Abstrakt

Cyklaza guanylanowa typu A (GC-A) należy do rodziny błonowych cyklaz guanylanowych pGC), które, podobnie jak cytosolowe cyklazy guanylanowe (sGC), katalizują reakcję syntezy jednego z podstawowych drugorzędowych przekaźników sygnału, jakim jest cykliczny GMP (cGMP), regulujący wiele różnych procesów komórkowych. Mimo że obie postaci GC wytwarzają ten sam wtórny przekaźnik sygnału, to jednak aktywacja każdej z nich uruchamia odmienne szlaki sygnałowe, prowadzące do różnych wyników procesów komórkowych. Wynika z tego, że o ostatecznym efekcie cGMP decyduje miejsce jego syntezy w komórce (cytosol lub błona komórkowa). Błonowa cyklaza guanylanowa typu A jest białkiem homodimerycznym, aktywowanym w wyniku wiązania uwolnionych do krwiobiegu peptydów natriuretycznych (ANP – przedsionkowy peptyd natriuretyczny i BNP – mózgowy peptyd natriuretyczny) w części zewnątrzkomórkowej enzymu. Powszechna ekspresja GC-A w różnych typach komórek i tkanek wskazuje, że białko to może regulować wiele procesów zachodzących w organizmie. Poza, najdokładniej udokumentowaną w literaturze, rolą GC-A w układzie sercowo-naczyniowym zaobserwowano, że białko to uczestniczy również m.in. w procesie nowotworzenia i jestzaangażowane w regulację reakcji zapalnej.W pracy przedstawiono najważniejsze informacje dotyczące budowy, funkcji oraz regulacji aktywności katalitycznej GC-A, a także regulacji ekspresji genu kodującego ten enzym.

Wstęp

Cykliczny 3’,5’-guanozynomonofosforan (cGMP) jest jednym z podstawowych wtórnych przekaźników sygnału w komórce i jest ważnym regulatorem wielu procesów komórkowych. Pełni istotną rolę w funkcjonowaniu narządu wzroku, pracy mięśnia sercowego, regulacji funkcji nerek czy agregacji płytek krwi [19,52]. Uczestniczy również w procesach różnicowania komórek, w apoptozie i w regulacji procesów odpornościowych [9,26,56,58,69,70,80,91]. Cykliczny GMP został po raz pierwszy zidentyfikowany w moczu szczura w 1963 r. [1], natomiast enzymy katalizujące reakcję jego syntezy (cyklazy guanylanowe, GC) zostały odkryte przez trzy niezależne zespoły badawcze sześć lat później [22,77,96]. Cyklazy guanylanowe (EC 4.6.1.2.) w warunkach fizjologicznych, w obecności jonów magnezowych lub manganowych, konwertują GTP do cGMP z uwolnieniem pirofosforanu (ryc. 1).

W zależności od umiejscowienia w komórce cyklazy guanylanowe podzielono na dwie grupy: rozpuszczalne (sGC) znajdujące się w cytosolu oraz błonowe (pGC), związane z błoną komórkową [7,30]. Obydwa typy GC różnią się także między sobą budową oraz mechanizmami regulacji aktywności katalitycznej. Mimo że obie postaci GC wytwarzają ten sam przekaźnik drugorzędowy, to prawdopodobnie funkcje wewnątrzkomórkowe sGC i pGC są całkowicie odmienne, ponieważ aktywacja każdej z nich powoduje uruchomienie innych szlaków sygnałowych [56,82]. Ponadto, mimo że badania nad cyklazami guanylanowymi rozpoczęto w połowie lat siedemdziesiątych XX w. [7,16,30], to jednak dopiero ponad dziesięć lat później, dzięki rozwojowi technik klonowania molekularnego, możliwe było pełne poznanie i zidentyfikowanie poszczególnych członków rodziny GC (tabela 1). Stwierdzono wówczas, że rozpuszczalne cyklazy guanylanowe są hemoproteinami zbudowanymi z dwóch łańcuchów polipeptydowych – podjednostki α (73-82 kDa) i β (70-74 kDa) [27]. Dotychczas zidentyfikowano po dwie izoformy dla każdej podjednostki (α1 , α2 oraz β1 , β2 ) [15,33,101]. Jednak tylko α1 β1 oraz α2 β1 pełnią rolę funkcjonalnych heterodimerów [75]. Najsilniejszym endogennym aktywatorem sGC jest tlenek azotu, który wiążąc się z hemową grupą prostetyczną enzymu powoduje nawet 200-krotny wzrost aktywności cyklazy [34,81].

W odróżnieniu od sGC, błonowe cyklazy guanylanowe są homodimerami łańcuchów polipeptydowych przebijają- cych błonę komórkową. Jest to rodzina złożona z siedmiu izoform (GC-A÷GC-G), różniących się między sobą strukturą pierwszorzędową oraz mechanizmami regulacji aktywności enzymatycznej. Z analizy sekwencji aminokwasowych wynika, że wszystkie izoformy pGC mają podobną strukturę, w której wyróżnić można zewnątrzkomórkową domenę N-końcową, domenę transbłonową, regulatorową domenę kinazopodobną, domenę dimeryzacyjną oraz C- -końcową domenę katalityczną [52]. Cyklazy guanylanowe typu A i B są receptorami peptydów natriuretycznych (ANP – przedsionkowy peptyd natriuretyczny, BNP – mózgowy peptyd natriuretyczny, CNP – peptyd natriuretyczny typu C). GC-C wiąże termostabilną enterotoksynę (STa) oraz peptydy jelitowe. Aktywność GC-E i GC-F jest regulowana przez cytosolowe białka wiążące wapń (GCAP). Prace z ostatnich lat wskazują natomiast, że GC-D i GC-G mogą być aktywowane przez dwutlenek węgla i wodorowęglan [5,20,84]. Są również doniesienia świadczące o tym, że GC-D i GC-G są u ludzi pseudogenami [71].

Charakterystyka błonowej cyklazy guanylanowej typu A

Budowa domenowa GC-A

Pierwszą sklonowaną izoformą błonowych cyklaz guanylanowych była GC-A (określana również jako NPR-A lub NPR1) o masie cząsteczkowej 135 kDa [6,49]. Struktura GC-A, tak jak struktura wszystkich dotychczas opisanych izoform błonowych GC, dzieli się na zewnątrzkomórkową domenę N-końcową (ECD, extracellular domain), krótką domenę transbłonową (TMD, transmembrane domain), regulatorową domenę kinazopodobną (KHD, kinase homology domain), domenę dimeryzacyjną (DD, dimerization domain) oraz najbardziej konserwatywną C-końcową domenę katalityczną (CD, catalytic domain) [52] (ryc. 2).

Porównując budowę genów kodujących poszczególne izoformy błonowych GC zauważono, że najmniejsza homologia (15-40%) występuje w części kodującej domenę zewnątrzkomórkową. Różnorodność w strukturze tej części enzymu jest prawdopodobnie bardzo zdeterminowana jej funkcją, jaką jest rozpoznawanie i wiązanie liganda. Największe podobieństwo występuje między domenami ECD cyklaz guanylanowych typu A i B. Domena zewnątrzkomórkowa GC-A składa się z około 450 reszt aminokwasowych i wiąże się z częścią wewnątrzkomórkową za pośrednictwem krótkiej (20-25 hydrofobowych reszt aminokwasowych) domeny transbłonowej. Sygnał aktywacyjny jest przenoszony z domeny zewnątrzkomórkowej do domeny katalitycznej za pośrednictwem domeny kinazopodobnej. Domena KHD cyklazy guanylanowej A jest zbudowana z 280 reszt aminokwasowych i jest prawie w 30% homologiczna z domenami kinazowymi w kinazach białkowych. Mimo podobieństwa strukturalnego KHD nie wykazuje aktywności kinazowej. Z danych literaturowych wynika, że mutanty GC-A pozbawione domeny kinazopodobnej przejawiają dużą aktywność enzymatyczną, niezależną od obecności liganda peptydowego. Obserwacje te sugerują, że przy braku aktywatora domena KHD działa jako negatywny regulator aktywności enzymu [52,67,73,74]. Domena regulatorowa jest połączona z domeną katalityczną odcinkiem obejmującym około 40 reszt aminokwasowych określanych domeną dimeryzacyjną lub regionem zawiasowym. Wyniki badań, w których wykorzystano mutanty GC-A z delecją domeny DD wykazały, że fragment ten jest niezbędny do dimeryzacji receptora i jego aktywności katalitycznej [52,55,73]. C- -końcowym odcinkiem GC-A jest, złożona z 250 reszt aminokwasowych, domena katalityczna. Wszystkie cyklazy guanylanowe (a także cyklazy adenylanowe) wykazują duże podobieństwo strukturalne w obrębie tej domeny. Jak wykazano, do uzyskania funkcjonalnego receptora GC-A niezbędne jest wzajemne oddziaływanie fragmentów katalitycznych pochodzących z dwóch odrębnych łańcuchów polipeptydowych, które umożliwia utworzenie dwóch centrów aktywnych wiążących substrat. Oznacza to, że GC-A jest zdolna do syntezy cGMP jedynie w postaci dimerycznej, ponieważ miejsca katalityczne powstają przez wzajemne „uzupełnianie się” monomerów [52,67]. W homodimerycznych cyklazach (takich jak GC-A) centrum aktywne tworzą trzy reszty aminokwasowe: kwas asparaginowy, który dostarcza jeden monomer oraz para asparagina/arginina, pochodząca z drugiego monomeru [52].

