Ścieżka sygnałowa RAS/MAPK i jej rola w etiopatogenezie zespołu Noonan
STRESZCZENIE
Monika Gos*
espół Noonan (NS) jest jednym z częściej występujących zespołów dysmorficznych, jego
Zczęstość szacuje się na 1/1000 1/2500 żywych urodzeń. Jest to choroba wieloukładowa,
którą cechuje różnorodność objawów klinicznych. Wśród charakterystycznych cech NS na- Monika Leszkiewicz
leży wymienić dysmorfię twarzoczaszki, niskorosłość, obecność wrodzonych wad serca, nie-
prawidłowości w układzie kostno-szkieletowym czy opóz
nione dojrzewanie płciowe u oboj-
Anna Abramowicz
ga płci (u chłopców wnętrostwo). Zespół Noonan jest chorobą genetycznie uwarunkowaną,
która jest dziedziczona w sposób autosomalny dominujący. Badania ostatnich lat wykazały,
że jego przyczyną jest obecność mutacji w jednym z genów kodujących białka wchodzące
Zakład Genetyki Medycznej, Instytut Matki i
w skład ścieżki sygnałowej RAS/MAPK, regulującej proces m.in. proliferacji i różnicowania
Dziecka, Warszawa
komórek. Do chwili obecnej u pacjentów z NS wykryto mutacje w genach PTPN11, SOS1,
RAF1, KRAS, BRAF, SHOC2 oraz NRAS, co może tłumaczyć dużą zmienność fenotypową *
Zakład Genetyki Medycznej, Instytut Matki i
obserwowaną u pacjentów. Ze względu na konieczność różnicowania klinicznego NS od
Dziecka, ul. Kasprzaka 17a, 01-211 Warszawa;
innych chorób z grupy RASopatii, analiza molekularna genów RAS/MAPK wydaje się być
tel.: [phone], faks: (22) 327 72 00, e-mail:
pomocnym narzędziem w ustaleniu ostatecznego rozpoznania klinicznego.
[e-mail], [e-mail]
WPROWADZENIE
Artykuł otrzymano 2 lutego 2012 r.
Artykuł zaakceptowano 27 kwietnia 2012 r.
Zespół Noonan (NS, ang. Noonan syndrome, OMIM 163950) jest jednym z
częściej występujących zespołów dysmorficznych, jego częstość szacuje się na
Słowa kluczowe: zespół Noonan, szlak RAS/
MAPK, SHP2, RAS, RAF, SOS
1/1000 1/2500 żywych urodzeń. Jest to choroba wieloukładowa, która cechuje
się różnorodnością objawów klinicznych, zależną również od wieku pacjenta
Podziękowania: Publikacja pracy była moż-
[1,2]. Wśród charakterystycznych cech zespołu Noonan należy wymienić dys-
liwa dzięki środkom Narodowego Centrum
morfię twarzoczaszki obejmującą m.in. pletwistość szyi, nisko osadzone małżo-
Nauki przyznanych na podstawie decyzji nr
winy uszne, skośne ku dołowi ustawienie szpar powiekowych ze współwystę-
DEC-2011/01/D/NZ5/01347.
pującą ptozą. Inne objawy kliniczne mogące wskazywać na rozpoznanie NS to:
niskorosłość (wzrost poniżej 3 centyla), obserwowana u 50 70% chorych, obec-
ność wrodzonych wad serca (90%), nieprawidłowości w układzie kostno-szkie-
letowym dotyczące zwłaszcza klatki piersiowej, opóz
nione dojrzewanie płciowe
u obojga płci, zaburzenia hematologiczne, skłonność do powstawania wybro-
czyn czy zaburzenia krzepnięcia krwi (20%) [1-4]. Zespół Noonan jest chorobą
genetycznie uwarunkowanÄ… dziedziczÄ…cÄ… siÄ™ autosomalnie dominujÄ…co. Bada-
nia ostatnich lat wykazały, że jego przyczyną jest obecność mutacji w jednym z
genów kodujących białka wchodzące w skład ścieżki sygnałowej RAS/MAPK,
regulującej między innymi proces proliferacji i różnicowania komórek [5-8].
ŚCIEŻKA SYGNAA
OWA RAS/MAPK
Ścieżka sygnałowa RAS/MAPK (Ryc. 1), jest obok ścieżek P38 i JNK, jednym
ze szklaków przekazywania sygnału przy udziale kaskady kinaz aktywowa-
nych działaniem czynników mitogennych (MAPK, ang. mitogen activated protein
kinases) [9]. Bodz
cem inicjującym działanie kaskady sygnałowej jest czynnik ze-
wnątrzkomórkowy np. czynnik wzrostowy łączący się z transbłonowym recep-
torem o aktywności kinazy tyrozynowej. Efektem działania receptorowej kinazy
tyrozynowej jest fosforylacja kolejnych białek szlaku, w tym kinaz białkowych
mających zdolność do przemieszczania się do jądra komórkowego. W jego ob-
rębie następuje fosforylacja czynników transkrypcyjnych regulujących ekspresję
genów odpowiedzialnych za proliferację, ruch czy apoptozę komórek [10,11].
Czynnikami aktywującymi ścieżkę RAS/MAPK są zazwyczaj czynniki wzro-
stowe np. hormon wzrostu, insulinopodobny czynnik wzrostu (IGF-1, ang. in-
sulin-like growth factor 1), cytokiny, insulina, naskórkowy czynnik wzrostu (EGF,
ang. epidermal growth factor), czynnik wzrostu fibroblastów (FGF, ang. fibroblast
growth factor), które wiążą się z receptorem błonowym. Po związaniu czynni-
ka wzrostowego z częścią zewnątrzkomórkową monomeru receptora następuje
jego dimeryzacja, dzięki czemu możliwa jest jego autofosforylacja i samoistna
aktywacja. Domena katalityczna jednego łańcucha fosforyluje reszty tyrozyn
Postępy Biochemii 58 (3) 2012 255
regulated kinases). Białka ERK odpowiedzialne są za fosfo-
rylację określonych czynników transkrypcyjnych regulują-
cych ekspresję genów odpowiedzialnych za podstawowe
procesy komórkowe takie jak: proliferacja, różnicowanie,
migracja oraz apoptoza komórek [12,13,15,16].
Ścieżka RAS/MAPK jest zachowanym w ewolucji szla-
kiem przekazywania sygnału w komórce, zaś ścisła kon-
trola przekazywania informacji przy udziale tej ścieżki jest
niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania komórek or-
ganizmu eukariotycznego [11,15]. Główne białka tej ścieżki
sygnałowej, RAS i RAF, są protoonkogenami, mutacje so-
matyczne w genach kodujących te białka towarzyszą często
procesowi transformacji nowotworowej. Szczególnie często
mutacje genów BRAF czy KRAS stwierdza się w nowotwo-
rach trzustki, tarczycy, jelita grubego, płuca oraz w czernia-
Rycina 1. Przekazywanie sygnału w komórce z udziałem szlaku sygnałowego
RAS/MAPK. Przyłączenie czynnika wzrostowego (GF) do błonowego recepto- ku czy przewlekłej białaczce szpikowej [17].
ra powoduje jego dimeryzację i autofosforylację domeny wewnątrzkomórko-
wej. Ufosforylowany receptor rozpoznawany jest przez białka adaptorowe (np.
Ścieżka RAS/MAPK może oddziaływać z innymi ścież-
SHP2), które bezpośrednio oddziałują z kolejnymi białkami, GRB2 i SOS. Biał-
ko SOS stymuluje wymianę, związanego z białkiem RAS, GDP na GTP, co jest
kami sygnałowymi, dlatego jej zaburzenia wpływają na
sygnałem dla aktywacji dalszej części szlaku, białka RAF oraz dalszych kinaz
inne szlaki przekazywania sygnału, potęgując konsekwen-
efektorowych, MAPKK (MEK) i MAPK (ERK). Kinazy ERK ulegajÄ… przemiesz-
cje jej nieprawidłowego działania. RAS/MAPK oddzia-
czeniu do jądra komórkowego, gdzie katalizują reakcję fosforylacji czynników
transkrypcyjnych, regulując ekspresję określonych genów. Na żółto zaznaczone
łuje na przykład ze szlakiem sygnałowym kalcyneuryny.
są reakcje fosforylacji mające miejsce w trakcie przekazywania sygnału.
Głównym substratem kalcyneuryny (fosfataza serynowo-
-treoninowa) jest czynnik transkrypcyjny aktywowanych
limfocytów T (NFAT, ang. nuclear factor of activated T cells).
umieszczone blisko karboksylowego końca drugiego mono-
Aktywuje on transkrypcję genów kodujących białka, któ-
meru, zwiększając w ten sposób zdolność receptora do ak-
rych podwyższona ekspresja sprzyja rozwojowi przerostu
tywacji kolejnych białek szlaku i do przekazywania sygnału
i niewydolności serca. Nadmierna aktywacja ścieżki RAS/
poprzez błonę komórkową do wnętrza komórki [12,13].
