Aspekty regulacji aktywności receptora progesteronu (PR) znaczenie w progresji raka gruczołu piersiowego

Aspekty regulacji aktywności receptora progesteronu (PR) znaczenie w progresji raka gruczołu piersiowego Dominika Piasecka 1 Andrzej C. Składanowski 1 Radzisław Kordek 2 Hanna M. Romańska 2, Rafał Sądej 1, 1 Zakład Enzymologii Molekularnej, Międzyuczelniany Wydział Biotechnologii UG i GU- Med, Gdański Uniwersytet Medyczny, Gdańsk 2 Zakład Patologii, Uniwersytet Medyczny w Łodzi Hanna Romańska, Zakład Patologii, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, ul. Pomorska 251, 92-213 Łódź, e-mail: hanna. romanska-knight@umed.lodz.pl; Rafał Sądej, Zakład Enzymologii Molekularnej, Gdański Uniwersytet Medyczny, ul. Dębinki 1, 80-210 Gdańsk; e-mail: rsadej@gumed.edu.pl Artykuł otrzymano 6 maja 2015 r. Artykuł zaakceptowano 25 czerwca 2015 r. Słowa kluczowe: receptor progesteronu, rak gruczołu piersiowego, progresja nowotworu, sygnalizacja komórkowa Wykaz skrótów: BCa (ang. breast carcinoma) rak gruczołu piersiowego; EGFR (ang. epidermal growth factor receptor) receptor naskórowych czynników wzrostu; FGFR (ang. fibroblast growth factor receptor) receptor czynników wzrostu fibroblastów; GFR (ang. growth factor receptor) receptory czynników wzrostu; HRG hereguliny; IGFR (ang. insulin-like growth factor receptor) receptor dla insulinopodobnych czynników wzrostu; MPA (ang. medroxyprogesterone acetate) octan medroksyprogesteronu; Pg (ang. progesterone) progesteron; PR (ang. progesterone receptor) receptor progesteronu STRESZCZENIE Receptor progesteronu (PR) wraz z jego swoistym ligandem odgrywają kluczową rolę w prawidłowym rozwoju i funkcji gruczołu piersiowego. Z drugiej strony udział PR w inicjacji i progresji raka gruczołu piersiowego jest bezsprzeczny, choć molekularny mechanizm aktywności PR w tych procesach jest złożony i nie do końca poznany. Wiadomo, że wyższe ryzyko zachorowania na raka piersi mają kobiety stosujące oparte o progestyny (syntetyczne ligandy progesteronu) antykoncepcję hormonalną lub w okresie menopauzy hormonalną terapię zastępczą. Szacuje się, że nowotwory ER+/PR+ stanowią ok. 50 70% przypadków raka piersi, zaś utrata syntezy PR wiąże się z opornością na terapię hormonalną i zwiększoną inwazyjnością guza. Klasyczna, genomowa ścieżka sygnalizacyjna zakłada, że cytoplazmatyczny PR po związaniu liganda ulega translokacji do jądra komórkowego i reguluje ekspresję genów posiadających sekwencje PRE. Należy podkreślić istnienie całego szeregu alternatywnych kaskad sygnalizacyjnych z udziałem PR. Receptor progesteronu może aktywować szlaki MAPK i PI3K/AKT, co prowadzi m.in. do regulacji transkrypcji genów nie związanych bezpośrednio z progesteronem. PR wchodzi również we wzajemne interakcje z receptorami dla czynników wzrostu (GFR). Powoduje to zarówno niezależną od progesteronu aktywację PR jak i regulację przez PR produkcji i funkcji GFR. Obecność czynników wzrostu prowadzi również do pojawienia się w komórce hiperczułego receptora, który odpowiada nawet na bardzo niskie stężenia liganda. Istotna dla progresji raka gruczołu piersiowego jest nie tylko związana z transkrypcją rola PR, ale również jego dynamiczny wpływ na procesy takie jak migracja i adhezja. Dogłębne poznanie i zbadanie stosunkowo skomplikowanych mechanizmów funkcjonowania PR może okazać się przydatne we wprowadzeniu potencjalnej interwencji terapeutycznej dla chorych na raka piersi nakierowanej na opisany receptor. WPROWADZENIE Progesteron (Pg) to hormon sterydowy pełniący w organizmie człowieka funkcje zarówno na poziomie ogólnoustrojowym jak i lokalnym. W przypadku działania ogólnoustrojowego, Pg odpowiedzialny jest za regulację temperatury ciała, stymulację oddychania, normalizację poziomu glukozy we krwi czy też działanie antyandrogenne [1-4]. Jego kluczowym zadaniem jest jednak kontrola funkcji reprodukcyjnych mających na celu podtrzymanie ciąży, między innymi poprzez ułatwianie zagnieżdżania zarodka, działanie placentotropowe oraz immunosupresyjne blokujące pro-poronną aktywność odpowiedzi komórkowej [5]. Progesteron jest również niezbędny dla prawidłowego rozwoju gruczołu piersiowego tj. tworzenia funkcjonalnych pęcherzyków i struktur wyższego rzędu zrazików, a w czasie ciąży indukcji dojrzewania komórek sekrecyjnych pęcherzyków wydzielniczych [6-8]. Receptor progesteronu (PR, ang. progesterone receptor) u człowieka kodowany jest przez pojedynczy gen (znajdujący się na długim ramieniu jedenastego chromosomu, 11q22.1) posiadający trzy różne miejsca promotorowe. Zgodnie z tym zidentyfikowano trzy powstające na drodze alternatywnej transkrypcji izoformy receptora progesteronu: PR-A (ok. 94 kda), PR-B (ok. 118 kda) oraz PR-C (ok. 60 kda) [9]. Pomimo dużego podobieństwa budowy są one funkcjonalnie odmiennymi czynnikami transkrypcyjnymi, często pełniącymi przeciwstawne funkcje. Wykazano, że PR-B odgrywa kluczową rolę w formowaniu zrazików gruczołu piersiowego, natomiast PR-A niezbędny jest do prawidłowego rozwoju macicy u myszy [7,10]. Uważa się, że PR-A z reguły hamuje, a PR-B aktywuje ekspresję genów zależnych od progesteronu. Z kolei izoforma PR-C znosi działanie PR-B [11]. Zaobserwowano również różnice w komórkowej lokalizacji izoform: PR-A występuje głównie w jądrze, natomiast PR-B w jądrze i cytoplazmie. W gruczole piersiowym występują tylko dwie izoformy receptora tj. PR-A i PR-B, a stosunek ekspresji ich genów w przybliżeniu wynosi 1:1 [10]. Relacja ta ulega zaburzeniu w stanach patologicznych. 198 www.postepybiochemii.pl

