Нуклеофозмин

Нуклеофозмин (ядрышковый фосфопротеин B23, нуматрин)
Нуклеофозмин (ядрышковый фосфопротеин B23, нуматрин)
	Структура из PDB
Доступные структуры
PDB	Поиск ортологов: PDBe, RCSB
	Список идентификаторов PDB 2LLH, 2P1B, 2VXD
Идентификаторы
Символ	NPM1 ; B23; NPM
Внешние ID	OMIM: 164040 MGI: 3647121 HomoloGene: 81697 ChEMBL: 5178 GeneCards: Ген NPM1
Функция	• коактиватор транскрипции; • связывание с РНК; • ингибитор протеинкиназ; • связывание с белками; • связывание с проеинкиназами; • связывание с белком Tat; • связывание с гистонами; • гомодимеризация белков; • связывание с большой рибосомной субъединицей; • связывание с малой рибосомной субъединицей; • связывание с поли(А)-РНК; • гетеродимеризация белков; • связывание с NF-κB; • связывание с неуложенными белками;
Компонент клетки	• ядро; • нуклеоплазма; • ядрышко; • цитоплазма; • центросома; • цитозоль; • фокальная адгезия; • мембрана; • рибонуклеопротеиновый комплекс; • центросома в полюсе веретена деления;
Биологический процесс	• репарация ДНК; • сборка нуклеосом; • внутриклеточный транспорт белков; • ядерноцитоплазматический транспорт; • ответ на стресс; • цикл центросом; • передача сигнала; • клеточное старение; • локализация белков; • отрицательная регуляция пролиферации клеток; • отрицательная регуляция удвоения центросом; • вирусные жизненные циклы; • регуляция эндодезоксирибонуклеазной активности; • сборка CENP-A-содержащих нуклеосом; • сборка рибосом; • отрицательная регуляция апоптоза; • отрицательная регуляция активности протеинкиназ через регуляцию фосфорилирования белков; • положительная регуляция трансляции; • регуляция репликации центриолей; • положительная регуляция активности NF-κB; • олигомеризация белков; • регуляция эндорибонуклеазной активности; • регуляция фосфорилирования eIF2-α; • отрицательная регуляция активности циклин-зависимых протеинкиназ;
	Источники: Amigo / QuickGO
Профиль экспрессии РНК
	Больше информации
Ортологи

Локус: 5q35.1

Нуклеофозми́н (

мутации, затрагивающие его ген, приводят к развитию острого миелоидного лейкоза^[1]^[2]

.

Нуклеофозмин был впервые описан вместе с нуклеолином (С23) Busch и коллегами в 1973 году^[3].

Структура

Ген и изоформы

У человека ген NPM1 располагается на 5-й хромосоме в

С-концевом домене^[1]

.

Доменная организация

Нуклеофозмин относится к

гистонами. Показано, что для сборки пентамеров дисульфидные связи, образуемые остатками цистеина, не играют существенной роли^[1]. В 2014 году было также показано, что N-концевой домен олигомеризации проявляет структурный полиморфизм при переходе между разными конформационными состояниями NPM1: от высокоупорядоченного пентамера до неупорядоченного мономера. Равновесие между мономерной и пентамерной формами NPM1 регулируется его фосфорилированием и связыванием с другими белками. Так, фосфорилирование смещает равновесие в сторону мономеров^[5]

.

NPM1 содержит участки, необходимые для олигомеризации, шаперонной активности, связывания с нуклеиновыми кислотами, а также ядерной локализации. Функционированию NPM1 как шаперона вполне соответствует чрезвычайная термическая и химическая стабильность его N-концевого домена

АТР, переносе гистонов, обладает рибонуклеазной активностью и содержит сигнал ядрышковой локализации (NoLS)^[1]. Кроме того, С-концевой домен нуклеофозмина способен специфично распознавать G-квадруплексы в ДНК^[7]^[8]

.

В 2015 году было показано, что

амилоидоподобные агрегаты с фибриллярной β-слоистой структурой при физиологических условиях^[9]

.

На рисунке ниже представлена схема строения NPM1.