Ekspresja tkankowa GC-A

Obecność genu kodującego GC-A zaobserwowano w wielu typach komórek i tkanek. Bardzo silna ekspresja genu dla tego enzymu zachodzi m.in. w płucach, nerkach, nadnerczach, śródbłonku, mózgu, wątrobie oraz w tkance tłuszczowej. Na niższym, ale również istotnym poziomie cyklaza ta jest wytwarzana w sercu [73]. Obecność GC-A wykazano także w różnych typach komórek układu odpornościowego, m.in. w tymocytach, makrofagach czy granulocytach [8,32,45]. Powszechna ekspresja enzymu w tak różnych populacjach komórek sugeruje, że błonowa cyklaza guanylanowa typu A może wpływać na wiele procesów zachodzących w organizmie. Aktywność GC-A w wymienionych komórkach jest indukowana wiązaniem peptydów natriuretycznych (ANP i BNP) w domenie zewnątrzkomórkowej enzymu.

Ligandy błonowej cyklazy guanylanowej typu A

Rodzinę ssaczych peptydów natriuretycznych (NP, natriuretic peptides) stanowią trzy strukturalnie podobne hormony obejmujące przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ANP, atrial natriuretic peptide), mózgowy peptyd natriuretyczny (BNP, brain natriuretic peptide) oraz wytwarzany w komórkach śródbłonka peptyd natriuretyczny typu C (CNP, C-type natriuretic peptide). Błonowa cyklaza guanylanowa typu A wykazuje duże powinowactwo zarówno do ANP, jak i do BNP.

Przedsionkowy peptyd natriuretyczny jest syntetyzowany głównie w kardiomiocytach przedsionka serca, skąd pod wpływem bodźców mechanicznych, zostaje uwolniony do krwiobiegu. Czynnik ten po raz pierwszy opisali de Bold i wsp. w 1981 r. [11]. Badacze zaobserwowali wówczas, że dożylne podanie szczurom homogenatu uzyskanego z tkanki przedsionków serca powoduje gwałtowne obniżenie ciśnienia krwi oraz wpływa na wzrost wydzielania sodu (natriureza) i wody (diureza) z nerek. W następnych latach innym zespołom badawczym udało się wyizolować z tkanki przedsionków peptydy różnej wielkości, mające właściwości natriuretyczne, diuretyczne oraz rozluźniające mięśnie gładkie [10,14,28,54]. Peptydom tym nadawano różne nazwy, takie jak przedsionkowy czynnik natriuretyczny (ANF, atrial natriuretic factor), kardiodilatyna, atriopeptyna czy przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ANP), który jest obecnie najczęściej używanym terminem. W 1984 r. wykazano, że ANP wpływa na wzrost stężenia cyklicznego GMP w tkankach szczura oraz w pierwotnych hodowlach komórek kanalików nerkowych [21]. W tym samym roku zaobserwowano również, że peptyd ten aktywuje jedynie błonową cyklazę guanylanową, nie wpływa natomiast na aktywność rozpuszczalnej cyklazy guanylanowej [92,97].

Mózgowy peptyd natriuretyczny (nazywany również peptydem natriuretycznym typu B), mający właściwości podobne do ANP, po raz pierwszy wyodrębniono z ekstraktów mózgu wieprzowego w 1988 r. [83]. Obecnie wiadomo jednak, że głównym miejscem jego syntezy są miocyty komór serca.

Peptydy natriuretyczne ANP i BNP zawierają w swojej strukturze wiązanie dwusiarczkowe, tworzące 17-aminokwasową pętlę z bardzo konserwatywną sekwencją CFGXXMDRIXXXSGLGC (X – dowolny aminokwas) (ryc. 3). Struktura ta odpowiada za wiązanie receptora i aktywność biologiczną peptydów. Peptydy natriuretyczne są syntetyzowane w postaci preprohormonów, które następnie ulegają obróbce proteolitycznej, a w jej wyniku zostają uwolnione fragmenty C-końcowe wykazujące aktywność biologiczną. Jak się okazało, ludzkie geny kodujące polipeptydowe prekursory ANP i BNP (NPPA – natriuretic peptide precursor A oraz NPPB – natriuretic peptide precursor B) są zorganizowane w tandem. Gen NPPA jest umiejscowiony w ludzkim chromosomie 1p36.2 i składa się z trzech eksonów rozdzielonych dwoma intronami. Natomiast gen NPPB, obejmujący dwa eksony i intron, umiejscowiony jest około 8 kb powyżej NPPA [37,74]. Gen NPPA koduje prepro-ANP złożony ze 151 aminokwasów. Ta postać ulega następnie proteolizie, w wyniku której usunięty zostaje N-końcowy peptyd sygnałowy i powstaje pro-ANP zbudowany ze 126 reszt aminokwasowych. Po wydzieleniu do krwiobiegu z prohormonu, w wyniku działania transbłonowej proteazy serynowej – koryny, zostaje uwolniona 28-aminokwasowa, aktywna biologicznie, pierścieniowa postać ANP [99] (ryc. 3). W przypadku BNP, jego postać prekursorowa (prepro-BNP) jest zbudowana ze 134 reszt aminokwasowych. Po odcięciu N-końcowej sekwencji sygnałowej powstaje 108-aminokwasowy polipeptyd pro-BNP. Dalsza proteoliza prowadzi do utworzenia biologicznie aktywnego BNP, złożonego z 32 reszt aminokwasowych (ryc. 3). Dane literaturowe dotyczące obróbki proteolitycznej pro-BNP są sprzeczne. Jedne opowiadają się za udziałem koryny w tym procesie (podobnie jak w przypadku ANP) [25,94]. Z innych doniesień wynika natomiast, że w utworzenie aktywnego BNP jest zaangażowana inna proteaza serynowa – furyna [78,90].

Okres półtrwania peptydów natriuretycznych w organizmie wynosi 2-20 min. Po tym czasie peptydy są usuwane z krwiobiegu przez enzymatyczną degradację z udziałem obojętnej endopeptydazy (NEP, neutral endopeptidase) lub komórkową internalizację i degradację z udziałem swoistego receptora klirensowego (NPR-C, natriuretic peptide clearence receptor) lub, w niewielkim stopniu, są wydalane z płynami ustrojowymi, moczem i żółcią [72]. Peptydy natriuretyczne ANP i BNP działają biologicznie przez oddziaływanie z transbłonowym receptorem GC-A.

