H RAS protein (hebrew)

החלבון HRAS מורכב מ 189 חומצות אמינו. בתהליך הגיבוש, לא גובש חלקו הסופי של החלבון בשל השונות הרבה המאפיינת אזור זה, לכן החלבון המגובש מורכב מ171 חומצות אמינו. בסצנה מימין מוצג החלבון כשהוא באינטראקציה עם ליגנד.

החלבון HRAS בעל תפקיד חשוב במסלול הולכת אותות בתא. תהליך ביטוי גנים בתא מבוקר על מנת לבטא גנים הנחוצים לתא בזמן ספציפי ובפעילות מסוימת. תהליך הבקרה מתרחש באמצעות פקטורים שונים שהם לרוב חלבונים, המפעילים או מעכבים ביטוי גנים. הפעלת פקטורים אלו נעשית בשרשרת הולכת אותות אשר מתחילה בין היתר עם קשירה של ליגנד המגיע מחוץ לתא, לקולטן סמוך לחלבון HRAS. קשירת הליגנד לקולטן משפיעה על אקטיבציה של HRAS ומאפשרת לו לזרחן חלבונים שונים אשר במסלול הולכת אותות מפעילים גורמי שעתוק הנכנסים לגרעין ומשפיעים על ביטוי גנים.
החלבון HRAS משתייך למשפחת חלבוני G שהם בעלי תפקיד של GTPase , המבצעים הידרוליזה- פירוק של מולקולת GTP (Guanosine triphosphate) בעלת 3 קבוצות פוספט למולקולת GDP (Guanosine diphosphate) בעלת 2 מולקולות פוספט. החלבון RAS מופעל בעקבות סיגנל המגיע לתא, בעקבותיו הוא מפעיל מספר מסלולי הולכת אותות בתא אשר בסופו של דבר גורמים לשעתוק גנים הקשורים בוויסות תהליכי גדילת תאים.
התמונה הבאה ממחישה חלק ממסלול הולכת האותות המפעיל את החלבון HRAS

החלבון HRAS משתייך למשפחת חלבוני RAS, שמה של משפחת חלבונים זו רומז לאופן גילוי החלבונים. בשנות השישים התגלו נגיפים מחוללי סרטן שגרמו לסרקומות- גידולים ברקמות חיבור בחולדות. חלבונים אלו נקראו Sarcoma virus Rat. שני האונקוגנים – גנים מחוללי סרטן, הראשונים שזוהו נקראו KRAS, ו HRAS, על שם החוקרים שגילו אותם Harvey& Kirsten. גן ras נוסף התגלה לאחר כ 20 שנה ונקרא NRAS כיון שהתגלה בתאים שנלקחו מגידול נוירובלסטומה.

. המוצגות כאן כל אחת בצבע אחר. רצף חומצות האמינו יוצרות המכיל 6 משטחי β ו 5 סלילי α. בסצנה משטחי β בחלבון מוצגים בצהוב וסלילי α מוצגים בורוד. בחלבון ישנם 12 . זרחון מתבצע על חומצות אמינו מסוג סרין, תריאונין וטירוזין היכולות לקבל קבוצת זרחה. . יון המגנזיום מוצג בסצנה ככדור ירוק, נחוץ למבנה החלבון הקושר ליגנד, ולפעילותו כ- GTPase. אתרים בחלבון אחראיים על קשירת הליגנד GNP.ליגנד זה משפיע על קשירה של החלבון HRAS עם חלבונים אחרים המשתתפים בתהליך האקטיבציה שלו. ^[1] האזור בחלבון ומאופיין בפעילות של GTPase נמצא בציטופלסמה ומשפיע באמצעות זירחון על חלבונים שונים, האחראיים במסלול הולכת אותות, על ביטוי גנים הקשורים בחלוקת התא.

