Factorul de creștere transformator beta ( de exemplu, factorul de creștere transformator beta, TGF-beta ) este o proteină (un reprezentant al citokinelor ) care controlează proliferarea, diferențierea celulelor și alte funcții în majoritatea celulelor. Implicat în răspunsul imunitar, cancer, boli cardiovasculare, diabet zaharat, sindromul Marfan, sindromul Loyes-Dits, boala Parkinson și sindromul imunodeficienței dobândite ( SIDA ).
TGF-beta este o proteină secretată de celulă în mediul extracelular. Există în cel puțin trei izoforme: TGF-beta1, TGF-beta2 și TGF-beta3. Acest nume a fost folosit inițial pentru TGF-beta1, primul membru al acestei familii. Familia TGF-beta1 face parte dintr-o superfamilie de proteine cunoscută sub denumirea de superfamilie a factorilor de creștere transformatori, care include inhibine, activine, hormoni anti-Müllerian, proteină morfogenetică osoasă (BMP), factor proteic decapentaplegic și VG-1.
TGF-beta acționează ca un factor antiproliferativ în celulele epiteliale normale și în stadiile incipiente ale tumorigenezei.
Unele celule care secretă TGF-beta au și receptori pentru acesta. Acest mecanism este cunoscut sub numele de inducție autocrină. Celulele canceroase cresc cantitatea de TGF-beta secretată, care afectează și celulele din jur.
TGF-beta este secretat de multe tipuri de celule, inclusiv macrofage, într-o formă inactivă (latentă) în care este fuzionat cu alte două polipeptide, proteina de legare a TGF-beta latentă (LTBP) și LAP. Proteinazele serice, cum ar fi plasmina, catalizează eliberarea de TGF-beta activ din complex. Acest lucru apare adesea pe suprafața macrofagelor, unde complexul latent TGF-beta se leagă de receptorul CD36 prin ligandul său, trombospondin-1 (TSP-1). Stimulii inflamatori care activează macrofagele cresc eliberarea de TGF-beta activ, determinând activarea plasminei. Macrofagele pot, de asemenea, înghiți complexele TGF-beta latente legate de IgG secretate de celulele plasmatice prin endocitoză și apoi eliberează TGF-beta activ în lichidul extracelular.
Structurile peptidice ale tuturor celor trei membri ai familiei TGF-beta sunt foarte asemănătoare. Ele sunt toate codificate în catena ADN ca precursori mari de proteine; TGF-beta1 conține 390 de aminoacizi, în timp ce TGF-beta2 și TGF-beta3 conțin 412 aminoacizi. Fiecare are o peptidă semnal N-terminală de 20-30 de aminoacizi care este necesară pentru secreția din celulă, o regiune precursor activă LAP (peptidă asociată latenței) și o peptidă de 112-114 aminoacizi în regiunea C-terminală care devine matură Moleculă TGF-beta după scindarea proteolitică din LAP. Proteina TGF-beta matură este un dimer și formează o moleculă activă de 25 kDa care conține multe motive structurale conservate. TGF-beta are 9 reziduuri de cisteină conservate, dintre care 8 formează legături disulfurice în moleculă, formând astfel un nod de cisteină, care este o caracteristică structurală a superfamiliei TGF-beta, în timp ce a noua cisteină formează o legătură. cu a noua cisteină a unei alte molecule de TGF-beta, rezultând formarea unui dimer. Se crede că multe alte reziduuri conservate din TGF-beta sunt implicate în formarea structurii secundare prin interacțiuni hidrofobe. Regiunea dintre a cincea și a șasea cisteină conservată conține cea mai divergentă regiune a moleculelor TGF-beta, care este situată pe suprafața moleculei și este implicată în interacțiunea receptorului și specificitatea TGF-beta.
Familia TGF-B a factorilor de creștere transformanți include: TGF-B1, TGF-B2, TGF-B3, activine, inhibine, proteine morfogene osoase (BMP), factori de diferențiere a creșterii (GDF), factori neurotrofici gliali (factori neurotrofici derivați din gliali). , GDNF), mediatori numiți „Nodal” și „Lefty”, un inhibitor Muller sau o substanță inhibitoare Mulleriană (MIS).