Regulacja aktywności katalitycznej GC-A

Cyklaza guanylanowa typu A wykazuje aktywność katalityczną jedynie w postaci dimerycznej, ponieważ oddziaływanie dwóch łańcuchów polipeptydowych umożliwia utworzenie miejsc wiążących substrat. Za dimeryzację podjednostek katalitycznych enzymu odpowiada domena dimeryzacyjna. Wykazano, że poza wpływem na część katalityczną enzymu, domena dimeryzacyjna bierze także udział w dimeryzacji pełnego białka, ponieważ mutanty GC-A pozbawione części cytoplazmatycznej nie są zdolne do tworzenia oligomerów [52,73]. Oddziaływanie między monomerami jest dodatkowo stabilizowane przez dimeryzację domen zewnątrzkomórkowych, które tworzą dimery w wyniku wzajemnego oddziaływania czterech równoległych odcinków α-helikalnych ułożonych dwójkami. W rezultacie dochodzi do zbliżenia wcześniej oddalonych od siebie C-końcowych fragmentów domen ECD. Trzeciorzędowa struktura domeny zewnątrzkomórkowej GC-A szczura jest stabilizowana przez trzy wewnątrz- łańcuchowe wiązania dwusiarczkowe utworzone między resztami Cys-60/Cys-86, Cys-164/Cys-215 oraz Cys-423/ Cys-432. Obecność wymienionych wiązań jest konieczna zarówno do oligomeryzacji receptora, jak i wiązania liganda [55,74]. Domena ECD cyklazy guanylanowej typu A zawiera również kilka miejsc N-glikozylacji. Jednak znaczenie tego procesu w regulacji aktywności GC-A budzi spore kontrowersje wymagające wyjaśnienia. W badaniach przeprowadzonych na ludzkich embrionalnych komórkach nerkowych (HEK 293) stabilnie transfekowanych GC-A wykazano, że glikozylowany enzym swoiście wiąże ANP. Natomiast usunięcie reszt cukrowych z użyciem endoglikozydazy całkowicie znosi to oddziaływanie [50]. Potwierdzają to inne doniesienia, z których wynika, że tylko w pełni glikozylowana GC-A może wiązać ANP [36]. Jednak dane innych badaczy zaprzeczają tej hipotezie. Wykazano między innymi, że zastosowanie inhibitora glikozylacji (tunikamycyny) nie wpływa na wiązanie przedsionkowego peptydu natriuretycznego do GC-A w komórkach glejaka szczura [23]. Inny zespół badawczy zaobserwował natomiast, że w czasie rozwoju płodowego mózgu szczura powstają różne glikoformy GC-A (dochodzi do zmiany stopnia glikozylacji receptora). Nie stwierdzono jednak aby miało to wpływ na zdolność wiązania liganda i aktywność katalityczną enzymu [60]. Doniesienia te pozostają w zgodzie z danymi uzyskanymi przez Miyagi i wsp. [57], którzy w badaniach przeprowadzonych na rekombinowanych receptorach GC-A wskazali, że struktury oligosacharydowe w części zewnątrzkomórkowej enzymu nie są wymagane do wiązania hormonów peptydowych. Sprzeczne obserwacje dotyczące znaczenia procesu glikozylacji w regulacji aktywności GC-A mogą sugerować, że reszty cukrowe w domenie zewnątrzkomórkowej tego białka nie są bezpośrednio zaangażowane w oddziaływanie z ligandem. Ich funkcja może być raczej związana z uzyskaniem przez ECD takiej konformacji przestrzennej, która umożliwia przeniesienie sygnału do części cytosolowej enzymu i indukcję jego aktywności katalitycznej [55]. W domenie ECD, w pobliżu miejsca wiążącego peptyd natriuretyczny, jest obecne również miejsce wiązania dla jonów chlorkowych. Jak wykazano obecność chlorku jest niezbędna do oddziaływania receptora z ligandem [65].

GC-A w stanie podstawowym (bez związanego liganda) występuje w postaci ufosforylowanej. Dotychczas zidentyfikowano siedem miejsc fosforylacji na resztach seryny i treoniny w N-końcowej części domeny kinazopodobnej GC-A szczura (Ser-487, Ser-497, Thr-500, Ser-502, Ser-506, Ser-510, Thr-513). Pięć spośród tych miejsc (z wyjątkiem Ser-510 i Thr-513) zidentyfikowano także w receptorze ludzkim [76,100]. Jak wskazano, fosforylacja jest procesem niezbędnym do aktywacji GC-A przez peptyd natriuretyczny, ponieważ mutacje w obrębie co najmniej czterech miejsc fosforylacji (podstawienie tych reszt aminokwasowych przez alaninę) sprawiają, że receptor nie wykazuje wrażliwości na aktywację ligandem [73].

ANP przyłącza się do ufosforylowanego receptora w stosunku stechiometrycznym 1:2. Oddziaływanie z ligandem powoduje rotację przybłonowych regionów zewnątrzkomórkowej części każdego monomeru (zbliżają się do siebie), co indukuje wewnątrzcząsteczkową zmianę konformacyjną umożliwiającą przestrzenne uformowanie dwóch miejsc katalitycznych i rozpoczęcie syntezy cGMP [64,73] (ryc. 4). Jednak jak dotąd dokładny mechanizm przekazywania sygnału z domeny zewnątrzkomórkowej do części katalitycznej białka nie został poznany. Wiadomo, że do maksymalnej aktywacji receptora GC-A jest wymagana także obecność ATP w roli kofaktora, który wiąże się do enzymu w rejonie domeny kinazopodobnej [64]. Zmiany konformacyjne, zachodzące po związaniu liganda i ATP, sprawiają, że ufosforylowane reszty seryny i treoniny w rejonie KHD zostają wyeksponowane na zewnątrz, co zapewnia dostęp i umożliwia działanie swoistym fosfatazom białkowym. Defosforylacja reszt aminokwasowych, a także dysocjacja cząsteczek ATP i liganda wpływają na osłabienie aktywności GC-A, co określa się jako desensytyzację (odczulenie) receptora. Po inaktywacji enzym uzyskuje konformację umożliwiającą ponowną fosforylację i wiązanie liganda. Mimo że udział fosforylacji i defosforylacji w regulacji aktywności katalitycznej GC-A został dokładnie opisany, to jednak nie udało się jeszcze zidentyfikować kinaz i fosfataz białkowych odpowiedzialnych za te procesy [73,76].

Możliwe, że w desensytyzacji GC-A w odpowiedzi na ANP pośredniczy proces internalizacji i metabolicznej degradacji receptora [67]. Jednak w przypadku cyklazy guanylanowej typu A proces ten budzi pewne kontrowersje. Niektóre grupy badawcze twierdzą, że GC-A jest makrocząsteczką podlegającą dynamicznemu pobieraniu do cytoplazmy w wyniku endocytozy [67]. Pandey i wsp. w badaniach przeprowadzonych na komórkach Leydiga (mysia linia komórkowa MA-10) z dużą endogenną ekspresją GC-A oraz na komórkach COS-7 (małpie fibroblasty) i HEK 293 (ludzkie embrionalne komórki nerkowe) z nadekspresją receptora GC-A wykazali, że po związaniu ANP do cyklazy dochodzi do internalizacji kompleksu ligand-receptor do struktur wewnątrzkomórkowych [66]. Po endocytozie część kompleksu ulega degradacji proteolitycznej w lizosomach, natomiast część receptora oddysocjowuje od liganda i powraca na powierzchnię błony komórkowej. Badacze wykazali również, że proces internalizacji receptora kierowany jest przez krótką sekwencję aminokwasową umiejscowioną w C-końcowej części GC-A (GDAY; Gly-920/Asp-921/Ala-922/Tyr-923). Głównymi elementami w tym tetrapeptydzie, odpowiedzialnymi za internalizację receptora, są Gly-920 i Tyr-923, ponieważ zastąpienie tych aminokwasów alaniną znosi badany proces [66,68]. Inny zespół wykazał, że w czasie wydłużonej ekspozycji komórek bAEC (komórki śródbłonka aorty wołu) i HeLa (ludzka linia komórek raka szyjki macicy) na ANP dochodzi w nich do degradacji endogennej GC-A. Obecność cykloheksymidu, hamującego syntezę białek de novo, sugeruje, że obniżenie poziomu receptora jest wynikiem jego zwiększonej degradacji, a nie zredukowanej syntezy [13]. W przeciwieństwie do powyższych doniesień inni autorzy podają, że GC-A jest białkiem błonowym, które nie ulega endocytozie i nie po- średniczy w lizosomalnej degradacji ANP [35].

Ze względu na rozbieżne wyniki badań dotyczących regulacji aktywności GC-A w odpowiedzi na ligand, internalizacji i degradacji receptora mechanizmy odpowiedzialne za te procesy wymagają jeszcze wyjaśnienia.

Regulacja ekspresji genu kodującego GC-A

Mimo że badania nad cyklazami guanylanowymi trwają już ponad trzydzieści lat to jednak, ze względu na niewielką liczbę prac dotyczących molekularnego mechanizmu regulacji ekspresji GC-A, proces ten do dzisiaj nie został dokładnie poznany. Organizacja struktury genu kodującego GC-A jest znana i jest w zasadzie taka sama w obrębie różnych gatunków. Gen ten jest zbudowany z około 16,5-17,5 tysięcy par zasad i składa się z 22 eksonów rozdzielonych 21 intronami. Eksony 1-6, 8-15 oraz 17-22 kodują odpowiednio zewnątrzkomórkową, kinazopodobną oraz katalityczną domenę enzymu. Ekson 7 odpowiada za domenę transbłonową, natomiast ekson 16 za region zawiasowy cyklazy [55]. Gen kodujący ludzką GC-A jest umiejscowiony w chromosomie 1q21-q22. Zarówno pod względem wielkości, jak i struktury gen dla GC-A jest podobny do genu kodującego błonową cyklazę guanylanową typu B [51,85,98].

