-А165. Продукт гена может существовать только в виде гомодимера, что объясняется особенностями N-концевого домена[39].

Несмотря на то, что гены VEGFА, VEGFВ, VEGFС и РIGF высоко-гомологичны, однонуклеотидные замены в промоторном регионе генов индивидуальны и оказывают определенное влияние на особенности функционирования белков. Данные по анализу SNP-полиморфизма довольно разрозненны, и причинно-следственная связь носит предположительный характер. Кроме того, описано обилие однонуклеотидных замен в нетранслируемых регионах генов, но не все они функционально значимы, либо информация о них противоречива. Для нескольких полиморфизмов, в частности в позициях -2578C/A (rs699947), -1154G/A (rs1570360), -634G/C (rs2010963)промоторного региона гена VEGFА установлено влияние на экспрессию гена. SNP-полиморфизмгена VEGFА в позициях -2578 и -1154,расположенных в пределах промоторного региона, влияет на синтез VEGF стимулированными периферическими мононуклеарами. Аллели -2578C, -1154G и -634C ассоциированы с высоким уровнем экспрессии VEGF [46]. VEGF -627G влияет на активность транскрипции и увеличивает производство VEGF мононуклеарными клетками периферической крови [55]. Генотип VEGF -634СС связан с более высокой сывороточной концентрацией VEGF у здоровых и с повышенной продукцией VEGF мононуклеарами, стимулированными липополисахаридами, по сравнению с генотипами CG и GG [5, 16]. Аллель VEGF +813 T связан со значительным снижением плазменных уровней VEGF у здоровых мужчин. Было вынесено предположение, что полиморфный участок VEGF +813 находится в пределах сайта связывания фактора транскрипции, активирующего энхансеры (специфическую последовательность нуклеотидов, многократно усиливающую транскрипцию генов). Белок-активатор является фактором транскрипции симметричного элемента пространственной структуры некоторых ДНК-связывающих белков, многие из которых участвуют в регуляции экспрессии генов [44]. Поэтому, аллель VEGF +813T, вероятно, может уменьшать специфичность этого мотива, приводя к уменьшению экспрессии VEGF. Индивидуумы, с T аллелем, возможно, имеют уменьшенный приток моноцитов, что является одной из ключевых патофизиологических особенностей, например, саркоидоза [37]. В 3¢-нетранслируемом регионе гена в положении +936 выявлена полиморфная позиция, влияющая на уровень VEGF в плазме крови. Плазменные уровни VEGF у носителей VEGF +936T снижены [28, 44]. Поиск возможного транскрипционного механизма регулирования гена VEGF, связанного с 3¢-UTR в положении +936, выявил сходство с одной из основных последовательностей потенциального сайта транскрипции папилломавирусного регулятора Е2. Замена C на T в позиции +936 VEGF приводит к потере одного из обязательных участков последовательности для этого фактор транскрипции. Хотя белок регулятора Е2 папилломавируса, как известно, взаимодействует с несколькими транскрипционными коактиваторами и модулирует транскрипцию в человеческих клетках, нет данных относительно его роли в транскрипционном регулировании гена VEGF [15, 31]. В дополнение к транскрипционному регулированию, предложен посттранскрипционный механизм, регулирующий экспрессию VEGF. В отличие от 5¢-UTR последовательности, которая сходна у растительных и животных организмов, включая человека, 3¢-UTR подверглась эволюционной экспансии, что создало возможность транскрипционного регулирования у человека. 3¢-UTR-связывающие белки могут взаимодействовать с 5¢-UTR-связывающими белками, формировать круговую структуру мРНК и регулировать трансляцию мРНК. Белки, которые имеют потенциальный сайт связывания, включающий позицию + 936, могут взаимодействовать с 5¢-UTR-связывающими белками. Вторичная структура мРНК может также влиять на секрецию VEGF, однако при замене C на T в позиции +936 не происходит изменения вторичной структуры [34].

2.2 Структурная организация Flt-1, Flk-1/KDR и Flt-4 рецепторов

Читайте статью целиком
в печатной версии журнала
!

Содержание | Следующая статья | Предыдущая статья

Подпишитесь на журнал "Цитокины и Воспаление" он-лайн!


Начата подписка на 2018 год!

Обновление на книжной полке: компакт-диск Цитокины и воспаление, 2008 год.

© 2002-2017 Цитокины и Воспаление