		Олигомеризация					Основный участок
	Met		A1	A2	NLS	A3	HeD/DBD	NoLS
1 −									− 294

Посттрансляционные модификации

Нуклеофозмин подвергается таким

фермент USP36^[англ.], стабилизируя NPM1, в то время как отсутствие USP36 приводит к дефектам в биогенезе рибосом. Интересно, что NPM1 может сам доставлять USP36 в ядрышко путём непосредственного связывания^[1]. Ацетилирование NPM1 посредством p300^[англ.] оказывает двойной эффект: оно стимулирует перемещение NPM1 из ядрышка в нуклеоплазму и, помимо этого, необходимо для стимуляции РНК-полимераза II-зависимой транскрипции посредством NPM1. При ВИЧ-инфекции, вызванной ВИЧ-1, уровень ацетилирования NPM1 повышается^[11]

.

Внутриклеточная локализация

NPM1 курсирует между ядром и цитоплазмой и содержит сигналы как ядерного импорта (NLS), так и

вирусными и ядрышковыми белками Rev, Rex, Tat^[англ.] и p120^[англ.] и способствовать их локализации в ядрышке. В ядре NPM1 располагается в основном в ядрышке, хотя некоторое его количество присутствует в нуклеоплазме. В ходе митоза он обнаруживается в остатках ядрышка в перихромосомном слое и в области митотического веретена. В ядрышке NPM1 находится в основном в гранулярном компоненте, где созревают прерибосомные частицы, а также на границе плотного фибриллярного компонента^[10]

.

Последовательности и молекулярные механизмы, обеспечивающие ядрышковую локализацию NPM1, не вполне ясны, однако известен ряд ключевых моментов. Так, мутации, разрушающие структуру мономеров и олигомеров, заметно снижают накопление этого белка в ядрышке. Кроме того, показано, что для ядрышковой локализации NPM1 совершенно необходимы два остатка триптофана W288 и W290, которые, предположительно, обеспечивают правильную вторичную структуру для связывания с нуклеиновыми кислотами и тем самым облегчают связывание. Показано, что для ядрышковой локализации и стабильности NPM1 необходимы также два остатка лизина K263 и K267. NMP1 определённо содержит сигнал ядерной локализации, однако имеются разногласия относительно того, какой именно мотив в центральном участке выполняет эту роль. Изоформа NPM1.2 обнаруживается в клетках в небольших количествах, причём в цитоплазме и нуклеоплазме, что свидетельствует в пользу необходимости С-конца для ядрышковой локализации^[1]. В настоящее время считается, что механической основой удержания нуклеофозмина в ядрышке является сильное связывание его С-конца с G-квадруплексами в области рДНК^[12].

Рассматриваются несколько возможных кандидатов на роль сигнала ядерного экспорта, который у NPM1 располагается в домене олигомеризации. Первый из них — последовательность 42-L SLR T VSL-49, где мутации в положениях L42A и L44A блокируют ядерный экспорт NPM1. Второй мотив — 94-ITPPVVLRL-102, где мутация L102A блокирует не только ядерный экспорт, но и вообще перемещение NPM1 между ядром и цитоплазмой^[1].

Большое влияние на внутриклеточную локализацию NPM1 оказывает малая GTPаза Rac1. В клетках, экспрессирующих активную Rac1, NPM1 перемещается из ядра в цитоплазму. Впрочем, NPM1 способен отрицательно регулировать Rac1^[13].

Действие на клеточном уровне

Нуклеофозмин имеет множество разнообразных клеточных функций, которые подробно освещены ниже.

Шаперон гистонов и рибосом

NPM1 обладает признаком белковых шаперонов: он связывается с

рРНК и функционирует как эндорибонуклеаза, обеспечивающая созревание транскрипта рРНК. NPM1, кроме того, участвует в осуществлении контроля качества созревающих рРНК^[10]. Нокдаун NPM1 при помощи малых интерферирующих РНК нарушает процессинг пре-РНК (в частности, в 28S рРНК), а блокирование его перемещения между ядром и цитоплазмой подавляет экспорт рибосомных субъединиц, что приводит к снижению скорости роста клеток. NPM1 может непосредственно взаимодействовать с рядом рибосомных белков, в частности, RPL5, RPS9^[англ.] и RPL23^[англ.]. NPM1 образует комплекс с другим белком своего семейства, NPM3, причём NPM3 негативно регулирует активность NPM1 при биогенезе рибосом. Интересно, что варианты NPM1, лишённые домена связывания с нуклеиновыми кислотами, также подавляют биогенез рибосом подобно NPM3. Таким образом, NPM1 способствует росту и пролиферации клеток, участвуя в нескольких стадиях биогенеза рибосом^[1]

.