Większość genów eukariotycznych charakteryzuje się obecnością sekwencji TATA około 20-30 par zasad powyżej miejsca startu transkrypcji. Jednak w przypadku genu kodującego GC-A nie stwierdzono obecności tej kasety w jego regionie promotorowym [47]. Analiza regionu regulatorowego 5’ genu dla GC-A (około 1,8-2,3 tysięcy par zasad przed sekwencją kodującą) wykazała natomiast, że jest on bogaty w pary GC, które stanowią około 64% wszystkich par zasad. Zawiera również trzy potencjalne miejsca wiążące czynnik transkrypcyjny Sp1 (GGGCGG lub CCGCCC), umiejscowione między pozycją – 341 a – 50 [17,61,98], co sugeruje, że Sp1 może być zaangażowany w regulację ekspresji genu dla GCA. I rzeczywiście wykazano, że aktywność Sp1 jest kluczowa dla ekspresji tego enzymu. Liang i wsp. w badaniach przeprowadzonych na komórkach mięśni gładkich aorty szczura (RASMC, rat aortic smooth muscle cells) zaobserwowali, że mutacje w jednym z trzech miejsc wiążących Sp1 redukują aktywność promotora genu dla GC-A o około 50-75%, natomiast jednoczesna mutacja w regionie promotorowym genu dla GC-A wszystkich tych miejsc hamuje transkrypcję genu w 90% [47,48].

Wiadomo, że w regionie promotorowym genu dla GC-A jest obecny również odwrócony motyw CCAAT [52]. Sekwencja CCAAT ma znaczenie w regulacji transkrypcji wielu genów i może działać w dwóch orientacjach. Motyw ten wiąże czynnik transkrypcyjny NF-Y (nuclear factor Y), określany również jako CBF (CCAAT-binding factor), który występuje w postaci funkcjonalnego kompleksu trzech podjednostek: NF-YA, NF-YB i NF-YC [12]. Jak wykazano, mutacje w obrę- bie sekwencji CCAAT (umiejscowionej 137 par zasad przed sekwencją kodującą) skutkują 90% spadkiem aktywności promotora genu dla GC-A w komórkach RASM [47]. Zaobserwowano ponadto, że jednoczesne mutacje w rejonie miejsc wiązania zarówno czynnik transrypcyjny Sp1, jak i NF-Y powodują całkowitą blokadę transkrypcji genu kodującego GC-A, co sugeruje, że aktywność obu czynników transkrypcyjnych jest podstawowa dla ekspresji badanego genu. Przypuszcza się, że w komórkach RASM może dochodzić do funkcjonalnej interakcji między czynnikami transkrypcyjnymi Sp1 i NF-Y, która stabilizuje ich wiązanie w regionie promotorowym genu dla GC-A [47].

W regionie promotorowym genu dla GC-A są obecne również elementy wiążące takie czynniki transkrypcyjne jak Ets-1, p300, LyF-1 czy GATA-1 [18,40]. Sugerowano, że czynniki transkrypcyjne z rodziny Ets pełnią istotną rolę w tworzeniu kompleksu inicjującego transkrypcję genów, których promotory nie zawierają sekwencji TATA. W regionie promotorowym genu kodującego GC-A stwierdzono obecność dwóch motywów wiążących Ets-1, znajdujących się w pobliżu miejsca początkowego transkrypcji [17]. I rzeczywiście wykazano, że w mysich komórkach mezangialnych (MMC, mouse mesangial cells) Ets-1 jest krytycznym regulatorem transkrypcji genu dla GC-A oraz aktywności tego receptora [40,41]. Udowodniono bowiem, że nadekspresja egzogennego Ets-1 w komórkach MMC powoduje nawet 12-krotny wzrost aktywności promotora genu dla GC-A, podczas gdy zmniejszenie dostępności endogennego czynnika transkrypcyjnego Ets-1, przez zastosowanie siRNA do jego wyciszenia, wywołuje spadek aktywności prawie o 80%. Jednocześnie badacze zaobserwowali, że elementy cis wiążące białka GATA-1 czy LyF-1 są negatywnymi regulatorami ekspresji GC-A, ponieważ w komórkach MMC z nadekspresją GATA-1 lub LyF-1 dochodzi do obniżenia podstawowej aktywności promotora dla GC-A o odpowiednio 50 lub 80% [40,41]. Kumar i wsp. wykazali, że w procesie regulacji ekspresji genu kodującego GC-A czynnik transkrypcyjny Ets-1 współdziała z czynnikiem transkrypcyjnym Sp1 [42,43,44]. Wykorzystując technikę immunoprecypitacji chromatyny zaobserwowali, że w komórkach MMC traktowanych kwasem all-trans retinowym (ATRA), który bierze udział w wielu procesach fizjologicznych oraz patofizjologicznych, dochodzi do wzmożonego wiązania obu czynników transkrypcyjnych do regionu promotorowego GC-A. Ponadto wykazali, że Ets-1 i Sp1 rekrutują receptor kwasu retinowego α (RARα), co prowadzi do utworzenia funkcjonalnego kompleksu RARα-Ets-1-Sp1, aktywującego transkrypcję genu dla GC-A [42]. Badacze zaobserwowali również (zarówno w warunkach in vitro, jak i in vivo), że ATRA indukuje acetylację histonów H3 i H4 w pobliżu miejsc wiążących czynniki transkrypcyjne Ets-1 i Sp1 do regionu promotorowego dla GC-A, powodując rozwinięcie nici DNA i ułatwienie wiązania tych białek z DNA [42,43]. Kumar i wsp. wykazali, że zahamowanie aktywności deacetylaz histonów (HDAC1 i 2) prowadzi do dynamicznej rearanżacji chromatyny w obrębie promotora genu dla GC-A [44]. Jak wykazano, osłabienie aktywności HDAC1 i 2, przez zastosowanie inhibitorów tych enzymów, wzmaga aktywację acetylotransferaz histonów (HAT), takich jak p300 oraz PCAF, a to indukuje acetylację zarówno histonów H3 i H4, jak i czynnika transkrypcyjnego Sp1 oraz ich rekrutację do regionu promotorowego genu dla GC-A, a w konsekwencji ekspresję cyklazy guanylanowej typu A.

Wyniki badań wskazujące, że ekspresja oraz aktywność GC-A może być hamowana w wyniku długotrwałego traktowania komórek przez ANP [4], sugerowały, że w regionie promotorowym genu dla GC-A istnieje element odpowiedzi na cGMP, który jest odpowiedzialny za negatywną regulację transkrypcji genu dla GC-A przez wewnątrzkomórkową akumulację cGMP. Wstępne badania wykorzystujące ukierunkowaną mutagenezę wskazały, że taki element regulatorowy jest umiejscowiony w regionie promotorowym GC-A szczura między pozycją – 1575 a – 1290 [4]. W 2004 r. grupa badaczy [24] zidentyfikowała, obecną w regionie promotorowym genu kodującego GC-A, sekwencję będącą elementem odpowiedzi na cGMP (cGMP-RE, cGMP – response element). Na podstawie analizy funkcjonalnej szczurzego regionu promotorowego genu dla GC-A stwierdzono, że cGMP-RE jest 18-nukleotydową sekwencją umieszczoną między pozycjami – 1372 a – 1354. Jak wykazano, delecja cGMP-RE z regionu promotorowego genu dla GC-A, zwiększa aktywność transkrypcyjną tego promotora, w obecno- ści ANP, o około 40%. Sekwencja ta została również zidentyfikowana w regionie promotorowym genu kodującego GC-A myszy (95% homologii) i człowieka (75% homologii) [24]. Do tej pory zidentyfikowano tylko jedno białko zdolne do wiązania się do cGMP-RE i nazwano je GREBP (cGMP-response element binding protein) [53]. Gen kodujący GREBP został umiejscowiony w ludzkim chromosomie w pozycji 1p36.33 w pobliżu genu kodującego ANP (1p36.21). Wykazano, że białko to pełni funkcję represora transkrypcji genu dla GC-A. Wyciszenie genu dla GREBP przez zastosowanie shRNA zwiększa bowiem aktywność promotora genu dla cyklazy i ekspresję tego enzymu. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują również, że białko GREBP może być zaangażowane w negatywną regulację ekspresji genu dla GC-A w odpowiedzi na ANP, ponieważ traktowanie komó- rek ANP prowadzi do wzrostu poziomu mRNA dla GREBP i jednocześnie obserwuje się obniżenie ekspresji cyklazy w komórkach.

Chociaż prace nad regulacją transkrypcji genu kodującego GC-A rozpoczęły się już w latach 90 ub.w., to jednak proces ten nie został jeszcze do końca wyjaśniony. Lepsze zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za regulację ekspresji genu dla GC-A może być podstawą rozwoju strategii terapeutycznych, w których przez manipulowanie poziomem ekspresji receptora można kontrolować biologiczne działanie peptydów natriuretycznych (ANP i BNP) w różnych stanach patologicznych.