HRAS מתפקד כמתג איתות בתוך התא, אשר משתתף במסלול הולכת אותות בתא המביא לגדילה וחלוקה של תאים. בסרטון הבא ניתן לראות את החלבון HRAS במצב "כבוי" "ומופעל". במצב כבוי החלבון HRAS קשור ל- GDP ואילו במצב "מופעל" הוא קושר GTP. החלבון HRAS עובר אקטיבציה בעקבות סיגנל המגיע אל התא. בעקבות קשירת ליגנד לרצפטור מסוג טירוזין קינאז, טירוזין פנימי בקולטן עובר זרחון אשר בעקבותיו, מבנה הקולטן משתנה. כעת הקולטן מגייס חלבונים אשר עוברים גם הם שינוי קונפורמציה ויכולים לקשר בין הקולטן לחלבון HRAS. אחד משני חלבונים אלו מאקטב את HRAS, הוא משמש כ- GEF-(guanine nucleotide exchange factor), אשר מזרחן את HRAS דבר המוביל לשינוי קונפורמציית החלבון ובעקבות כך לשחרור מולקולת ה GDP מ HRAS. כתוצאה מכך, מתאפשרת קשירה מחדש של מולקולת GTP. כאשר החלבון HRAS קושר GTP הוא מגייס ומזרחן חלבון נוסף אשר מזרחן בתורו חלבונים אחרים, חלבונים אלו מפעילים פקטורי שעתוק המשפיעים על ביטוי גנים הקשורים לתהליכי גדילה והתמיינות של התא.
סוג אחר של חלבונים המשתתפים בתהליך הבקרה על HRAS אלו חלבוני GAP-(GTPase activating protein) המזרזים את הדה-אקטיבציה של HRAS, באמצעות זירוז שחרור קבוצת הזרחה הנוספת שבמולקולת GTP, כך ש HRAS נותר קשור ל GDP.
התמונה הבאה ממחישה את פעילות החלבונים GAP \ GEF בוויסות קשירת GDP או GTP בחלבון HRAS.

^[2]

חלבונים עוברים שינויים לאחר תהליך התרגום, שינויים אלו מכונים מודפיקציות. מודיפיקציות על החלבון יכולת להיות תוספת של מולקולות אצטיל , מתיל, יוביקוויטין קבוצות זרחה ועוד. מודפיקציות אלו משפיעות על מבנה החלבון ומימלא גם על תפקודו בנוסף משמשות גם לתפקידי בקרה על פעילות החלבון. החלבון RAS עובר כמה מודפיקציות, בניהן תוספת קבוצות זרחה על חומצות אמינו סרין, תירוזין וטריאונין. בחלבון HRAS יש שעוברות פסופורילציה. עמדות אלו בעלות חשיבות בבקרת פעילות החלבון HRAS. זרחון חומצה אמינית ^[3] משפיע על מבנה החלבון באופן המאפשר קישור חלבונים שמגבירים את פעילות ה GTPase של החלבון HRAS ובכך מאיצים את קצב ההידרוליזה של GTP. דה-פוספורילציה של טירוזין בעמדה זו מחזירה את החלבון למבנה הקודם שלו ומאפשרת קשירה של חלבונים המגבירים קשירת GTP בחלבון HRAS. ^[4]
מודפיקציה נוספת בחלבון היא אצטילציה. לדוגמה, תוספת מולקולת אצטיל על חומצה אמינית משפיעה על עיכוב הפעילות של HRAS. תוספת מולקולת האצטיל משנה את מבנה החלבון כך שנמנעת האינטראקציה עם GEF שגורם לחלבון לשחרר את מולקולת GDP ובמקומה לקשור GTP.
החלבון HRAS עובר מודפיקציה נוספת המבקרת את פעילותו, והיא מסוג יוביקוויטינציה. תוספת מולקולת יוביקוויטין (חלבון קטן בעל 76 חומצות אמינו) לחומצה אמינית מסוג ליזין במיקומים שונים בחלבון, משפיעה על מבנה החלבון באופן המשפיע על תפקודו. בחלבון ישנם בהם מתווספת מולקולת יוביקוויטין. הוספת יוביקוויטין על חומצה אמינית ^[5] משפעלת את החלבון HRAS .סימון במונויוביקוויטין על חומצה אמינית זו משפיע על מבנה החלבון HRAS באופן שמקדם שיחרור של מולקולת GDP דבר המאפשר קשירה מחודשת של GTP.

HRAS הוא אחד האונקוגנים הבולטים ביותר במחלות סרטן אנושיות. מוטציות מסוימות בגן HRAS גורמות לפעילות תמידית של חלבוני HRAS ומביאות לביטוי יתר של מסלולי הולכת אותות בתא, המשפיעים על ביטוי גנים הקשורים בגדילה ובהתחלקות של התא. כתוצאה מכך מוטציות אלו עלולות לגרום למחלת הסרטן.
שתי המוטציות האונקוגניות הנפוצות ביותר ב HRAS הן מוטציות בחומצה אמינית גליצין, בעמדה 12 וחומצה אמינית גלוטמין, בעמדה 61. מעכבות במידה ניכרת את פעילות האנזים GTP ase דבר הגורם לחלבון להישאר במצב פעיל ("on") -שהוא קשור ל GTP באופן קבוע. במצב פעיל HRAS משתתף במסלול הולכת אותות בתא, אשר בסופם באים לידי ביטוי גנים הקשורים לחלוקת התא.
HRAS הוא חלבון "טראנס ממברנאלי", חלקו נמצא מחוץ לממברנה ומשמש כרצפטור הקושר ליגנד. עם קשירת הליגנד, HRAS עובר שינוי קונפורמציה- שינוי מבנה המשפיע על שינוי בתפקוד החלבון, וכעת החלבון מסוגל לקשור GTP ולהשתתף במסלול הולכת האותות בתא. ללא בקרה על פעילות החלבון HRAS הוא משתתף במסלול הולכת אותות בתא באופן תמידי ומביא לביטוי קבוע של גנים הקשורים לחלוקת התא. כתוצאה מכך עלול להופיע ביטוי של גידול סרטני באורגניזם.