În prezent sunt cunoscuți aproximativ 40 de membri ai familiei TGF. Principalele lor proprietăți biologice sunt asociate cu reglarea proliferării, diferențierea, mobilitatea și aderența diferitelor celule, participarea la procesele de reproducere, dezvoltarea embrionară, reglarea creșterii nervilor, formarea osului, hematopoieza, vindecarea rănilor și toleranța imunologică.
Toți membrii familiei TGF au o mare similitudine structurală, deoarece omologia în secvența de aminoacizi este de 25-40% și construcția tuturor moleculelor cu formarea a două perechi antiparalele de pliuri b și o regiune bogată în cisteină este identică.
Majoritatea membrilor acestei familii formează homodimeri (mai rar heterodimeri) prin formarea de legături disulfurice care implică reziduuri de cisteină a 7 aminoacizi. În acest caz, șase cisteine formează legături disulfurice interne în fiecare moleculă din compoziția dimerului, iar a șaptea cisteină este implicată în formarea unei legături disulfurice intermoleculare, care servește la stabilizarea structurii dimerului.
TGF-beta inițiază apoptoza în majoritatea tipurilor de celule. TGF-beta poate induce apoptoza prin activarea oricăreia dintre cele două căi de semnalizare: SMAD sau DAXX .
Calea de semnalizare SMADCalea de semnalizare SMAD este canonică. Dimerii TGF-beta se leagă la un receptor de tip 2, care se atașează și fosforilează un receptor de tip 1. Primul receptor de tip se atașează ulterior și fosforilează receptorul R-SMAD. Unul dintre R-SMAD, SMAD3, este implicat în inducerea apoptozei. R-SMAD se leagă apoi la SMAD convențional (SMAD4) și formează un complex heterodimeric. Acest complex intră în nucleul celulei, unde acționează ca un factor de transcripție pentru diverse gene, inclusiv acele gene care activează calea protein kinazei activată de mitogen, care este declanșatorul apoptozei.
Calea de semnalizare DAXXTGF-beta declanșează, de asemenea, apoptoza prin DAXX (proteina 6 asociată cu moartea). S-a demonstrat că DAXX se atașează și se leagă de al doilea tip de receptor TGF-beta.
TGF-beta joacă un rol important în reglarea ciclului celular. TGF-beta determină sinteza proteinelor p15 și p21, care blochează complexul ciclină/CDK responsabil pentru fosforilarea proteinei retinoblastomului (Rb). Astfel, TGF-beta suprimă expresia genei mus (c-myc), care este implicată în progresul fazei G1 a ciclului celular. Ca rezultat, TGF-beta blochează tranziția prin faza G1 a ciclului celular.
Se crede că TGF-beta joacă un rol important în reglarea sistemului imunitar. Prin proteina Foxp3, influențează celulele T reglatoare și ajutoarele T17. S-a dovedit că TGF-beta blochează activarea limfocitelor și macrofagelor.
În celulele normale, TGF-beta, acționând prin calea sa de semnalizare, blochează ciclul celular în stadiul G1, oprind proliferarea, inducând apoptoza sau diferențierea. Când o celulă devine canceroasă, porțiuni ale căii de semnalizare TGF-beta suferă mutații, iar TGF-beta nu mai controlează celula. Aceste celule canceroase se divid în mod constant. Fibroblastele (celulele stromale din jur) proliferează și ele. Ambele tipuri de celule cresc producția de TGF-beta. TGF-beta acționează asupra celulelor stromale din jur, asupra celulelor imune, asupra celulelor endoteliale și asupra celulelor musculare netede. Acest lucru duce la suprimarea răspunsului imun și a angiogenezei, ceea ce face cancerul mai „agresiv”. TGF-beta transformă, de asemenea, celulele T efectoare, care atacă în mod normal celulele canceroase într-un răspuns inflamator (imunitar), în celule T reglatoare (supresoare), care opresc răspunsul inflamator.
