В ангиогенезе участвует mTORC1-ассоциированный сигнальный путь

Стенки кровеносных сосудов выстланы эндотелиальными клетками. Именно они играют главную роль в ангиогенезе — процессе создания новых сосудов. Однако для активной пролиферации эндотелиальным клеткам необходимо большое количество питательных веществ. Как это фактор регулирует рост кровеносных сосудов, до сих пор остается загадкой.

Исследователи из Института исследований сердца и легких Макса Планка (Бад-Наухейм, Германия), Центра молекулярной медицины Макса дельбрюка и Берлинского института здравоохранения в Шарите с коллегами из других европейских лабораторий подробно исследовали ангиогенез. Они решили выяснить, как питательные вещества контролируют образование сосудов, и обратили свое внимание на два транскрипционных кофактора — YAP и TAZ, чья активность зависит от микроокружения клетки.

Сначала ученые вывели линию мышей, у которых экспрессия экспрессия YAP и TAZ в клетках эндотелия отключается с помощью тамоксифена. После приема тамоксифена у животных нарушались образование новых кровеносных сосудов и пролиферация эндотелиальных клеток. Интересно, что удаление YAP слабее воздействовало на ангиогенез, чем TAZ.

С помощью флуоресцентных меток ученые обнаружили, что TAZ имеет ядерную и цитоплазматическую локализацию. Более того, в пролиферирующих эндотелиальных клетках, концентрация TAZ в ядре была выше, чем в цитоплазме. Они предположили, что транспорт транскрипционного кофактора из цитоплазмы в ядро важен для активации деления эндотелиальных клеток. Чтобы проверить эту гипотезу, они вывели мышей с мутантной формой TAZ, которая находится преимущественно в ядре. Это привело к активной пролиферации эндотелиальных клеток животного.

Затем исследователи выяснили, что TAZ в ядре взаимодействует с трансляционными факторами семейства TEAD. Выведение из строя этих белков приводило к ингибированию пролиферации. Чтобы выяснить, как TAZ и YAP меняют транскрипционный профиль, авторы работы провели дифференциальный анализ экспрессии генов. В клетках с постоянной ядерной локализацией кофакторов TAZ и YAP была повышена экспрессия генов, ассоциированных с анаболизмом и клеточным циклом. Все обнаруженные гены были связаны с сигнальным путем mTORC1.

mTORC1 — это киназный комплекс, запускающий рост и пролиферацию клеток. Оказывается, этот сигнальный путь активируется при избыточной локализации TAZ и YAP в ядре. Как выяснили ученые, эти кофакторы не запускают экспрессию субъединиц mTORC1. Вместо этого они активируют синтез белков-транспортеров питательных веществ, который могут регулировать активность комплекса mTORC1. Также ученые заметили, что зона взаимодействия TAZ и YAP с ДНК обогащена TEAD мотивом (участком связывания транскрипционных факторов).

Чтобы дополнительно подтвердить гипотезу о связи усвоения питательных веществ с mTORC1, исследователи инактивировали передачу сигналов ГТФаз Rag в эндотелиальных клетках. Белки Rag рекрутируют mTORC1 на поверхность лизосом, когда в ней присутствует достаточное количество аминокислот. При инактивации этих белков активность mTORC1 снизилась. Такой же эффект наблюдался даже при постоянном присутствии TAZ и YAP в ядре клетки.

Таким образом, расшифрована связь между пролиферацией эндотелиальных клеток и достаточным количеством питательных веществ. Транскрипционные кофакторы TAZ и YAP, реагируя на микроокружение клетки, транспортируются в ядро и связываются там с факторами TEAD. Комплекс из этих белков активирует транскрипцию целого кластера генов, многие из которых кодируют транспортеры питательных веществ. На повышение количества питательных веществ в лизосомах реагирует киназный комплекс mTORC1 и запускает пролиферацию клеток.