MAPK pobudza szlak sygnałowy zależny od kalcyneury-
Wśród białek wchodzących w skład ścieżki sygnałowej ny, jak również odwrotnie, aktywacja szlaku kalcyneuryny
RAS/MAPK można wyodrębnić grupę białek, które wza- wspomaga efekty działania ścieżki RAS/MAPK. Prowadzi
jemnie oddziałując ze sobą przekazują sygnał na dalsze to do nadmiernego rozrostu komórek serca, co sprzyja wy-
białka efektorowe. Bezpośrednie oddziaływanie między stąpieniu kardiomiopatii przerostowej, będącej częstym ob-
dwoma lub więcej białkami prowadzi do zmian w struktu- jawem NS [10,18,19].
rze przestrzennej cząsteczek, co wpływa na ich aktywność
katalityczną czy powinowactwo do kolejnych białek. Ufos- MUTACJE W GENACH KODUJ
CYCH BIAA
KA
ŚCIEŻKI SYGNAA
OWEJ RAS/MAPK JAKO
forylowane reszty tyrozyn aktywnego receptora błonowego
PRZYCZYNA ZESPOA
U NOONAN
rozpoznawane są przez domeny SH białek adaptorowych
np. SHP2. Białko SHP2 za pomocą domeny SH3 wiąże się
z domeną SH2 innych białek adaptorowych. W przypadku Zespół Noonan wykazuje dużą zmienność fenotypową,
ścieżki RAS/MAPK do białka SHP2 przyłącza się białko która po części może wynikać z obecności defektów mo-
adaptorowe GRB2, które oddziałuje z białkiem SOS posia- lekularnych w różnych genach kodujących białka ścieżki
dającym zdolność do aktywacji kolejnych komponentów RAS/MAPK. Do chwili obecnej u pacjentów z NS wykry-
szlaku sygnałowego. Białko SOS reguluje cykliczne prze- to mutacje w genach PTPN11, SOS1, RAF1, KRAS, BRAF,
miany GDP w GTP, kofaktora niezbędnego do działania SHOC2 oraz NRAS [6].
białka RAS [14].
PTPN11  NIERECEPTOROWA FOSFATAZA
TYROZYNOWA TYPU 11
Związanie GTP i aktywacja białka RAS indukuje zmia-
ny kinaz białkowych tworzących kaskady sygnałowe o Analiza sprzężeń i klonowanie pozycyjne przeprowa-
strukturze hierarchicznej. Przekazywanie sygnału poprzez dzone w rodzinach z przypadkami zespołu Noonan umoż-
kaskadę kinazową odbywa się poprzez modyfikację potran- liwiły identyfikację genu PTPN11, którego mutacje są odpo-
slacyjną kolejnych białek szlaku. Modyfikacja ta polega na wiedzialne za wystąpienie choroby [20,21]. Gen zlokalizo-
kowalencyjnym przyłączeniu reszty fosforanowej do reszty wany jest na chromosomie 12 w regionie q24, ma długość 90
treoniny lub reszty seryny znajdującej się w obrębie specy- kpz i złożony jest z 16 eksonów, kodujących cDNA o wiel-
ficznego motywu białkowego Pro/Leu-X-Thr/Ser-Pro (X- kości 6101pz, z których jedynie 1779pz podlega procesowi
-dowolny aminokwas). W przypadku szlaku RAS/MAPK translacji. Ekspresja zachodzi we wszystkich komórkach
pierwszą pobudzoną kinazą jest białko RAF  kinaza kina- organizmu, chociaż jej poziom zmienia się w zależności od
zy kinazy MAP (MAPKKK, MAP3K), która przekazuje sy- rodzaju tkanki [22].
gnał, katalizując reakcję fosforylacji kinazy kinazy MAP 
MAPKK (MAP2K, MEK), odpowiedzialną za przyłączenie Produktem genu PTPN11 jest białko, niereceptorowa fos-
grup fosforanowych do białka ERK (ang. extracellular signal fataza tyrozynowa typu 11, w skrócie nazywana SHP2, zbu-
256 www.postepybiochemii.pl
SHP2 może odgrywać istotną rolę w kształtowa-
niu się i morfogenezie zastawek półksiężycowa-
tych podczas embriogenezy. SHP2 jest również
zaangażowane w regulację działania receptorów
podczas hematopoezy. W zwiÄ…zku z tym niepra-
widłowości w budowie SHP2 zwiększają skłon-
ność do zachorowań na złośliwą młodzieńczą
białaczkę mielomonocytową [25,27].
GEN SOS1
Gen SOS11 jest zlokalizowany na chromoso-
mie 2 w rejonie p22.1 i składa się z 23 eksonów
kodujących białko zbudowane z 1333 reszt ami-
nokwasowych. Poza genem SOS1 w genomie
ludzkim znajduje się jego homolog SOS2, który
Rycina 2. Schemat budowy białka SOS (A) i zmiany jego struktury w trakcie aktywacji szlaku koduje białko o bardzo podobnej strukturze do
RAS/MAPK (B) oraz mutacje zidentyfikowane w poszczególnych domenach białka u pacjentów
białka SOS1. Obydwa białka mają zdolność wią-
NS (C). (A) Domeny białka SOS: HF (ang. histone-like fold), DH (ang. Dbl-homology), PH (ang. pleck-
zania się z różnym powinowactwem do białka
strin-homology), HL (ang. helical linker), REM (ang. RAS exchange motif), Cdc25 i domeny polipro-
linowej, oddziaływującej z białkiem GRB2 (GRB2-BD). (B) Domeny: HF, DH, PH i HL stanowią
GRB2, aczkolwiek w przypadku SOS2 jest ono
segment regulacyjny SOS1  zmiany w ich przestrzennym położeniu warunkują prawidłową ak-
mniejsze [28-30].
tywność katalityczną białka SOS. W nieaktywnej formie domeny DH i PH białka SOS1 przyjmują
konformację, która powoduje maskowanie domeny REM i Cdc25, blokując w ten sposób jej dostęp-
ność dla białka RAS. Aktywacja białka powoduje zmiany struktury przestrzennej białka SOS1 i od-
Białko SOS1 składa się z siedmiu domen: HF
słonięcie miejsca przyłączenia białka RAS. (C) Mutacje w genie SOS1 zidentyfikowane u pacjentów
(ang. histone-like fold), DH (ang. Dbl-homology),
z zespołem Noonan i ich rozmieszczenie w domenach białka.
PH (ang. pleckstrin-homology), HL (ang. helical
linker), REM (ang. RAS exchange motif), Cdc25
dowane z 593 reszt aminokwasowych. Białko SHP2 należy
zawierajÄ…cej subdomenÄ™ RAS-GEF (ang. RAS-
do dużej rodziny fosfataz tyrozynowych i posiada dwie
-guanine nucleotide-exchange factor) i domeny poliprolinowej,
domeny SH2, leżące obok siebie nazwane N-SH2 i C-SH2.
oddziałującej z białkiem GRB2 (GRB2-BD, Ryc. 2) [31,32].
Znaczną część białka stanowi domena katalityczna PTP od-
Biologiczną funkcją białka SOS1 jest aktywacja białka RAS
powiedzialna za jego prawidłową aktywność. W C-końco-
poprzez wymianÄ™ zwiÄ…zanego z nim GDP na GTP. Odpo-
wej części białka znajdują się dwie reszty tyrozynowe, miej-
wiedzialne sÄ… za to domeny REM i Cdc25. Pierwsza z nich
sca fosforylacji oraz region bogaty w reszty proliny [23,24].
oraz część drugiej odpowiadają za przestrzenne dopasowa-
Zarówno zachowane w toku ewolucji domeny SH2, jak i nie białek SOS1 i RAS. Pozostała cześć domeny Cdc25 to
domena katalityczna, wykazują powinowactwo do ufosfo- część efektorowa RAS-GEF, odpowiadająca za przemianę
rylowanych reszt tyrozyn innych białek. Dzięki temu, biał- GDP w GTP, a tym samym aktywację białka RAS [28,31-33].
ko PTPN11 może łączyć się z wieloma ufosforylowanymi Domeny: HF, DH, PH i HL stanowią segment regulacyjny
białkami, tworząc złożone kompleksy białkowe i regulować SOS1, zmiany w ich wzajemnym przestrzennym położeniu
szereg procesów komórkowych. Ponadto C-końcowa część warunkują prawidłową aktywność katalityczną białka SOS
SHP2 może być rozpoznawana przez inne białka posiadają- [34]. Domena HF stabilizuje nieaktywną konformację biał-
ce w swojej budowie domeny SH2 [25]. ka, a także oddziałuje elektrostatycznie z błoną komórko-
wą. Domeny DH i PH są ze sobą ściśle połączone i razem
Obecność mutacji genu PTPN11 stwierdza się w więk- współzawodniczą z białkiem RAS o dostęp do miejsca al-
szości przypadków (29 60%) chorych z potwierdzonym losterycznego REM. Najmniejszą i najistotniejszą z punk-
klinicznie zespołem Noonan [4,23,25,26]. Zidentyfikowane tu widzenia aktywności białka jest domena HL, która jest
mutacje zlokalizowane są w obrębie domen SH2 (54%) oraz łącznikiem pomiędzy domeną regulatorową i katalityczną
domeny katalitycznej (44%) [25]. Zmutowane formy białka [34,35].