PR W RAKU GRUCZOŁU PIERSIOWEGO Estrogen i progesteron oraz ich receptory jądrowe zaangażowane są w rozwój i prawidłowe funkcjonowanie gruczołu piersiowego. W zdrowym gruczole, pomimo że komórki ER + /PR + stanowią jedynie 10 20% populacji komórek epitelialnych, to właśnie one odpowiedzialne są za proliferację prowadzącą do rozrostu gruczołu w okresie dojrzewania i laktacji [6-8]. Komórki PR + w odpowiedzi na działanie progesteronu produkują czynniki mitogenne (Wnt1, RANKL), które parakrynnie wpływają na komórki pozbawione receptorów hormonów sterydowych. Co ciekawe w raku gruczołu piersiowego zależnym od hormonu aż ok. 70% komórek eksprymuje ER, z czego 50% populacji stanowią komórki PR-dodatnie [12]. Efektem dominującym, promującym progresję we wczesnym stadium choroby, jest jednak sygnalizacja autokrynna [13]. W trakcie rozwoju choroby, komórki nowotworowe osiągają status hormono-niezależny (nie potrzebują hormonów do wzrostu i nie odpowiadają na terapie hormonalne) lub tracą receptory hormonów sterydowych (ER / PR ). Poprzedzone jest to hiperaktywacją receptora progesteronu, szybkimi efektami jego działalności i powstawaniem wysoce czułych form PR. Nie odpowiadają już one na działanie progesteronu, a stają się zależne od receptorów dla czynników wzrostu. Pula hiperaktywnego PR w komórce jest stosunkowo niska i przez to często, ze względu na zbyt niską czułość metod detekcji, może być pomijana w trakcie oceny histologicznej [14]. Wydaje się jednak, że aktywność właśnie takich form receptora progesteronu jest kluczowa dla wczesnej progresji raka gruczołu piersiowego (BCa, ang. breast carcionoma). Prowadzi ona bowiem do konstytutywnej aktywacji ścieżek sygnalizacyjnych odpowiedzialnych za proliferację, migrację, ucieczkę od apoptozy, transaktywację GFR, a także umożliwia nabycie oporności na terapie hormonalne. Ostateczny los PR, tj. degradacja, regulowany jest przez receptory dla czynników wzrostu i prowadzi do powstania fenotypu komórkowego PR -, będącego doskonałym markerem klinicznym charakterystycznej dla fenotypu inwazyjnego BCa zwiększonej aktywności receptorów czynników wzrostu. Ekspresja genu receptora progesteronu uznawana za marker funkcjonalnego szklaku aktywowanego przez ER, stanowi ważny czynnik predykcyjny w przypadkach nowotworów gruczołu piersiowego. Nowotwory ER+/PR+ stanowią 50 70% wszystkich przypadków BCa, a odpowiedź na terapie hormonalne jest ściśle związana z ilością obu receptorów w komórkach rakowych. Jak udokumentowano, na leczenie hormonalne o wiele wydajniej odpowiadają komórki posiadające oba receptory niż tylko sam ER [15]. Utrata PR związana jest również z krótszym czasem przeżycia wolnym od choroby oraz krótszym czasem przeżycia całkowitego [16]. Status receptorów ER i PR nie jest stały i zmienia się w przebiegu choroby wraz z rozwojem raka, jak również trwającą terapią hormonalną ilość eksprymowanych receptorów z reguły spada. Co ciekawe w przypadku przerzutów bliskich (do węzłów chłonnych) synteza ER i PR odpowiada profilowi receptorów w guzie pierwotnym, natomiast jej poziom znacząco różni się w przypadku przerzutów odległych [17,18]. Rokowania u chorych z nowotworami ER/PR-pozytywnymi są znacznie lepsze niż w przypadkach z syntezą tylko jednego receptora lub ER/PR-negatywnych [15]. Oczywista jest więc bezsprzeczna rola receptora progesteronu w rozwoju i terapii raka gruczołu piersiowego. Aktywność biologiczna PR w komórkach nowotworowych przebiega według trzech głównych mechanizmów. Pierwszy z nich polega na aktywacji klasycznej ścieżki sygnalizacyjnej prowadzącej do transkrypcji genów zależnych od wiązania PR do sekwencji promotorowych genu. Kolejny wykorzystuje aktywację alternatywnych ścieżek sygnalizacyjnych, w których receptor progesteronu pełni funkcje aktywatora lub represora transkrypcji genów nie posiadających w swojej sekwencji motywu wiążącego receptor. Ostatni ze znanych mechanizmów, określany jako ścieżka niegenomowa, to aktywności PR niezwiązane z procesami regulacji transkrypcji. Potencjalna interwencja terapeutyczna skierowana na aktywność PR wymaga dogłębnego poznania skomplikowanych mechanizmów regulacji tego receptora i sygnalizacji komórkowej PR-zależnej opisanych poniżej. KLASYCZNA ŚCIEŻKA SYGNALIZACYJNA (GENOMOWA) Receptor progesteronowy należy do rodziny receptorów steroidowych (SHR, ang. steroid hormone receptor), pełniących funkcję czynników transkrypcyjnych. Aktywacja ich klasycznej ścieżki sygnalizacyjnej, zwanej również genomową (Fig. 1A), jest procesem złożonym wymagającym wielu molekularnych oddziaływań prowadzących do fosforylacji receptora, translokacji z cytosolu do jądra komórkowego, działalności jako czynnik transkrypcyjny i jego degradacji [19,20]. Pierwszym, niezbędnym do zapoczątkowania kaskady sygnalizacyjnej etapem, jest aktywacja PR poprzez związanie jego liganda. Progesteron to klasyczny hormon sterydowy (SH, ang. steroid hormone), który ze względu na swój lipofilowy charakter bez trudu dyfunduje przez błony komórkowe do wnętrza komórki i wiąże swoiste receptory znajdujące się zarówno w jądrze komórkowym jak i cytosolu. Receptor progesteronu należy do podrodziny receptorów jądrowych i posiada charakterystyczną dla nich, dwudomenową budowę. Fragment C-końcowy receptora zawiera domenę LBD (ang. ligand-binding domain) odpowiedzialną za wiązanie liganda oraz oddziaływanie receptora z białkami szoku cieplnego (Hsp, ang. heat-shock protein), która posiada zależną od hormonu sekwencję aktywatorową AF2 (ang. activation function 2) wspólną dla wszystkich izoform receptora. Centralnie umiejscowiona domena DBD (ang. DNA-binding domain) odpowiada za oddziaływanie receptora z DNA. Fragment N-końcowy receptora zawiera natomiast niezależną od hormonu sekwencję transaktywującą (AF1), która bierze udział w oddziaływaniach PR z koaktywatorami i kosupresorami regulując w ten sposób poziom ekspresji genów. W PR-B zidentyfikowano również sekwencję AF- 3, hamującą działanie wspomnianej sekwencji AF-1, w wyniku czego PR-B aktywuje ekspresję genów. W obrębie fragmentu N-końcowego znajdują się również motywy Postępy Biochemii 61 (2) 2015 199

Figura 1. Ścieżki sygnalizacyjne receptora progesteronu. A) Szlak klasycznej ścieżki sygnalizacyjnej. Po wniknięciu do komórki progesteron wiąże się z receptorem progesteronu powodując zmianę jego konformacji i oddysocjowanie kompleksów białek opiekuńczych (Hsp) i immunofilin (FBKP). Następnie receptor ulega dimeryzacji, fosforylacji i translokacji do jądra komórkowego, gdzie jako czynnik transkrypcyjny reguluje proces transkrypcji genów posiadających sekwencje PRE. B) Szlak alternatywnej ścieżki sygnalizacyjnej. Aktywacja PR poprzez receptory dla czynników wzrostu (GFR) może inicjować trzy grupy szlaków sygnalizacyjnych (Ras/Raf/MEK/MAPK, PI3K/AKT oraz związanego z FAK) prowadząc w każdym przypadku do szybkich efektów komórkowych. Współoddziaływanie PR z receptorami czynników wzrostu (GFR) promuje niezależną od progesteronu translokację PR do jądra komórkowego bez uprzedniej dimeryzacji receptora, a także wywołuje aktywację transkrypcji genów pozbawionych sekwencji PRE. Receptor progesteronowy po związaniu liganda może również regulować funkcje GFR. seryna-prolina (Ser-Pro) z miejscami fosforylacji PR, które decydują o