Войти
Компьютерная графика TGF-beta. TGF-бета - это цитокин с тремя различными изоформами, который регулирует многие клеточные функции, включая пролиферацию, дифференцировку, адгезию и миграцию клеток Трансформирующий фактор роста бета (TGF-β ) является многофункциональным цитокин, принадлежащий к надсемейству трансформирующих факторов роста, которое включает три разные изоформы млекопитающих (TGF-β 1-3, HGNC символы TGFB1, TGFB2, TGFB3 ) и многие другие сигнальные белки. Белки TGFB продуцируются всеми линиями белых кровяных телец.
Активированные комплексы TGF-β с другими факторами с образованием комплекса серин / треонинкиназа, который связывается с рецепторами TGF-β. Рецепторы TGF-β состоят из субъединиц рецепторов как 1-го, так и 2-го типа. После связывания TGF-β киназа рецептора типа 2 фосфорилирует и активирует киназу рецептора типа 1, которая активирует сигнальный каскад. Это приводит к активации различных нижестоящих субстратов и регуляторных белков, вызывая транскрипцию различных генов-мишеней, которые участвуют в дифференцировке, хемотаксисе, пролиферации и активации многих иммунных клеток.
TGF-β секретируется многими типами клеток., включая макрофаги, в латентной форме, в которой он образует комплекс с двумя другими полипептидами, латентным TGF-бета-связывающим белком (LTBP) и ассоциированным с латентностью пептидом (LAP). протеиназы сыворотки, такие как плазмин, катализируют высвобождение активного TGF-β из комплекса. Это часто происходит на поверхности макрофагов, где латентный комплекс TGF-β связан с CD36 через свой лиганд, тромбоспондин-1 (TSP-1). Воспалительные стимулы, активирующие макрофаги, усиливают высвобождение активного TGF-β, способствуя активации плазмина. Макрофаги также могут эндоцитозировать связанные с IgG латентные комплексы TGF-β, которые секретируются плазматическими клетками, а затем высвобождать активный TGF-β во внеклеточную жидкость. Среди его ключевых функций - регулирование воспалительных процессов, особенно в кишечнике. TGF-β также играет решающую роль в дифференцировке стволовых клеток, а также в регуляции и дифференцировке Т-клеток.
Благодаря своей роли в регуляции и дифференцировке иммунных и стволовых клеток, он является хорошо изученным цитокином в различных областях. рака, аутоиммунных заболеваний и инфекционных заболеваний.
Суперсемейство TGF-β включает эндогенные белки, ингибирующие рост; Повышение экспрессии TGF-β часто коррелирует со злокачественными новообразованиями многих видов рака и дефектом реакции ингибирования роста клеток на TGF-β. Тогда его иммуносупрессивные функции начинают доминировать, способствуя онкогенезу. Нарушение регуляции его иммунодепрессивных функций также вовлечено в патогенез аутоиммунных заболеваний, хотя их действие опосредовано окружением других присутствующих цитокинов.
Три основных типа млекопитающих:
Четвертый член, TGF beta 4, был обнаружен у птиц - TGRB4 ( синонимы: фактор бета-4, связанный с кровотечением из эндометрия (EBAF), левый препропротеин, LEFTA; Лево-правый детерминационный фактор 2; ЛЕФТЬЯ; Лево-правый детерминационный фактор A; Трансформирующий фактор роста бета-4; Протеин Левти-2; Белок Lefty-A).
Четвертый член подсемейства, TGFB4, был идентифицирован у птиц, а пятый, TGFB5, только у лягушек.
