Transformirajući faktor rasta beta

thumb|300x300px|Kompjuterska grafika TGF-beta. TGF-beta je citokin sa tri različite izoforme, koji regulira mnoge ćelijske funkcije uključujući proliferaciju, diferencijaciju, adheziju i migraciju Transformirajući faktor rasta beta (TGF-β) je multifunkcionalni citokin koji pripada natporodici transformirajućih faktora rasta koja uključuje tri različite sisarske izoforme (TGF-β 1 do 3, HGNC simbola TGFB1, TGFB2, TGFB3) i mnogi drugi signalni proteini] . TGFB proteine proizvode sve loze bijelih krvnih zrnaca.

Aktivirani TGF-β kompleksi sa drugim faktorima da formiraju kompleks serin/treonin specifična kinaza koji se vezuje za TGF-β receptore. TGF-β receptori sastoje se od receptorskih podjedinica tipa 1 i tipa 2. Nakon vezivanja TGF-β, receptorska kinaza tipa 2 fosforilira i aktivira receptorsku kinazu tipa 1 koja aktivira signalnu kaskadu. Ovo dovodi do aktivacije različitih nizvodnih supstrata i regulatornih proteina, izazivajući transkripciju različitih ciljnih gena koji funkcionišu u diferencijaciji, hemotaksijama, proliferaciji i aktivaciji mnogih imunskih ćelija.

TGF-β luče mnogi tipovi ćelija, uključujući makrofage, u latentnom obliku u kojem je kompleksiran sa dva druga polipeptida, latentni TGF-beta vezujući protein (LTBP) i peptid povezan sa latencijom (LAP). Serumske proteinaze kao što je plazmin katalizuju oslobađanje aktivnog TGF-β iz kompleksa. Ovo se često dešava na površini makrofaga gde je latentni TGF-β kompleks vezan za CD36 preko svog liganda, trombospondina-1 (TSP-1). Upalni stimulansi koji aktiviraju makrofage pojačavaju oslobađanje aktivnog TGF-β podsticanjem aktivacije plazmina. Makrofagi također mogu endocitozirati IgG-vezane latentne TGF-β komplekse koje luče plazmaćelije, a zatim oslobađaju aktivni TGF-β u vcanćelijsku tekućinu. Među njegovim ključnim funkcijama je regulacija upalnih procesa, posebno u crijevima. TGF-β također ima ključnu ulogu u diferencijaciji matičnih ćelija, kao i regulaciji i diferencijaciji T-ćelija.

Zbog svoje uloge u regulaciji i diferencijaciji imunoskih i matičnih ćelija, on je visoko istražen citokin u oblastima raka, autoimunskih i zaraznih bolesti.

Natporodica TGF-β uključuje endogene proteine koji inhibiraju rast; povećanje ekspresije TGF-β često korelira sa malignošću mnogih karcinoma i defektom u odgovoru inhibicije ćelijskog rasta na TGF-β. Njegove imunosupresivne funkcije tada postaju dominantne, doprinoseći onkogenezi. Disregulacija njegovih imunosupresivnih funkcija je također implicirana u patogenezi autoimunskih bolesti, iako je njihov učinak posredovan okruženjem drugih prisutnih citokina.

Struktura

Primarna tri sisarska tipa su:

TGF beta 1 – TGFB1 TGF beta 2 – TGFB2 TGF beta 3 – TGFB3

Četvrti član, TGF beta 4, identifikovan je kod ptica – TGRB4 (sinonimi: faktor beta-4 povezan s krvarenjem endometrija (EBAF), lefti preprotein, LEFTA, lijevo-desni determinacioni faktor 2, LEFTYA: lijevo-desni determinacioni faktor A, transformacijski faktor rasta Beta-4, protein leLEFTY-2; protein lijevo-desno, -A).

Četvrti član potporodice, TGFB4, identifikovan je kod ptica, a peti, TGFB5, samo kod žaba.

Peptidne strukture izoformi TGF-β su veoma slične (homologije reda 70-80%). Svi su kodirani kao veliki proteinski prekursor; TGF-β1 sadrži 390 aminokiselina, a TGF-β2 i TGF-β3 sadrže po 412 aminokiselina. Svaki od njih ima N-terminal signalni peptid od 20–30 aminokiselina koje su im potrebne za sekreciju iz ćelije, pro-regija zvana peptid povezan sa latencijom (LAP – alias: Pro-TGF beta 1, LAP/ TGF beta 1) i region od 112–114 aminokiselina C-terminal koji postaje zrela TGF-β molekula nakon njegovog oslobađanja iz pro-regije proteolitskkim cijepanjem. Zreli TGF-β protein se dimerizira, kako bi proizveo aktivni protein od 25 KDa s mnogo konzerviranih strukturnih motiva. TGF-β ima devet cisteinskih ostataka koji su konzervirani u svojoj porodici. Osam formira disulfidne veze unutar proteina, kako bi stvorio strukturu cisteinskog čvora karakterističnu za natporodicu TGF-β. Deveti cistein formira disulfidnu vezu sa devetim cisteinom drugog TGF-β proteina kako bi proizveo dimer. Smatra se da mnogi drugi konzervirani ostaci u TGF-β formiraju sekundarnu strukturu putem hidrofobne interakcije. Područje između petog i šestog konzerviranog cisteina sadrži najdivergentnije područje TGF-β proteina koje je izloženo na površini proteina i uključeno je u vezivanje receptora i specifičnost TGF-β.