Fizjologicznefunkcje GC-A

Jak już wspomniano, cyklaza guanylanowa typu A odpowiada za prawidłowe działanie różnych procesów komórkowych. Najdokładniej opisano rolę GC-A związaną z funkcjonowaniem układu sercowo-naczyniowego. Wykazano, że system ANP/GC-A odpowiada m.in. za zmniejszenie obciążenia serca przez obniżanie napięcia ścian naczyń krwionośnych, stymulację procesów natriurezy i diurezy, hamowanie szlaku renina-angiotensyna-aldosteron (RAA) czy hamowanie wzrostu kardiomiocytów. Wielu dowodów potwierdzających udział cyklazy guanylanowej typu A w regulacji układu krwionośnego dostarczyły badania prowadzone na modelu genetycznie modyfikowanych myszy (myszy z nokautem lub nadekspresją genu kodującego GC-A). Udowodniono, że fenotyp myszy pozbawionych tego genu cechują zaburzenia w funkcjonowaniu układu sercowo-naczyniowego. U zwierząt tych obserwuje się bowiem ciężkie, przewlekłe nadciśnienie tętnicze oraz przerost mięśnia sercowego [31,39,67,87]. Natomiast genetycznie zmodyfikowane myszy mające dodatkowe kopie genu kodującego GC-A nie wykazują poważniejszych zaburzeń w rozwoju. Wśród ich najważniejszych cech fenotypowych można wyróżnić obniżone ciśnienie tętnicze i niższe stężenie ANP w osoczu [31,67,87].

Układ ANP/GC-A reguluje ciśnienie oraz objętość krwi częściowo przez hamowanie szlaku RAA [79,102]. ANP/GC-A redukuje wydzielanie reniny, angiotensyny II, wykazującej silne właściwości obkurczające naczynia krwionośne oraz aldosteronu z komórek kłębuszkowych nadnerczy, który odpowiada za resorpcję zwrotną sodu w cewce nerkowej. Sód zatrzymuje wodę w naczyniach, przez co również przyczynia się do wzrostu ciśnienia tętniczego. W nerkach, przedsionkowy peptyd natriuretyczny, przez aktywację GC-A, zwiększa współczynnik filtracji kłębuszkowej, a to także indukuje procesy diurezy i natriurezy [74]. Cyklaza guanylanowa typu A przeciwdziała również procesom włóknienia mięśnia sercowego, tzw. fibrogenezie [87,88]. Zaobserwowano, że w sercach myszy pozbawionych genu kodującego GC-A zdecydowanie wzrasta ekspresja i aktywność MMP-2 oraz MMP-9 (metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej), które jak wcześniej wykazano są zaangażowane w fibrogenezę [86,93]. Wykazano, że w sercach tych zwierząt dochodzi również do wzmożonej syntezy kolagenu i zwiększonego wytwarzania TGF-β1 (transformujący czynnik wzrostu β1), który jest czynnikiem stymulującym włóknienie.

Oprócz roli, jaką GC-A pełni w układzie sercowo-naczyniowym, nieliczne dane literaturowe wskazują również na udział ANP/GC-A w procesach nowotworzenia. Vesely i wsp. wykazali co prawda, że przedsionkowy peptyd natriuretyczny, przez hamowanie syntezy DNA, obniża proliferację komórek nowotworowych oraz wzrost guza (ludzki gruczolakorak trzustki), nie opisali natomiast bezpośredniego udziału GC-A w tym procesie [89]. Inni badacze zaobserwowali jednak, że cyklaza guanylanowa typu A sprzyja rozwojowi różnych nowotworów (m.in. stercza, płuc, skóry czy jajnika). Na podstawie badań przeprowadzonych u genetycznie zmodyfikowanych myszy autorzy wykazali, że cyklaza ta jest zaangażowana w angiogenezę w rejonie guza, ponieważ nokaut genu tego białka wyraźnie obniża progresję choroby nowotworowej [38,95]. Uzyskane wyniki sugerują, że GC-A może być dobrym markerem prognostycznym i celem w terapii przeciwnowotworowej.

Z dostępnych danych wynika, że cyklaza guanylanowa typu A wpływa również na funkcjonowanie komórek układu odpornościowego, takich jak monocyty czy makrofagi. Stwierdzono m.in., że szlak sygnałowy zależny od ANP/ GC-A/cGMP działa supresyjnie na prozapalne czynniki transkrypcyjne NF-κB i AP-1 w komórkach aktywowanych lipopolisacharydem bakteryjnym, przez co obniża uwalnianie ważnych mediatorów reakcji zapalnej, takich jak IL-1β, IL-6 czy TNF-α [3,29,56,59,91]. Przeciwzapalne działanie aktywatora GC-A wykazano również w warunkach in vivo [46,62]. Ladetzki-Baehs i wsp. zaobserwowali, że ANP hamuje aktywność NF-κB, a w konsekwencji ekspresję TNF-α w surowicy myszy traktowanych LPS i tym samym wyraźnie poprawia przeżywalność tych zwierząt [46]. Inny zespół wykazał natomiast, że przedsionkowy peptyd natriuretyczny znacznie obniża stężenie cytokin prozapalnych (TNF-α i IL-6) w popłuczynach oskrzelowo- -pęcherzykowych uzyskanych od myszy z ostrym uszkodzeniem płuc indukowanym LPS, w porównaniu do myszy traktowanych jedynie lipopolisacharydem [62]. Na podstawie badań przeprowadzonych z użyciem genetycznie modyfikowanych myszy stwierdzono również, że u zwierząt pozbawionych genu dla GC-A dochodzi do nadmiernej aktywacji kaskady sygnałowej zależnej od czynników transkrypcyjnych NF-κB i AP-1, co znacznie podwyższa poziom cytokin prozapalnych zarówno w surowicy, jak i w sercu tych myszy, a to powoduje przerost i niewydolność serca. U myszy z nadekspresją genu dla GC-A zaobserwowano natomiast zupełnie odwrotny wynik. Stwierdzono, że zwiększona aktywacja układu GC-A/cGMP hamuje stan zapalny i przyczynia się do osłabienia niekorzystnej przebudowy mięśnia sercowego [87].

Podsumowanie

Cyklaza guanylanowa typu A jest jedną z najdokładniej scharakteryzowanych błonowych cyklaz guanylanowych, odpowiedzialnych za syntezę cyklicznego GMP, który pełni istotną rolę w różnych procesach komórkowych. Jednak, mimo ponad trzydziestu lat badań nad tymi enzymami, zarówno proces regulacji aktywności katalitycznej GC-A, jak i molekularny mechanizm regulacji ekspresji genu kodującego to białko nie zostały jeszcze w pełni wyjaśnione. Dokładne poznanie tych mechanizmów może mieć nie tylko znaczenie poznawcze, ale również terapeutyczne. Większość prac dotyczących funkcji, jakie GC-A pełni w organizmie odnosi się do układu sercowo-naczyniowego, w którym peptydy natriuretyczne aktywujące GC-A, przez działanie natriuretyczne, diuretyczne czy naczyniorozszerzające, są odpowiedzialne głównie za utrzymanie homeostazy w zakresie ciśnienia oraz objętości krążącej krwi. Jednak w ostatnim czasie pojawiają się również doniesienia o udziale GC-A w rozwoju choroby nowotworowej, wskazujące, że enzym ten może być markerem prognostycznym i celem w terapii tych chorób. Odnotowany jest również udział szlaku ANP/GC-A/cGMP w funkcjonowaniu komórek odpornościowych. W literaturze istnieją bowiem dowody potwierdzające przeciwzapalne działanie tej ścieżki sygnałowej. Ponadto wykazano, że w pewnych warunkach w komórkach monocytarnych, w których jest obecna rozpuszczalna GC, może się pojawiać również aktywna GC-A [2,58,63]. Przypuszcza się, że zmiana fenotypu tych komórek na GC-A pozytywne może być korzystna w niektórych schorzeniach (m.in. w niewydolności serca czy marskości wątroby), którym towarzyszy drastyczny wzrost poziomu peptydów natriuretycznych (ANP i BNP) w surowicach chorych. Można się spodziewać, że w przypadku obecności GC-A w komórkach chorych zachodziłaby intensywniejsza, w porównaniu z komórkami osób zdrowych, synteza cGMP, prowadząca do odmiennego efektu komórkowego. Brakuje jednak danych dotyczących fizjologicznych czynników i mechanizmów indukujących ekspresję GC-A w tych komórkach.

W związku z powyższym wydaje się, że lepsze poznanie i zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za indukcję oraz regulację ekspresji genu dla GC-A może być podstawą do opracowywania programów leczenia pacjentów z różnymi stanami patologicznymi.