jego aktywności i determinują dalsze losy w komórce [21,22]. Wolny, nie związany z ligandem receptor progesteronu występuje jako monomer tworzący heterokompleksy z białkami opiekuńczymi (Hsp90, Hsp70), immunofilinami (FKBP52, FKBP54) oraz białkiem p23, które zapobiegają jego przedwczesnej aktywacji [23]. Związanie liganda powoduje fosforylację domeny N-końcowej PR i oddysocjowanie kompleksu białek supresorowych związanych z domeną C-końcową. Dzięki temu możliwa jest homo- (PR-A/PR-A; PR-B/PR-B) lub heterodimeryzacja receptora (PR-A/PR-B) oraz jego swobodne i dynamiczne przemieszczanie między przedziałami komórki. Translokacja między cytosolem a jądrem komórkowym warunkuje kontrolę ekspresji genów poprzez wiązanie się PR do specyficznych sekwencji DNA (PREs, ang. palindromic-progesterone-response elements), a następnie rekrutację koaktywatorów i korepresorów. PR bezpośrednio reguluje transkrypcję genów posiadających sekwencje PREs i odgrywających istotną rolę w progresji raka gruczołu piersiowego takich jak: c-myc, BCL-XL, MMTV czy syntetaza kwasów tłuszczowych (Fig. 1A) [24-26]. Oprócz bezpośredniego wpływu na proces transkrypcji (poprzez fizyczne oddziaływanie PR z sekwencjami PREs), receptor progesteronu poprzez oddziaływanie z innymi czynnikami transkrypcyjnymi (np. AP-1, SP-1, STAT5) może również w sposób pośredni warunkować ekspresję genów nie posiadających motywu PREs [20,27,28]. Ostatnim etapem klasycznej ścieżki sygnalizacyjnej PR jest jego powrót z jądra do cytosolu, ubikwitylacja, a następnie degradacja receptora w kompleksie proteasomu. Postępy 200 Biochemii 61 (2) 2015 www.postepybiochemii.pl 200

ALTERNATYWNA ŚCIEŻKA SYGNALIZACYJNA Opisana powyżej genomowa ścieżka sygnalizacyjna PR charakteryzuje się odległym w czasie mechanizmem działania. Pierwsze zmiany w poziomie ekspresji genów można zaobserwować dopiero po upływie kilku godzin od czasu stymulacji hormonem. Model ten nie pozwala więc na wyjaśnienie efektów komórkowych widocznych zaledwie po upływie kilku minut od ekspozycji na progesteron. Okazało się, że PR może być również aktywowany bez obecności specyficznych dla niego ligandów i ulegać translokacji do jądra komórkowego bez konieczności dimeryzacji (Fig. 1B). Sugeruje to występowanie alternatywnych, angażujących kaskady sygnalizacyjne komórki, mechanizmów aktywujących receptory hormonów steroidowych. Coraz więcej badań pokazuje, że aktywność PR może być zintegrowana z wydarzeniami zapoczątkowanymi przez białka związane z błoną komórkową, których finalnym efektem jest wpływ na ekspresję genów. Po stymulacji progesteronem, PR może dynamicznie tworzyć kompleksy z komponentami kaskad sygnalizacyjnych, dzięki obecności w strukturze receptora dwóch domen: motywu bogatego w reszty proliny (PPR, ang. poly-proline-rich region) oraz domeny oddziałującej z receptorem estrogenowym (ERID, ang. estrogen receptor incteracting domain) [29]. Motyw PPR znajduje się powyżej sekwencji AF1 i jest zdolny do specyficznego oddziaływania z domeną SH3 kinazy Src, podczas gdy domena ERID umożliwia bezpośrednie oddziaływanie PR z receptorem estrogenowym (ER). Związanie PR z domeną SH3 lub ER prowadzi do natychmiastowej aktywacji ścieżek sygnalizacyjnych EGFR/c-Src/Ras/Erk- oraz PI3K/AKT-zależnych, które wydają się być krytyczne w stymulowanej przez progestron proliferacji komórek (Fig. 1B) [30]. Progesteron aktywując ścieżki zależne od kinaz aktywowanych mitogenami (MAPK, ang. mitogen-activated protein kinases) powoduje zarówno amplifikację genomowego oddziaływania PR, jak również aktywację czynników transkrypcyjnych niezależnych od oddziaływania z PR. Doskonałym przykładem regulacji przez progestyny genów niezależnych od funkcji PR jako czynnika transkrypcyjnego (a więc genów nie posiadających w swojej strukturze sekwencji PRE) jest gen kodujący cyklinę D1. Białko to, poprzez oddziaływanie z kinazami zależnymi od cyklin (cdk, ang. cyclin-dependent kinases), odpowiada za regulację cyklu komórkowego i przechodzenie komórki z fazy G1 do fazy S. Cyklina D1 jest ważnym sensorem przekazującym sygnały wewnątrzkomórkowe do aparatu odpowiedzialnego za progresję cyklu komórkowego [31]. Transkrypcja tego genu regulowana jest przez progestyny dzięki oddziaływaniu PR z kinazą Src (Fig. 1B) [32]. NIEGENOMOWE NIEZWIĄZANE Z REGULACJĄ EKSPRESJI GENÓW FUNKCJE PR Istotnym aspektem aktywności receptorów hormonów sterydowych jest niegenomowa ścieżka sygnalizacyjna, tj. nie mająca bezpośredniego związku z rolą transkrypcyjną SHR. Efekty takiej aktywności receptora progesteronu są zwykle szybkie (minuty, kilka godzin) i w oczywisty sposób nie mają związku z syntezą RNA, a następnie translacją. Do mechanizmów niegenomowych zalicza się zatem opisane poniżej procesy niepasujące do klasycznego sposobu oddziaływania PR. mpr RECEPTOR PROGESTERONU ZWIĄZANY Z BŁONĄ KOMÓRKOWĄ Oprócz właściwego, cytoplazmatyczno-jądrowego receptora progesteronu, kilka doniesień naukowych sugeruje istnienie formy receptora związanej z błoną komórkową (mpr, ang. membrane-localized progestin-receptor). mpr posiada siedem transbłonowych domen i aktywuje białka G oraz ścieżkę sygnalizacyjną MAPK [33,34]. Podobnie jak mer może on również pełnić funkcje klasycznego SHR i po uprzednim związaniu liganda, poprzez relokalizację z błony komórkowej do cytosolu i jądra wywoływać efekt genomowy. Sugeruje się więc, aby aktywność receptorów hormonów sterydowych związanych z błoną komórkową nie określać jako nienależące do klasycznej ścieżki sygnalizacyjnej, ale regulujące ekspresję genów oddziaływaniem typu MISS (ang. membrane-initiated steroid signalling). W epitelialnej linii komórkowej gruczołu piersiowego MCF10A (typ bazalny, PR ), pod wpływem promieniowania jonizującego, progesteron poprzez oddziaływanie z mpr powoduje aktywację ścieżki sygnalizacyjnej PI3K/AKT. Prowadzi to do pojawiania się populacji o cechach rakowych komórek macierzystych (CSC, ang. cancer stem cells), tzn. o fenotypie ALDH + /CD44 + / CD24 - [35]. Interesującym zjawiskiem jest również zależna od białka szoku cieplnego Hsp27 palmitylacja klasycznego PR, proces prowadzący do błonowej lokalizacji receptora [36]. Zwiększoną pulę SHR w błonie komórkowej i wynikającą z tego wysoką aktywację kinaz zauważono w niektórych inwazyjnych BCa [37]. Zjawisko to promuje oporność komórek raka piersi na leczenie tamoksifenem [38]. ODDZIAŁYWANIE PR Z RECEPTORAMI DLA CZYNNIKÓW