Nazwa genu pochodzi od nazwy choroby. Po raz pierwszy została użyta w opublikowanej na łamach „Nature”, w marcu 1988 roku, pracy Bernda Seizingera i jego współpracowników, w której locus domniemanego genu chorobotwórczego określono na 3p25[2].
Gen VHL znajduje się na krótkim ramieniu chromosomu 3, w locus 3p26-p25. Gen VHL posiada 3 eksony i 642 par zasad kodującego DNA[3]. Dwa kodony startowe genu w obrębie pierwszego eksonu sprawiają, że powstają dwie formy białka VHL. Pierwsza liczy 213 aminokwasów i powstaje, gdy DNA genu jest przepisywany na mRNA począwszy od pierwszego kodonu startowego, podczas gdy drugi kodon startowy znajduje się w pozycji 54 i poprzedzony jest sekwencją konsensusową Kozak inicjującą translację. Transkrypcja genu od tego miejsca startowego i translacja mRNA prowadzą do syntezy białka VHL złożonego ze 160 aminokwasów, oznaczanego VHL19[4] w odróżnieniu do pierwszej formy białka o wyższej masie cząsteczkowej – VHL30[5]. Stwierdzono, że izoforma VHL30 znajduje się przede wszystkim w cytoplazmie, a izoforma VHL19 w jądrze komórkowym, co sugeruje, że funkcje tych białek nie są identyczne[6][7]. W jednym badaniu przy użyciu przeciwciała znakowanego GFP wykazano obecność pVHL w mitochondriach[8]. Gdy w opisie funkcji białka masa cząsteczkowa jest nieistotna, używa się oznaczenia pVHL.
Stwierdzono, że transkrypt mRNA białka pVHL ulega alternatywnemu splicingowi, czego wyrazem jest obecność w komórce dwóch izoform mRNA, jednej posiadającej ekson 2 i drugiej pozbawionej tego eksonu. Ponieważ ludzie posiadający zmutowany gen VHL pozbawiony eksonu 2 mają pełnoobjawowy zespół von Hippla i Lindaua, wydaje się, że tylko dłuższa izoforma białka pełni funkcję supresorową. Jak dotąd nie dowiedziono też, aby mRNA ulegające alternatywnemu splicingowi ulegało in vivo translacji[9].
Sekwencja promotorowa genu VHL jest bogata w powtórzenia GC, nie posiada kasety TATA i sekwencji CCAAT; inicjacja transkrypcji zachodzi prawdopodobnie w miejscu przypuszczalnego wiązania białka Sp1, 60 par zasad w kierunku końca 5' nici DNA od pierwszego kodonu startowego VHL. Sekwencja promotorowa posiada liczne przewidywane miejsca wiązania czynników transkrypcyjnych, ale jak dotąd nie poznano mechanizmu kontroli ekspresji genu VHL. Sekwencja kodująca genu poprzedza obszar 3'UTR, posiadający 11 powtórzeń Alu[11].
Ekspresja genu VHL nie jest ograniczona do tkanek, z których rozwijają się nowotwory w chorobie von Hippla i Lindaua; zachodzi w licznych typach komórek zarówno w życiu płodowym, jak i u dorosłych organizmów[3]. W trakcie embriogenezy, mRNA genu VHL wykryto w praktycznie wszystkich typach tkanek począwszy od 6. tygodnia życia płodowego, przy czym szczególnie duże ilości mRNA dla VHL powstawały w tkankach układu moczowo-płciowego, mózgu, rdzenia kręgowego, zwojów czuciowych, narządu wzroku i nabłonku oddechowym oskrzeli[9]. Rozmieszczenie nasilonej ekspresji genu VHL nie odpowiada więc dokładnie tkankom zajętym w zespole von Hippla i Lindaua[10]. W rozwijającej się nerce właściwej (metanephros) VHL ulega ekspresji w kanaliku proksymalnym (skąd wywodzi się rak jasnokomórkowy nerki), ale białko pVHL jest też obficie syntetyzowane w komórkach pętli Henlego[9][12]. Nie ma dowodów na różnice w ekspresji dwóch postaci białka, VHL19 i VHL30 pomiędzy różnymi tkankami płodowymi[10].