Przypisy

• 1. Ashman D.F., Lipton R., Melicow M.M., Price T.D.: Isolation of adenosine3’,5’-monophosphate and guanosine 3’,5’-monophosphatefrom rat urine. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1963; 11: 330-334
  Google Scholar
• 2. Bender A.T., Ostenson C.L., Giordano D., Beavo J.A.: Differentiationof human monocytes in vitro with granulocyte-macrophage colony-stimulatingfactor and macrophage colony-stimulating factor producesdistinct changes in cGMP phosphodiesterase expression. Cell. Signal.,2004; 16: 365-374
  Google Scholar
• 3. Borán M.S., Baltrons M.A., García A.: The ANP-cGMP-protein kinaseG pathway induces a phagocytic phenotype but decreases inflammatorygene expression in microglial cells. Glia, 2008; 56: 394-411
  Google Scholar
• 4. Cao L., Wu J., Gardner D.G.: Atrial natriuretic peptide suppressesthe transcription of its guanylyl cyclase-linked receptor. J. Biol.Chem., 1995; 270: 24891-24897
  Google Scholar
• 5. Chao Y.C., Cheng C.J., Hsieh H.T., Lin C.C., Chen C.C., Yang R.B.:Guanylate cyclase-G, expressed in the Grueneberg ganglion olfactorysubsystem, is activated by bicarbonate. Biochem. J., 2010;432: 267-273
  Google Scholar
• 6. Chinkers M., Garbers D.L., Chang M.S., Lowe D.G., Chin H.M.,Goeddel D.V., Schulz S.: A membrane form of guanylate cyclaseis an atrial natriuretic peptide receptor. Nature, 1989; 338: 78-83
  Google Scholar
• 7. Chrisman T.D., Garbers D.L., Parks M.A., Hardman J.G.: Characterization of particulate and soluble guanylate cyclases from rat lung.J. Biol. Chem., 1975; 250: 374-381
  Google Scholar
• 8. Ciuman M., Siednienko J., Czyżyk R., Witwicka H., Kołosionek E.,Kobiałka M., Gorczyca W.A.: Cyclic GMP-dependent protein kinaseand soluble guanylyl cyclase disappear in elicited rat neutrophils.Biochim. Biophys. Acta, 2006; 1760: 1618-1623
  Google Scholar
• 9. Connelly L., Jacobs A.T., Palacios-Callender M., Moncada S., HobbsA.J.: Macrophage endothelial nitric-oxide synthase autoregulatescellular activation and pro-inflammatory protein expression. J. Biol.Chem., 2003; 278: 26480-26487
  Google Scholar
• 10. Currie M.G., Geller D.M., Cole B.R., Siegel N.R., Fok K.F., AdamsS.P., Eubanks S.R., Galluppi G.R., Needleman P.: Purification and sequenceanalysis of bioactive atrial peptides (atriopeptins). Science,1984; 223: 67-69
  Google Scholar
• 11. de Bold A.J., Borenstein H.B., Veress A.T., Sonnenberg H.: A rapidand potent natriuretic response to intravenous injection of atrialmyocardial extract in rats. Life Sci., 1981; 28: 89-94
  Google Scholar
• 12. Dolfini D., Gatta R., Mantovani R.: NF-Y and the transcriptionalactivation of CCAAT promoters. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol.,2012; 47: 29-49
  Google Scholar
• 13. Flora D.R., Potter L.R.: Prolonged atrial natriuretic peptide exposurestimulates guanylyl cyclase-A degradation. Endocrinology, 2010;151: 2769-2776
  Google Scholar
• 14. Flynn T.G., de Bold M.L., de Bold A.J.: The amino acid sequenceof an atrial peptide with potent diuretic and natriuretic properties.Biochem. Biophys. Res. Commun., 1983; 117: 859-865
  Google Scholar
• 15. Friebe A., Koesling D.: Regulation of nitric oxide-sensitive guanylylcyclase. Circ. Res., 2003; 93: 96-105
  Google Scholar
• 16. Garbers D.L., Gray J.P.: Guanylate cyclase from sperm of thesea urchin, Strongylocentrotus purpuratus. Methods Enzymol., 1974;38:196-199
  Google Scholar
• 17. Garg R., Oliver P.M., Maeda N., Pandey K.N.: Genomic structure,organization, and promoter region analysis of murine guanylylcyclase/atrial natriuretic peptide receptor-A gene. Gene, 2002;297: 123-133
  Google Scholar
• 18. Garg R., Pandey K.N.: Regulation of guanylyl cyclase/natriureticpeptide receptor-A gene expression. Peptides, 2005; 26: 1009-1023
  Google Scholar
• 19. Gorczyca W.A.: Cyklazy guanylanowe i ich udział w wewnątrzkomórkowymprzekazywaniu sygnału. W: Receptory i mechanizmyprzekazywania sygnału, red.: Nowak J.Z., Zawilska J.B., WydawnictwoNaukowe PWN, Warszawa 2004, 64-89
  Google Scholar
• 20. Guo D., Zhang J.J., Huang X.Y.: Stimulation of guanylyl cyclase-Dby bicarbonate. Biochemistry, 2009; 48: 4417-4422
  Google Scholar
• 21. Hamet P., Tremblay J., Pang S.C., Garcia R., Thibault G., GutkowskaJ., Cantin M., Genest J.: Effect of native and synthetic atrialnatriuretic factor on cyclic GMP. Biochem. Biophys. Res. Commun.,1984; 123: 515-527
  Google Scholar
• 22. Hardman J.G., Sutherland E.W.: Guanyl cyclase, an enzyme catalyzingthe formation of guanosine 3’,5’-monophosphate from guanosinetriphosphate. J. Biol. Chem., 1969; 244: 6363-6370
  Google Scholar
• 23. Heim J.M., Singh S., Gerzer R.: Effect of glycosylation on clonedANF-sensitive guanylyl cyclase. Life Sci., 1996; 59: 61-68
  Google Scholar
• 24. Hum D., Besnard S., Sanchez R., Devost D., Gossard F., Hamet P.,Tremblay J.: Characterization of a cGMP-response element in theguanylyl cyclase/natriuretic peptide receptor A gene promoter.Hypertension, 2004; 43:1270-1278
  Google Scholar
• 25. Ichiki T., Huntley B.K., Burnett J.C.Jr.: BNP molecular forms andprocessing by the cardiac serine protease corin. Adv. Clin. Chem.,2013; 61: 1-31
  Google Scholar
• 26. Kalra D., Baumgarten G., Dibbs Z., Seta Y., Sivasubramanian N.,Mann D.L.: Nitric oxide provokes tumor necrosis factor-α expressionin adult feline myocardium through a cGMP-dependent pathway.Circulation, 2000; 102: 1302-1307
  Google Scholar
• 27. Kamisaki Y., Saheki S., Nakane M., Palmieri J.A., Kuno T. ChangB.Y., Waldman S.A., Murad F.: Soluble guanylate cyclase from ratlung exists as a heterodimer. J. Biol. Chem., 1986; 261: 7236-7241
  Google Scholar
• 28. Kangawa K., Tawaragi Y., Oikawa S., Mizuno A., Sakuragawa Y.,Nakazato H., Fukuda A., Minamino N., Matsuo H.: Identification ofrat g atrial natriuretic polypeptide and characterization of the cDNAencoding its precursor. Nature, 1984; 312: 152-155
  Google Scholar
• 29. Kiemer A.K., Hartung T. Vollmar A.M.: cGMP-mediated inhibitionof TNF-a production by the atrial natriuretic peptide in murinemacrophages. J. Immunol., 2000; 165: 175-181
  Google Scholar
• 30. Kimura H., Murad F.: Evidence for two different forms of guanylatecyclase in rat heart. J. Biol. Chem., 1974; 249: 6910-6916
  Google Scholar
• 31. Kishimoto I., Rossi K., Garbers D.L.: A genetic model providesevidence that the receptor for atrial natriuretic peptide (guanylylcyclase-A) inhibits cardiac ventricular myocyte hypertrophy. Proc.Natl. Acad. Sci. USA, 2001; 98: 2703-2706
  Google Scholar
• 32. Kobiałka M., Witwicka H., Siednienko J., Gorczyca W.A.: Metabolismof cyclic GMP in peritoneal macrophages of rat and guineapig, Acta Biochim. Pol., 2003; 50: 837-848
  Google Scholar
• 33. Koesling D.: Modulators of soluble guanylyl cyclase. NaunynSchmiedebergs Arch. Pharmacol., 1998; 358: 123-126
  Google Scholar
• 34. Koesling D.: Studying the structure and regulation of solubleguanylyl cyclase. Methods, 1999; 19: 485-493
  Google Scholar
• 35. Koh G.Y., Nussenzveig D.R., Okolicany J., Price D.A., Maack T.:Dynamics of atrial natriuretic factor-guanylate cyclase receptors andreceptor-ligand complexes in cultured glomerular mesangial and renomedullaryinterstitial cells. J. Biol. Chem., 1992; 267: 11987-11994
  Google Scholar
• 36. Koller K.J., Lipari M.T., Goeddel D.V.: Proper glycosylation andphosphorylation of the type A natriuretic peptide receptor are requiredfor hormone-stimulated guanylyl cyclase activity. J. Biol.Chem., 1993; 268: 5997-6003