Un studiu pe animale arată că colesterolul suprimă răspunsul celulelor cardiovasculare la TGF-beta și proprietățile lor protectoare, permițând dezvoltarea aterosclerozei , în timp ce statinele (medicamente care scad colesterolul) pot crește susceptibilitatea celulelor cardiovasculare la un efect protector. .
Inducerea TGF-beta joacă, de asemenea, un rol semnificativ în patogeneza sindromului Marfan . Principalul defect al sindromului Marfan apare din cauza unei defecțiuni în sinteza glicoproteinei și a fibrilinei I, care este în mod normal o componentă importantă a fibrelor elastice. S-a demonstrat că, atunci când șoarecii cu sindromul Marfan au fost administrați cu un antagonist TGF-beta, simptomele sindromului Marfan au dispărut. Acest lucru confirmă faptul că, deși simptomele sindromului Marfan sunt similare cu cele ale altor boli ale țesutului conjunctiv, mecanismul dezvoltării acestuia este probabil asociat cu legarea redusă a TGF-beta de către fibrilină.
Calea de semnalizare TGF-beta este, de asemenea, afectată în sindromul Loyets-Dits, care este cauzat de mutații ale receptorilor TGF-beta.
O concentrație suficient de mare de TGF-beta a fost găsită în sângele și lichidul cefalorahidian al pacienților cu boala Alzheimer în comparație cu controlul.
Acest lucru sugerează un posibil rol pentru această proteină în cascada degenerativă care duce la simptome ale patologiei bolii Alzheimer. Conform literaturii de specialitate, hiperactivarea căii TGF-beta cu o creștere a concentrației de TGF-beta2 este caracteristică pacienților care suferă de keratoconus.
Există trei tipuri principale de TGF-beta: TGF-beta1, TGF-beta2, TGF-beta3. Există un alt tip: precursor TGF-beta4. A fost descoperită ca o genă care își mărește activitatea în timpul fazei premenstruale în stroma endometrială și se numește EBAF. S-a demonstrat ulterior că această proteină este implicată în determinarea asimetriei dreapta-stânga la vertebrate și i s-a dat numele lefty2.
TGF-beta este implicat în reglarea celor mai importante tipuri de activitate celulară. Sunt cunoscute doar o mică parte din căile care activează TGF-beta. Unele dintre căile cunoscute sunt specifice tipului de celule sau specifice țesutului, în timp ce altele se găsesc într-o varietate de tipuri de celule și țesuturi. Proteazele, integrinele, pH-ul și speciile reactive de oxigen sunt doar câțiva dintre factorii cunoscuți în prezent care pot activa TGF-beta. Este bine cunoscut faptul că fluctuațiile acestor factori de activare pot duce la modificări nereglementate ale căii de semnalizare a TGF-beta, care pot duce la o serie de complicații, inclusiv inflamație, boli autoimune, fibroză, cancer și cataractă. În cele mai multe cazuri, un ligand TGF-beta activat va iniția cascada de semnalizare TGF-beta atâta timp cât receptorii TGF-beta de tip I și II sunt la îndemână; aceasta se datorează afinității mari dintre TGF-beta și receptorii săi.
Toate cele trei tipuri de TGF-beta sunt sintetizate ca molecule precursoare care conțin homodimerul TGF-beta și o regiune suplimentară. Odată sintetizat, homodimerul TGF-beta interacționează cu LAP (o proteină derivată din regiunea N-terminală a produsului genei TGF-beta) pentru a forma un compus numit SLC. Acest complex rămâne în celulă atâta timp cât este legat de o altă proteină numită LTBP, formând un complex mare numit LLC.
În cele mai multe cazuri, înainte de secreție, precursorul TGF-beta este scindat din propeptidă, dar rămâne asociat cu acest complex prin legături necovalente. După secreția sa, acesta rămâne în matricea extracelulară ca un complex neactivat care conține LTBP și LAP, care trebuie procesat în continuare pentru a elibera TGF-beta activ.
