Η επίδραση της υποξίας στους μηχανισμούς επιβίωσης και απόπτωσης των καρκινικών κυττάρων
Authors: Υφαντής Άγγελος 
Published: July 2023

Ως υποξία ορίζεται η ελάττωση των διαθέσιμων επιπέδων οξυγόνου που παρατηρείται σε κύτταρα ή ιστούς και είναι χαρακτηριστικό πολλών φυσιολογικών (π.χ. μεγάλο υψόμετρο και έντονη μυϊκή άσκηση) και παθολογικών καταστάσεων (π.χ. ισχαιμία, καρκίνος). Ο HIF-1 αποτελεί μεταξύ άλλων, την κύρια πρωτεΐνη, που ρυθμίζει την απόκριση των κυττάρων στην υποξία, κυρίως μέσω της δράσης του ως μεταγραφικός παράγοντας. Επιπλέον, η δράση του έχει συσχετιστεί με προώθηση της επιβίωσης και αναστολή της απόπτωσης σε διάφορους καρκίνους. Ο ΗΙF-1 είναι ετεροδιμερές αποτελούμενος από μία υπομονάδα που εκφράζεται συνεχώς, την HIF-1β ή ARNT, και από την υπομονάδα HIF-1α, η έκφραση της οποίας ρυθμίζεται οξυγονο-εξαρτώμενα μέσω μετα-μεταφραστικής τροποποίησης (υδροξυλίωσης) και αποικοδόμησης. Ωστόσο ο HIF-1α επιδρά σε διάφορες κυτταρικές λειτουργίες και μέσω μηχανισμών ανεξάρτητων από τη μεταγραφική του δράση, αλληλεπιδρώντας με άλλες πρωτεΐνες εκτός του ARNT. Από προηγούμενες δημοσιεύσεις του εργαστηρίου Βιοχημείας, δείχθηκε ότι η υποκυτταρική κατανομή και οι αλληλεπιδράσεις του HIF-1α με άλλες πρωτεΐνες, ρυθμίζονται μέσω φωσφορυλίωσης από τις κινάσες ERK1/2 στα κατάλοιπα Ser641/Ser643. Όταν ο HIF-1α τροποποιείται σε αυτές τις θέσεις, συγκεντρώνεται στο εσωτερικό του πυρήνα, όπου αλληλεπιδρά με την νουκλεοφοσμίνη (NPM1) και ενεργοποιεί τη μεταγραφή των γονιδίων-στόχων του. Η απώλεια της φωσφορυλίωσης στις θέσεις 641 και 643, έχει ως αποτέλεσμα την αλληλεπίδραση του HIF-1α με την εξπορτίνη CRM1 και την εξαγωγή του από τον πυρήνα και στο κυτταρόπλασμα, όπου αλληλεπιδρά με τη μορταλίνη, η οποία διαμεσολαβεί τη στόχευση του στα μιτοχόνδρια και την συγκρότηση ενός συμπλόκου που αναστέλλει την έναρξη της απόπτωσης.Κύριο θέμα της παρούσας διατριβής αποτέλεσε ο χαρακτηρισμός της αλληλεπίδρασης μεταξύ HIF-1α και μορταλίνης. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν, τόσο πειράματα in vitro δέσμευσης, χρησιμοποιώντας ανασυνδυασμένα τμήματα των δύο πρωτεϊνών, όσο και ανοσοκατακρήμνισης, ώστε να χαρτογραφηθούν οι αντίστοιχες θέσεις δέσμευσης μεταξύ τους και να δειχθεί ότι η αλληλεπίδραση είναι άμεση και λειτουργική. Συγκεκριμένα αποδείχθηκε ότι η καρβοξυτελική επικράτεια της μορταλίνης δεσμεύεται άμεσα και εξειδικευμένα με τον μη φωσφορυλιωμένο HIF-1α. Επίσης, δείχθηκε ότι ένα φυσικό παράγωγο, που ονομάζεται εμπελίνη και είναι γνωστός αναστολέας της αλληλεπίδρασης μεταξύ της μορταλίνης και της p53, μπορεί να αναστείλει την αλληλεπίδραση μορταλίνης/HIF-1α και να οδηγήσει σε απομάκρυνση του μη φωσφορυλιωμένου HIF-1α από τα μιτοχόνδρια. Η επαγόμενη από την εμπελίνη, απομάκρυνση του μη φωσφορυλιωμένου HIF-1α από την εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη οδηγεί στη μετακίνηση της προ-αποπτωτικής πρωτεΐνης Bax (B-cell lymphoma 2-associated X protein) στα μιτοχόνδρια, κάτω από συνθήκες στρες. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι σε συνθήκες υποξίας και απενεργοποίησης των ERK1/2, η άμεση και ειδική δέσμευση μεταξύ της μορταλίνης και του HIF-1α, παρεμποδίζει τη στόχευση της Bax στα μιτοχόνδρια και προστατεύει τα κύτταρα από κυτταρικό θάνατο μέσω απόπτωσης.