HIF1A

HIF1 представляет собой гетеродимерную bHLH-структуру[7], состоящую из двух субъединиц — HIF-1α или α-субъединицы и ядерного транслокатора AH-рецептора (ARNT), β-субъединицы. HIF-1α содержит базовую область спираль-петля-спираль (helix-loop-helix) рядом с C-концом, за которой следуют два разных домена PAS (PER-ARNT-SIM) и PAC (PAS-ассоциированный с C-концом домен)[3][8]. Полипептид HIF-1α также содержит мотив сигнала ядерной локализации (NTL), два трансактивирующих домена CTAD и NTAD и промежуточный ингибирующий домен (ID), который может подавлять транскрипционные активности CTAD и NTAD[9]. В общей сложности имеется три изоформы HIF1A, образованные путём альтернативного сплайсинга, однако изоформа 1 была выбрана в качестве канонической структуры и является наиболее широко изученной изоформой в структуре и по выполняемым функциям[10][11].

Ген HIF1A человека кодирует альфа-субъединицу, транскрипционный фактор HIF-1A, фактора, индуцируемого гипоксией (HIF1)[12]. Уровень экспрессии HIF-1A зависит от его активизации GC-промоторной области[13]. В нормоксических условиях (при нормальной концентрации кислорода) в большинстве клеток ген HIF1A конститутивно экспрессируется на низких уровнях, однако при гипоксии транскрипция HIF1A часто значительно повышается[13][14][15][16][17][18]. Как правило, кислород-независимый путь регулирует экспрессию белка, а зависящий от кислорода путь регулирует деградацию[19]. При независимом от гипоксии способе экспрессия HIF1A может регулироваться через чувствительным к окислительно-восстановительным реакциям механизмом[20].

Фактор транскрипции HIF-1 играет важную роль в клеточном ответе на системные уровни кислорода у млекопитающих[21][22]. Активность HIF1A регулируется множеством посттрансляционных модификаций: гидроксилирование, ацетилирование и фосфорилирование[23]. HIF-1, как известно, индуцирует транскрипцию более 60 генов, включая VEGF и эритропоэтин, участвующих в биологических процессах, таких как ангиогенез и эритропоэз, которые способствуют продвижению и увеличению доставки кислорода в гипоксические области[6][24][25]. HIF-1 также индуцирует транскрипцию генов, участвующих в пролиферации и выживаемости клеток, а также в метаболизме глюкозы и железа[25]. В соответствии с его динамической биологической ролью HIF-1 реагирует на системные уровни кислорода, подвергаясь конформационным изменениям, и связывается с HRE-промоторными регионами генов, чувствительных к гипоксии, для последующей индукции транскрипции[26][27][28][29][30]. Стабильность HIF-1α, субклеточная локализация, а также активность транскрипции особенно зависят от уровня кислорода. Альфа-субъединица образует гетеродимер с бета-субъединицей. При нормоксических условиях VHL-опосредованный путь убиквитин-протеазы быстро разрушает молекулы HIF-1α; однако при гипоксии предотвращается деградация белка HIF-1α и происходит накопление HIF-1A, чтобы связываться с HIF-1β для осуществления транскрипционных ролей генов-мишеней[31][32]. Ферменты пролилгидроксилаза (PHD) и HIF-пролилгидроксилаза (HPH) участвуют в специфической посттрансляционной модификации остатков пролина HIF-1A (P402 и P564 в домене ODD), позволяющую связывать VHL с HIF-1α[30]. Ферментативная активность кислородного датчика диоксигеназы PHD зависит от уровня кислорода, так как он требует кислорода в качестве одного из основных субстратов для переноса на остаток пролина HIF-1α[27][33]. Затем гидроксилированный остаток пролина HIF-1α распознаётся и погружается в гидрофобное ядро онкосупрессорного белка von Hippel—Lindau (VHL), который сам является частью фермента убиквитинлигазы[34][35]. Гидроксилирование остатка пролина HIF-1α также регулирует его способность связываться с коактиваторами при гипоксии[36][37]. Функция гена HIF1A может быть эффективно исследована нокдауном siRNA, основанной на независимой проверке[38].

Содержание HIF-1α (и его последующая активность) регулируется транскрипционно с помощью NF-κB-зависимого способа[41]. Кроме того, скоординированная активность пролилгидроксилаз (PHD) поддерживает соответствующий баланс белка HIF-1A в посттрансляционной фазе[42].

Факторы, увеличивающие концентрацию HIF-1A[43]:

Факторы уменьшающие концентрацию HIF-1A[43]:

HIF-1 сверхэкспрессируется при многих злокачественных новообразованиях человека[44][45]. Сверхэкспрессия HIF-1 в значительной степени связана с продвижением роста опухоли и метастазов, посредством участии в инициировании ангиогенеза и регулировании клеточного метаболизма для преодоления гипоксии[46]. Гипоксия способствует апоптозу как в нормальных, так и в опухолевых клетках[47]. Однако гипоксические условия в микроокружении опухоли особенно, наряду с накоплением генетических изменений (мутаций), часто способствуют избыточной экспрессии HIF-1[6].