В условиях in vitro NPM1 может собирать

нуклеосомы и деконденсировать ДНК сперматозоидов. Есть подтверждения функционирования NPM1 в ядрышке в качестве шаперона гистонов. Любопытно, что in vitro NPM3 подавляет способность NPM1 к сборке нуклеосом^[1]

.

Ядрышковый супрессор опухолей p14ARF^[англ.] (далее ARF) является одним из важнейших белков, с которыми связывается NPM1. Повышение количества ARF в клетке препятствует перемещению NPM1 между ядром и цитоплазмой, способствует его деградации и замедляет созревание 28S рРНК. В нормальных условиях NPM1 способствует ядрышковой локализации и стабильности ARF^[1].

Репликация, транскрипция и репарация ДНК

NPM1 задействован в процессах репликации, транскрипции, рекомбинации и репарации ДНК. Он может участвовать в ремоделировании хроматина, воздействуя на сборку нуклеосом или регулируя модификации гистонов посредством привлечения соответствующих ферментов^[1].

NPM1 связывается с

аденовируса^[1]

.

NPM1 непосредственно участвует в регуляции транскрипции ДНК на нескольких уровнях. Во-первых, он связывается с

транскрипционными факторами. Например, было показано, что NPM1 участвует в транскрипционном ответе на ретиноевую кислоту в миелоидных клетках. В ходе дифференцировки, запущенной ретиноевой кислотой, NPM1 образует комплекс с активирующим транскрипционным фактором 2α и функционирует как корепрессор, привлекая деацетилазы гистонов. В-пятых, NPM1 участвует в регуляции транскрипции генов РНК-полимеразой I^[англ.] в ядрышке, и активирует транскрипционный фактор TAF(I)48, контролирующий транскрипцию генов рРНК. Активность РНК-полимеразы I жёстко регулируется несколькими супрессорами опухолей (p53) и онкогенами (c-Myc). Поскольку и c-Myc, и NPM1 связываются с ядрышковым хроматином в области рДНК и могут активировать транскрипцию, опосредованную РНК-полимеразой I, вполне может быть, что сверхэкспрессия NPM1 усиливает синтез рРНК, запущенный c-Myc (подобно тому, как эти два белка активируют транскрипцию с промоторов, с которыми работает РНК-полимераза II). Это явление имеет важное значение в контексте регуляции клеточного роста и злокачественной трансформации. Для связывания NPM1 с ядрышковым хроматином необходимы РНК-связывающая способность NPM1 и ядрышковый транскрипционный фактор UBTF. Более того, NPM1 способствует ядрышковой локализации терминирующего фактора РНК-полимеразы I TTF-1^[англ.]. Таким образом, NPM1 играет важную роль в транскрипции, опосредованной РНК-полимеразами I и II^[1]

.

Показано, что фосфорилированный NPM1 привлекается к участкам ДНК, повреждённым излучением. Подавление транскрипции рДНК и процессинга рРНК в отсутствие повреждений ДНК вызывает быстрое перемещение ядрышкового белка NPM1 в нуклеоплазму. Отмечалось, что уровни

мРНК и белка NPM1 (а также его способность к связыванию РНК) значительно повышались при повреждениях ДНК, вызванных УФ-излучением. Усиленная экспрессия NPM1 делает клетки более устойчивыми к УФ-индуцированной гибели. По-видимому, NPM1 функционирует как гистоновый шаперон во время или после репарации двуцепочечных разрывов в ДНК^[1]. Кроме того, NPM1 регулирует стабильность, активность и накопление в ядрышке белков, осуществляющих эксцизионную репарацию оснований^[14]

.