SHP2 przyjmują zazwyczaj aktywną konformację, której
efektem jest permanentna aktywacja i konstytutywne pobu- Aktywność katalityczna SOS1 podlega autoregula-
dzenie ścieżki RAS/MAPK [20,21,25]. Mutacje w PTPN11 cji; przyjmowanie specyficznej konformacji przestrzennej
mogą też powodować zmianę oddziaływania białka SHP2 z umożliwiającej aktywację białka RAS odbywa się wsku-
substratami, umożliwiając tworzenie nowych kompleksów. tek zahamowania oddziaływań między domenami białka
Właściwe substraty dla SHP2 mogą wówczas oddziaływać (Ryc. 2). W nieaktywnej formie domeny DH i PH białka
ze sobą w nieprawidłowy sposób i zaburzać oddziaływa- SOS1 przyjmują konformację, która powoduje maskowanie
nia z substratami PTPazy (miejsca katalitycznego). Ponie- domeny REM, blokując w ten sposób jej dostępność dla biał-
waż białko SHP2 bierze udział w przekazywaniu sygnału w ka RAS. Dodatkowo struktura utworzona przez domeny
różnych układach, nie tylko w ścieżce RAS/MAPK, dlatego DH i PH stabilizowana jest przez domenę HF. Po aktywacji
też efekty mutacji w PTPN11 mają szeroki zakres objawów
1
Gen SOS1 (ang. Son-of-sevenless 1)  nazwa genu wywodzi się z badań
fenotypowych [25].
nad mutantem muszki Drosophila melanogaster, u którego stwierdzono
zaburzenia różnicowania komórek R7 w trakcie rozwoju oka. Były
one wynikiem zaburzeń funkcji genu sevenless kodującego receptor o
U większości chorych z mutacją w PTPN11obserwuje się
aktywności kinazy tyrozynowej, którego efektorem jest białko son of
zwężenie zastawki tętnicy płucnej, co sugeruje, że białko
sevenless. Jego homologiem jest białko SOS u ssaków.
Postępy Biochemii 58 (3) 2012 257
receptora błonowego, SOS1 ulega przemieszczeniu w pobli- pobudzenia białka SOS1 jest najprawdopodobniej zróż-
że błony komórkowej, gdzie domena poliprolinowa znajdu- nicowany dla poszczególnych typów mutacji [28,29,33-
jąca się w karboksylowej części białka, jest rozpoznawana 36]. Pacjenci, u których zidentyfikowano mutację w genie
przez domenę SH3 białka GRB2. Następnie domena PH łą- SOS1, wykazują specyficzny fenotyp, który jednak za-
czy się z fosfatydyloinozytolo-(4,5)-bisfosforanem (PIP2) w wiera się w spektrum objawów charakterystycznych dla
błonie komórkowej, co prowadzi do zaburzeń oddziaływa- zespołu Noonan. U pacjentów tych znacznie częściej ob-
nia domen DH i PH, przyjęcia otwartej konformacji przez serwuje się zmiany skórne (hyperkeratoza, rzadkie brwi
białko SOS1 i przyłączenia białka RAS [34,35]. i włosy) lub makrocefalię, a rzadziej deficyty zdolności
poznawczych czy niskorosłość [29-31,36].
W oddziaływaniach pomiędzy domenami główną rolę
odgrywają oddziaływania pomiędzy resztą Arg552 w
RODZINA GENÓW RAS
domenie HL a resztami Asp140 i Asp169 w domenie HF
[28,34]. Dzięki tym oddziaływaniom możliwe jest przy- Białka RAS są kluczowym elementem ścieżki RAS/
jęcie konformacji umożliwiającej zbliżenie do siebie tych MAPK, regulującym aktywność kaskady kinaz, a tym
dwóch domen. Wewnątrz domeny HL znaleziono najwię- samym ekspresję szeregu genów związanych z funkcjo-
cej mutacji, wśród których najczęstszymi są defekty w nowaniem komórek, jak również rozwojem organizmu.
kodonie 552. Reszty aminokwasowe Arg552 oraz Ser548 Dla prawidłowego funkcjonowania białek RAS niezbęd-
oddziałują z resztą Glu846 (domena Cdc25) umożliwiając na jest obecność kofaktora, cząsteczki GTP, która ulega
przyjęcie przez białko konformacji zamkniętej dla białka cyklicznym przemianom regulując aktywność białka. Re-
RAS [29,34]. Efektem mutacji w którejkolwiek z domen akcje przyłączenia cząsteczki GTP i oddysocjowania GDP
SOS1 są konflikty steryczne powodujące reorganizację są odwracalne, zaś kontrolę nad nimi sprawują białka re-
struktury przestrzennej białka, prowadzące do rozluz
- gulatorowe GEF (ang. guanine nucleotide exchange factors)
nienia lub utraty połączenia domeny DH z domeną REM. np. białka SOS, które aktywują proces wymiany GDP na
Patogenność zmian związana jest ze zwiększeniem do- GTP, oraz GAP (ang. GTPase activating proteins) np. neu-
stępności allosterycznego miejsca dla białka RAS, czego rofibromina, będące negatywnymi regulatorami białka
konsekwencją jest wzrost aktywności katalitycznej biał- RAS przyspieszającymi reakcję hydrolizy GTP do GDP
ka SOS1, co wywołuje zwiększenie poziomu cząsteczek [37,38].
RAS-GTP i aktywację ścieżki RAS/MAPK. Czas trwania
Białka RAS, występujące w
komórce w postaci monome-
rów, składają się ze 188 reszt
aminokwasowych, zaś ich śred-
nia masa czÄ…steczkowa wynosi
21kDa. W ich strukturze można
wyróżnić dwa regiony: zacho-
wanÄ… w ewolucji domenÄ™ kata-
lityczną G w N-końcowej części
białka oraz domenę C zlokalizo-
waną na końcu karboksylowym.
W obrębie domeny katalitycznej
(reszty aminokwasowe 1-165),
poza hydrofobowym rdzeniem
(6 ²-kartek poÅ‚Ä…czonych Å‚aÅ„cu-
chami ą-heliks oraz pętlami G)
odpowiedzialnym za proces wy-
miany GTP/GDP, znajdujÄ… siÄ™
tzw. przełączniki (ang. switch).
Pierwszy z nich jest miejscem
wiążącym efektory białka RAS,
zaÅ› drugi jest odpowiedzialny
za przyłączanie nukleotydów
guaniny, grup fosforanowych
i/lub jonów magnezu. W regio-
Rycina 3. Schemat budowy białek KRAS-B i NRAS (A). Schemat modyfikacji potranslacyjnych białek RAS oraz ich
nie domeny C, obejmujÄ…cym 25
transportu w komórce (B). (A) Domeny białka RAS: domena G (niebieska) zawierająca pętle G (zielone, G1-G5) odpo-
reszt aminokwasowych, znaj-
wiedzialne za oddziaływanie z GTP/GDP i innymi białkami oraz domena C, rejon superzmienny (HVR) zawierający
w swojej strukturze motywy podlegajÄ…ce modyfikacjom potranslacyjnym (PTR, w tym motyw CAAX). W strukturze
dują się sekwencje sygnałowe,
białka naniesiono położenie mutacji zidentyfikowanych u pacjentów z zespołem Noonan. (B) Na zielono zaznaczono
podlegajÄ…ce zmianom potransla-
struktury komórkowe: siateczka endoplazmatyczna (ER) i aparat Golgiego, kolor granatowy  reszta farnezylowa,
cyjnym niezbędnym dla prawi-
kolor czerwony  reszta kwasu palmitooleinowego. Do cysteiny w motywie CAAX białka RAS przyłączana jest reszta
farnezylowa (transferaza farnezylowa), która zwiększa powinowactwo białek do błon komórkowych i ER; następnie z
dłowej funkcji białka RAS (Ryc.
białek RAS usuwany jest trójpeptyd AAX (endopeptydaza RCE1) i do reszty cysteiny dołączana jest grupa metylowa
3) [16,17,37].
(metylotransferaza ICMT). W tej formie białko KRAS jest transportowane do błony komórkowej; mechanizm tego zja-
wiska jest nieznany. Do białka NRAS przyłączana jest reszta kwasu palmitooleinowego (RAS-palmitoilotransferaza), a
następnie zmodyfikowane białko jest transportowane do błony w procesie egzocytozy. Na podstawie [39].
