SMAD4

**SMAD4** ili **član 4 porodice SMAD**, **reaktori majke protiv dekapentaplegijskog homologa 4** ili **DPC4 (deletirani-4 u raku gušterače)** je visoko konzervirani protein, u svim metazoama. Pripada porodici SMAD proteinskih faktora transkripcije, koji deluju kao posrednici u transmisiji TGF-β signala. Porodica citokina TGFβ regulira kritične procese tokom životnog ciklusa metazoa, sa važnim ulogama tokom razvoja embrion a, homeostaza tkiva, regeneracije i imunske regulacije .

Dužina polipeptidnog lanca je  552  aminokiseline, sa molekulskom težinom od 60.439..

SMAD 4 pripada grupi ko-SMAD (*koposrednik* SMAD), drugoj klasi SMAD porodice. SMAD4 je jedini poznati ko-SMAD u većini metazoa. Također pripada i  proteina porodice Darwin,  koji moduliraju članove superporodice porodica TGFβ, porodice proteina od kojih svi imaju ulogu u regulaciji ćelijskih odgovora. SMAD4 sisara je homolog proteina  rakcije majke protiv dekapentaplegika kod *Drosophila*, zvanih Medeja.

SMAD4 stupa u interakciju s R-Smad-ima, kao što su SMAD2, SMAD3, SMAD1, SMAD5 i SMAD8 (također zvani SMAD9), da bi formirao heterotrimerne komplekse. U jedru, kompleks SMAD4 i dva R-SMADS vežu se za DNK i reguliraju ekspresiju različitih gena, ovisno o ćelijskom kontekstu.

*. Gen * SMAD 4 '' nalazi se na dugom kraku hromosoma, u lokusu q21.1. Ovo mjesto odgovara crnoj prugi između regija q12.3 i q21.2.]]

## Protein 
SMAD4 je 552-aminokiselinski polipeptid molekulske težine 60.439 Da. SMAD4 ima dva funkcionalna domena poznat kao MH1 i MH2.

Kompleks dva SMAD3 (ili dva SMAD2) i jedan SMAD4,  direktno se veže za DNK  interakcijom njihovih MH1 domena. Ovi kompleksi se upućuju na odgovarajuća  mjesta u genomu pomoću transkripcijskih faktora, koji definiraju ćelijskuu lozu (LDTF)  određujući kontekst-zavisnu prirodu djelovanja TGF-β. Rani uvidi u specifičnost vezanja DNK za Smad-proteine proizašli su iz pregleda za vezanje oligonukleotida, koji su identificirali palindromski dupleks 5'-GTCTAGAC-3',  kao vezujuću sekvencu visokog afiniteta za SMAD3 i SMAD4 MH1 domene. Ostali motivi su također identificirani u promotorima i pojačivačima. Ova dodatna mjesta  sadrže motiv CAGCC i konsenzusne sekvence GGC (GC) | (CG), potonje poznate i kao 5GC mjesta. Motivi 5GC su visoko predstavljeni kao klasteri lokacija, u SMAD-vezanim regijama širom genoma. Ovi klasteri mogu sadržavati i CAG (AC) | (CC) mjesta. Kompleks SMAD3 / SMAD4 također se veže za elemente promotorskih gena koji reagiraju na TPA i imaju motivske sekvence TGAGTCAG.

## Strukture 
### Aminokiselinska sekvenca

1020304050
MDNMSITNTPTSNDACLSIVHSLMCHRQGGESETFAKRAIESLVKKLKEK
KDELDSLITAITTNGAHPSKCVTIQRTLDGRLQVAGRKGFPHVIYARLWR
WPDLHKNELKHVKYCQYAFDLKCDSVCVNPYHYERVVSPGIDLSGLTLQS
NAPSSMMVKDEYVHDFEGQPSLSTEGHSIQTIQHPPSNRASTETYSTPAL
LAPSESNATSTANFPNIPVASTSQPASILGGSHSEGLLQIASGPQPGQQQ
NGFTGQPATYHHNSTTTWTGSRTAPYTPNLPHHQNGHLQHHPPMPPHPGH
YWPVHNELAFQPPISNHPAPEYWCSIAYFEMDVQVGETFKVPSSCPIVTV
DGYVDPSGGDRFCLGQLSNVHRTEAIERARLHIGKGVQLECKGEGDVWVR
CLSDHAVFVQSYYLDREAGRAPGDAVHKIYPSAYIKVFDLRQCHRQMQQQ
AATAQAAAAAQAAAVAGNIPGPGSVGGIAPAISLSAAAGIGVDDLRRLCI
LRMSFVKGWGPDYPRQSIKETPCWIEIHLHRALQLLDEVLHTMPIADPQP
LD