Aktivacija Iako je TGF-β važan u regulaciji ključnih ćelijskih aktivnosti, do sada je poznato samo nekoliko puteva aktiviranja TGF-β, a potpuni mehanizam iza predloženih puteva aktivacije još nije dobro shvaćen. Neki od poznatih puteva aktivacije su specifični za ćelije ili tkiva, dok se neki vide u više tipova ćelija i tkiva. Proteaze, integrini, pH i reaktivne vrste kisika su samo neki od sada poznatih faktora koji mogu aktivirati TGF-β, kao što je objašnjeno u nastavku. Dobro je poznato da poremećaji ovih faktora aktiviranja mogu dovesti do neregulisanih nivoa signalizacije TGF-β koji mogu uzrokovati nekoliko komplikacija uključujući upalu, autoimunske poremećaje, fibrozu, rak i katarakt. U većini slučajeva, aktivirani TGF-β ligand će pokrenuti TGF-β signalnu kaskadu, sve dok su TGF-β receptori I i II dostupni za vezivanje. To je zbog visokog afiniteta između TGF-β i njegovih receptora, što sugerira zašto TGF-β signalizacija regrutuje sistem latencije da posreduje u njegovoj signalizaciji.

Signalni putevi thumb|right|200px|Put SMAD thumb|right|200px|Put DAXX

Kanonska signalizacija: SMAD put

Smadovi su klasa unutarćelijskih signalnih proteina i faktora transkripcije za porodicu TGF-β signalnih molekula. Ovaj put konceptno liči na Jak-STAT signalni put transdukcije karakteriziran aktivacijom citokinskih receptora koji su uključeni, naprimjer, u put prebacivanja izotipa B-ćelija. Kao što je prethodno rečeno, vezivanjem TGF-β liganda za TGF-β receptor, kinaza receptora tipa 2 fosforilira i aktivira kinazu receptora tipa 1, koja aktivira signalnu kaskadu. U slučaju Smada, receptor-aktivirani Smadovi se fosforiliraju pomoću TGF-β receptorske kinaze tipa 1, i idu u kompleks s drugim Smadima, koji su u stanju da se translociraju u ćelijsko jedro da izazovu transkripciju različitih efektora.

Tačnije, aktivirani TGF-β kompleksi vezuju se za tip 2 domena TGF-β receptora, koji zatim regrutuje i fosforilira receptor tipa 1. Receptor tipa 1 zatim regrutuje i fosforilira receptorom regulisan SMAD (R-SMAD). R-SMAD se zatim vezuje za zajednički SMAD (koSMAD), SMAD4 i formira heterodimerni kompleks. Ovaj kompleks zatim ulazi u ćelijsko jedro gdje djeluje kao faktor transkripcije za različite gene, uključujući i one za aktiviranje puta mitogen-aktivirane protein kinaze 8, koji pokreće apoptoze. SMAD put je reguliran inhibicijom povratne sprege. SMAD6 i SMAD7 mogu blokirati receptore tipa I. There is also substantial evidence that TGF-β-dependent signaling via the SMAD-3 pathway is responsible for many of the inhibitory functions of TGF-β discussed in later sections and thus it is implicated in oncogenesis.

Smadovi nisu jedini TGF-β-regulisani signalni putevi. Ne-Smad signalni proteini mogu pokrenuti paralelnu signalizaciju koja na kraju sarađuje sa Smads-ima ili preslušavati s drugim glavnim signalnim putevima. Među njima, porodica protein-kinaze aktivirane mitogenom (MAPK) koja uključuje vanćelijski regulirane kinaze (ERK1 i 2), Jun N-terminalne kinaze (JNKs) i p38 MAPK igraju važnu ulogu u TGF-β signalizaciji. ERK 1 i 2 se aktiviraju putem Raf-Ras-MEK1/2 puta izazvanog mitogenim stimulansima kao što je epidermni faktor rasta, whereas the JNK and p38 MAPK are activated by the MAPK kinase, activated themselves by the TGF-β-activated kinase-1 (TAK1) upon stress stimuli.

