Каспаза 2 обеспечивает уничтожение клеток с избытком центросом

Слишком большое число центросом и хромосом в клетке может привести к развитию рака. Международная группа ученых показала, что присутствие лишних центросом активирует большой белковый комплекс — PIDDосому. Она активирует каспазу 2, а та разрезает белок BID, что приводит к разрушению митохондрий и гибели клетки. Одновременно каспаза 2 активирует p53 и инициирует классический апоптоз. Такой «двойной удар» обеспечивает гибель клеток с лишними центросомами, даже если BID или p53 подавлен или отсутствует.

Центросомы — органеллы клетки, которые вовлечены во многие биологические процессы, такие как организации полюсов деления, миграция клеток и цилиогенез. Недостаток центросом ассоциирован с дефектами нервного развития и неврологическими расстройствами. Избыток центросом связан с мультиполярным митозом, который повышает риск анеуплоидии. Аномалии центросом часто обнаруживаются при раке. На приобретение лишних центросом здоровые клетки реагируют остановкой клеточного цикла, опосредованной p53. Не до конца понятно, является ли p53 единственной защитой от анеуплоидии. Международная группа ученых показала роль каспазы 2 в этом процессе.

Каспазы — это класс эндопептидаз, которые регулируют клеточную гибель и воспаление. Каспаза 2 активируется в составе белкового комплекса — PIDDосомы. Субстратом каспазы 2 является белок BID. До сих пор не до конца ясна роль каспазы 2 в апоптозе. Но было высказано предположение, что она уничтожает анеуплоидные клетки.

Сначала авторы проверили, как различные клетки с функциональным p53 реагируют на ингибиторы митоза или цитокинеза (нокодазол, таксол, дигидрохалазин B, ZM447439 и другие). Нокодазол не вызывал гибели эпителиальных клеток, а вот таксол делал это весьма эффективно во всех протестированных клеточных линиях, как эпителиальных, так и гематопоэтических. Клеточный цикл останавливался в эпителиальных клеточных линиях после воздействия препаратами, нарушающими цитокинез, в то время как гемопоэтические клетки легко уходили в апоптоз.

Мышиные клетки BaF3 погибают при сбое цитокинеза. Исследователи трансдуцировали экспрессирующие Cas9 клетки BaF3 библиотекой гидРНК, после чего обработали их таксолом или таксолом и реверсином. Выжившие через 48 часов клетки очистили, а их гидРНК секвенировали. В результате авторы идентифицировали несколько генов, роль которых в индуцировании апоптоза уже известна, таких как Trp53, Bim/Bcl2l11, Bbc3/Puma, Dffb/Cad, Itpr2, Apaf-1 и Casp9 под действием таксола и Trp53, Bbc3, Bax, Bim, Apaf-1 и Casp-9 под действием таксола и реверсина. Еще авторы выявили гены-регуляторы сигнальной оси центросома-PIDDосома: Cep83/Ccdc41 и Ankrd26, а также компоненты PIDDосомы Pidd1/Lrdd, Raidd/Cradd и Casp2. Если у клеток BaF3 нет компонентов PIDDосомы или BAX/BAK, то таксол и реверсин или один таксол не вызывают в них апоптоз.

Авторы предположили, что каспаза 2 активируется в PIDDосоме, чтобы вызвать активацию BAX/BAK в гематопоэтических клетках со сбоем цитокинеза. Чтобы проверить это предположение и установить порядок событий, они сравнили человеческие клетки Nalm6 без каспаз 8 или 9, 3 и 7 и без каспазы 2 при обработке ZM447439. Потеря каспазы 2 защищала клетки от гибели, как и каспазы 9 или комбинации каспаз 3 и 7. Потеря каспазы 8 такого эффекта не имела. Дальнейшие исследования подтвердили, что именно каспаза 2 играет ключевую роль.

Селективный ингибитор каспазы 2 (LJ2a) и ингибитор всех каспаз (Q-VD-OPh) предотвращали клеточную гибель под действием ZM447439, но LJ2a не защищал клетки от Nutlin3 — негенотоксичного активатора p53. Неожиданно, потеря p53 не защищала клетки от ZM447439. Авторы предположили, что каспаза 2 компенсирует отсутствие p53 и наоборот. Дальнейшие эксперименты подтвердили, что изначально каспаза 2 разрезает BID с образованием tBID, который разрушает митохондрии и индуцирует клеточную гибель. Одновременно активируется p53 и запускается традиционный сценарий апоптоза.

Авторы высказали предположение и показали на опыте, что для формирования PIDDосомы и активации каспазы 2 в клетках со сбоем цитокинеза нужны дополнительные центросомы. Также они продемонстрировали, что резистентные к апоптозу клетки RPE1 и A549 можно сделать более чувствительными к клеточной гибели, опосредованной каспазой 2. Для этого исследователи оверэкспрессировали BID в этих клетках. Под действием ZM447439 такие клетки чаще погибали.

Таким образом, была показана важная роль PIDDосомы, которая может заставить клетку остановить клеточный цикл через p53, выпустить вторичные мессенджеры, чтобы предупредить иммунную систему о риске возникновения анеуплоидии, а в экстремальных случаях запустить апоптоз через BID.

Дополнительная Y-хромосома повышает риск расстройств аутистического спектра у людей с анеуплоидией