Das Rho-Protein gehört zu einer Unterfamilie der kleinen G‑Protein‑Superfamilie. Bislang wurden mehr als 20 Mitglieder der Rho‑Familie identifiziert. Entsprechend dem Grad der Sequenzhomologie und der Funktion wird sie in vier Kategorien eingeteilt: RhoA, Rac1, Cdc42 sowie Mitglieder ohne GTPase‑Aktivität. Fünfzehn Rho‑Proteine wurden identifiziert und in drei Unterfamilien unterteilt. Die erste umfasst Rho (A, B, C), die zweite Rnd 1–3 und die dritte Rac 1–3, RhoG, Cdc42Hs, Rho/TTF, TC10 und Chp. Rho fungiert als molekularer Schalter, der verschiedene intrazelluläre Signalwege regulieren kann, z. B. ACK, PAK, MEKKs und ROCK. Rho ist in GTP‑gebundener Form aktiv und in GDP‑gebundener Form inaktiv. Es ist zudem an zahlreichen physiologischen Prozessen beteiligt, darunter Zellmigration, Adhäsion, Zytokinese, Proliferation, Differenzierung und Apoptose, und kann in erheblichem Maße zur zellulären Transformation beitragen.

Abbildung 1. Rho‑Protein.

Einleitung

Proteine der Rho‑Familie gehören zu den frühesten klonierten Proteinen der Ras‑Superfamilie. Es handelt sich um eine Gruppe von Guanosintriphosphat‑(GTP‑)bindenden Proteinen mit einer relativen Molekülmasse von etwa 20 bis 25 kDa. Sie besitzen GTPase‑Aktivität und werden als Rho‑GTPasen bezeichnet. Rho‑GTPasen spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation der Zytoskelett‑Reorganisation. Aktuelle Studien zeigen, dass Rho‑GTPasen in verschiedenen malignen Tumoren hoch exprimiert sind und eng mit Tumorentstehung, Invasion und Metastasierung assoziiert sind.

Rho‑GTPasen und Tumorinvasion sowie Metastasierung

Die Bewegung von Tumorzellen in der Matrix umfasst vier zyklisch ablaufende Schritte: die Bildung und Ausstülpung von Pseudopodien am Vorderende, die Etablierung neuer Adhäsionsstellen, die Kontraktion des Zellkörpers sowie das Zurückziehen des Zellendes. Die molekularen Mechanismen, die diesen Prozess präzise steuern, sind hochkomplex und involvieren multiple intrazelluläre Signaltransduktionswege. Unter den verschiedenen Signalkaskaden sind Rho‑GTPasen, insbesondere RhoA, Rac1 und Cdc42, zentrale Regulatoren. Sie sind vor allem an der Kontrolle der Zellmorphologie, der Zell‑Matrix‑Adhäsion und der Reorganisation des Zytoskeletts beteiligt und steuern damit den Prozess der Tumorzellinvasion.

Zytoskelett‑Reorganisation

Die kontinuierliche Bewegung invasiver und metastasierender Tumorzellen beruht auf der Kontraktion von Stressfasern sowie der Verlängerung von Aktinfilamenten zur Bereitstellung der Antriebskraft. Rho‑GTPasen können die Zellmigration durch Regulation der Zytoskelett‑Reorganisation fördern. Stressfasern sind stabile, parallel angeordnete Mikrofilamentstrukturen in eukaryotischen Zellen. Sie bestehen u. a. aus Aktin, Myosin und Tropomyosin. Die durch die Relativbewegung von Myosin erzeugte Kontraktionskraft stellt eine wesentliche Triebkraft der Zellmigration dar. Rho und seine nachgeschaltete Rho‑assoziierte, coiled‑coil‑bildende Proteinkinase (ROCK) können den Phosphorylierungsgrad der Myosin‑Leichtkette (MLC) erhöhen und dadurch die Aktin‑Myosin‑Kontraktion verstärken, was die Zellmigration in der extrazellulären Matrix (ECM) fördert. ROCK ist ein wichtiger Effektor downstream von Rho und umfasst u. a. Rho‑Kinase und p160 ROCK. Aktiviertes ROCK erhöht den Phosphorylierungsgrad von MLC über zwei Signalwege: Einerseits phosphoryliert ROCK sein Substrat, die Myosin‑Leichtketten‑Phosphatase (MLCP), sowie die Myosin‑bindende Untereinheit (MBS) und hemmt dadurch die Phosphataseaktivität von MLCP, wodurch die Dephosphorylierung von MLC reduziert wird; andererseits kann ROCK MLC direkt phosphorylieren und so den MLC‑Phosphorylierungsgrad erhöhen, was die durch die Querbrückenbildung mit Aktinfilamenten erzeugte Kontraktionskraft steigert. Eine Inhibition des Rho/ROCK‑Signalwegs kann die Kontraktion von Stressfasern und die Invasion von Tumorzellen hemmen. Mit dominant‑aktivem p160‑ROCK‑Plasmid transfizierte humane Ovarialkarzinomzellen zeigen eine stärkere Invasions‑ und Migrationsfähigkeit, während sich diese Fähigkeit bei p160‑ROCK‑gerichteter Behandlung mit Antisense‑Oligonukleotiden signifikant reduzieren lässt. Rho kann zudem auf einen weiteren wichtigen nachgeschalteten Effektor, das mDia‑Protein (mammalian Diaphanous‑related protein), einwirken. Aktiviertes mDia kann Aktinmonomere an die Enden von Aktinfilamenten anlagern, die Bindung von Capping‑Proteinen verhindern, die Elongation von Aktinfilamenten induzieren und dadurch die Zellmigration unterstützen.

Literatur

1. Leung T; et al. The p160 RhoA-binding kinase ROK alpha is a member of a kinase family and is involved in the reorganization of the cytoskeleton. Molecular and Cellular Biology. 1996, 16 (10): 5313-27.