Apoptoza pomoću DAXX puta

TGF-β inducira apoptoze, ili programiranu ćelijsku smrt, u ljudskim limfocitima i hepatocitima. Važnost ove funkcije je jasna kod miševa s nedostatkom TGF-β koji doživljavaju hiperproliferaciju i nereguliranu autoimunost. U odvojenom apoptotskom putu od asocijacije proteina 6 asociranog na DEAD (DAXX) sa njegovim receptorom Fas, postoje dokazi o povezanosti i vezivanju između DAXX i TGF-β receptora tipa 2 kinaze, pri čemu se DAXX vezuje za C-terminalni region TGF-β receptora tipa 2. Tačan molekulski mehanizam nije poznat, ali kao opći pregled, DAXX se zatim fosforilira pomoću proteinske kinaze 2 (HIPK2) u interakciji s homeodomenom, koja zatim aktivira kinazu 1 koja inducira signal apoptoze (ASK1), koja se nastavlja da aktivira Jun amino-terminalne kinaze (JNK) put i time apoptozu kao što se vidi na lijevom panelu susjedne slike.

Inhibitori TGFβ receptora RepSox je selektivni inhibitor TGFβRI/ALK5, inhibitor koji koči vezivanje ATP-a za TGFβRI i naknadnu fosforilaciju TGFβRI, čime inhibira TGF-β signalizaciju. Also SB-431542 i A83-01 inhibit TGFβRI/ALK5 and the type I receptor ALK4/7. Galunisertib je selektivni i moćni inhibitor TGFβRI kinaze.

Efekti na imunske ćelije

T-limfociti

TGF-β1 ima ulogu u indukciji iz CD4+ T ćelija obje inducirane Treg ćelije (iTreg ćelije), koje imaju regulatornu funkciju i Th17 ćelije, koje luče proupalne citokine.

Sam TGF-β1 ubrzava ekspresiju FOXP3 i Treg diferencijacije iz aktiviranih T-pomoćnih ćelija, a mehanizam za ovu diferencijaciju je nepoznat kako za indukovane T-regulatorne ćelije, tako i za prirodne T-regulatorne ćelije. U modelima miševa, efekat TGF-β1 izgleda da zavisi od starosti.

Istraživanja pokazuju da neutralizacija TGF-β1 in vitro inhibira diferencijaciju pomoćnih T ćelija u Th17 ćelije. Uloga TGF-β1 u stvaranju Th17 ćelija je u suprotnosti sa njegovom dominantnom konceptom kao antiupalnog citokina; međutim, zajednički zahtjev između upalnih i protivupalnih imunskih ćelija sugerira da neravnoteža između ova dva tipa ćelija može biti važna veza za autoimunost. Koaktivacija IL-6 iz aktivirane dendritske ćelije, koji služi za aktiviranje faktora transkripcije STAT3, potreban je pored TGF-β1 za diferencijaciju Th17 ćelija. Međutim, molekulski mehanizam diferencijacije Th17 nije dobro shvaćen. Budući da se Th17 ćelije diferenciraju od Th1 i Th2 linija po tome što se pokazalo da su sposobne za regulatorne funkcije, ovo je dodatni dokaz regulatorne funkcije TGF-β1 u imunoskom sistemu.

B-limfociti TGF-β ima uglavnom inhibitorne efekte na B-limfocite. TGF-β inhibira proliferaciju B-ćelija. Tačan mehanizam nije poznat, ali postoje dokazi da TGF-β inhibira B ćelijsku ]proliferaciju, indukujući faktor transkripcije Id3, izazivajući ekspresiju inhibitora kinaze zavisne od ciklina 21 (regulator progresije ćelijskog ciklusa u G1 i S fazi) i potiskivanje drugih ključnih regulatornih gena kao što su c-myc i ATM. CD40, ključna površinska molekula u aktivaciji urođenog imunoskog odgovora, može inducirati ekspresiju Smad7 da preokrene inhibiciju rasta B-ćelija izazvanu TGF-β. TGF-β također blokira aktivaciju B-ćelija i promoviše promjenu klase IgA u ljudskim i mišjim B-ćelijama i inače ima inhibitornu funkciju za proizvodnju antitijela.

TGF-β također inducira apoptoze nezrelih B ćelija u mirovanju; mehanizam je nepoznat, ali se može preklapati s njegovim putem protiv proliferacije. Pokazalo se da TGF-β snižava c-myc kao što to čini u inhibiciji proliferacije B-ćelija. Također je poznato da indukuje NF-κB inhibitor IKBa, inhibirajući aktivaciju NF-κB. NF-κB je faktor transkripcije koji reguliše proizvodnju citokina poput IL-1, TNF-a i defenzina, iako njegova funkcija u apoptozi može biti odvojena od ove funkcije.

Makrofagi Opći konsenzus u literaturi je da TGF-β stimulira monocite u mirovanju i inhibira aktivirane makrofage. Za monocite, pokazalo se da TGF-β funkcionira kao hemoatraktant, kao i kao regulator upalnog odgovora. Međutim, pokazalo se da TGF-β smanjuje proizvodnju upalnih citokina u monocitima i makrofagima, vjerovatno već spomenutom inhibicijom NF-κB. This contradiction may be due to the fact that the effect of TGF-β has been shown to be highly context-dependent.