Białko pVHL działa w komórce w kompleksie, w którego skład wchodzą liczne białka przyłączające się do pVHL pośrednio lub bezpośrednio. Jak dotąd stwierdzono, że do tej grupy białek należą:
elongina C[13], a poprzez elonginę C elongina B[13], CUL2[14] i Rbx1 (nazywane także ROC1 albo Hrt1)[15]; w skład kompleksu wchodzi też acetylotransferaza SSAT2[16];
W dużych stężeniach w komórce, cząsteczki białka pVHL mogą asocjować ze sobą za pośrednictwem reszt aminokwasowych 96-122, ale nie udowodniono żeby cząsteczki pVHL wiązały się ze sobą w fizjologicznych stężeniach[26].
Nakreślony dotąd zakres funkcji białka pVHL w komórce obejmuje:
działa w kompleksie z elonginą C, elonginą B i kulliną (CUL2) posiadającym aktywność ligazy E3 ubikwityny, jako białko rozpoznające substrat biorze udział w procesie ubikwitynacji białka HIF1-α[27], co powoduje degradację białka HIF1-α w proteasomie i zahamowanie transkrypcji genów indukowanych hipoksją, którą aktywuje HIF1-α;
hamowanie transkrypcji niektórych czynników wzrostu (np. VEGF) za pośrednictwem Sp1;
modyfikowanie procesów sygnalizacji wewnątrzkomórkowej poprzez hamowanie szlaków atypowych kinaz białkowych PKC-δ, PKC-ζ i PKC-λ, również na drodze ubikwitynacji[20][21][28];
wiążąc się z tubuliną mikrotubuli hamuje ich depolimeryzację; ta funkcja pVHL jest niezależna od aktywności ligazy ubikwityny E3 kompleksu VBC, ponieważ zmutowane białko pVHL nie posiadające miejsca wiążącego elonginę C zachowuje zdolność stabilizacji mikrotubuli[7];
w niewyjaśniony dotąd sposób kontroluje cykl komórkowy; komórki VHL-/- nie mogą opuścić cyklu po eksperymentalnym zadziałaniu na nie takimi czynnikami, jak ograniczenie dopływu osocza[29][30]; zdolność do wyjścia z cyklu była przywracana komórkom wraz z wprowadzeniem do nich pVHL; kontrola cyklu przez pVHL wydaje się być wieloczynnikowa: w dwóch badaniach stwierdzono, że pVHL hamuje cyklinę D1, która jest mitogenem[31][32]; w innym badaniu wykazano, że pVHL hamuje TGFα, którego gen niedawno został zidentyfikowany jako regulowany przez białko HIF[33].
W jednej pracy dowiedziono, że pVHL wiąże się in vivo z białkiem P53, stabilizując je i zapobiegając ubikwitynacji P53 przebiegającej z udziałem białka Mdm2; ponadto, w warunkach uszkodzenia DNA (stresu genotoksycznego) pVHL sprzyja interakcji białek P53 i P300, i następczej acetylacji P53, prowadzącej do zwiększenia transkrypcyjnej aktywności tego białka i efektywności zatrzymania przez nie cyklu komórkowego i indukcji apoptozy. Wydaje się, że może to być poszukiwany, nieazleżny od HIF-α mechanizm, w którym pVHL działa jako białko supresorowe[24].
Znaczenie interakcji pVHL z filaminą i białkiem wiążącym Tat wirusa HIV nie jest jasne[9].
W obrębie sekwencji nukleotydowej genu VHL znaleziono szereg sekwencji konsensusowych kinaz, więc regulacja funkcji białka pVHL może polegać na fosforylacji przez kinazy[10]. Niedawno wykazano, że VHL30 jest substratem dla kinazy syntazy glikogenu 3 (GSK3) in vitro i in vivo[34]. Enzym fosforyluje VHL30 na reszcie serynowej 68; wcześniej białko musi być ufosforylowane na serynie 72, co in vitro katalizuje kinaza kazeinowa I. Jak wykazano w tej samej pracy, zmutowane białko VHL30 niebędące substratem kinazy nie pełni funkcji związanych ze stabilizacją mikrotubuli.