Сумоилирование

Сумоилирование — это посттрансляционная модификация, которая заключается в ковалентном присоединении небольших белков SUMO^[англ.] к другим белкам, что изменяет их работу в разнообразных клеточных процессах, в том числе апоптозе, внутриклеточном транспорте^[англ.], регуляции транскрипции, стабильности белков и репарации ДНК. «Метка» SUMO удаляется с белка под действием SUMO-деконъюгирующей протеазы (SENP). SENP3 и SENP5 локализуются в ядрышке и связываются с NPM1, поэтому NPM1 может принимать участие в регуляции сумоилирования. Нокдаун NPM1 и нокдаун ядрышковых белков SENP приводит к схожим дефектам в биогенезе рибосом^[1].

Митоз

У

Crm1 приводит к увеличению содержания циклина Е в центросоме, диссоциации NPM1 и началу дупликации центросомы. Показано также, что NPM1 связывается с митотическими центросомами и, по-видимому, через взаимодействие с комплексом Ran^[англ.]/Crm1 подавляет их повторное удвоение. После фосфорилирования cdk2 NPM1 покидает митотические центросомы^[10]

.

Показано, что NPM1 связывается с центромерным белком CENPA^[англ.], который замещает гистон Н3 в области центромер. Поэтому NPM1 может играть роль в поддержании стабильности центромер. В быстрорастущих клетках HeLa недостаток NPM1 приводил к остановке митоза из-за непрохождения контрольной точки^[англ.] веретена деления и активации p53. В этих клетках наблюдались нарушения формирования митотического веретена и удвоения центросом^[1].

Апоптоз

NPM1 способствует выживанию клетки, будучи связанным с сигнальными путями PI3K/Akt и MAPK/ERK. Количество NPM1 снижается при апоптозе и дифференцировке клеток. Он взаимодействует со многими важными регуляторами апоптоза — белками Bax^[англ.], PARP1^[англ.] и PARP2^[англ.], GAGE и фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфатом^[англ.] (PI(3,4,5)P3)^[1]. После облучения ультрафиолетом NPM1 кратковременно взаимодействует с белком Mdm2^[англ.], в результате чего последний теряет способность убиквитинировать p53 и предотвращать апоптоз^[15]. NPM1 может взаимодействовать с CAD^[англ.] — активируемой каспазами ДНКазой, которая вносит двуцепочечные разрывы в ДНК и приводит к её фрагментации^[англ.] в ходе апоптоза — в отсутствие ингибитора этого белка, ICAD, и, таким образом, предотвращает фрагментацию ДНК. Однако антиапоптотическое действие NPM1 зависит от связывания с PI(3,4,5)P3 и АТР: в отсутствие связывания с этими соединениями при апоптозе NPM1 перемещается в нуклеоплазму, где становится нестабильными и впоследствии может быть расщеплён каспазой 3 и разрушен в протеасоме^[10].

В 2015 году было установлено, что NPM1 (а также PARP1) может взаимодействовать с длинной некодирующей РНК Lnc_bc060912, причём через взаимодействие с этими белками Lnc_bc060912 подавляет апоптоз^[16].

Другие функции

Показано, что NPM1 может играть роль в регуляции стабильности и сплайсинга мРНК. Он может выступать в роли ядерного рецептора^[англ.] PIP3, и комплекс PIP3-NPM1 опосредует антиапоптотическое действие неврального фактора роста (NGF), подавляя ДНКазу, активированную каспазами. Список белков, с которыми взаимодействует NPM1, и соответствующих функций приводится в таблице ниже^[1].