  Google Scholar
• 37. Kone B.C.: Molecular biology of natriuretic peptides and nitricoxide synthases. Cardiovasc. Res., 2001; 51: 429-441
  Google Scholar
• 38. Kong X., Wang X., Xu W., Behera S., Hellermann G., Kumar A.,Lockey R.F., Mohapatra S., Mohapatra S.S.: Natriuretic peptide receptorA as a novel anticancer target. Cancer Res., 2008; 68: 249-256
  Google Scholar
• 39. Kuhn M., Holtwick R., Baba H.A., Perriard J.C., Schmitz W., EhlerE.: Progressive cardiac hypertrophy and dysfunction in atrial natriureticpeptide receptor (GC-A) deficient mice. Heart, 2002; 87: 368-374
  Google Scholar
• 40. Kumar P., Arise K.K., Pandey K.N.: Transcriptional regulationof guanylyl cyclase/natriuretic peptide receptor-A gene. Peptides,2006; 27: 1762-1769
  Google Scholar
• 41. Kumar P., Bolden G., Arise K.K., Krazit S.T., Pandey K.N.: Regulationof natriuretic peptide receptor-A gene expression and stimulationof its guanylyl cyclase activity by transcription factor Ets-1.Biosci. Rep., 2009; 29: 57-70
  Google Scholar
• 42. Kumar P., Garg R., Bolden G., Pandey K.N.: Interactive roles ofEts-1, Sp1, and acetylated histones in the retinoic acid-dependentactivation of guanylyl cyclase/atrial natriuretic peptide receptor–A gene transcription. J. Biol. Chem., 2010; 285: 37521-37530
  Google Scholar
• 43. Kumar P., Periyasamy R., Das S., Neerukonda S., Mani I., PandeyK.N.: All-trans retinoic acid and sodium butyrate enhance natriureticpeptide receptor A gene transcription: role of histone modification.Mol. Pharmacol., 2014; 85: 946-957
  Google Scholar
• 44. Kumar P., Tripathi S., Pandey K.N.: Histone deacetylase inhibitorsmodulate the transcriptional regulation of guanylyl cyclase/natriuretic peptide receptor-A gene: interactive roles of modifiedhistones, histone acetyltransferase, p300, and Sp1. J. Biol. Chem.2014; 289: 6991-7002
  Google Scholar
• 45. Kurihara M., Katamine S., Saavedra J.M.: Atrial natriuretic peptide,ANP(99-126), receptors in rat thymocytes and spleen cells. Biochem.Biophys. Res. Commun., 1987; 145: 789-796
  Google Scholar
• 46. Ladetzki-Baehs K., Keller M., Kiemer A.K., Koch E., Zahler S., WendelA., Vollmar A.M.: Atrial natriuretic peptide, a regulator of nuclearfactor-κB activation in vivo. Endocrinology, 2007; 148: 332-336
  Google Scholar
• 47. Liang F., Schaufele F., Gardner D.G.: Functional interaction ofNF-Y and Sp1 is required for type a natriuretic peptide receptorgene transcription. J. Biol. Chem., 2001; 276: 1516-1522
  Google Scholar
• 48. Liang F., Schaufele F., Gardner D.G.: Sp1 dependence of natriureticpeptide receptor A gene transcription in rat aortic smoothmuscle cells. Endocrinology, 1999; 140: 1695-1701
  Google Scholar
• 49. Lowe D.G., Chang M.S., Hellmiss R., Chen E., Singh S., GarbersD.L., Goeddel D.V.: Human atrial natriuretic peptide receptor definesa new paradigm for second messenger signal transduction. EMBOJ., 1989; 8: 1377-1384
  Google Scholar
• 50. Lowe D.G., Fendly B.M.: Human natriuretic peptide receptor–A guanylyl cyclase. Hormone cross-linking and antibody reactivitydistinguish receptor glycoforms. J. Biol. Chem., 1992; 267: 21691-21697
  Google Scholar
• 51. Lowe D.G., Klisak I., Sparkes R.S., Mohandas T., Goeddel D.V.:Chromosomal distribution of three members of the human natriureticpeptide receptor/guanylyl cyclase gene family. Genomics, 1990;8: 304-312
  Google Scholar
• 52. Lucas K.A., Pitargi G.M., Kazerounian S., Ruiz-Stewart I., Park J.,Schulz S., Chepenik K.P., Waldman S.A.: Guanylyl cyclases and signalingby cyclic GMP. Pharmacol. Rev., 2000; 52: 375-414
  Google Scholar
• 53. Martel G., Hamet P., Tremblay J.: GREBP, a cGMP-response element-bindingprotein repressing the transcription of natriureticpeptide receptor 1 (NPR1/GCA). J. Biol. Chem., 2010; 285: 20926-20939
  Google Scholar
• 54. Misono K.S., Grammer R.T., Fukumi H., Inagami T.: Rat atrial natriureticfactor: isolation, structure and biological activities of fourmajor peptides. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1984; 123: 444-451
  Google Scholar
• 55. Misono K.S., Philo J.S., Arakawa T., Ogata C.M., Qiu Y., OgawaH., Young H.S.: Structure, signaling mechanism and regulation ofthe natriuretic peptide receptor-guanylate cyclase. FEBS J., 2011;278: 1818-1829
  Google Scholar
• 56. Mitkiewicz M., Kuropatwa M., Kurowska E., Gorczyca W.A.: Differenteffects of soluble and particulate guanylyl cyclases on expressionof inflammatory cytokines in rat peripheral blood mononuclearcells. Immunobiology, 2011; 216: 423-430
  Google Scholar
• 57. Miyagi M., Zhang X., Misono K.S.: Glycosylation sites in the atrialnatriuretic peptide receptor: oligosaccharide structures are not requiredfor hormone binding. Eur. J. Biochem., 2000; 267: 5758-5768
  Google Scholar
• 58. Morita R., Ukyo N., Furuya M., Uchiyama T., Hori T.: Atrial natriureticpeptide polarizes human dendritic cells toward a Th2-promotingphenotype through its receptor guanylyl cyclase-coupledreceptor A. J. Immunol., 2003; 170: 5869-5875
  Google Scholar
• 59. Moriyama N., Taniguchi M., Miyano K., Miyoshi M., WatanabeT.: ANP inhibits LPS-induced stimulation of rat microglial cellsby suppressing NF-κB and AP-1 activations. Biochem. Biophys. Res.Commun., 2006; 350: 322-328
  Google Scholar
• 60. Müller D., Middendorff R., Olcese J., Mukhopadhyay A.K.: Centralnervous system-specific glycosylation of the type A natriureticpeptide receptor. Endocrinology, 2002; 143: 23-29
  Google Scholar
• 61. Nakayama T., Soma M., Takahashi Y., Rehemudula D., SatoM., Uwabo J., Izumi Y., Kanmatsuse K.: Nucleotide seguence of the5’-flanking region of the type A human natriuretic peptide receptorgene and association analysis using a novel microsatellite in essentialhypertension. Am. J. Hypertens., 1999; 12: 1144-1148
  Google Scholar
• 62. Nojiri T., Hosoda H., Tokudome T., Miura K., Ishikane S., KimuraT., Shintani Y., Inoue M., Sawabata N., Miyazato M., Okumura M.,Kangawa K.: Atrial natriuretic peptide inhibits lipopolysaccharide–induced acute lung injury. Pulm. Pharmacol. Ther., 2014; 29: 24-30
  Google Scholar
• 63. O’Dorisio M.S., Fertel R., Finkler E., Brooks R., Vassalo L.: Characterizationof cyclic nucleotide metabolism during human monocytedifferentiation. J. Leukoc. Biol., 1984; 35: 617-630
  Google Scholar
• 64. Ogawa H., Qiu Y., Ogata C.M., Misono K.S.: Crystal structure ofhormone-bound atrial natriuretic peptide receptor extracellular domain:rotation mechanism for transmembrane signal transduction.J. Biol. Chem., 2004; 279: 28625-28631
  Google Scholar
• 65. Ogawa H., Qiu Y., Philo J.S., Arakawa T., Ogata C.M., Misono K.S.:Reversibly bound chloride in the atrial natriuretic peptide receptorhormone-binding domain: possible allosteric regulation and a conservedstructural motif for the chloride-binding site. Protein Sci.,2010; 19: 544-557
  Google Scholar
• 66. Pandey K.N.: Ligand-mediated endocytosis and intracellular sequestrationof guanylyl cyclase/natriuretic peptide receptors: roleof GDAY motif. Mol. Cell. Biochem., 2010; 334: 81-98
  Google Scholar
• 67. Pandey K.N.: The functional genomics of guanylyl cuclase/natriureticpeptide receptor-A: perspectives and paradigms. FEBS J.,2011; 278: 1792-1807
  Google Scholar