WZROSTU Receptor progesteronowy ulega w komórce, determinującym jego dalsze losy modyfikacjom potranslacyjnym takim jak fosforylacja, acetylacja, sumoilacja czy ubikwitylacja [39-41]. Sumoilacja jest procesem przyłączania małych (ok. 11 kda) peptydów SUMO (ang. small ubiquitin-related modifiers), które determinują selektywność promotorową znakowanego białka, wpływają na regulację cyklu komórkowego, degradację oraz upakowanie chromatyny [42-44]. Białka te przyłączają się do reszt lizyny znajdujących się w miejscach konsensusowych, a w strukturze PR zidentyfikowano występowanie takiej sekwencji, w miejscu reszty Lys388. Modyfikacja ta jest zależna od obecności progestyn i powoduje spadek aktywności transkrypcyjnej receptora [40,45,46]. Fosforylacja w odróżnieniu od sumoilacji nie wymaga obecności liganda dla receptora progesteronu. Jak dotąd znanych jest 14 miejsc fosforylacji PR (preferowane są reszty seryny), do których grupy fosforanowe dołączane są dzięki aktywności kinazy kazeinowej 2 (CK2, ang. casein kinase II) oraz kinaz MAP [47,48]. W strukturze receptora wykazano obecność czterech reszt seryny konstytutywnie aktyw- Postępy Biochemii 61 (2) 2015 201

nych bez względu na obecność hormonów, są to reszty: Ser81, Ser162, Ser190 oraz Ser400. To właśnie fosforylacja receptora niezależna od wcześniejszej aktywacji ligandem wydaje się być łącznikiem między sygnałami odbieranymi ze środowiska zewnątrzkomórkowego przez receptory dla czynników wzrostu (GFR, ang. growth factor receptor), a szybkimi efektami receptorów dla hormonów steroidowych. Wspomniane oddziaływanie PR z GFR prowadzi nie tylko do szybkiego efektu niezależnego od progestyn, ale ma również wpływ na aktywację samych receptorów czynników wzrostu i prowadzi do zmian w profilu ich produkcji. W przypadku wielu nowotworów, m.in. raka gruczołu piersiowego, koreluje to z ich inwazyjnością. Zależność z PR została potwierdzona w przypadku rodziny receptorów naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR, ang. epidermal growth factor), tj. receptorów EGFR (ErbB1), HER2 (ErbB2) oraz HER3 (ErbB3). Białka te wiążą m.in. hereguliny (HRG) czyli grupę polipeptydów, zawierają wspólny motyw (ang. EGF-like motif) odpowiedzialny za powinowactwo do receptorów rodziny EGFR [49]. Ekspozycja komórek raka gruczołu piersiowego na działanie heregulin powoduje aktywację takich ścieżek jak Erk/MAPK, Jnk/SAPK, p70/p85s6k oraz PI3K [50,51] regulujących m.in. procesy proliferacji, różnicowania i apoptozy. W indukowanym octanem medroksyprogesteronu (MPA, ang. medroxyprogesterone acetate, syntetyczna progestyna), mysim modelu raka gruczołu piersiowego typu przewodowego (IDC, ang. invasive ductal carcinoma) wykazano zwiększoną produkcję HRG. Co ciekawe, w nowotworach typu zrazikowego (ILC, ang. invasive lobular carcinoma), dla których markery ER/PR są ujemne, nie wykryto mrna odpowiedzialnego za syntezę heregulin [52,53]. Dokładniejsze badania wykazały, że ekspresja genów kodujących HRG znajduje się pod ścisłą kontrolą regulacji hormonalnej. MPA (syntetyczna progestyna) indukuje nadprodukcję HRG in vivo, a progresji nowotworowej zmierzającej do osiągnięcia fenotypu pregesterono-niezależnego towarzyszy konstytutywna ekspresja genów heregulin. Ligandy te potęgują mitogenny efekt MPA w kulturach in vitro BCa, a blokowanie syntezy endogennych HRG poprzez zastosowanie antysensownych oligodeoksynukleotydów hamuje, zależny od MPA, wzrost komórek. W ok. 20 25% przewodowych BCa (IDC) obserwuje się nadprodukcję receptorów ErbB2 oraz ErbB3 [54]. Traktowanie komórek zarówno MPA jak i HRG powoduje fosforylację tych receptorów, natomiast zablokowanie translacji mrna dla ErbB2 znosi efekt zależnej od MPA lub HRG proliferacji komórek. Uważa się więc, że receptory z rodziny EGFR odgrywają istotną rolę w ścieżkach sygnalizacyjnych indukowanych nie tylko przez czynniki wzrostu, ale również inicjowanych przez hormony steroidowe, w tym progesteron [55]. Ligandy EGFR (EGF, HRG) analogicznie do progesteronu powodują fosforylację PR-Ser294 poprzez aktywację kinaz MAP. Po stymulacji zarówno EGF jak i HRG obserwuje się zanik syntezy obu izoform receptora progesteronowego w ludzkich i mysich liniach komórkowych BCa, a efekt ten poprzedzony jest wzmożoną translokacją PR do jądra komórkowego oraz wzrostem transkrypcji genów posiadających sekwencje PRE [56]. Z drugiej strony wykazano, że ekspozycja komórek na progesteron inicjuje fosforylację HER2 (przez PR), który następnie może ulegać translokacji do jądra komórkowego, gdzie tworzy kompleks z czynnikiem transkrypcyjnym STAT3 i pełni funkcję jego koaktywatora. Udowodniono również, że do kompleksu tego może dołączać PR (Fig. 1B), co umożliwia mu kontrolowanie ekspresji wspomnianego genu cykliny D1 [57]. Progesteron, jak i syntetyczne progestyny biorą udział zarówno w regulacji funkcji EGFR jak i ekspresji genu kodującego ten receptor, powodując przyrost ilości EGFR w błonie komórkowej. Z drugiej strony stymulacja naskórkowym czynnikiem wzrostu powoduje spadek ilości PR (poprzez wzrost jego degradacji). Proces ten nie wypływa jednak ani na obniżenie powinowactwa PR dla ligandów, ani na obniżenie jego zdolności do regulacji ekspresji genów posiadających motyw PRE, a wywołany przez progesteron efekt (aktywacja ścieżki Erk/MAPK) obserwowany jest jeszcze długo (ok. 72 godzin) po degradacji PR (obserwowanej już po upływie 6 godzin). Uważa się, że nadprodukcja receptora EGFR z jednoczesną wzmożoną degradacją PR w wyniku stymulacji EGF/EGFR, tworzą swego rodzaju pętlę regulatorową, która może przyczyniać się do częściowej utraty wrażliwości na działanie hormonów steroidowych i jednocześnie pośredniczyć w zależnej od czynników wzrostu proliferacji obserwowanej w trakcie progresji BCa [58]. W części zaawansowanych raków gruczołu piersiowego pomimo ich niezależności od hormonów obserwuje się obecność wysoce stabilnych, funkcjonalnych receptorów dla progesteronu, które są wyłączone ze ścieżki degradacji. Sugeruje się, że mogą one odpowiadać na działanie czynników wzrostu, a reagują słabo lub wcale na hormony steroidowe. Pomimo niskiego poziomu receptorów, charakteryzuje je wzmożona aktywność (także transkrypcyjna), która napędza progresję nowotworową [59]. Receptor progesteronowy oddziałuje także z receptorem dla czynników wzrostu fibroblastów typu 2 (FGFR2, ang. fibroblast growth factor 2). Pierwszą zależność między FGFR2 a PR zauważono w mysim, indukowanym MPA, modelu raku gruczołu piersiowego. Dowiedziono, że FGF2 (ligand dla FGFR2) produkowany przez fibroblasty mikrośrodowiska guza aktywuje PR komórek nowotworowych promując w konsekwencji ich proliferację [60]. Traktowanie linii komórkowej T47D (rak gruczołu piersiowego typu luminalnego, ER + /PR + ) MPA oraz FGF2 ujawniło, że oba czynniki powodują aktywację tych samych szlaków sygnalizacyjnych (Erk, AKT, STAT5), przy czym zachodzi ona szybciej w przypadku efektu indukowanego przez FGF2. Stymulacja zarówno MPA jak i FGF2 prowadzi również do bezpośredniego oddziaływania ze sobą receptorów PR i FGFR2 oraz tworzenia kompleksu z czynnikiem transkrypcyjnym STAT5 (PR/FGFR2/ STAT5). Wszystkie białka tworzą wspólnie aktywny transkrypcyjnie kompleks regulujący ekspresję protoonkogenów CCD1 i c-myc. Oddziaływanie PR/FGFR2 potwierdzono także w materiale klinicznym pochodzącym od pacjentów z BCa [28]. 