Пептидные структуры TGF-β изоформы очень похожи (гомология порядка 70–80%). Все они кодируются как большие белковые предшественники ; TGF-β1 содержит 390 аминокислот, а TGF-β2 и TGF-β3 каждый содержат по 412 аминокислот. Каждый из них имеет N-концевой сигнальный пептид из 20-30 аминокислот, который им необходим для секреции из клетки, про-область, называемую пептид, связанный с латентностью (LAP - псевдоним: Pro -TGF-бета 1, LAP / TGF бета 1) и С-концевой участок из 112-114 аминокислот, который становится зрелой молекулой TGF-β после его высвобождения из прообласти протеолитическим декольте. Зрелый белок TGF-β димеризуется с образованием активного белка 25 кДа со многими консервативными структурными мотивами. TGF-β имеет девять остатков цистеина, которые являются консервативными среди его семейства. Восемь образуют дисульфидные связи внутри белка для создания структуры цистеинового узла, характерной для суперсемейства TGF-β. Девятый цистеин образует дисульфидную связь с девятым цистеином другого белка TGF-β с образованием димера. Считается, что многие другие консервативные остатки в TGF-β образуют вторичную структуру за счет гидрофобных взаимодействий. Область между пятым и шестым консервативными цистеинами содержит наиболее дивергентную область белков TGF-β, которая экспонируется на поверхности белка и участвует в связывании рецептора и специфичности TGF-β.
Все три TGF-β синтезируются как молекулы-предшественники, содержащие пропептидную область в дополнение к гомодимеру TGF-β. После синтеза гомодимер TGF-β взаимодействует с Latency Associated Peptide (LAP), белком, полученным из N-концевой области продукта гена TGF-β, образуя комплекс, называемый Small Latent Complex (SLC). Этот комплекс остается в клетке до тех пор, пока он не связывается другим белком, называемым латентным TGF-β-связывающим белком (LTBP), образуя более крупный комплекс, называемый большим латентным комплексом (LLC). Именно этот LLC секретируется в внеклеточный матрикс (ECM).
В большинстве случаев до того, как секретируется LLC, предшественник TGF-β отщепляется от пропептида, но остается прикрепленным к нему нековалентными связями. После секреции он остается во внеклеточном матриксе в виде инактивированного комплекса, содержащего как LTBP, так и LAP, которые необходимо дополнительно обработать для высвобождения активного TGF-β. Присоединение TGF-β к LTBP происходит с помощью дисульфидной связи, которая позволяет ему оставаться неактивным, предотвращая его связывание со своими рецепторами. Поскольку для различных клеточных механизмов требуются разные уровни передачи сигналов TGF-β, неактивный комплекс этого цитокина дает возможность надлежащим образом опосредовать передачу сигналов TGF-β.
Известны четыре разные изоформы LTBP: LTBP-1, LTBP. -2, ЛТБП-3 и ЛТБП-4. Мутация или изменение LAP или LTBP может привести к неправильной передаче сигналов TGF-β. Мыши, лишенные LTBP-3 или LTBP-4, демонстрируют фенотипы, соответствующие фенотипам, наблюдаемым у мышей с измененной передачей сигналов TGF-β. Более того, определенные изоформы LTBP имеют склонность связываться со специфическими изоформами LAP • TGF-β. Например, сообщается, что LTBP-4 связывается только с TGF-β1, таким образом, мутация в LTBP-4 может приводить к осложнениям, связанным с TGF-β, которые специфичны для тканей, которые преимущественно включают TGF-β1. Более того, структурные различия внутри LAP обеспечивают различные латентные комплексы TGF-β, которые являются селективными, но действуют на специфические стимулы, генерируемые специфическими активаторами.
Хотя TGF-β играет важную роль в регуляции важнейших клеточных активностей, в настоящее время известны лишь несколько путей активации TGF-β, и полный механизм, лежащий в основе предлагаемых путей активации, еще не изучен. понял. Некоторые из известных путей активации являются клеточными или тканевыми, а некоторые наблюдаются в различных типах клеток и тканях. Протеазы, интегрины, pH и активные формы кислорода - это лишь немногие из известных в настоящее время факторов, которые могут активировать TGF-β, как обсуждается ниже. Хорошо известно, что нарушения этих активирующих факторов могут приводить к нерегулируемым уровням передачи сигналов TGF-β, что может вызывать несколько осложнений, включая воспаление, аутоиммунные нарушения, фиброз, рак и катаракту. В большинстве случаев активированный лиганд TGF-β будет инициировать каскад передачи сигналов TGF-β, пока рецепторы TGF-β I и II доступны для связывания. