mini|Phasenkontrast-/Fluoreszenzbild von menschlichen embryonalen Lungenzellen (HEL-299), die retroviral mit einem Promyelozyten-Leukämie-(PML)-Protein (Isoform III) transformiert wurden. Dieses wurde mit dem Enhanced Cyan Fluorescent Protein (eCFP) fusioniert. PML-Körper (PML-Body, PML-Körperchen, PML oncogenic domain (POD), nuclear domain 10 (ND 10) oder Kremer (Kr) Körper) sind kugelförmige Gebilde mit einem Durchmesser von 0,1–1,0 µm, die im Zellkern in den meisten Zelllinien und vielen Geweben vorkommen. In Kernen von Zellkultur-Wirbeltierzellen finden sich durchschnittlich 5 bis 30 PML-Kernkörperchen mit einer Größe von ~0,2 bis 1 µm.
Der Name PML-Körper leitet sich von der akuten Promyelozyten-Leukämie her, da sie bei dieser Erkrankung, aber auch bei verschiedenen Virusinfektionen zerstört werden. PML-Körper wurden in den frühen 1960er Jahren entdeckt. Die Identifizierung von PML, einem Gen, das an einer onkogenen chromosomalen Translokation beteiligt ist, als Schlüsselorganisator dieser Objekte weckte weiteres Interesse an ihnen. Die verschiedenen Ebenen der Regulation durch eine spezifische posttranslationale Modifikation, der SUMOylierung, haben mehrere ungelöste Probleme aufgeworfen. Funktionell können PML-Körper Partnerproteine binden, modifizieren oder abbauen.
Mehrere Untertypen dieser Körper wurden auf morphologischer Basis definiert. Sie haben alle eine elektronendichte Hülle und enthalten einen inneren Kern. PML-Körper rückten mit der Beobachtung in den Vordergrund, dass das onkogene PML/RARA-Protein sie auf eine behandlungsreversible Weise zerstört. PML-Körper werden durch zellulären Stress reguliert: Virusinfektion, DNA-Schäden, Transformation und oxidativer Stress. Darüber hinaus wird die Transkription von PML und mehreren Genen, die für Partnerproteine kodieren, durch Interferone dramatisch verbessert.
Geschichte Mit Hilfe von Elektronenmikroskopie und Einsatz von Autoantikörpern wurden die ersten Forschungen in diesem Feld getätigt. In den frühen 1960er Jahren zeigten Forscher das Vorhandensein von dichten kugelförmigen Objekten mittels Elektronenmikroskopie. Zwei Klassen von Körpern wurden damals beschrieben: Leere (fibrilläre) und körnige Körper. Die körnigen Körper enthalten im Inneren ein mikrogranulares Material, für das Ribonukleoproteine vorgeschlagen wurden. PML-Nukleärkörper wurden später durch die Immunfluoreszenz-Methode mit Autoimmunseren von Patienten mit Primär biliäre Zirrhose beobachtet. Diese ermöglichten die Identifizierung des ersten assoziierten Proteins, SP100, und eine erste Charakterisierung dieser Strukturen.
Die Identifizierung eines anti-nukleären Matrix-Antikörpers, der die gleichen Strukturen wie SP100 markierte, stellte die erste Verbindung zwischen diesen Körpern und der Kernmatrix her. Die Lokalisierung von PML-Proteinen auf die gleichen Stellen wie SP100 führte zu einem erneuten Interesse an diesen Bereichen. PML ist ein Protein, welches mit dem Retinsäure-Rezeptor α(RARA) im PML/RARA-Onkoprotein der akuten promyelozytären Leukämie (APL) fusioniert ist.
In den 1990er Jahren wurde beobachtet, dass in APL-Zellen PML/RARA diese Bereiche störte. Die führte in der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu einer intensiveren Erforschung dieser Körper. Darüber hinaus wurden PML-Körper durch zwei verschiedene Anti-APL-Therapien, Retinsäure und Arsentrioxid, wiederhergestellt. Hierbei wurde später der PML/RARA-Abbau ausgelöst. Dadurch konnte man die erste auffällige Parallele zwischen dem Status der Körper und dem der Zelle identifizieren. Viele weitere Studien in den 2000er Jahren zeigten, dass sich PML-Körper unter Stressbedingungen veränderten, insbesondere bei Virusinfektionen, Hitzeschock und Exposition gegenüber Schwermetallen.
Beteiligte Proteine PML-Körper rekrutieren eine ständig wachsende Anzahl von Partnerproteinen (heute im Bereich von 100), wobei eines der am besten untersuchten DAXX ist, ein starker Repressor der Transkription und Modulator der Apoptose. Entscheidend ist, dass PML der eigentliche Organisator dieser Körper ist. Unter diesen rekrutierten Proteinen verdient man eine besondere Erwähnung: Ein Ubiquitin-ähnliches Protein namens SUMO, da die PML-Konjugation durch SUMO eine entscheidende Rolle bei der Rekrutierung von Partnern spielt, von denen viele selbst sumoyliert sind.
PML mini|Bändermodell PML-Protein mini|Oben: Schematische Darstellung der Exon-Organisation des PML-Gens und der entsprechenden Proteindomänen. R: RING-Finger Domäne (really interesting new gene),B: B-Box, CC: Coiled-coil Domäne, NLS: Kernlokalisierungssignal, S: Sumoylierungsstellen, SIM: SUMO-Interaktionsmotiv. Unten: Darstellung der sechs nukleären PML-Isoformen (I bis VI). Die Exons 1–6 werden von allen Isoformen geteilt, während ihre C-Termini sich durch das alternative Spleißen der Exons 7–9 individuell unterscheiden Das PML-Protein ist ein Tumorsuppressorprotein aus der TRIM/RBCC-Proteinfamilie und der Organisator der PML-Kernkörper. Wie viele Proteine aus dieser Familie ist das PML-Protein eine Ubiquitin-Ligase. Diese kann subzelluläre Strukturen durch Autoassemblierung erzeugen. Die Transkription des PML-Gens wird durch Interferone α/β oder γ, aber auch durch das p53-Protein kontrolliert. Beide bewirken einen dramatischen Anstieg der Anzahl und Größe der PML-Körper.
PML verfügt über eine aminoterminalen RING-Fingerdomäne, die eine SUMO-Ligase direkt bindet, und eine Coiled-coil (Doppelwendel-Struktur), welche die Homodimerisierung vermittelt. Dieser Abschnitt des Proteins wird als RBCC bezeichnet (RING-Finger, B box and coiled coil-domain). Zudem besitzt sie einen als SIM (SUMO-Interaktionsmotiv) bezeichneten Proteinabschnitt.
Durch alternatives Spleißen werden mehrere Varianten (Isoformen) des PML-Proteins hergestellt. Diese haben unterschiedliche carboxyterminalen Domänen. Zusätzlich zum nukleären Lokalisierungssignal (NLS), welches in allen PML-Isoformen vorhanden ist, verfügt PML-I über ein nukleäres Exportsignal, das es ermöglicht, alle Isoformen durch Heterodimerbildung zwischen den Zellkern und Cytoplasma hin und her zu bewegen. Die am häufigsten vorkommende Isoform, PML-I, beherbergt auch eine Exonuklease-III-Domäne. In menschlichen Zellen werden alle sechs Isoformen exprimiert. Hiervon machen die PML-Isoformen I und II den größten Anteil aus.
PML durchläuft mehrere kritische posttranslationale Modifikationen, insbesondere durch Phosphorylierung und Sumoylierung. Die PML-Sumoylierung ist insbesondere wichtig für den Aufbau von PML-Körperchen. Verschiedene Kinasen, die durch Schäden an der DNA oder durch Stress aktiviert werden, phosphorylieren PML. Sie regulieren dadurch möglicherweise die PML-Stabilität, die Biogenese von Nukleärkörpern und tragen zur DNA-Reparatur oder Apoptose-Kontrolle bei.
Die überwiegende Mehrheit des PML-Proteinpools in einer Zelle ist nicht in den PML-Körpern gebunden. In den meisten Zelllinien sind mehr als 90 % der PML-Proteine im Zellkern verteilt aufzufinden. +PML-IsoformLokalisierung in pml -/- ZellenPML INukleär bei Stress, ZytoplasmaPML IIFibrilläre/nukleäre Hülle (Lamina?)PML IVNukleär bei StressPMLVDicke Schale / Verankerung in der MatrixPMLVIIZytoplasmatische/frühe Endosomen Die Expression von PML-Isoformen in pml-/--Zellen offenbart jeweils eigene Lokalisationen. Dies deutet darauf hin, dass der Carboxy-Terminus Interaktionen mit spezifischen, aber noch unbekannten Partner steuert.
SUMO SUMO-Proteine sind eine Familie von kleinen Proteinen, die kovalent an andere Proteine in Zellen gebunden sind, um ihre Funktion zu verändern. Sumoylierung ist eine posttranslationale Modifikation, die an verschiedenen zellulären Prozessen beteiligt ist, wie z. B. Chromatinorganisation, Transkription, Signaltransduktion, Apoptose, Proteinstabilität und Reaktion auf Stress.