Sekwencja genu VHL jest wysoce konserwatywna i podobna do ludzkiej w homologicznych genach naczelnych i gryzoni[35][36]. Homologiczny gen stwierdzono u nicieniaCaenorhabditis elegans[35] i u muszki owocowej[37]. Konserwatyzm sekwencji genu jest szczególnie duży w regionach tworzących domeny wiążące z innymi białkami[38]. Kompleks pVHL-elongina B-elongina C przypomina kompleks SCF u drożdży, którego funkcją jest poliubikwitynacja białek przeznaczonych do proteolizy. Elongina C i Cul2 przypominają, odpowiednio, drożdżowe białka Skp1 i Cdc53. Podobieństwo tych białek nasunęło potwierdzone później przypuszczenie, że kompleks białka pVHL funkcjonuje w komórkach człowieka jako ligaza E3 ubikwityny[39]. Obszar genu VHL między kodonami 14-53 koduje osiem powtórzeń kwaśnych aminokwasów [Gly-X-Glu-Glu-X]8 (GXEEX8), wykazującą homologię z białkiem błonowym wiciowcaTrypanosoma brucei[35]. Znaczenie tego faktu pozostaje nieznane[10].
Podział mutacji genu VHL w chorobie von Hippla i Lindaua[40]
Całkowita ilość opisanych mutacji
823
Przesunięcia ramki odczytu
297 (36,08%)
Delecje
235 (28,55%)
Insercje
62 (7,53%)
Mutacje punktowe
496 (60,27%)
Missense (zmiana sensu)
399 (48,48%)
Nonsense
97 (11,79%)
G>A
29
G>A w CpG
42
C>T
65
C>T at CpG
57
A>T
10
A>G
20
A>C
17
T>G
20
T>C
76
T>A
29
C>A
30
C>G
47
G>T
41
G>C
29
Złożone mutacje
2 (0,24%)
Homozygotyczne myszy Vhl-/- przeżywają 10,5-12,5 dni życia wewnątrzmacicznego; przyczyną poronienia jest zaburzona waskulogeneza łożyska. Przypuszczalnie taka (bardzo rzadka) mutacja obydwu alleli VHL u człowieka równie wcześnie uniemożliwia rozwój zarodka[41]. Jak wspomniano wcześniej, germinalne mutacje genu VHL u ludzkich heterozygot wywołują prawie zawsze chorobę von Hippla-Lindaua. Kliniczny podział choroby ze względu na częstość poszczególnych objawów, przede wszystkim raka jasnokomórkowego nerki i guza chromochłonnego, okazał się korelować z charakterem mutacji w genie VHL. I tak, duże delecje i przedwczesna terminacja translacji prowadząca do powstania skróconej cząsteczki pVHL są charakterystyczne dla typu 1 choroby, a mutacje punktowe, zwłaszcza typu missense, odpowiadają za typ 2[10]. Znanych jest ponad 500 różnych mutacji germinalnych w genie VHL; wszystkie przypadki nowych mutacji zgłaszane są do ich międzynarodowego rejestru[42].
Kliniczna klasyfikacja choroby von Hippla i Lindaua[43]
Typ
Typ mutacji
Defekt molekularny
HB R
HB CNN
RCC
Pheo
GEP
1
Delecje, nonsense
Nadprodukcja HIF i nadekspresja genów odpowiedzi na hipoksję
+
+
+
-
-
2A
Missense
Nadprodukcja HIF i nadekspresja genów odpowiedzi na hipoksję Destabilizacja mikrotubuli
+
+
-
+
+
2B
Missense
Nadprodukcja HIF i nadekspresja genów odpowiedzi na hipoksję
+
+
+
+
+
2C
Missense
Zaburzenie tworzenia ECM przez fibronektynę Mechanizm zależny od P53 (?)