258 www.postepybiochemii.pl
Białka RAS występują w cytoplazmie, jednak w określo- Do chwili obecnej w genie NRAS zidentyfikowano u
nych warunkach przemieszczają się do błony komórkowej pacjentów z fenotypem zespołu Noonan jedynie 3 mutacje
(Ryc. 3). Proces ten zwiÄ…zany jest z modyfikacjÄ… potransla- typu missesns: p.Thr50Ile, p.Gly60Glu i p.Ile24Asn [42,45].
cyjną białka RAS, kowalencyjnym przyłączeniem reszty Wszystkie zidentyfikowane zmiany dotyczą aminokwasów
farnezylowej do reszty cysteiny w motywie CAAX (Cys zachowanych w ewolucji, jak również w obrębie rodziny
 2 × dowolna reszta aminokwasowa) zlokalizowanym biaÅ‚ek RAS. Reszta glicyny w pozycji 60 umiejscowiona jest
na końcu karboksylowym białka. Wiadomo, że przyłącze- w obrębie tzw. przełącznika II (switch II), zaś jej zamiana
nie reszt kwasów tłuszczowych zwiększa powinowactwo na naładowany ujemnie aminokwas  glutaminę powodu-
białek RAS do błon komórkowych. Białka HRAS i NRAS je, że białko NRAS staje się niewrażliwe na działanie bia-
dodatkowo podlegają procesowi palmitoilacji (przyłączenie łek GAP. Reszta tyrozyny w pozycji 50 jest eksponowana
reszty kwasu palmitooleinowego), zaÅ› ich transport do bÅ‚o- na zewnÄ…trz biaÅ‚ka i umiejscowiona w obrÄ™bie pÄ™tli ²2 ²3,
ny przebiega przy udziale aparatu Golgiego i procesu eg- która łączy ze sobą przełączniki I i II. Wydaje się jednak, że
zocytozy. Białko KRAS (izoforma B) migruje bezpośrednio nie bierze ona bezpośredniego udziału w wiązaniu GTP i
do błony komórkowej, jednakże mechanizm tego procesu GDP, hydrolizie GTP lub interakcji z białkami efektorowy-
nie został jeszcze dokładnie poznany. Oddziaływanie biał- mi, jednakże może być istotna dla struktury i funkcji białka.
ka KRAS z błoną komórkową jest dodatkowo stabilizowa- Izoleucyna w pozycji 24 zlokalizowana jest w pobliżu prze-
ne poprzez oddziaływania elektrostatyczne dodatnio nała- łącznika I odpowiedzialnego za wiązanie białek efektoro-
dowanej reszty lizyny znajdujÄ…cej siÄ™ zaraz obok motywu wych [42,45]. Opisane mutacje, nie tylko powodujÄ… zmiany
CAAX w C-końcowej części białka [38,39]. aktywności białka NRAS, lecz również, jak wykazano na
modelu Danio rerio, powodujÄ… zaburzenia rozwoju embrio-
Białka RAS kodowane są przez geny z rodziny RAS, do nalnego, w tym rozwoju twarzoczaszki [45].
której należą: HRAS, KRAS i NRAS. U pacjentów z zespo-
łem Noonan jako pierwsze zostały zidentyfikowane muta- Wszyscy pacjenci, u których zidentyfikowano mutacje w
cje w genie KRAS, zaś dalsze analizy molekularne wykazały
genie NRAS, wykazywali typowe objawy zespołu Noonan.
obecność mutacji w genie NRAS w pojedynczych przypad- Występowały u nich wady serca (kardiomiopatia przerosto-
kach zespołu Noonan [40-42].
wa, zwężenie tętnicy płucnej, dysplazja zastawki mitralnej),
typowa dysmorfia twarzy, niski wzrost, makrocefalia, de-
Gen KRAS zlokalizowany jest na krótkim ramieniu chro- formacje klatki piersiowej, płetwistość szyi czy wnętrostwo
mosomu 12 w regionie 12p12.1. Pierwotny transkrypt genu
[42,45].
może ulegać alternatywnemu cięciu i składaniu, w wyniku
RODZINA GENÓW RAF
czego powstają dwie różne formy mRNA. Izoforma 4A zbu-
dowana jest z 6 eksonów, zaś 4B jest krótsza o wycięty ekson
4 i składa się z 5 eksonów. Ponad 90% transkryptów obec- Kolejną grupą genów, których mutacje zidentyfikowa-
nych w komórce stanowi izoforma zbudowana z 5 eksonów no u pacjentów z zespołem Noonan, jest grupa protoonko-
kodująca białko składające się z 189 reszt aminokwasowych genów RAF (ARAF, BRAF i CRAF/RAF1) [6]. Kodują one
[37,39]. Po raz pierwszy mutacje germinalne w genie KRAS białka uczestniczące w przekazaniu sygnału z aktywnego
u pacjentów z zespołem Noonan zostały opisane w roku białka RAS na kinazy efektorowe MAPKK. Białka te mają
2006 [40,41]. Badania przeprowadzone na kilku grupach pa- aktywność kinazy serynowo-treoninowej, dzięki czemu po-
cjentów wykazały m. in., że obraz fenotypowy NS może być przez kowalencyjne przyłączenie reszty fosforanowej akty-
różny w zależności od lokalizacji mutacji w genie. Przykła- wują kolejne białka szlaku m.in. białka MEK [46,47].
dowo, u osób ze stwierdzoną mutacją p.Thr58Ile zaobser-
wowano bardziej zaostrzone cechy fenotypowe NS niż u pa- Białka z rodziny RAF posiadają w swojej budowie trzy za-
cjentów z mutacją p.Val14Ile [37]. Prawdopodobnie efektem chowane w toku ewolucji regiony: CR1, CR2 i CR3 (Ryc. 4).
podstawienia izoleucyny są zmiany konformacyjne białka, Region CR1 zawiera domenę wiążącą aktywne białko RAS,
które powodują oddalenie od siebie miejsc hydrolizy GTP RBD (ang. ras binding domain) oraz domenę bogatą w resz-
i przyłączania białek GAP, co sprzyja obniżeniu aktywno- ty cysteiny wiążące jony cynku będące kofaktorem reakcji
ści GTPazowej białka KRAS. Ostatnie badania porównujące fosforylacji. Poza wiązaniem białka RAS, region CR1 odpo-
efekt fenotypowy mutacji w różnych genach związanych wiedzialny jest za oddziaływanie z fosfolipidami błony ko-
z patogenezą zespołu Noonan wykazały, że u pacjentów z mórkowej [48]. Region CR2 jest domeną zawierającą reszty
mutacją w genie KRAS obserwuje się znacznie cięższe po- serynowe i treoninowe, których potranslacyjna modyfikacja
stacie niepełnosprawności intelektualnej (pacjenci wymaga- przy udziale białek ERK lub kinazy białkowej A2 (PKA, ang.
li nauki w szkołach specjalnych) niż w przypadku mutacji w
Protein Kinase A) reguluje aktywność białka RAF. W obrę-
innych genach (np. PTPN11 czy SOS1) [37,38,43,44].
bie domeny CR2 znajduje się także miejsce wiązania biał-
ka regulatorowego 14-3-3. Drugie miejsce wiÄ…zania 14-3-3
Innym genem z rodziny RAS, którego mutacje zidentyfi- znajduje się w obrębie domeny CR3, która zawiera także
kowano u pacjentów NS i wykluczoną obecnością mutacji
2
Kinaza białkowa A (ang. protein kinase A) nazywana jest też kinazą
w genach rutynowo badanych w diagnostyce tego zespołu,
białkową zależną od cAMP (ang. cAMP-dependent protein kinase). Zbu-
jest gen NRAS, zlokalizowany na chromosomie 1 (1p13.2),
dowana jest z dwóch podjednostek regulacyjnych i dwóch katalitycz-
kodujący białko NRAS. Gen NRAS składa się z 6 eksonów, z nych. Przyłączenie dwóch jednostek cAMP do podjednostek regula-
cyjnych prowadzi do oddysocjonowania podjednostek katalitycznych,
których kodujące są jedynie eksony 2-5 [42].
które stają się zdolne do wiązania i fosforylacji reszt seryny i treoniny
różnych substratów.
Postępy Biochemii 58 (3) 2012 259
CR2 (ekson 7) i CR3 (eksony
14 i 17) [50,51].
Innym genem z rodziny
RAF, którego mutacje wykry-
to u pojedynczych pacjentów
z zespołem Noonan jest gen
BRAF, położony na chromo-
somie 7 w pozycji 7q34 [53].
Gen składa się z 18 eksonów,
obejmuje 190 Mpz i kodu-
je białko efektorowe BRAF.
Uważa się, że pełni ono nie-
co odmiennÄ… rolÄ™ w aktywa-
cji szlaku RAS/MAPK i ma
większe powinowactwo do
białek MEK niż białka RAF1
czy ARAF. Ponadto białko
BRAF może tworzyć dimery
z RAF1 wskutek aktywacji
tych białek przez RAS [46].