TGF-beta se leagă de LTBP prin punți disulfurice, ceea ce îi permite să rămână inactiv, împiedicându-l să se lege de receptori. Deoarece mecanismele celulare diferite necesită niveluri diferite ale căilor de semnalizare TGF-beta, complexul inactiv al acestei citokine permite reglarea fină a semnalizării TGF-beta.
Există patru izoforme diferite de LTBP: LTBP-1, LTBP-2, LTBP-3 și LTBP-4. Mutația sau modificările în LAP sau LTBP pot duce la semnalizarea incorectă a căii de semnalizare TGF-beta. Șoarecii cărora le lipsește LTBP-3 sau LTBP-4 prezintă fenotipuri similare cu cele ale șoarecilor cu o cale de semnalizare TGF-β modificată. În plus, izoformele LTBP specifice tind să se asocieze cu izoformele LAP specifice TGF-beta. De exemplu, LTBP-4 se leagă doar de TGF-beta1. Astfel, mutațiile în LTBP-4 pot duce la complicații asociate cu calea de semnalizare a TGF-beta în țesuturile în care TGF-beta1 este implicat predominant. În plus, din cauza diferențelor structurale, în LAP se formează diverse complexe TGF-beta latente, care sunt selective pentru activatori specifici.
Plasmina și multe metaloproteinaze ale matricei (MMP) joacă un rol cheie în dezvoltarea invaziei tumorale și în remodelarea țesuturilor prin inducerea proteolizei unor componente ale matricei extracelulare. Procesul de activare a TGF-beta este asociat cu eliberarea LLC din matrice, ceea ce duce la proteoliza LAP în continuare și permite TGF-beta să interacționeze cu receptorii săi. MMP-9 și MMP-2 scindează TGF-beta latent. Complexul LAP conține o regiune buclă sensibilă la protază care poate fi o țintă potențială pentru eliberarea TGF-beta. Deși s-a demonstrat că MMP joacă un rol cheie în activarea TGF-beta, șoarecii cu mutații în aceste gene pot activa totuși TGF-beta și nu au fenotipul deficitar de TGF-beta; acest lucru poate reflecta o redundanță a numărului de enzime de activare, sugerând că alte proteaze necunoscute pot fi implicate în acest proces.
Condițiile acide pot denatura LAP. Expunerea la un mediu cu pH extrem (1,5 sau 12) duce la o activare semnificativă a TGF-beta, în timp ce la aciditate moderată (pH 4,5) doar 20-30% din activitate este realizată la o valoare ridicată (la pH 1,5) .
Structura LAP este importantă în menținerea funcțiilor sale. Modificarea structurală a LAP poate perturba interacțiunea dintre LAP și TGF-beta și, astfel, poate activa TGF-beta. Factorii care pot provoca astfel de modificări pot include radicalii hidroxil generați din specii reactive de oxigen (ROS). TGF-beta este activat rapid prin expunerea la ROS generat de radiații.
Trombospondin-1 (TSP-1) este o proteină din matricea extracelulară găsită în plasma pacienților sănătoși la concentrații cuprinse între 50 și 250 ng/mL. Se știe că nivelurile de TSP-1 cresc ca răspuns la răni și în timpul dezvoltării. TSP-1 activează TGF-beta latent prin interacțiunea directă cu complexul TGF-beta latent și induce o rearanjare conformațională împiedicându-l să se lege de TGF-beta matur.
Un inhibitor selectiv al TGFpRI/ALK5 este RepSox , care inhibă legarea ATP la TGFpRI și fosforilarea ulterioară a TGFpRI, suprimând astfel semnalizarea TGF-p. [1] SB-431542 [2] și A83-01 inhibă, de asemenea, TGFβRI/ALK5 și receptorul de tip I ALK4/7 . [3] Galunisertib este, de asemenea, un inhibitor selectiv și puternic al kinazei TGFβRI . [patru]