202 www.postepybiochemii.pl

Czynniki wzrostu i ich receptory, oprócz wpływu na aktywację i degradację receptora progesteronu, mogą także regulować poziom jego syntezy. Insulinopodobny czynnik wzrostu (IGF, ang. insulin-like growth factor) nie tylko reguluje proliferację i różnicowanie komórek zdrowego gruczołu piersiowego, ale bierze udział również w ich transformacji nowotworowej [61]. Aktywacja ścieżki sygnalizacyjnej IGF-1 powoduje obniżenie poziomu transkrypcji PR poprzez ścieżkę PI3K/Akt/mTOR. Podejrzewa się, że spadek ilości obu izoform PR w gruczole piersiowym jest skutkiem pośredniego lub bezpośredniego oddziaływania mtor z represorem transkrypcji receptora progesteronu lub hamowania aktywatorów transkrypcji genu kodującego PR [62]. Na poziom produkcji PR wpływa także EGF, który oprócz degradacji PR w obecności ER stymuluje jego syntezę [63]. EGF wraz z PR i ER wpływa też na wzrost i różnicowanie komórek gruczołu piersiowego. Estrogen odpowiada za elongację przewodów mlecznych, progesteron umożliwia ich rozgałęzianie i powstawanie struktur pęcherzykowo-zrazikowych, a EGF koordynuje zachodzenie obu tych procesów zwiększając ich zasięg i tempo [64]. Oddziaływanie receptora progesteronu z receptorami dla czynników wzrostu jest procesem złożonym, którego mechanizm oddziaływania zależny jest od tego z jakim czynnikiem wzrostu on następuje. Aktywność GFR może prowadzić do degradacji (działalność EGF, HRG), regulacji poziomu ekspresji genu kodującego PR (działalność IGF, EGF) czy też aktywacji PR (FGFR2, EGFR). Mimo zupełnie różnych mechanizmów oddziaływania, współzależność receptora progesteronu i receptorów dla czynników wzrostu jest jednym z kluczowych procesów wpływających na progresję nowotworu gruczołu piersiowego. HIPERAKTYWACJA RECEPTORA PROGESTERONU Istotnym aspektem współzależności receptora progesteronu i receptorów czynników wzrostu jest uwrażliwianie PR na obniżone stężenie jego ligandów. PR w postaci ufosforylowanej wykazuje znacznie wyższą czułość nawet na bardzo niskie stężenia progestyn (zakres 0,1 nm) [59]. W komórkach, które przed stymulacją hormonami steroidowymi poddane były ekspozycji np. na EGF, zachodzi natychmiastowa fosforylacja PR-Ser294 przez kinazy MAP i szybka relokalizacja PR z cytoplazmy do jądra komórkowego [65]. Podejrzewa się, że prawidłowo umiejscowiony (dzięki czynnikom wzrostu) tj. jądrowy receptor progesteronu funkcjonuje znacznie wydajniej. Prawdopodobnie czynniki wzrostu pozwalają na pominięcie etapu aktywacji PR bezzwłocznie przekierowując receptor z cytosolu do jądra, co umożliwia jego aktywność transkrypcyjną przy stężeniach progesteronu, które w warunkach standardowych byłyby zbyt niskie [47]. Obecność czynników wzrostu prowadzi więc do powstawania gotowego do dalszej akcji, właściwie zlokalizowanego, hiperczułego na progestyny receptora progesteronu (Fig. 1B). NIEGENOMOWE EFEKTY WYWOŁYWANE PRZEZ ZALEŻNE OD PROGESTERONU AKTYWNOŚCI PR Szybkie, niezwiązane z regulację ekspresji genów efekty receptora progesteronu mogą być także wywoływane przez progesteron i jego pochodne. Wiele doniesień literaturowych pokazuje, że aktywowany ligandem PR może wpływać na różne rodzaje odpowiedzi komórkowej w zależności od tego czy działa on jako czynnik transkrypcyjny, czy też jako aktywator ścieżek sygnalizacyjnych. Stymulacja progestynami specyficznie dla danej linii nowotworowej stymuluje bądź hamuje proliferację komórek. Linia mysich komórek raka gruczołu piersiowego C4HD (indukowanego MPA) traktowana progesteronem wykazuje zwiększone tempo proliferacji, a w efekt ten zaangażowana jest zależna od PR aktywacja ścieżek Erk/MAPK, PI3K/AKT, zarówno in vitro jak i in vivo [66]. Badania te wykazały także, że tworzenie przerzutów BCa po stymulacji progestynami jest w większym stopniu zależne od działalności PR jako aktywatora kaskady sygnalizacyjnej niż czynnika transkrypcyjnego, a cały proces uzależniony jest w tym przypadku od aktywacja białka c-src. Podobnie w przypadku linii T47D zależna od PR proliferacja komórek opiera się o aktywację szlaku c-src/p21ras/mapk [30]. Stymulacja progestynami może również wpływać na adhezję i migrację komórek nowotworowych. Ruch komórek jest procesem złożonym, wymagającym oddziaływania komórki z otaczającym ją środowiskiem oraz białkami macierzy zewnątrzkomórkowej. Krytycznymi etapami procesu migracji są kolejno: przebudowa cytoszkieletu aktynowego, a następnie polaryzacja ciała komórki, tworzenie wypustek w krawędzi wiodącej oraz skurcz ciała komórki, który finalnie umożliwia jej przesunięcie [67]. Okazuje się, że również w tym procesie progestyny wraz z receptorem progesteronowym odgrywają istotną rolę. Ekspozycja komórek T47D na działanie Pg oraz MPA prowadzi do remodelowania aktyny i tworzenia wypustek, których powstawanie zależne jest od szybkiej fosforylacji/aktywacji moezyny. Progesteron i MPA powodują oddziaływanie PR odpowiednio z białkiem Gα i kinazą c-src. Umożliwia to aktywację PI3K, a następnie kompleksu kinaz RhoA/ROCK-2 bezpośrednio promującego migrację komórki [68-70]. Wprowadzenie PR do linii MDA-MB-231 (BCa, typ potrójnie negatywny), a następnie stymulacja Pg promowały zdolności adhezyjne oraz migrację komórek poprzez aktywację FAK (ang. focal adhesion kinase) [71,72]. Wyniki te jednoznacznie pokazują, że receptor progesteronu dynamicznie promuje ruch i inwazję komórek raka gruczołu piersiowego, procesy kluczowe dla progresji nowotworowej. UWAGI KOŃCOWE Aktywność receptora progesteronowego jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania gruczołu piersiowego, ale także odgrywa istotną rolę w rozwoju i progresji BCa. Jego występowanie w komórkach nowotworowych skorelowane jest z odpowiedzią na leczenie oraz roko- Postępy Biochemii 61 (2) 2015 203