Rycina 4. Schemat budowy białek CRAF i BRAF (A). Schemat przemian strukturalnych białka RAF w trakcie procesu jego Zazwyczaj mutacje w ge-
aktywacji i inaktywacji. (A) Domeny białka RAF: CR1  domena wiążąca aktywne białko RAS (zielona), CR2  domena re-
nie BRAF sÄ… opisywane jako
gulatorowa (czerwona), CR3  domena kinazowa (niebieska). W strukturze białka zaznaczono lokalizację mutacji zidenty-
typowe dla zespołu CFC
fikowanych u pacjentów z zespołem Noonan. (B) Nieaktywne białko RAF występuje w postaci  zamkniętego kompleksu
z białkiem 14-3-3 (kolor fioletowy). Defosforylacja reszty seryny (Ser w pozycji 259 w białku CRAF) w domenie CR2 przy
 stwierdza się je u około
udziale fosfatazy PP2A, powoduje rozluz
nienie struktury kompleksu białkowego, dzięki czemu może on oddziaływać z
50 70% pacjentów z objawa-
białkiem RAS i białkami efektorowymi (MAPKK). Negatywnym regulatorem aktywności białka RAF jest ufosforylowane
mi klinicznymi tego zespołu.
białko MAPK ERK, które katalizując reakcje fosforylacji reszt serynowych (m.in. w domenie CR2) inaktywuje kinazę RAF.
Na żółto zaznaczono reakcje fosforylacji mające miejsce w trakcie przekazywania sygnału; TFs  czynniki transkrypcyjne;
Stosunkowo niedawno opi-
na podstawie [11].
sano pojedyncze przypadki
mutacji u osób z NS. W pra-
miejsce aktywne odpowiedzialne za właściwości kinazowe
cy Sarkozy i wsp. [53] mutacje w genie BRAF zidentyfi-
białka RAF [46-49].
kowano u 5/270 pacjentów z rozpoznaniem klinicznym
Pierwsze doniesienia dotyczące związku mutacji w genie NS, u których wcześniej wykluczono obecność pato-
RAF1 i patogenezy zespołu Noonan zostały opublikowane gennych zmian w genach: PTPN11, SOS1, RAF1, KRAS,
w 2007 r. [50,51]. Szacuje się, że mutacje w tym genie mogą MEK1 i MEK2. Zidentyfikowane mutacje (p.Thr241Met,
być odpowiedzialne za około 10% przypadków NS [4]. Gen p.Thr241Arg, p.Trp531Cys, p.Leu597Val) były mutacja-
RAF1 zlokalizowany na chromosomie 3 w regionie 3p25 mi typu missens i występowały de novo. Zidentyfikowa-
złożony jest z 17 eksonów. Ulega on ekspresji we wszyst- ne mutacje nie pokrywały się pod względem lokalizacji
kich komórkach organizmu i koduje białko (RAF1/CRAF) z mutacjami charakterystycznymi dla zespołu sercowo-
zbudowane z 648 reszt aminokwasowych [50,51]. -twarzowo-skórnego (CFC, ang. cardio-facio-cutaneous
syndrome), co może sugerować istnienie specyficznej kore-
Ważną domeną dla aktywności białka RAF1/CRAF jest lacji między genotypem a fenotypem pacjentów. Mutacje
domena CR2, w której w pozycji 259 zlokalizowana jest w genie BRAF zidentyfikowane u pacjentów NS zlokali-
reszta seryny, której fosforylacja powoduje zmiany ak- zowane były we fragmentach genu kodujących zachowa-
tywności białka RAF1. Ufosforylowana reszta Ser259 dzia- ny w ewolucji rejon bogaty w reszty cysteiny w domenie
ła najprawdopodobniej jako supresor aktywności białka CR1 lub N-końcową część domeny kinazowej (CR3) [53].
RAF, który na zasadzie sprzężenia zwrotnego, powoduje
zmiany konformacyjne zmniejszające powinowactwo CR3 Pacjenci NS, u których wykryto mutacje w genie BRAF,
do kinaz i zahamowanie kaskady fosforylacyjnej (Ryc. 4) wykazywali charakterystyczne cechy zespołu Noonan. U
[48,51]. Efektem ewentualnych mutacji w domenie CR2 żadnego z pacjentów nie wykryto cech charakterystycz-
jest brak możliwości przyłączenia się białka regulatorowe- nych dla CFC, zmian skórnych czy wielowodzia [53].
go 14-3-3, a tym samym utrzymanie otwartej dla substra- Ponadto dorośli pacjenci wykazywali wszystkie fenoty-
tów konformacji białka RAF i jego aktywności kinazowej powe cechy zespołu Noonan, które jednakże zdawały się
[52]. Prowadzi to do wzmożonego przekazu sygnału w być silniej wyrażone w porównaniu do objawów obser-
dół ścieżki sygnałowej RAS/MAPK, co między innymi wowanych u pacjentów posiadających mutacje w genach
sprzyja zwiększonej syntezie białek w miocytach komórek PTPN11 i SOS1 [53,54].
mięśniowych serca i może powodować kardiomiopatię
GEN SHOC2
przerostową, obserwowaną często u pacjentów z zespołem
Noonan i mutacją w genie RAF1 [11,48]. Najwięcej mutacji
w genie RAF1, typowych dla NS, zostało zidentyfikowa- Stosunkowo niedawno badania molekularnego podło-
nych w eksonach 7, 14 i 17, kodujących fragmenty domeny ża zespołu Noonan pozwoliły na identyfikację kolejnego
260 www.postepybiochemii.pl
genu związanego z jego patogenezą. Gen SHOC2 (ang. powych, od zaburzeń pigmentacji poprzez zaburzenia w
soc-2 suppressor homolog of clear), zlokalizowany na chro- budowie układu krążenia aż do zmian w układzie kost-
mosomie 10 w pozycji 10q25.2 o wielkości około 94 kpz, no-szkieletowym. Do chorób genetycznie uwarunkowa-
składa się z 7 eksonów. Koduje on białko SHOC2, odpo- nych, w których stwierdza się defekt w genach kodują-
wiedzialne za regulację aktywności białka RAF1 [55]. cych poszczególne białka ścieżki RAS/MAPK zalicza się
obok zespołu Noonan, m.in. zespół sercowo-twarzowo-
Ekspresję SHOC2 stwierdza się we wszystkich komór-
-skórny (CFC), zespół Costello (CS) czy nerwiakowłók-
kach organizmu, zaś samo białko zlokalizowane jest w cy-
niakowatość typu I [7, 58-61].
toplazmie. Aktywacja komórek czynnikami wzrostowymi
powoduje przemieszczenie się białka do jądra komórko- Zespół Noonan charakteryzuje się dużą zmiennością
wego, jednakże nie do końca wiadomo jaką dokładnie rolę fenotypową. U części chorych, poza typową dysmorfią
tam odgrywa. Białko SHOC2 zbudowane jest prawie w twarzoczaszki, niskorosłością czy wadami serca, obser-
całości z powtórzeń aminokwasowych bogatych w reszty wuje się m. in. niepełnosprawność intelektualną, niedo-
leucyny (LRR, ang. leucine rich repeat), zaś w N-końcowej słuch lub głuchotę, niedoczynność tarczycy, rozszczep
części białka znajduje się domena bogata w reszty lizyny. podniebienia, neuropatię obwodową, hipertermię zło-
Funkcjonuje ono jako białko regulatorowe oddziałując śliwą, zez, astygmatyzm, krótkowzroczność czy wady
z białkami efektorowymi np. RAF1. Dokładniej, białko nerek. W nielicznych przypadkach NS może dochodzić
SHOC2 uważane jest za podjednostkę regulatorową kata- do zaburzeń proliferacji szpiku i rozwoju nowotworów
litycznej domeny białkowej fosfatazy 1 (PP1C, ang. prote- z grupy białaczek np. przewlekłej białaczki mielomono-
in phosphatase 1). Po związaniu GTP-RAS, białko SHOC2 cytowej (CMML) czy młodzieńczej złośliwej białaczki
stymuluje przemieszczenie się fosfatazy PP1C do błony mielomonocytowej (JMML) [3,4]. Ze względu na szerokie
komórkowej, umożliwiając defosforylację reszty seryny w spektrum objawów klinicznych o zróżnicowanym stop-
pozycji 259 białka RAF1 (por. rozdz. RAF) [55]. niu nasilenia oraz podobne podłoże molekularne istnie-
je wskazanie do różnicowania NS z innymi jednostkami
JedynÄ… wykrytÄ… mutacjÄ… w genie SHOC2 jest tranzycja chorobowymi.