-
-
-
+
?
HB R – naczyniaki siatkówki; HB CNN – naczyniaki ośrodkowego układu nerwowego; RCC – rak nerkowokomórkowy; Pheo – guz chromochłonny; GEP – guz neuroendokrynny trzustki
Mutacje somatyczne w genie VHL stwierdza się także w sporadycznych nowotworach nerki i naczyniakach zarodkowych. Mutacje somatyczne genu VHL spotyka się w około 50% przypadków sporadycznego raka jasnokomórkowego nerki, a w około 10-20% gen ulega hipermetylacji[10]. Stwierdzono je również w około 30% przypadków sporadycznych naczyniaków zarodkowych, natomiast nie odnotowano jak dotąd hipermetylacji VHL w komórkach tego nowotworu[10]. LOH genu VHL opisano w sporadycznych gruczolakach mikrotorbielowatych trzustki[44] i guzach worka endolimfatycznego (ELST)[45]. Mutacje VHL rzadkie są w sporadycznych guzach chromochłonnych i bardzo rzadkie w innych nowotworach: płuc, sutka, jajnika, jąder, szyjki macicy, endometrium, prostaty, jelita grubego, pęcherza moczowego, skóry (czerniak złośliwy), opłucnej, w raku płaskonabłonkowym jamy ustnej i raku pęcherzykowym tarczycy[9].
Niedawno zasugerowano, że delecja dystalnego do 11q odcinka chromosomu 3 w komórkach nerwiaka zarodkowego i związana z nią utrata genu VHL w tych komórkach może odpowiadać za bardziej agresywny fenotyp choroby[46]. Potwierdzałyby to wcześniejsze doniesienia o odróżnicowywaniu niedojrzałych neuroblastów guza pod wpływem hipoksji, wiażącym się z bardziej agresywnym przebiegiem[47]. Zaobserwowano silną korelację między obniżonym poziomem mRNA dla VHL a niską przeżywalnością pacjentów (p=0,013). Wydaje się, że największą wartość predykcyjną VHL ma w guzach, które wykazują ekspresję NTRK1 (TRKA)[46].
↑ abcdModel utworzony na podstawie danych z Min JH, Yang, H, Ivan, M, Gertler, F, Kaelin Jr, WG, Pavletich, NP. Structure of an HIF-1alpha-pVHL complex: hydroxyproline recognition in signaling. „Science”. 296. 5574, s. 1886-1889, 2002. PMID: 12004076. (PDBid=1LM8), przy wykorzystaniu MBT Protein Workshop.
↑Seizinger BR, Rouleau GA, Ozelius LJ, Lane AH, Farmer GE, Lamiell JM, Haines J, Yuen JW, Collins D, Majoor-Krakauer D, et al. Von Hippel-Lindau disease maps to the region of chromosome 3 associated with renal cell carcinoma. „Nature”. 332. 6161, s. 268-269, 1988. PMID: 2894613.
↑ abLatif, F, Tory, K, Gnarra, J, Yao, M, Duh, FM, Orcutt, ML, Stackhouse, T, Kuzmin, I, Modi, W, Geil, L, et al. Identification of the von Hippel-Lindau disease tumor suppressor gene. „Science”. 260. 5112, s. 1235, 1993. PMID: 8493574.
↑Schoenfeld, A, Davidowitz, EJ, Burk, RD. A second major native von Hippel-Lindau gene product, initiated from an internal translation start site, functions as a tumor suppressor. „Proc Nat Acad Sci”. 95, s. 8817-8822, 1998. PMID: 9671762.
↑Iliopoulos, O, Kibel, A, Gray, S, Kaelin, WG, Jr. Tumour suppression by the human von Hippel-Lindau gene product. „Nature Medicine”. 1, s. 822-826, 1995. PMID: 7585187.
↑ abcHergovich, A, Lisztwan, J, Barry, R, Ballschmieter, P, Krek, W. Regulation of microtubule stability by the von Hippel-Lindau tumour supressor protein pVHL. „Natl Cell Biol”. 5, s. 64-70, 2003. PMID: 12510195.