waniem pacjenta. Oddziaływanie PR w komórce może przebiegać na drodze klasycznej ścieżki sygnalizacyjnej receptora jednak coraz więcej doniesień naukowych podkreśla rangę alternatywnej ścieżki sygnalizacyjnej wykorzystującej oddziaływania z receptorami czynników wzrostu. Jej aktywacja prowadzi do powstawania szybkich efektów, które często nie są zależne od obecności hormonów sterydowych. Zaangażowanie PR w regulację zarówno ekspresji genów jak i bezpośrednio w sygnalizację komórkową sugeruje konieczność dalszych badań o potencjalnie dużym znaczeniu diagnostycznym i terapeutycznym. PIŚMIENNICTWO 1. Nieuwenhuizen AG, Schuiling GA, Hilbrands LG, Bisschop EM, Koiter TR (1998) Proliferation of pancreatic islet-cells in cyclic and pregnant rats after treatment with progesterone. Horm Metab Res 30: 649-655 2. Picard F, Wanatabe M, Schoonjans K, Lydon J, O Malley BW, Auwerx J (2002) Progesterone receptor knockout mice have an improved glucose homeostasis secondary to β-cell proliferation. Proc Natl Acad Sci USA 99: 15644-15648 3. Frye CA (2011) Progesterone reduces depressive behavior of young ovariectomized, aged progestin receptor knockout, and aged wild type mice in the tail suspension test. J Psychopharmacol 25: 421-428 4. Marcouiller F, Boukari R, Laouafa S, Lavoie R, Joseph V (2014) The Nuclear Progesterone Receptor Reduces Post-Sigh Apneas during Sleep and Increases the Ventilatory Response to Hypercapnia in Adult Female Mice. PLoS One 9: 6-15 5. Aisemberg J, Vercelli CA, Bariani MV, Billi SC, Wolfson ML, Franchi AM (2013) Progesterone Is Essential for Protecting against LPS-Induced Pregnancy Loss. LIF as a Potential Mediator of the Anti-inflammatory Effect of Progesterone. PLoS One 8 6. Soyal S, Ismail PM, Li J, Mulac-Jericevic B, Conneely OM, Lydon JP (2002) Progesterone s role in mammary gland development and tumorigenesis as disclosed by experimental mouse genetics. Breast Cancer Res 4: 191-196 7. Lydon JP, DeMayo FJ, Funk CR, Mani SK, Hughes AR, Montgomery CA, Jr., Shyamala G, Conneely OM, O Malley BW (1995) Mice lacking progesterone receptor exhibit pleiotropic reproductive abnormalities. Genes Dev 9: 2266-2278 8. Graham JD, Clarke CL (1997) Physiological action of progesterone in target tissues. Endocr Rev 18: 502-519 9. Wei LL, Gonzalez-Aller C, Wood WM, Miller LA, Horwitz KB (1990) 5 -Heterogeneity in human progesterone receptor transcripts predicts a new amino-terminal truncated C -receptor and unique A-receptor messages. Mol Endocrinol 4: 1833-1840 10. Conneely OM, Mulac-Jericevic B, DeMayo F, Lydon JP, O Malley BW (2002) Reproductive functions of progesterone receptors. Recent Prog Horm Res 57: 339-355 11. Condon JC, Hardy DB, Kovaric K, Mendelson CR (2006) Up-regulation of the progesterone receptor (PR)-C isoform in laboring myometrium by activation of nuclear factor-kappab may contribute to the onset of labor through inhibition of PR function. Mol Endocrinol 20: 764-775 12. Russo J, Ao X, Grill C, Russo IH (1999) Pattern of distribution of cells positive for estrogen receptor alpha and progesterone receptor in relation to proliferating cells in the mammary gland. Breast Cancer Res Treat 53: 217-227 13. Arpino G, Weiss H, Lee AV, Schiff R, De Placido S, Osborne CK, Elledge RM (2005) Estrogen receptor-positive, progesterone receptor-negative breast cancer: association with growth factor receptor expression and tamoxifen resistance. J Natl Cancer Inst 97: 1254-1261 14. Daniel AR, Hagan CR, Lange CA (2011) Progesterone receptor action: defining a role in breast cancer. Expert Rev Endocrinol Metab 6: 359-369 15. Baum M, Buzdar A, Cuzick J, Forbes J, Houghton J, Howell A, Sahmoud T (2003) Anastrozole alone or in combination with tamoxifen versus tamoxifen alone for adjuvant treatment of postmenopausal women with early-stage breast cancer: results of the ATAC (Arimidex, Tamoxifen Alone or in Combination) trial efficacy and safety update analyses. Cancer 98: 1802-1810 16. Ferrer Roca OF, Ramos A, Diaz Cardama A (1995) Immunohistochemical correlation of steroid receptors and disease-free interval in 206 consecutive cases of breast cancer: validation of telequantification based on global scene segmentation. Anal Cell Pathol 9: 151-163 17. van Agthoven T, Timmermans M, Dorssers LC, Henzen-Logmans SC (1995) Expression of estrogen, progesterone and epidermal growth factor receptors in primary and metastatic breast cancer. Int J Cancer 63: 790-793 18. Brankovic-Magic M, Jankovic R, Neskovic-Konstantinovic Z, Nikolic- -Vukosavljevic D (2002) Progesterone receptor status of breast cancer metastases. J Cancer Res Clin Oncol 128: 55-60 19. Ward RD, Weigel NL (2009) Steroid receptor phosphorylation: Assigning function to site-specific phosphorylation. Biofactors 35: 528-536 20. Owen GI, Richer JK, Tung L, Takimoto G, Horwitz KB (1998) Progesterone regulates transcription of the p21(waf1) cyclin- dependent kinase inhibitor gene through Sp1 and CBP/p300. J Biol Chem 273: 10696-10701 21. Hollenberg SM, Evans RM (1988) Multiple and cooperative trans-activation domains of the human glucocorticoid receptor. Cell 55: 899-906 22. Kumar R, Lee JC, Bolen DW, Thompson EB (2001) The conformation of the glucocorticoid receptor af1/tau1 domain induced by osmolyte binds co-regulatory proteins. J Biol Chem 276: 18146-18152 23. Picard D (2006) Chaperoning steroid hormone action. Trends Endocrinol Metab 17: 229-235 24. Tamm K, Rõõm M, Salumets A, Metsis M (2009) Genes targeted by the estrogen and progesterone receptors in the human endometrial cell lines HEC1A and RL95-2. Reprod Biol Endocrinol 7: 150 25. Moore MR, Zhou JL, Blankenship KA, Strobl JS, Edwards DP, Gentry RN (1997) A sequence in the 5 flanking region confers progestin responsiveness on the human c-myc gene. J Steroid Biochem Mol Biol 62: 243-252 26. Chalbos D, Chambon M, Ailhaud G, Rochefort H (1987) Fatty acid synthetase and its mrna are induced by progestins in breast cancer cells. J Biol Chem 262 (21): 9923-9926 27. Bamberger AM, Bamberger CM, Gellersen B, Schulte HM (1996) Modulation of AP-1 activity by the human progesterone