A na G w pozycji 4 (c.4A>G), czego wynikiem jest sub-
stytucja Ser2Gly. Jak dowiedziono, mutacja ta jest odpo- Ze względu również na podobny obraz fenotypowy
wiedzialna za zaburzenia N-mirystylacji białka SHOC2, NS, zespół Leopard (LS), CFC i CS uważa się, że mogą
co powoduje jego stałą lokalizację błonową i brak prze- być postaciami allelicznymi względem siebie. Klasycz-
mieszczenia się do jądra komórkowego. Skutkiem tego nym przykładem allelicznej postaci NS jest zespół Le-
może być długotrwała aktywacja białka RAF1 w następ- opard, w którym stwierdza się mutacje w określonych
stwie defosforylacji reszty Ser259 przez PP1C oraz trwała eksonach genów PTPN11 oraz RAF1 [50]. W przypadku
aktywacja szlaku RAS/MAPK [55-57]. zespołu CFC, poza obrazem fenotypowym zbliżonym do
NS, częściej spotykana jest głęboka niepełnosprawność
Początkowo fenotyp osób posiadających tę zmianę intelektualna. Ponadto zespół ten charakteryzuje się licz-
określany był jako fenotyp Noonan-like, charakteryzują- nymi zmianami skórnymi z plamami soczewicowatymi
cy się utratą włosów anangenowych. U osób z mutacją czy plamami  cafe-au-lait . Mutacje związane z patogene-
w genie SHOC2 obserwuje się cechy dysmorfii twarzy zą CFC zostały zidentyfikowane w genach KRAS, BRAF i
typowe dla zespołu Noonan, niskorosłość związaną z MEK 1/2. W przypadku zespołu Costello objawami różni-
udowodnionym deficytem hormonu wzrostu, niepełno- cującymi są: występowanie włókniaków w okolicy nosa
sprawność intelektualną czy nadpobudliwość, która u i ust, gruba i wiotka skóra dłoni i stóp, z dodatkowo po-
większości badanych ustępuje wraz z wiekiem. Charak- grubiałymi bruzdami (tzw. dłonie  praczki ). Stwierdza
terystyczne są problemy dotyczące włosów (wypadanie, się też makrocefalię, powiększenie języka, występowanie
kruchość, włosy są cienkie i wolno rosną), często wystę- beczkowatej klatki piersiowej oraz wzmożonej pigmenta-
puje łysienie (zespół luz
nych włosów anangenowych). cji skóry [62,63].
Większość pacjentów ma rzadkie brwi, dystroficzne,
cienkie paznokcie, chrapliwy głos oraz ciemną pigmen- Podobny do zespołu Noonan fenotyp stwierdza się
tację skóry z egzemą lub rybią łuską oraz tendencją do również w innych zespołach chorobowych, niezalicza-
świądu. W większości przypadków obserwowano wady nych do grupy RASopatii, np. zespole Turnera, William-
serca (dysplazja zastawki dwudzielnej, wady przegrody), sa, Kinga, Aarksoga, Escobara, Baraitsera-Wintera czy też
których częstość występowania była wyższa niż w ogól- zespole fetopatii poalkoholowej lub w przypadku aberra-
nej populacji chorych na NS [55,56]. cji chromosomowych. Szczególnie często zespół Noonan
kojarzony jest z zespołem Turnera, NS przez pewien czas
ZESPÓA
NOONAN  RÓŻNICOWANIE
nazywany był  męskim zespołem Turnera . W obydwu
KLINICZNE CHOROBY
tych zespołach cechą charakterystyczną jest niskorosłość,
zaś czynnikiem który pomaga w ich różnicowaniu będzie
Prawidłowe działanie szlaku RAS/MAPK jest istotne kariotyp pacjenta, który w NS jest prawidłowy [1].
m.in. dla prawidłowego różnicowania się komórek w
PODSUMOWANIE
trakcie rozwoju organizmu. Badania przeprowadzone na
modelach mysich wykazały, że defekty w działaniu tego
szlaku nie tylko mogą sprzyjać transformacji nowotwo- Wieloletnie badania i obserwacje pacjentów z zespo-
rowej, lecz również prowadzić do innych efektów fenoty- łem Noonan umożliwiły opracowanie kryteriów diagno-
Postępy Biochemii 58 (3) 2012 261
stycznych tej choroby, ułatwiających rozpoznanie kli- 17. Schubbert S, Shannon K, Bollag G (2007) Hyperactive Ras in develop-
mental disorders and cancer. Nature Rev Cancer 7: 295-308
niczne NS (tzw. kryteria van der Burgt a). Zespół Noonan
18. Molkentin JD (2004) Calcineurin-NFAT signaling regulates the cardiac
stwierdza siÄ™, gdy chory manifestuje typowe cechy dys-
hypertrophic response in coordination with the MAPKs. Cardiovasc
morfii oraz jeden objaw z grupy głównych lub też dwa z
Res 63: 467-75
grupy uzupełniających. W przypadku słabo wyrażonych
19. Sanna B, Bueno OF, Dai YS, Wilkins BJ, Molkentin JD (2005) Direct and
cech dysmorficznych obecność dwóch objawów głów-
indirect interactions between calcineurin-NFAT and MEK1-extracel-
nych lub trzech uzupełniających może silnie sugerować
lular signal-regulated kinase 1/2 signaling pathways regulate cardiac
rozpoznanie zespołu [3,4]. W świetle najnowszych badań
gene expression and cellular growth. Mol Cell Biol 25: 865-78
nad efektami fenotypowymi mutacji w różnych genach
20. Tartaglia M, Mehler EL, Goldberg R, Zampino G, Brunner HG, Kre-
ścieżki RAS/MAPK wiadomo już, że opracowane kryte- mer H, van der Burgt I, Crosby AH, Ion A, Jeffery S, Kalidas K, Patton
MA, Kucherlapati RS, Gelb BD (2001) Mutations in PTPN11, encod-
ria będą musiały ulec modyfikacji, tym bardziej, że cały
ing the protein tyrosine phosphatase SHP-2, cause Noonan syndrome.
czas pojawiają się doniesienia o kolejnych genach, któ-
Nat Genet 29: 465-8
rych mutacje znaleziono u pacjentów z objawami klinicz-
21. Tartaglia M, Kalidas K, Shaw A, Song X, Musat DL, van der Burgt I,
nymi przypominającymi zespół Noonan [64,65]. Zanim
Brunner HG, Bertola DR, Crosby A, Ion A, Kucherlapati RS, Jeffery S,
jednak to nastąpi, niezbędne są dalsze badania korelacji
Patton MA, Gelb BD (2002) PTPN11 mutations in Noonan syndrome:
pomiędzy mutacjami w określonych genach a obrazem
molecular spectrum, genotype-phenotype correlation, and phenotypic
klinicznym choroby [66,67].
heterogeneity. Am J Hum Genet 70: 1555-1563
22. Maheshwari M, Belmont J, Fernbach S, Ho T, Molinari L, Yakub I, Yu
PIÅšMIENNICTWO
F, Combes A, Towbin J, Craigen WJ, Gibbs R (2002) PTPN11 mutations
in Noonan syndrome type I: detection of recurrent mutations in exons
1. Klapecki J, Obersztyn E, Laniewski-Wollk M, Szpecht-Potocka A,
3 and 13. Hum Mutat 20: 298-304
Mazurczak T (2006) Charakterystyka kliniczna i podłoże molekular-
ne zespołu Noonan  aktualny stan wiedzy. Med Wieku Rozwoj 10:
23. Neel BG, Gu H, Pao L (2003) The  Shp ing news: SH2 domain-conta-
289-308
ining tyrosine phosphatases in cell signaling. Trends Biochem Sci 28:
284-293
2. Klapecki J, Obersztyn E, A
aniewski-Wołłk M, Szpecht-Potocka A,
Mazurczak T (2008) Zmienność ekspresji klinicznej Zespołu Noonan -
24. Hof P, Pluskey S, Dhe-Paganon S, Eck MJ, Shoelson SE (1998) Crystal
analiza dwóch przypadków rodzinnych. Wiad Lek 61: 74-81
structure of the tyrosine phosphatase SHP-2. Cell 92: 441-450
3. van der Burgt I (2007) Noonan syndrome. Orph J Rare Dis 2: 4
25. Tartaglia M, Martinelli S, Stella L, Bocchinfuso G, Flex E, Cordeddu V,
Zampino G, Burgt I, Palleschi A, Petrucci TC, Sorcini M, Schoch C, Foa
4. Allanson JE, Roberts AE (2011) GeneReview (Internet), Noonan syn-
R, Emanuel PD, Gelb BD (2006) Diversity and functional consequences
drome http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1124/
of germline and somatic PTPN11 mutations in human disease. Am J
5. Tartaglia M, Zampino G, Gelb BD (2010) Noonan syndrome: clinical
Hum Genet 78: 279-290
aspects and molecular pathogenesis. Mol Syndromol 1: 2-26
26. Zenker M, Buheitel G, Rauch R, Koenig R, Bosse K, Kress W, Tietze
6. Zenker M (2011) Clinical manifestations of mutations in RAS and re-
HU, Doerr HG, Hofbeck M, Singer H, Reis A, Rauch A (2004) Genoty-