:Simboli

**C**:  Cistein 
**D**: Asparaginska kiselina 
**E**: Glutaminska kiselina 
**F**:  Fenilalanin 
**G**:  Glicin 
**H**:  Histidin 
**I**:  Izoleucin 
**K**: Lizin 
**L**: Leucin 
**M**:  Metionin 
**N**:  Asparagin 
**P**:  Prolin 
**Q**:  Glutamin 
**R**:  Arginin 
**S**:  Serin 
**T**:  Treonin 
**V**:  Valin 
**W**:  Triptofan 
**Y**:  Tirozin

### Kompleksi domena MH1 sa motivima DNK 
Prva struktura SMAD4 vezana za DNK bio je kompleks s palindromskim motivom GTCTAGAC.. Nedavno su određene i strukture SMAD4 MH1 domena, vezane za nekoliko 5GC motiva. U svim kompleksima, interakcija s DNK uključuje kunzerviranu β-ukosnicu  MH1 domena. Ukosnica je djelimično fleksibilna u rastvoru, pa sa visokim stupanjem konformacijske fleksibilnosti omogućava prepoznavanje različitih sekvenci od 5 bp. Do efikasne interakcije sa GC-mjestima dolazi samo ako se G-nukleotid nalazi duboko u glavnom skupu i uspostavlja vodikove veze sa guaninskom grupom Arg81. Ova interakcija olakšava komplementarni površinski kontakt između ukosnice koja veže Smad DNK i glavne račve DNK. Druge direktne interakcije uključuju Lys88 i Gln83. Kristalna struktura rendgenskih zraka SMAD4 MH1 domena kod *Trichoplax adhaerens* , vezanih za motiv GGCGC, ukazuje na visoku konzerviranost ove interakcije u metazoama.

## Nomenklatura i porijeklo imena 
SMAD-ovi su visoko konzervirani po vrstama, posebno na N-terminalu MH1-domena i C-terminalu MH2-domena. 
SMAD-ovi proteini su homolozi i proteina MADkod  *Drosophila*  i protein SMA *Caenorhabditis elegans*. Ime je kombinacija oboje. Tokom istraživanja *Drosophila* utvrđeno je da mutacija gena *MAD* kod reakcije majke potiskuje  gen dekapentaplegije  u embrionu. Dodana je fraza "majke protiv", jer majke često formiraju strukture koje se protive raznim pitanjima, npr. majke protiv vožnje u pijanom stanju (MADD), što odražava "poboljšanje majčinog učinka dpp"  i zasnovano na tradiciji neobičnog imenovanja unutar istraživačke zajednice. SMAD4 je poznat i kao DPC4, JIP ili MADH4.

## Funkcija i mehanizam djelovanja 
SMAD4 je protein definiran kao bitni efektor u SMAD putu. SMAD4 služi kao posrednik između ivanćelijskih faktora rasta iz porodice TGFβ i gena unutar ćelijsog jedra. Skraćenica *ko* u ko-SMAD znači *zajednički posrednik* (koposrednik) . SMAD4 je također definiran kao pretvarač signala.

U TGF-β putu, TGF-β dimere prepoznaje transmembranski receptor, poznat kao receptor tipa II. Kada se receptor tipa II aktivira vezanjem TGF-β,  fosforilira receptor tipa I. Receptor tipa I je također receptor na površini ćelije. Ovaj receptor zatim fosforilira SMAD-ove (R-SMAD), reguliran unutarćelijskim receptorima kao što su SMAD2 ili SMAD3. Fosforilirani R-SMAD-ovi se zatim vežu za SMAD4. Asocijacija R-SMAD-SMAD4 je heteromerni kompleks. Ovaj će se kompleks premjestiti iz citoplazme u jedro: to je translokacija. Sa R-SMAD-ovima,  SMAD4 može stvarati heterotrimerne, heteroheksamerne ili heterodimerne komplekse.

SMAD4 je supstrat Erk/MAPK-kinaze. and GSK3. Stimulacija puta FGF (faktor rasta fibroblasta) dovodi do fosforilacije  SMAD4,  pomoću Erk kanonskog MAPK-mjesta, smeštenog na treonin 277. Ova fosforilacija ima dvostruki učinak na aktivnost SMAD4. Prvo, omogućava da dostigne svoj vrhunac transkripcijske aktivnosti, aktiviranjem faktorom rasta reguliranog domena za aktivaciju transkripcije koja se nalazi u regiji SMAD4 linkera, SAD (**S**mad-**A**ctivation **D**omain)). Drugo, MAPK primari SMAD4-a za GSK3 posredovane fosforilacije koje uzrokuju inhibiciju transkripcije, a takođe generiraju fosfodegron koji se koristi kao mjesto pristajanja ubikvitinskih E3-ligaza beta-transducin ponavljajućih sadržaja (beta-TrCP), koji poliubikvitinira SMAD4 i  razgrađuje ga u proteasomu. Predložena je fosforilacija SMAD4 GSK3 za regulaciju stabilnosti proteina, tokom napredovanja gušteračinog  raka i karcinoma debelog crijeva.