תסמונת קוסטלו נגרמת כתוצאה מאחת מחמש מוטציות דומיננטיות אוטוזומליות שונות בגן HRAS הממוקם על כרומוזום 11. הווראציה הנפוצה ביותר, הקיימת בכ- 80% מהחולים, היא החלפה של חומצה אמינית גליצן בעמדה 12 בחומצה אמינית סרין. מוטציות בגן זה גורמות לייצור של חלבון HRAS לא תקין. החלבון המוטנטי אינו מעורר גדילת תאים בתגובה לאותות מסוימים מחוץ לתא, אלא פעיל באופן מתמשך ומשפיע על ביטוי גנים הקשורים לגדילה התמיינות וחלוקה של התאים בצורה בלתי מבוקרת, דבר העלול לעורר גידולים שפירים וגם סרטניים בגוף. הסרטון הבא מציג כיצד מתבטאת מוטציה בגן HRAS באדם. התסמונת משפיעה על מערכות מרובות בגוף, ובעלת תסמינים רבים. ביניהם, עיכובי גדילה לאחר הלידה, נמיכות קומה, עור רופף נוסף בצוואר, באצבעות, בכפות הידיים והרגליים, גידולים לא סרטניים (פפילומה) סביב הפנים ופי הטבעת, עיכוב התפתחותי, נכות שכלית, ומראה פנים אופייני.

References

^[6]

1. ↑ Pantsar T. The current understanding of KRAS protein structure and dynamics. Comput Struct Biotechnol J. 2019 Dec 26;18:189-198. doi:, 10.1016/j.csbj.2019.12.004. eCollection 2020. PMID:31988705 doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.csbj.2019.12.004
2. ↑ Qu L, Pan C, He SM, Lang B, Gao GD, Wang XL, Wang Y. The Ras Superfamily of Small GTPases in Non-neoplastic Cerebral Diseases. Front Mol Neurosci. 2019 May 21;12:121. doi: 10.3389/fnmol.2019.00121., eCollection 2019. PMID:31213978 doi:http://dx.doi.org/10.3389/fnmol.2019.00121
3. ↑ Bunda S, Heir P, Srikumar T, Cook JD, Burrell K, Kano Y, Lee JE, Zadeh G, Raught B, Ohh M. Src promotes GTPase activity of Ras via tyrosine 32 phosphorylation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Sep 9;111(36):E3785-94. doi:, 10.1073/pnas.1406559111. Epub 2014 Aug 25. PMID:25157176 doi:http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1406559111
4. ↑ Pantsar T. The current understanding of KRAS protein structure and dynamics. Comput Struct Biotechnol J. 2019 Dec 26;18:189-198. doi:, 10.1016/j.csbj.2019.12.004. eCollection 2020. PMID:31988705 doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.csbj.2019.12.004
5. ↑ Baker R, Wilkerson EM, Sumita K, Isom DG, Sasaki AT, Dohlman HG, Campbell SL. Differences in the regulation of K-Ras and H-Ras isoforms by monoubiquitination. J Biol Chem. 2013 Dec 27;288(52):36856-62. doi: 10.1074/jbc.C113.525691. Epub, 2013 Nov 18. PMID:24247240 doi:http://dx.doi.org/10.1074/jbc.C113.525691
6. ↑ Muraoka S, Shima F, Araki M, Inoue T, Yoshimoto A, Ijiri Y, Seki N, Tamura A, Kumasaka T, Yamamoto M, Kataoka T. Crystal structures of the state 1 conformations of the GTP-bound H-Ras protein and its oncogenic G12V and Q61L mutants. FEBS Lett. 2012 Jun 12;586(12):1715-8. Epub 2012 May 11. PMID:22584058 doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.febslet.2012.04.058