lated intracellular signal transduction factors. Curr Opin Pediatr 23:
pe-phenotype correlations in Noonan syndrome. J Pediatr 144: 368-374
443-451
27. Brasil AS, Pereira AC, Wanderley LT, Kim CA, Malaquias AC, Jorge
7. Gelb BD, Tartaglia M (2006) Noonan syndrome and related disorders:
AA, Krieger JE, Bertola DR (2010) PTPN11 and KRAS gene analysis in
dysregulated RAS-mitogen activated protein kinase signal transduc-
patients with Noonan and Noonan-like syndromes. Genet Test Mol
tion. Hum Mol Genet Spec No 2: R220-6
Biomarkers 14: 425-432
8. Aoki Y, Niihori T, Narumi Y, Kure S, Matsubara Y (2008) The RAS/
28. Tartaglia M, Pennacchio LA, Zhao C, Yadav KK, Fodale V, Sarkozy A,
MAPK syndromes: novel roles of the RAS pathway in human genetic
Pandit B, Oishi K, Martinelli S, Schackwitz W, Ustaszewska A, Mar-
disorders. Hum Mutat 29: 992-1006
tin J, Bristow J, Carta C, Lepri F, Neri C, Vasta I, Gibson K, Curry CJ,
9. Vojtek AB, Der CJ (1998) Increasing complexity of the Ras signaling
Siguero JP, Digilio MC, Zampino G, Dallapiccola B, Bar-Sagi D, Gelb
pathway. J Biol Chem 273: 19925-19928
BD (2007) Gain-of-function SOS1 mutations cause a distinctive form of
10. Lewartowski B, Mackiewicz U (2006) Komórkowe drogi przekazy- Noonan syndrome. Nat Genet 39: 75-79
wania sygnałów w przeroście i niewydolności serca. Kardiol Pol 64:
29. Roberts AE, Araki T, Swanson KD, Montgomery KT, Schiripo TA,
S591-600
Joshi VA, Li L, Yassin Y, Tamburino AM, Neel BG, Kucherlapati RS
(2007) Germline gain-of-function mutations in SOS1 cause Noonan
11. Dumaz N, Marais R (2005) Integrating signals between cAMP and the
syndrome. Nat Genet 39: 70-74
RAS/RAF/MEK/ERK signalling pathways. Based on the anniversary
prize of the Gesellschaft für Biochemie und Molekularbiologie Lecture
30. Zenker M, Horn D, Wieczorek D, Allanson J, Pauli S, van der Burgt I,
delivered on 5 July 2003 at the Special FEBS Meeting in Brussels. FEBS
Doerr HG, Gaspar H, Hofbeck M, Gillessen-Kaesbach G, Koch A, Me-
J 272: 3491-504
inecke P, Mundlos S, Nowka A, Rauch A, Reif S, von Schnakenburg C,
12. Sanak M (1998) Podstawy medycyny molekularnej. Odcinek 7: Ukła- Seidel H, Wehner LE, Zweier C, Bauhuber S, Matejas V, Kratz CP, Tho-
dy sygnałowe komórki  regulacja cyklu komórkowego i różnicowa- mas C, Kutsche K (2007) SOS1 is the second most common Noonan
gene but plays no major role in cardio-facio-cutaneous syndrome. J
nia. Med Praktyczna 07: 219-227
Med Genet 44: 651-656
13. Wilczyńska B, Rolski J (2007) Terapia celowana. Część I. Mechanizmy
31. Sondermann H, Soisson SM, Bar-Sagi D, Kuriyan J (2003) Tandem hi-
przesyłania sygnałów przy udziale receptorów o aktywności kinazy
stone folds in the structure of the N-terminal segment of the ras activa-
tyrozynowej. Współczesna Onkologia 11: 331-336
tor Son of Sevenless. Structure. 11: 1583-1593
14. Matozaki T, Murata Y, Saito Y, Okazawa H, Ohnishi H (2009) Protein
32. Yadav KK, Bar-Sagi D (2010) Allosteric gating of Son of Sevenless ac-
tyrosine phosphatase SHP-2: a proto-oncogene product that promotes
tivity by the histone domain. Proc Natl Acad Sci USA 107: 3436-3440
Ras activation. Cancer Sci 100: 1786-1793
33. Freedman TS, Sondermann H, Friedland GD, Kortemme T, Bar-Sagi
15. Wojda I (2012) Szlaki kinaz białkowych MAP  ewolucja i rola w
przebiegu wybranych chorób neurozwyrodnieniowych. Postepy Bio- D, Marqusee S, Kuriyan J (2006) A Ras-induced conformational switch
in the Ras activator Son of Sevenless. Proc Natl Acad Sci USA 103:
chem 58: 79-90
16692-16697
16. Avruch J, Khokhlatchev A, Kyriakis JM, Luo Z, Tzivion G, Vavvas D,
Zhang XF (2001) Ras activation of the Raf kinase: tyrosine kinase recru- 34. Gureasko J, Kuchment O, Makino DL, Sondermann H, Bar-Sagi D,
Kuriyan J (2010) Role of the histone domain in the autoinhibition and
itment of the MAP kinase cascade. Recent Prog Horm Res 56: 127-55
262 www.postepybiochemii.pl
activation of the Ras activator Son of Sevenless. Proc Natl Acad Sci 51. Razzaque MA, Nishizawa T, Komoike Y, Yagi H, Furutani M, Amo
USA 107: 3430-3435 R, Kamisago M, Momma K, Katayama H, Nakagawa M, Fujiwara
Y, Matsushima M, Mizuno K, Tokuyama M, Hirota H, Muneuchi J,
35. Gureasko J, Galush WJ, Boykevisch S, Sondermann H, Bar-Sagi D,
Higashinakagawa T, Matsuoka R (2007) Germline gain-of-function
Groves JT, Kuriyan J (2008) Membrane-dependent signal integration
mutations in RAF1 cause Noonan syndrome. Nat Genet 39: 1013-1017
by the Ras activator Son of Sevenless. Nat Struct Mol Biol 15: 452-461
52. Molzan M, Schumacher B, Ottmann C, Baljuls A, Polzien L, Weyand
36. Lepri F, De Luca A, Stella L, Rossi C, Baldassarre G, Pantaleoni F, Cor-
M, Thiel P, Rose R, Rose M, Kuhenne P, Kaiser M, Rapp UR, Kuhl-
deddu V, Williams BJ, Dentici ML, Caputo V, Venanzi S, Bonaguro M,
mann J, Ottmann C (2010) Impaired binding of 14-3-3 to C-RAF in No-
Kavamura I, Faienza MF, Pilotta A, Stanzial F, Faravelli F, Gabrielli O,
onan syndrome suggests new approaches in diseases with increased
Marino B, Neri G, Silengo MC, Ferrero GB, Torrrente I, Selicorni A,
Ras signaling. Mol Cell Biol 30: 4698-4711
Mazzanti L, Digilio MC, Zampino G, Dallapiccola B, Gelb BD, Tarta-
glia M (2011) SOS1 mutations in Noonan syndrome: molecular spec- 53. Sarkozy A, Carta C, Moretti S, Zampino G, Digilio MC, Pantaleoni F,
trum, structural insights on pathogenic effects, and genotype-pheno- Scioletti AP, Esposito G, Cordeddu V, Lepri F, Petrangeli V, Dentici
type correlations. Hum Mutat 32: 760-772 ML, Mancini GM, Selicorni A, Rossi C, Mazzanti L, Marino B, Ferrero
GB, Silengo MC, Memo L, Stanzial F, Faravelli F, Stuppia L, Puxeddu
37. Bartczak M, Sałagacka A, Mirowski M, Balcerzak E (2010) Status genu
E, Gelb BD, Dallapiccola B, Tartaglia M (2009) Germline BRAF mu-
K-RAS jako czynnik prognostyczny i predykcyjny w raku jelita grube-
tations in Noonan, LEOPARD, and cardiofaciocutaneous syndromes:
go. Nowotwory 60: 147-156
molecular diversity and associated phenotypic spectrum. Hum Mutat
38. Omerovic J, Laude AJ, Prior IA (2007) Ras proteins: paradigms for
30: 695-702
compartmentalised and isoform-specific signalling. Cell Mol Life Sci
54. Nyström AM, Ekvall S, Berglund E, Björkqvist M, Braathen G, Duchen
64: 2575-2589
K, Enell H, Holmberg E, Holmlund U, Olsson-Engman M, Annerén G,
39. Hancock JF (2003) Ras proteins: different signals from different loca-
Bondeson ML (2008) Noonan and cardio-facio-cutaneous syndromes:
tions. Nat Rev Mol Cell Biol 4: 373-384
two clinically and genetically overlapping disorders. J Med Genet 45:
40. .Schubbert S, Zenker M, Rowe SL, Böll S, Klein C, Bollag G, van der
500-506
Burgt I, Musante L, Kalscheuer V, Wehner LE, Nguyen H, West B,
55. Cordeddu V, Di Schiavi E, Pennacchio LA, Ma ayan A, Sarkozy A,
Zhang KY, Sistermans E, Rauch A, Niemeyer CM, Shannon K, Kratz
Fodale V, Cecchetti S, Cardinale A, Martin J, Schackwitz W, Lipzen
CP (2006) Germline KRAS mutations cause Noonan syndrome. Nat
A, Zampino G, Mazzanti L, Digilio MC, Martinelli S, Flex E, Lepri F,
Genet 38: 331-336
Bartholdi D, Kutsche K, Ferrero GB, Anichini C, Selicorni A, Rossi C,
41. Carta C, Pantaleoni F, Bocchinfuso G, Stella L, Vasta I, Sarkozy A, Digi- Tenconi R, Zenker M, Merlo D, Dallapiccola B, Iyengar R, Bazzicalupo