• 68. Pandey K.N., Nguyen H.T., Garg R., Khurana M..L, Fink J.: Internalizationand trafficking of guanylyl (guanylate) cyclase/natriureticpeptide receptor A is regulated by an acidic tyrosine-based cytoplasmicmotif GDAY. Biochem. J., 2005; 388: 103-113
  Google Scholar
• 69. Pilz R.B., Broderick K.E.: Role of cyclic GMP in gene regulation.Front. Biosci., 2005; 10: 1239-1268
  Google Scholar
• 70. Pilz R.B., Casteel D.E.: Regulation of gene expression by cyclicGMP. Circ. Res., 2003; 93: 1034-1046
  Google Scholar
• 71. Potter L.R.: Guanylyl cyclase structure, function and regulation.Cell. Signal., 2011; 23: 1921-1926
  Google Scholar
• 72. Potter L.R.: Natriuretic peptide metabolism, clearance and degradation.FEBS J., 2011; 278: 1808-1817
  Google Scholar
• 73. Potter L.R.: Regulation and therapeutic targeting of peptide-activatedreceptor guanylyl cyclases. Pharmacol. Ther., 2011; 130: 71-82
  Google Scholar
• 74. Potter L.R., Abbey-Hosch S., Dickey D.M.: Natriuretic peptides,their receptors, and cyclic guanosine monophosphate-dependentsignaling functions. Endocr. Rev., 2006; 27: 47-72
  Google Scholar
• 75. Russwurm M., Koesling D.: Isoforms of NO-sensitive guanylylcyclase. Mol. Cell. Biochem., 2002; 230: 159-164
  Google Scholar
• 76. Schröter J., Zahedi R.P., Hartmann M., Gassner B., Gazinski A.,Waschke J., Sickmann A., Kuhn M.: Homologous desensitization ofguanylyl cyclase A, the receptor for atrial natriuretic peptide, isassociated with a complex phosphorylation pattern. FEBS J., 2010;277: 2440-2453
  Google Scholar
• 77. Schultz G., Bohme E., Munske K.: Guanyl cyclase. Determinationof enzyme activity. Life Sci., 1969; 8:1323-1332
  Google Scholar
• 78. Semenov A.G., Tamm N.N., Seferian K.R., Postnikov A.B., KarpovaN.S., Serebryanaya D.V., Koshkina E.V., Krasnoselsky M.I., KatrukhaA.G.: Processing of pro-B-type natriuretic peptide: furin and corinas candidate convertases. Clin. Chem., 2010; 56: 1166-1176
  Google Scholar
• 79. Shi S.J., Nguyen H.T., Sharma G.D., Navar L.G., Pandey K.N.: Geneticdisruption of atrial natriuretic peptide receptor-A alters reninand angiotensin II levels. Am. J. Physiol. Renal Physiol., 2001;281: F665-F673
  Google Scholar
• 80. Siednienko J., Nowak J., Moynagh P.N., Gorczyca W.A.: Nitricoxide affects IL-6 expression in human peripheral blood mononuclearcells involving cGMP-dependent modulation of NF-κB activity.Cytokine, 2011; 54: 282-288
  Google Scholar
• 81. Stone J.R., Marletta M.A.: Spectral and kinetic studies on theactivation of soluble guanylate cyclase by nitric oxide. Biochemistry,1996; 35: 1093-1099
  Google Scholar
• 82. Su J., Scholz P.M., Weiss H.R.: Differential effects of cGMP producedby soluble and particulate guanylyl cyclase on mouse ventricularmyocytes. Exp. Biol. Med., 2005; 230: 242-250
  Google Scholar
• 83. Sudoh T., Kangawa K., Minamino N., Matsuo H.: A new natriureticpeptide in porcine brain. Nature, 1988; 332: 78-81
  Google Scholar
• 84. Sun L., Wang H., Hu J., Han J., Matsunami H., Luo M.: Guanylylcyclase-D in the olfactory CO2 neurons is activated by bicarbonate.Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2009; 106: 2041-2046
  Google Scholar
• 85. Takahashi Y., Nakayama T., Soma M., Izumi Y., Kanmatsuse K.:Organization of the human natriuretic peptide receptor A gene.Biochem. Biophys. Res. Commun., 1998; 246: 736-739
  Google Scholar
• 86. Tsuruda T., Boerrigter G., Huntley B.K., Noser J.A., Cataliotti A.,Costello-Boerrigter L.C., Chen H.H., Burnett J.C.Jr.: Brain natriureticpeptide is produced in cardiac fibroblasts and induces matrix metallproteinases.Circ. Res., 2002; 91: 1127-1134
  Google Scholar
• 87. Vellaichamy E., Das S., Subramanian U., Maeda N., Pandey K.N.:Genetically altered mutant mouse models of guanylyl cyclase/natriureticpeptide receptor-A exhibit the cardiac expression of proinflammatorymediators in a gene-dose-dependent manner. Endocrinology,2014; 155: 1045-1056
  Google Scholar
• 88. Vellaichamy E., Khurana M.L., Fink J., Pandey K.N.: Involvementof the NF-κB/matrix metalloproteinase pathway in cardiac fibrosisof mice lacking guanylyl cyclase/natriuretic peptide receptor A. J.Biol. Chem., 2005; 280: 19230-19242
  Google Scholar
• 89. Vesely D.L., Clark L.C., Garces A.H., McAfee Q.W., Soto J., GowerW.R.Jr: Novel therapeutic approach for cancer using four cardiovascularhormones. Eur. J. Clin. Invest., 2004; 34: 674-682
  Google Scholar
• 90. Vodovar N., Séronde M.F., Laribi S., Gayat E., Lassus J., Boukef R.,Nouira S., Manivet P., Samuel J.L., Logeart D., Ishihara S., Cohen SolalA., Januzzi J.L.Jr, Richards A.M., Launay J.M., Mebazaa A.: Post-translationalmodifications enhance NT-proBNP and BNP production inacute decompensated heart failure. Eur. Heart J., 2014; 35: 3434-3441
  Google Scholar
• 91. Vollmar A.M.: The role of atrial natriuretic peptide in the immunesystem. Peptides, 2005; 26: 1086-1094
  Google Scholar
• 92. Waldman S.A., Rapoport R.M., Murad F.: Atrial natriuretic factorselectively activates particulate guanylate cyclase and elevates cyclicGMP in rat tissues. J. Biol. Chem., 1984; 259: 14332-14334
  Google Scholar
• 93. Wang D., Oparil S., Feng J.A., Li P., Perry G., Chen L.B., Dai M.,John S.W., Chen Y.F.: Effects of pressure overload on extracellularmatrix expression in the heart of the atrial natriuretic peptide-nullmouse. Hypertension, 2003; 42: 88-95
  Google Scholar
• 94. Wang W., Liao X., Fukuda K., Knappe S., Wu F., Dries D.L., QinJ., Wu Q.: Corin variant associated with hypertension and cardiachypertrophy exhibits impaired zymogen activation and natriureticpeptide processing activity. Circ. Res., 2008; 103: 502-508
  Google Scholar
• 95. Wang X., Raulji P., Mohapatra S.S., Patel R., Hellermann G., KongX., Vera P.L., Meyer-Siegler K.L., Coppola D., Mohapatra S.: Natriureticpeptide receptor as a novel target for prostate cancer. Mol.Cancer, 2011; 10: 56
  Google Scholar
• 96. White A.A., Aurbach G.D.: Detection of guanyl cyclase in mammaliantissues. Biochim. Biophys. Acta, 1969; 191: 686-697
  Google Scholar
• 97. Winquist R.J., Faison E.P., Waldman S.A., Schwartz K., Murad F.,Rapoport R.M.: Atrial natriuretic factor elicits an endothelium-independentrelaxation and activates particulate guanylate cyclase in vascularsmooth muscle. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1984; 81: 7661-7664
  Google Scholar
• 98. Yamaguchi M., Rutledge L.J., Garbers D.L.: The primary structureof the rat guanylyl cyclase A/atrial natriuretic peptide receptorgene. J. Biol. Chem., 1990; 265: 20414-20420
  Google Scholar
• 99. Yan W., Wu F., Morser J., Wu Q.: Corin, a transmembrane cardiacserine protease, acts as a pro-atrial natriuretic peptide-convertingenzyme. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000; 97: 8525-8529
  Google Scholar
• 100. Yoder A.R., Stone M.D., Griffin T.J., Potter L.R.: Mass spectrometricidentification of phosphorylation sites in guanylyl cyclaseA and B. Biochemistry, 2010; 49: 10137-10145
  Google Scholar
• 101. Zabel U., Häusler C., Weeger M., Schmidt H.H.: Homodimerizationof soluble guanylyl cyclase subunits. Dimerization analysisusing a glutathione s-transferase affinity tag. J. Biol. Chem., 1999;274: 18149-18152
  Google Scholar
• 102. Zhao D., Vellaichamy E., Somanna N.K., Pandey K.N.: Guanylylcyclase/natriuretic peptide receptor-A gene disruption causes increasedadrenal angiotensin II and aldosterone levels. Am. J. Physiol.Renal Physiol., 2007; 293: F121-F127
  Google Scholar

Pełna treść artykułu