receptor in endometrial adenocarcinoma cells. Proc Natl Acad Sci USA 93: 6169-6174 28. Cerliani JP, Guillardoy T, Giulianelli S, Vaque JP, Gutkind JS, Vanzulli SI, Martins R, Zeitlin E, Lamb CA, Lanari C (2011) Interaction between FGFR-2, STAT5, and progesterone receptors in breast cancer. Cancer Res 71: 3720-3731 29. Ballare C, Uhrig M, Bechtold T, Sancho E, Di Domenico M, Migliaccio A, Auricchio F, Beato M (2003) Two domains of the progesterone receptor interact with the estrogen receptor and are required for progesterone activation of the c-src/erk pathway in mammalian cells. Mol Cell Biol 23: 1994-2008 30. Migliaccio A, Piccolo D, Castoria G, Di Domenico M, Bilancio A, Lombardi M, Gong W, Beato M, Auricchio F (1998) Activation of the Src/ p21ras/erk pathway by progesterone receptor via cross-talk with estrogen receptor. EMBO J 17: 2008-2018 31. Bendris N, Lemmers B, Blanchard JM (2015) Cell cycle, cytoskeleton dynamics and beyond: the many functions of cyclins and CDK inhibitors. Cell Cycle 9: 1351-1352 32. Boonyaratanakornkit V, McGowan E, Sherman L, Mancini MA, Cheskis BJ, Edwards DP (2007) The role of extranuclear signaling actions of progesterone receptor in mediating progesterone regulation of gene expression and the cell cycle. Mol Endocrinol 21: 359-375 33. Thomas P, Pang Y, Dong J, Groenen P, Kelder J, de Vlieg J, Zhu Y, Tubbs C (2007) Steroid and G protein binding characteristics of the seatrout and human progestin membrane receptor alpha subtypes and their evolutionary origins. Endocrinology 148: 705-718 204 www.postepybiochemii.pl

34. Tang YT, Hu T, Arterburn M, Boyle B, Bright JM, Emtage PC, Funk WD (2005) PAQR proteins: a novel membrane receptor family defined by an ancient 7-transmembrane pass motif. J Mol Evol 61: 372-380 35. Vares G, Sai S, Wang B, Fujimori A, Nenoi M, Nakajima T (2015) Progesterone generates cancer stem cells through membrane progesterone receptor-triggered signaling in basal-like human mammary cells. Cancer Lett 362: 167-173 36. Razandi M, Pedram A, Levin ER (2010) Heat shock protein 27 is required for sex steroid receptor trafficking to and functioning at the plasma membrane. Mol Cell Biol 30: 3249-3261 37. Kumar R, Wang RA, Mazumdar A, Talukder AH, Mandal M, Yang Z, Bagheri-Yarmand R, Sahin A, Hortobagyi G, Adam L, Barnes CJ, Vadlamudi RK (2002) A naturally occurring MTA1 variant sequesters oestrogen receptor-alpha in the cytoplasm. Nature 418: 654-657 38. Fan P, Wang J, Santen RJ, Yue W (2007) Long-term treatment with tamoxifen facilitates translocation of estrogen receptor alpha out of the nucleus and enhances its interaction with EGFR in MCF-7 breast cancer cells. Cancer Res 67: 1352-1360 39. Daniel AR, Gaviglio AL, Czaplicki LM, Hillard CJ, Housa D, Lange CA (2010) The progesterone receptor hinge region regulates the kinetics of transcriptional responses through acetylation, phosphorylation, and nuclear retention. Mol Endocrinol 24: 2126-2138 40. Daniel AR, Faivre EJ, Lange CA (2007) Phosphorylation-dependent antagonism of sumoylation derepresses progesterone receptor action in breast cancer cells. Mol Endocrinol 21: 2890-2906 41. Weigel NL, Bai W, Zhang Y, Beck CA, Edwards DP, Poletti A (1995) Phosphorylation and progesterone receptor function. J Steroid Biochem Mol Biol 53: 509-514 42. Verger A, Perdomo J, Crossley M (2003) Modification with SUMO. A role in transcriptional regulation. EMBO Rep 4: 137-142 43. Seeler JS, Dejean A (2003) Nuclear and unclear functions of SUMO. Nat Rev Mol Cell Biol 4: 690-699 44. Muller S, Hoege C, Pyrowolakis G, Jentsch S (2001) SUMO, ubiquitin s mysterious cousin. Nat Rev Mol Cell Biol 2: 202-210 45. Abdel-Hafiz H, Takimoto GS, Tung L, Horwitz KB (2002) The inhibitory function in human progesterone receptor N termini binds SUMO- 1 protein to regulate autoinhibition and transrepression. J Biol Chem 277: 33950-33956 46. Chauchereau A, Amazit L, Quesne M, Guiochon-Mantel A, Milgrom E (2003) Sumoylation of the progesterone receptor and of the steroid receptor coactivator SRC-1. J Biol Chem 278: 12335-12343 47. Qiu M, Lange CA (2003) MAP kinases couple multiple functions of human progesterone receptors: degradation, transcriptional synergy, and nuclear association. J Steroid Biochem Mol Biol 85: 147-157 48. Zhang Y, Beck CA, Poletti A, Edwards DP, Weigel NL (1994) Identification of phosphorylation sites unique to the B form of human progesterone receptor. In vitro phosphorylation by casein kinase II. J Biol Chem 269: 31034-31040 49. Tzahar E, Pinkas-Kramarski R, Moyer JD, Klapper LN, Alroy I, Levkowitz G, Shelly M, Henis S, Eisenstein M, Ratzkin BJ, Sela M, Andrews GC, Yarden Y (1997) Bivalence of EGF-like ligands drives the ErbB signaling network. EMBO J 16: 4938-4950 50. Sepp-Lorenzino L, Eberhard I, Ma Z, Cho C, Serve H, Liu F, Rosen N, Lupu R (1996) Signal transduction pathways induced by heregulin in MDA-MB-453 breast cancer cells. Oncogene 12: 1679-1687 51. Amundadottir LT, Leder P (1998) Signal transduction pathways activated and required for mammary carcinogenesis in response to specific oncogenes. Oncogene 16: 737-746 52. Normanno N, Qi C, Gullick W, Persico G, Yarden Y, Wen D, Plowman G, Kenney N, Johnson G, Kim N, Brandt R, Martinezlacaci I, Dickson R, Salomon D (1993) Expression of amphiregulin, cripto-1, and heregulin-alpha in human breast-cancer cells. Int J Oncol 2: 903-911 53. Normanno N, Kim N, Wen D, Smith K, Harris AL, Plowman G, Colletta G, Ciardiello F, Salomon DS (1995) Expression of messenger RNA for amphiregulin, heregulin, and cripto-1, three new members of the epidermal growth factor family, in human breast carcinomas. Breast Cancer Res Treat 35: 293-297 54. Slamon DJ, Clark GM, Wong SG, Levin WJ, Ullrich A, McGuire WL (1987) Human breast cancer: correlation of relapse and survival with amplification of the HER-2/neu oncogene. Science 235: 177-182 55. Balana ME, Lupu R, Labriola L, Charreau EH, Elizalde PV (1999) Interactions between progestins and heregulin (HRG) signaling pathways: HRG acts as mediator of progestins proliferative effects in mouse mammary adenocarcinomas. Oncogene 18: 6370-6379 56. Labriola L, Salatino M, Proietti CJ, Pecci A, Coso OA, Kornblihtt AR, Charreau EH, Elizalde PV (2003) Heregulin induces transcriptional activation of the progesterone receptor by a mechanism that requires functional ErbB-2 and mitogen-activated protein kinase activation