SP100 Dieses Gen kodiert für eine subnukleäre Organelle und Hauptkomponente der PML-Körper. PML und SP100 werden kovalent durch den SUMO-1-Modifikator modifiziert. Das kodierte Protein bindet Heterochromatin-Proteine und soll eine Rolle bei der Tumorgenese, Immunität und Genregulation spielen. Für dieses Gen wurden alternativ gespleißten Varianten identifiziert, von denen eine ein hochmobiles Gruppenprotein kodiert.
DAXX DAXX (Death-associated protein 6) ist ein mit der Todesdomäne assoziiertes Protein. Es wurde erstmals durch seine zytoplasmatische Interaktion mit dem Rezeptor Fas entdeckt, welcher die Zell-Apoptose einleitet. Es wurde mit Heterochromatin und PML-Körpern in Verbindung gebracht und ist an vielen Kernprozessen beteiligt, einschließlich Transkription und Zellzyklusregulation.
p53 Der humane Tumorsuppressor p53 reguliert als Transkriptionsfaktor nach DNA-Schädigung die Expression von Genen, die an der Kontrolle des Zellzyklus, an der Induktion der Apoptose (des programmierten Zelltods) oder an der DNA-Reparatur beteiligt sind.
Struktur Typen von PML-Körpern Es wird davon ausgegangen, dass es mehrere Typen von PML-Körpern gibt. Tatsächlich aggregiert sich das PML-Protein als Reaktion auf eine Vielzahl von Belastungen in unterschiedlicher Form. Der am ausführlichsten untersuchte Faktor, der auf die PML-Verteilung Auswirkung hat, ist Arsentrioxid. Es sind auch mehrere durch DNA-Schäden aktivierte Kinasen als wichtig erkannt worden. Stressinduzierte Aggregation kann die Aggregation typischer Nukleärkörper fördern oder umgekehrt in Mikrokörper zerlegen. Die Unterschiede zwischen diesen Typen von PML-Körpern basieren auf der Form oder deren Inhalt. Dies führt zu einer dynamischeren Sicht auf die PML-Körper, als bisher angenommen. +StressfaktorPML NB ErscheinungsbildZelltypenIFNsErhöhte Anzahl und GrößeAlleAs2O3Große PML Hülle, verminderte AnzahlAlleCdCl2/HitzeschockVerteilte MikrokörperAlleProteasominhibitorZunahme im NukleolusPrimäre ZelllinienErhöhte Anzahl und GrößeTransformierte ZelllinienActinomycin DGroß, in der Nähe des NukleolusPrimäre und transformierte ZelllinienVerteilte MikrokörperTransformierte ZelllinienIonisierende Strahlung (Gamma, UVc)Groß, in der Nähe des NukleolusPrimäre und transformierte Zelllinien
Struktur eines üblichen PML-Körpers Der klassische PML-Körper ist ein sphärisches Objekt mit einem Durchmesser von 0,1–1 µm, das ein granulares Zentrum aufweisen kann oder auch nicht. Diese Körper, von fünf bis 15 pro Kern, sind meist proteinartig und enthalten im Allgemeinen keine RNA oder DNA. Das PML-Protein bildet die äußere Hülle dieser Körper und die Partner-Proteine befinden sich in der Regel im Inneren. Dies lässt sich leicht bei einer Überexpression von PML- oder dessen Partnerproteine zeigen. Proteine können diese Hülle mit nur moderater Einschränkung ihrer Mobilität passieren.
Wie mehrere andere Körper im Zellkern sind auch PML-Nukleärkörper im interchromosomalen Raum vorhanden. Dies erklärt wahrscheinlich, warum sie oft in der Nähe oder in der Nähe anderer Körper vorkommen. Obwohl sie frei von DNA sind, können PML-Körper mit einigen spezifischen chromosomalen Loci assoziiert werden, wie z. B. der MHC-Klasse-I-Gencluster-Region. Für diese wurden die PML-Körper zur Modulation der Chromatinarchitektur und Transkription vorgeschlagen. Eine elegante Studie hat ergeben, dass ein PML-Körper ständig einem Repressor-Locus gegenübergestellt wird, was die Zusammenhänge mit der transkriptionellen Regulation unterstreicht. Umgekehrt können Chromatinveränderungen, die während der Transkription oder des Zellzyklus auftreten, die Struktur und Anzahl der PML-Körper verändern. PML-Körper sind während vieler Virusinfektionen stark verändert. Sie können beispielsweise virale Genome an ihrer Peripherie oder in ihrem zentralen Kern während der Infektion ruhender Zellen ansammeln.
In funktionell spezialisierten PML-Körpern, wie z. B. bei der alternativen Verlängerung von Telomer-assoziierten PML-Kernkörpern (APBs) enthält der innere Kern von PML-Körpern Chromatin, in diesem Fall telomere DNA.