lio C, Palleschi A, Pizzuti A, Grammatico P, Zampino G, Dallapiccola
P, Gelb BD, Tartaglia M (2009) Mutation of SHOC2 promotes aberrant
B, Gelb BD, Tartaglia M (2006) Germline missense mutations affecting
protein N-myristoylation and causes Noonan-like syndrome with lo-
KRAS Isoform B are associated with a severe Noonan syndrome phe- ose anagen hair. Nat Genet 41: 1022-1026
notype. Am J Hum Genet 79: 129-135
56. Komatsuzaki S, Aoki Y, Niihori T, Okamoto N, Hennekam RC, Hop-
42. Cirstea IC, Kutsche K, Dvorsky R, Gremer L, Carta C, Horn D, Roberts
man S, Ohashi H, Mizuno S, Watanabe Y, Kamasaki H, Kondo I, Mo-
AE, Lepri F, Merbitz-Zahradnik T, König R, Kratz CP, Pantaleoni F,
riyama N, Kurosawa K, Kawame H, Okuyama R, Imaizumi M, Rikii-
Dentici ML, Joshi VA, Kucherlapati RS, Mazzanti L, Mundlos S, Patton
shi T, Tsuchiya S, Kure S, Matsubara Y (2010) Mutation analysis of the
MA, Silengo MC, Rossi C, Zampino G, Digilio C, Stuppia L, Seemano- SHOC2 gene in Noonan-like syndrome and in hematologic malignan-
va E, Pennacchio LA, Gelb BD, Dallapiccola B, Wittinghofer A, Ahma- cies. J Hum Genet 55: 801-809
dian MR, Tartaglia M, Zenker M (2010) A restricted spectrum of NRAS
57. Ekvall S, Hagenäs L, Allanson J, Annerén G, Bondeson ML (2011) Co-
mutations causes Noonan syndrome. Nat Genet 42: 27-29
-occurring SHOC2 and PTPN11 mutations in a patient with severe/
43. Zenker M, Lehmann K, Schulz AL, Barth H, Hansmann D, Koenig
complex Noonan syndrome-like phenotype. Am J Med Genet A 155A:
R, Korinthenberg R, Kreiss-Nachtsheim M, Meinecke P, Morlot S,
1217-1224
Mundlos S, Quante AS, Raskin S, Schnabel D, Wehner LE, Kratz CP,
58. Lin AE, Alexander ME, Colan SD, Kerr B, Rauen KA, Noonan J, Baffa
Horn D, Kutsche K (2007) Expansion of the genotypic and phenotypic
J, Hopkins E, Sol-Church K, Limongelli G, Digilio MC, Marino B, In-
spectrum in patients with KRAS germline mutations. J Med Genet 44:
nes AM, Aoki Y, Silberbach M, Delrue MA, White SM, Hamilton RM,
131-135
O Connor W, Grossfeld PD, Smoot LB, Padera RF, Gripp KW (2011)
44. Gremer L, Merbitz-Zahradnik T, Dvorsky R, Cirstea IC, Kratz CP,
Clinical, pathological, and molecular analyses of cardiovascular ab-
Zenker M, Wittinghofer A, Ahmadian MR (2011) Germline KRAS mu- normalities in Costello syndrome: a Ras/MAPK pathway syndrome.
tations cause aberrant biochemical and physical properties leading to
Am J Med Genet A 155A: 486-507
developmental disorders. Hum Mutat 32: 33-43
59. Tidyman WE, Rauen KA (2009) The RASopathies: developmental syn-
45. Runtuwene V, van Eekelen M, Overvoorde J, Rehmann H, Yntema
dromes of Ras/MAPK pathway dysregulation. Curr Opin Genet Dev
HG, Nillesen WM, van Haeringen A, van der Burgt I, Burgering B,
19: 230-236
den Hertog J (2011) Noonan syndrome gain-of-function mutations in
60. Hernández-Martín A, Torrelo A (2011) Rasopathies: developmental
NRAS cause zebrafish gastrulation defects. Dis Model Mech 4: 393-399
disorders that predispose to cancer and skin manifestations. Actas
46. Wellbrock C, Karasarides M, Marais R (2004) The RAF proteins take
Dermosifiliogr 102: 402-416
centre stage. Nat Rev Mol Cell Biol 5: 875-885
61. Tidyman WE, Rauen KA (2008) Noonan, Costello and cardio-facio-cu-
47. Maurer G, Tarkowski B, Baccarini M (2011) Raf kinases in cancer-roles
taneous syndromes: dysregulation of the Ras-MAPK pathway. Expert
and therapeutic opportunities. Oncogene 30: 3477-3488
Rev Mol Med 10: e37
48. Roskoski R Jr (2010) RAF protein-serine/threonine kinases: structure
62. Tartaglia M, Gelb BD, Zenker M (2011) Noonan syndrome and clinical-
and regulation. Biochem Biophys Res Commun 399: 313-317
ly related disorders. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab 25: 161-179
49. Mercer KE, Pritchard CA (2003) Raf proteins and cancer: B-Raf is iden- 63. Jorge AA, Malaquias AC, Arnhold IJ, Mendonca BB (2009) Noonan
tified as a mutational target. Biochim Biophys Acta 1653: 25-40
syndrome and related disorders: a review of clinical features and mu-
tations in genes of the RAS/MAPK pathway. Horm Res 71: 185-193
50. Pandit B, Sarkozy A, Pennacchio LA, Carta C, Oishi K, Martinelli S,
Pogna EA, Schackwitz W, Ustaszewska A, Landstrom A, Bos JM,
64. Martinelli S, De Luca A, Stellacci E, Rossi C, Checquolo S, Lepri F,
Ommen SR, Esposito G, Lepri F, Faul C, Mundel P, López Siguero
Caputo V, Silvano M, Buscherini F, Consoli F, Ferrara G, Digilio MC,
JP, Tenconi R, Selicorni A, Rossi C, Mazzanti L, Torrente I, Marino B,
Cavaliere ML, van Hagen JM, Zampino G, van der Burgt I, Ferrero
Digilio MC, Zampino G, Ackerman MJ, Dallapiccola B, Tartaglia M,
GB, Mazzanti L, Screpanti I, Yntema HG, Nillesen WM, Savarirayan
Gelb BD (2007) Gain-of-function RAF1 mutations cause Noonan and
R, Zenker M, Dallapiccola B, Gelb BD, Tartaglia M (2010) Heterozy-
LEOPARD syndromes with hypertrophic cardiomyopathy. Nat Genet
gous germline mutations in the CBL tumor-suppressor gene cause a
39: 1007-1012
Noonan syndrome-like phenotype. Am J Hum Genet 87: 250-257
Postępy Biochemii 58 (3) 2012 263
65. Kraft M, Cirstea IC, Voss AK, Thomas T, Goehring I, Sheikh BN, Gor- Turner A, Wieczorek D, Zenker M (2010) The face of Noonan syn-
don L, Scott H, Smyth GK, Ahmadian MR, Trautmann U, Zenker M, drome: Does phenotype predict genotype? Am J Med Genet A 152A:
Tartaglia M, Ekici A, Reis A, Dörr HG, Rauch A, Thiel CT (2011) Di- 1960-1966
sruption of the histone acetyltransferase MYST4 leads to a Noonan
67. Lee BH, Kim JM, Jin HY, Kim GH, Choi JH, Yoo HW (2011) Spectrum
syndrome-like phenotype and hyperactivated MAPK signaling in hu-
of mutations in Noonan syndrome and their correlation with phenoty-
mans and mice. J Clin Invest 121: 3479-3491
pes. J Pediatr 159: 1029-1035
66. Allanson JE, Bohring A, Dörr HG, Dufke A, Gillessen-Kaesbach G,
Horn D, König R, Kratz CP, Kutsche K, Pauli S, Raskin S, Rauch A,
RAS/MAPK signal transduction pathway and its role
in the pathogenesis of Noonan syndrome
Monika Gos*, Monika Leszkiewicz, Anna Abramowicz
Medical Genetics Department, Institute of Mother and Child, 17a Kasprzaka St., 01-211 Warsaw, Poland
*
e-mail: [e-mail], [e-mail]
Key words: Noonan syndrome, RAS/MAPK pathway, SHP2, RAS, RAF, SOS
ABSTRACT
Noonan syndrome (NS) is one of the most frequent dysmorphic syndromes in children with a frequency of 1/1000 1/2500 of newborns. Noon-
an syndrome is a multi-organ disease with a broad spectrum of clinical symptoms. The most characteristic features of NS are: craniofacial
dysmorphy, short stature, cardiovascular defects, bone and skeletal defects and delayed puberty (cryptorchidism in males). Noonan syndrome
has a genetic background and is inherited in autosomal dominant manner. The recent studies have shown that it is due to the presence of
mutation in one of the genes encoding proteins of RAS/MAPK signalling pathway responsible for cell proliferation and differentiation. Till
now, NS causing mutations were identified in PTPN11, SOS1, RAF1, KRAS, BRAF, SHOC2 and NRAS genes, and this may partially explain
the broad phenotypic spectrum observed in patients. Noonan syndrome is one of the RAS-opathies, therefore the molecular analysis of RAS/
MAPK genes might be a very useful tool in clinical differentiation of the disease.
264 www.postepybiochemii.pl