Белки, взаимодействующие с нуклеофозмином (NPM1)^[1]
Процессы и структуры	Белки
Репликация, транскрипция, репарация ДНК	MYC; APE1/Ref-1; NFKB1; AR; MIZ1^[англ.]; AP2α; HEXIM1; YY1; CBF-A; IRF1; MNDA^[англ.]; GCN5; гистоны; C/EBPα^[англ.]; Tpt1^[англ.]; DOT1L^[англ.]
Контроль клеточного цикла	p53; ARF; MDM2; pRB; p21; GADD45A^[англ.]
Биогенез рибосом	EBP1; SENP3 и SENP5; RPL5; RPS9; RPL23; нуклеолин; p120; NPM3; USP36; нуклеостемин^[англ.]; PES1^[англ.]; TTF1; FRGY2a/YB1; NSUN2^[англ.]
Репликация вирусов	Rex (Т-лимфотропный вирус человека); Rev и Tat (ВИЧ); антигены вируса гепатита дельта; коровый белок^[англ.] вируса гепатита В; p14 (вирус опухоли млечных желёз у мышей^[англ.]); коровые белки вируса гепатита С; коровый белок вируса японского энцефалита; основный коровый белок аденовируса; матриксный белок вируса болезни Ньюкасла^[17]; ядерный антиген вируса Эпштейна — Барр^[18]
Апоптоз	Bax; PARP-1 и PARP-2; PIP3; GAGE
Стабильность и сплайсинг мРНК	hnRNPU^[англ.]; hnRNPA1^[англ.]; NSP 5a3a
Модификации, синтез и разрушение белков	PKR^[англ.]; BRCA1-BARD1^[англ.]; AKT; Fbw7γ; HLJ1
Веретено деления, цитоскелет и центромеры	CRM1; RPGR и RPGRIP1^[англ.]; Eg5; Plk2^[англ.]; CTCF^[англ.]

Физиологические функции

фибробласты, лишённые и p53, и Npm1, жизнеспособны и способны к пролиферации в условиях in vitro, следовательно, NPM1 не является белком, строго необходимым для роста и пролиферации клеток. Интересно, что зародыши мышей Npm1^−/− погибают позднее, чем зародыши с утратой функций рибосомных белков, что свидетельствует о важной, но не необходимой роли NPM1 в образовании рибосом^[1]

.

В рамках иммунной системы NPM1 может выступать в роли молекулярных паттернов, связанных с повреждениями (англ. damage-associated molecular pattern, DAMP), или аларминов. Показана роль NPM1 в поддержании жизнеспособности невральных^[англ.] и гематопоэтических стволовых клеток^[1]. NPM1 имеет важное значение для функционирования и жизнеспособности зрелых неделящихся нейронов. Впрочем, несмотря на обильную экспрессию NPM1 в мозге, о его конкретных функциях в неделящихся нейронах известно мало^[10].

Клиническое значение

NPM1 играет важное значение в развитии злокачественных опухолей разных типов, причём он может как стимулировать, так и подавлять рост опухоли. Сверхэкспрессия NPM1 усиливает рост и

рак простаты^[19]. Важную роль в развитии опухоли может играть способность NPM1 к подавлению апоптоза и стимуляции репарации ДНК^[1]

.

Инактивация гена NPM1 в результате

киназа ALK^[англ.], рецептор ретиноевой кислоты α^[англ.] (RARα) и MLF1^[англ.] при ALCL, AML и MDS соответственно^[1]. При AML мутантная форма NPM1, обозначаемая NPMc+, содержит мутацию в экзоне 12, что приводит к замене остатка триптофана 288 на цистеин. В итоге NPMc+ теряет способность к ядрышковой локализации и перемещениям между ядром и цитоплазмой^[10]

.

В клетках крови NPM1 выступает как гаплонедостаточный^[англ.] опухолевый супрессор. Это означает, что утрата одной из аллелей NPM1 делает клетки на один шаг ближе к злокачественному перерождению; однако не показано, чтобы NPM1 подавлял гены, активирующие клеточный цикл, индуцировал апоптоз или задержку клеточного цикла при повреждениях ДНК, поэтому его нельзя назвать классическим супрессором опухолей. Скорее его можно назвать зависящим от окружения опухолевым супрессором, то есть ключевое значение в его работе имеют уровень экспрессии, локализация и другие нижестоящие белки, регулирующие клеточный цикл^[1].

Как отмечалось выше, NPM1 чрезвычайно важен для нормального функционирования зрелых нейронов, поэтому он может быть задействован в развитии нейродегенеративных заболеваний^[10].

Показана связь между утратой волос у человека и уровнем экспрессии нуклеофозмина^[20].

Нуклеофозмин может участвовать в развитии некоторых

вирусной инфекции и накапливается в ядре, в частности, в ядрышке. Нокдаун B23 приводил к снижению цитопатических эффектов вируса и угнетению его репликации, поэтому нуклеофозмин способствует репликации вируса и доставляет белок капсида в ядро^[21]

.