in breast cancer cells. Mol Cell Biol 23: 1095-1111 57. Béguelin W, Díaz Flaqué MC, Proietti CJ, Cayrol F, Rivas MA, Tkach M, Rosemblit C, Tocci JM, Charreau EH, Schillaci R, Elizalde PV (2010) Progesterone Receptor Induces ErbB-2 Nuclear Translocation To Promote Breast Cancer Growth via a Novel Transcriptional Effect: ErbB-2 Function as a Coactivator of Stat3. Mol Cell Biol 30: 5456-5472 58. Faivre EJ, Lange CA (2007) Progesterone receptors upregulate Wnt-1 to induce epidermal growth factor receptor transactivation and c-src- -dependent sustained activation of Erk1/2 mitogen-activated protein kinase in breast cancer cells. Mol Cell Biol 27: 466-480 59. Shen T, Horwitz KB, Lange CA (2001) Transcriptional hyperactivity of human progesterone receptors is coupled to their ligand-dependent down-regulation by mitogen-activated protein kinase-dependent phosphorylation of serine 294. Mol Cell Biol 21: 6122-6131 60. Giulianelli S, Cerliani JP, Lamb CA, Fabris VT, Bottino MC, Gorostiaga MA, Novaro V, Gongora A, Baldi A, Molinolo A, Lanari C (2008) Carcinoma-associated fibroblasts activate progesterone receptors and induce hormone independent mammary tumor growth: A role for the FGF-2/FGFR-2 axis. Int J Cancer 123: 2518-2531 61. Rubin R, Baserga R (1995) Insulin-like growth factor-i receptor. Its role in cell proliferation, apoptosis, and tumorigenicity. Lab Invest 73: 311-331 62. Cui X, Zhang P, Deng W, Oesterreich S, Lu Y, Mills GB, Lee AV (2003) Insulin-like growth factor-i inhibits progesterone receptor expression in breast cancer cells via the phosphatidylinositol 3-kinase/Akt/ mammalian target of rapamycin pathway: progesterone receptor as a potential indicator of growth factor activity in breast cancer. Mol Endocrinol 17: 575-588 63. Ankrapp DP, Bennett JM, Haslam SZ (1998) Role of epidermal growth factor in the acquisition of ovarian steroid hormone responsiveness in the normal mouse mammary gland. J Cell Physiol 174: 251-260 64. Haslam SZ, Counterman LJ, Nummy KA (1993) Effects of epidermal growth factor, estrogen, and progestin on DNA synthesis in mammary cells in vivo are determined by the developmental state of the gland. J Cell Physiol 155: 72-78 65. Lange CA, Shen T, Horwitz KB (2000) Phosphorylation of human progesterone receptors at serine-294 by mitogen-activated protein kinase signals their degradation by the 26S proteasome. Proc Natl Acad Sci USA 97: 1032-1037 66. Carnevale RP, Proietti CJ, Salatino M, Urtreger A, Peluffo G, Edwards DP, Boonyaratanakornkit V, Charreau EH, Bal de Kier Joffe E, Schillaci R, Elizalde PV (2007) Progestin effects on breast cancer cell proliferation, proteases activation, and in vivo development of metastatic phenotype all depend on progesterone receptor capacity to activate cytoplasmic signaling pathways. Mol Endocrinol 21: 1335-1358 67. Lauffenburger DA, Horwitz AF (1996) Cell migration: a physically integrated molecular process. Cell 84: 359-369 68. Fu XD, Giretti MS, Baldacci C, Garibaldi S, Flamini M, Sanchez AM, Gadducci A, Genazzani AR, Simoncini T (2008) Extra-nuclear signaling of progesterone receptor to breast cancer cell movement and invasion through the actin cytoskeleton. PLoS One 3: 2790 69. Fu XD, Flamini M, Sanchez AM, Goglia L, Giretti MS, Genazzani AR, Simoncini T (2008) Progestogens regulate endothelial actin cytoskeleton and cell movement via the actin-binding protein moesin. Mol Hum Reprod 14: 225-234 70. Fu XD, Goglia L, Sanchez AM, Flamini M, Giretti MS, Tosi V, Genazzani AR, Simoncini T (2010) Progesterone receptor enhances breast Postępy Biochemii 61 (2) 2015 205

cancer cell motility and invasion via extranuclear activation of focal adhesion kinase. Endocr Relat Cancer 17: 431-443 71. Lin VC, Ng EH, Aw SE, Tan MG, Bay BH (2000) Progesterone induces focal adhesion in breast cancer cells MDA-MB-231 transfected with progesterone receptor complementary DNA. Mol Endocrinol 14: 348-358 72. Lin VC, Eng AS, Hen NE, Ng EH, Chowdhury SH (2001) Effect of progesterone on the invasive properties and tumor growth of progesterone receptor-transfected breast cancer cells MDA-MB-231. Clin Cancer Res 7: 2880-2886 Aspects of progesterone receptor (PR) activity regulation impact on breast cancer progression Dominika Piasecka 1, Andrzej C. Składanowski 1, Radzisław Kordek 2, Hanna M. Romańska 2,, Rafał Sądej 1, 1 Department of Molecular Enzymology, Intercollegiate Faculty of Biotechnology, Medical University of Gdańsk and University of Gdańsk, 1 Dębinki St., 80-210 Gdańsk, Poland 2 Department of Pathology, Medical University of Łódź, 251 Pomorska St., 92-213 Łódź, Poland e-mail: hanna.romanska-knight@umed.lodz.pl; e-mail: rsadej@gumed.edu.pl Key words: progesterone receptor, breast cancer, cancer progression, cell signalling ABSTARCT Progesterone receptor (PR) and its specific ligand play a key role in development and physiology of mammary gland. The role of PR in initiation and progression of breast carcinoma (BCa) is unquestionable, although molecular mechanism of PR action is complex and not fully understood. It is known that increased risk of breast cancer is associated with progestin-based (synthetic ligands of progesterone) hormonal contraception or hormone replacement therapies. It is estimated that ER/PR-positive tumours represent approximately 50-70% of all BCa cases, and the loss of PR is associated with resistance to hormonal therapy and increased tumour invasiveness. In classical, genomic signalling pathway cytoplasmic PR, following ligand binding, translocates to the nucleus and regulates expression of genes with the PRE sequence. PR is also involved in a large number of alternative, non-genomic signalling cascades, e.g. PR is able to activate MAPK and PI3K/AKT pathways, which leads to regulation of gene expression. The cross-talk between PR and Growth Factors Receptors (GFR) results in progesterone-independent activation of PR as well as PR-regulated GFR expression and activation. Growth factors signalling promotes formation of a pool of hypersensitive PR responsive to even very low ligand concentration. Transcriptional activity of PR as well as its dynamic impact on processes such as cell migration and adhesion are crucial for BCa progression. Further studies of multifaceted mechanisms of PR action may contribute to new PR-targeting therapeutic strategies for breast cancer patients. 206 www.postepybiochemii.pl