↑Renbaum, P, Duh, FM, Latif, F, Zbar, B, Lerman, MI, Kuzmin, I. Isolation and characterization of the full-length 3' untranslated region of the human von Hippel-Lindau tumor suppressor gene. „Human Genetics”. 98. 9, s. 666-671, 1996. PMID: 8931697.
↑Kessler, PM. Expression of the Von Hippel-Lindau tumor suppressor gene, VHL, in human fetal kidney and during mouse
embryogenesis. „Mol Med”. 1, s. 457-466, 1995. PMID: 96091369.
↑ abKibel, A, Iliopoulos, O, DeCaprio, JA, Kaelin, WG. Binding of the von Hippel-Lindau tumor suppressor protein to Elongin B and C. „Science”. 269. 5229, s. 1400-1401, 1995. PMID: 7660130.
↑Pause A, Lee, S, Worrell, RA, Chen, DY, Burgess, WH, Linehan, WM, Klausner, RD. The von Hippel-Lindau tumor-suppressor gene product forms a stable complex with human CUL-2, a member of the Cdc53 family of proteins. „Proc Natl Acad Sci U S A”. 94. 6, s. 2156-2161, 1997. PMID: 9122164.
↑ abOkuda, H, Saitoh, K, Hirai, S, Iwai, K, Takaki, Y, Baba, M, Minato, N, Ohno, S, Shuin, T. The von Hippel-Lindau tumor suppressor protein mediates ubiquitination of activated atypical protein kinase C. „J Biol Chem”. 276. 47, s. 43611-43617, 2001. PMID: 11574546.
↑Li, Z, Wang, D, Na, X, Schoen, SR, Messing, EM, Wu, G. Identification of a deubiquitinating enzyme subfamily as substrates of the von Hippel-Lindau tumor suppressor. „Biochem Biophys Res Commun”. 294. 3, s. 700-709, 2002. PMID: 12056827.
↑ abRoe, J, Kim, H, Lee, S, Kim, S, Cho, E, Youn, H. p53 Stabilization and Transactivation by a von Hippel-Lindau Protein. „Molecular Cell”. 22. 3. s. 395-405. PMID: 16678111.
↑Aso, T, Yamazaki, K, Aigaki, T, Kitajima, S. Drosophila von Hippel-Lindau tumor suppressor complex possesses E3 ubiquitin ligase activity. „Biochem Biophys Res Commun”. 276. 1, s. 355-361, 2000. PMID: 11006129.
↑Stebbins, CE, Kaelin, WG, Pavletich, NP. Structure of the VHL-ElonginC-ElonginB complex: implications for VHL tumor suppressor function. „Science”. 284. 5413, s. 455-461, 1999. PMID: 10205047.
↑Vortmeyer, AO, et al. Allelic deletion and mutation of the von Hippel-Lindau (VHL) tumor suppressor gene in pancreatic microcystic adenomas. „Am J Pathol”. 151, s. 951-956, 1997. PMID: 97468663.
↑Vortmeyer, AO, et al. Somatic von Hippel-Lindau gene mutations detected in sporadic endolymphatic sac tumors. „Cancer Res”. 60, s. 5963-5965, 2000. PMID: 20535963.
↑ abHoebeeck J, Vandesompele J, Nilsson H, De Preter K, Van Roy N, De Smet E, Yigit N, De Paepe A, Laureys G, Påhlman S, Speleman F. The von Hippel-Lindau tumor suppressor gene expression level has prognostic value in neuroblastoma. „Int J Cancer”. 119 (3), s. 624-629, 2006. PMID: 16506218.
↑AttiyehA.EFAttiyehA. i inni, Chromosome 1p and 11q deletions and outcome in neuroblastoma., „The New England journal of medicine”, 353 (21), 2005, s. 2243-53, PMID: 16306521.