Значительная экспрессия HIF-1 отмечена в большинстве исследованных солидных опухолей, которые включают рак толстой кишки, карцинома молочной железы, поджелудочной железы, почек, аденокарцинома предстательной железы, карцинома яичника, рак головного мозга и мочевого пузыря[45][48]. Клинически повышенные уровни HIF-1 в ряде видов рака, включая рак шейки матки, немелкоклеточный рак лёгкого, рак молочной железы (LV-положительный и отрицательный), олигодендроглиома, рак орофарингии, рак яичников, рак эндометрия, рак пищевода, опухоли головы и шеи, и рак желудка, были связаны с агрессивной прогрессией опухоли и, таким образом, были замечены как прегностический и прогностический маркер устойчивости к лучевой терапии, химиотерапии и повышенной смертности[19][46][49][49][50][51][52].

Экспрессия HIF-1A также может регулировать прогрессирование опухоли молочной железы. Повышенные уровни HIF-1A могут быть обнаружены при раннем развитии рака и были обнаружены при ранней карциноме in situ протоков, доинвазивной стадии развития рака молочной железы, а также связаны с повышенной плотностью микроциркуляторности при опухолевых поражениях[53]. Более того, несмотря на гистологически определённую низкосортную, отрицательную опухоль молочной железы лимфатических узлов в подгруппе исследованных пациентов, обнаружение значительной экспрессии HIF-1A способно самостоятельно предсказать плохой ответ на терапию[46]. Аналогичные результаты были опубликованы в исследованиях рака мозга и рака яичников, а также указывают на регуляторную роль HIF-1A в инициировании ангиогенеза посредством взаимодействия с проангиогенными факторами, такими как VEGF[52][54]. Исследования мультиформной глиобластомы показывают поразительное сходство между моделью экспрессии HIF-1A и уровнем транскрипции гена VEGF[55][56]. Кроме того, высокосортные глиобластома-мультиформные опухоли с высокой экспрессией VEGF, похожие на рак молочной железы с имеющейся гиперэкспрессией HIF-1A, демонстрируют значительные признаки процесса неоваскуляризации (новая васкуляризация) опухоли[57]. Это дополнительно указывает на регуляторную роль HIF-1A в продвижении прогрессирования опухоли, вероятно, посредством индуцированных гипоксией путей экспрессии VEGF[56].

Сверхэкспрессия HIF-1A в опухолях может также возникать в гипоксически-независимом пути. В гемагиобластоме экспрессия HIF-1A встречается в большинстве клеток, отобранных из хорошо васкуляризированной опухоли[58]. Хотя при карциноме почки и гемагиобластоме ген von Hippel-Lindau инактивирован, HIF-1A всё ещё экспрессируется на достаточно высоких уровнях[48][54][58]. В дополнение к сверхэкспрессии VEGF в ответных повышенных уровнях HIF-1A путь PI3K/AKT также участвует в росте опухоли. При раке предстательной железы часто встречающаяся мутация PTEN, связана с прогрессированием опухоли в сторону маглинизационной стадии, повышенной сосудистой плотностью и ангиогенезом[59].

Во время гипоксии, избыточная экспрессия опухолевого супрессора р53 может быть связана с HIF-1A-зависимым путём для инициирования апоптоза[47]. Более того, p53-независимый путь может также индуцировать апоптоз через путь Bcl-2. Однако чрезмерная экспрессия HIF-1A является туморогенной и индивидуально-специфической и зависит от сопровождающих генетических изменений и уровней присутствующих про-и антиапоптотических факторов. Одно исследование, связанное с карциномой эпителия яичников показало, что HIF-1A и нефункциональный супрессор опухолей р53 имеет корреляцию с низкими уровнями апоптоза опухолевых клеток и плохим прогнозом[60]. Кроме того, ранние стадии рака пищевода с показанной сверхэкспрессией HIF-1 и отсутствием экспрессии BCL2 также не привели к фотодинамической терапии[61]. Исследования мультиформной глиобластомы показывают поразительное сходство между моделью экспрессии белка HIF-1A и уровнем транскрипции гена VEGF.

Хотя исследовательские усилия по разработке терапевтических препаратов для лечения связанных с гипоксией опухолевых клеток продолжаются в течение многих лет, до сих пор нет никакого прорыва, который показал селективность и эффективность при нацеливании на HIF-1A-путь для уменьшения прогрессирования опухоли и ангиогенеза[62]. Успешные терапевтические подходы в будущем также могут быть особенно специфичными для конкретных видов рака у людей и, по-видимому, вряд ли будут широко применяться из-за генетически гетерогенного характера многих типов и подтипов рака.

HIF-1A взаимодействует со следующими белками:

• Факторы, индуцируемые гипоксией