U jedru, heteromerni kompleks veže promotore i stupa u interakciju s transkripcijskim aktivatorima. Kompleksi SMAD3/SMAD4 mogu direktno vezati SBE. Ove asocijacije su slabe i trebaju dodatne faktore transkripcije, kao što su članovi porodice AP-1, TFE3 i FoxG1,  za regulaciju ekspresije gena.

Mnogi ligandi TGFβ-a koriste ovaj put, a zatim je SMAD4 uključen u mnoge ćelijske funkcije kao što su diferencijacija, apoptoza, gastrulacija, embriogeneza i ćelijski ciklus.

## Klinički značaj 
Genetički eksperimenti poput nokaut-gena (KO), koji se sastoje u modificiranju ili inaktivaciji gena, mogu se izvesti kako bi se vidjeli efekti disfunkcionalnog SMAD4 na ispitivani organizam. Eksperimenti se često izvode na kućnom mišu (*Mus musculus*).

Pokazano je da u mišjem KO * SMAD4 *, zrnaste ćelije, koje luče hormone i faktore rasta tokom razvoja oocita, podvrgavaju se prijevremenoj luteinizaciji i izražavaju niže nivoe receptora za stimuliranje folikula (FSHR) i viši nivoi receptora luteinizirajućeg hormona (LHR). To je dijelom moguće zbog oštećenja efekata morfogenetskog proteina kostiju-7, jer BMP-7 koristi signalni put SMAD4.

Delecije u genima koji kodiraju SMAD1 i SMAD5 također su povezane sa metastaznim tumorima granulastih  ćelija kod miševa.

SMAD4 je često mutiran kod mnogih karcinoma. Mutacija se može naslijediti ili steći tokom životnog vijeka. Ako se naslijedi, utiče i na somatske ćelije i na ćelije reproduktivnih organa. Ako se mutacija *SMAD 4* stekne (*de novo*), postojat će samo u određenim somatskim ćelijama. Zapravo, SMAD 4 ne sintetiziraju sve ćelije. Protein je prisutan u ćelijama  organa kao što su koža, gušterača, debelo crijevo, maternica i u epitelu. Takođe ga proizvode i fibroblasti.

Funkcionalni SMAD 4 sudjeluje u regulaciji puta transdukcije TGF-β signala, koji negativno regulira rast epitelnih ćelija i vanćelijski matriks (ECM). Kada se promijeni struktura SMAD 4, ekspresija gena uključenih u rast ćelija više nije regulirana i ćelijskaa proliferacija može trajati bez ikakve inhibicije. Veliki broj ćelijskih dioba dovodi do stvaranja tumora, a zatim do multiploidnih kolorektumskih karcinoma i karcinom pankreasa. Nalazi se inaktiviran u najmanje 50% karcinoma gušterače.

Pokazalo se da somatske mutacije pronađene u humano
ljudskom karcinomu domene MH1 SMAD 4 inhibiraju funkciju vezivanja DNK ovog domena.

Pronađen je i mutirani SMAD 4 kod osoba sa autosomno dominantnom bolešću sindrom juvenilne polipoze (JPS). JPS karakteriziraju hamartomatozni polipi u gastrointestinalnom traktu (GI). Ti polipi obično su benigni, ali su u većem riziku od razvoja gastrointestinalnog karcinoma, posebno karcinoma debelog crijeva.
Utvrđeno je oko 60 mutacija koje uzrokuju JPS. Povezani su s proizvodnjom manjeg SMAD 4, s nedostajućim domenima koji sprečavaju protein da se veže za R-SMADS i stvara heteromerne komplekse.

Mutacije u * SMAD4 * (uglavnom supstitucije) mogu izazvati Myhreov sindrom, rijetki nasljedni poremećaj koji karakteriziraju mentalne smetnje, nizak rast, neobične crte lica i razne abnormalnosti kostiju.

## Reference
## Dopunska literatura 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 

## Vanjski linkovi 
* GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Hereditary Hemorrhagic Telangiectasia
* GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Juvenile Polyposis Syndrome
* SMAD4 gene variant database

Kategorija:Razvojni geni i proteini
Kategorija:MH1 domen
Kategorija:MH2 domen
Kategorija:Transkripcijski faktori
Kategorija:Ljudski proteini
Kategorija:Geni na hromosomu 18
Kategorija:Proteomika