↑W nawiasie podano alternatywną numerację – przez pewien czas niejasne było który kodon genu jest pierwszy; część badaczy numerowało nukleotydy i aminokwasy VHL od pierwszego kodonu sklonowanego cDNA (GenBank Accesion No L15409), obecnie wiadomo, że znajdującego się 71 kodonów przed kodonem start VHL; zobacz Kuzmin, I, Duh, FM, Latif, F, Geil, L, Zbar, B, Lerman, MI. Identification of the promoter of the human von Hippel-Landau disease tumor suppressor gene. „Oncogene”. 10, s. 2185-2194, 1995. PMID: 7784063.
↑Woodward, ER et al. Genetic predisposition to phaeochromocytoma: analysis of candidate genes GDNF, RET and VHL. „Hum Mol Genet”. 6, s. 1051-1056, 1997. PMID: 97358578.
↑Crossey, PA, Eng, C, Ginalska-Malinowska, M, Lennard, TW, Wheeler, DC, Ponder, BA, Maher, ER. Molecular genetic diagnosis of von Hippel-Lindau disease in familial phaeochromocytoma. „J Med Genet”. 32, s. 885-886, 1995. PMID: 8592333.
↑Neumann, HP, Bausch, B, McWhinney, SR, Bender, BU, Gimm, O, Franke, G, Schipper, J, Klisch, J, Altehoefer, C, Zerres, K, Januszewicz, A, Eng, C. Germ-line mutations in nonsyndromic pheochromocytoma. „New Eng J Med”. 346, s. 1459-1466, 2002. PMID: 12000816.
↑ abcdPastore, Y, Jedlickova, K, Guan, Y, Liu, E, Fahner, J, Hasle, H, Prchal, JF, Prchal, JT. Mutations of von Hippel-Lindau tumor-suppressor gene and congenital polycythemia. „Am J Hum Genet”. 73, s. 412-419, 2003. PMID: 12844285.
↑ abKanno, H, Kondo, K, Ito, S, Yamamoto, I, Fujii, S, Torigoe, S, Sakai, N, Hosaka, M, Shuin, T, Yao, M. Somatic mutations of the von Hippel-Lindau tumor suppressor gene in sporadic central nervous system hemangioblastomas. „Cancer Res”. 54, s. 4845-4847, 1994. PMID: 8069849.
↑Gilcrease, MZ, Schmidt, L, Zbar, B, Truong, L, Rutledge, M, Wheeler, TM. Somatic von Hippel-Lindau mutation in clear cell papillary cystadenoma of the epididymis. „Hum Path”. 26, s. 1341-1346, 1995. PMID: 8522307.
↑Brauch, H, Kishida, T, Glavac, D, Chen, F, Pausch, F, Hofler, H, Latif, F, Lerman, MI, Zbar, B, Neumann, HPH. Von Hippel-Lindau (VHL) disease with pheochromocytoma in the Black Forest region of Germany: evidence for a founder effect. „Hum Genet”. 95, s. 551-556, 1995. PMID: 7759077.
↑Bender, BU, Eng, C, Olschewski, M, Berger, DP, Laubenberger, J, Altehofer, C, Kirste, G, Orszagh, M, van Velthoven, V, Miosczka, H, Schmidt, D, Neumann, HPH. VHL c.505 T-C mutation confers a high age related penetrance but no increased overall mortality. „J Med Genet”. 38, s. 508-514, 2001. PMID: 11483638.
↑Neumann, HP et al. Consequences of direct genetic testing for germline mutations in the clinical management of families with multiple endocrine neoplasia, type II. „JAMA”. 274,, s. 1149-1151, 1995. PMID: 96011708.
↑Ritter, MM et al. Isolated familial pheochromocytoma as a variant of von Hippel-Lindau disease. „J Clin Endocrinol Metab”. 81, s. 1035-1037, 1996. PMID: 96368564.
↑Ang, SO, Chen, H, Gordeuk, VR, Sergueeva, AI, Polyakova, LA, Miasnikova, GY, Kralovics, R, Stockton, DW, Prchal, JT. Endemic polycythemia in Russia: mutation in the VHL gene. „Blood Cell Molec Dis”. 28, s. 57-62, 2002.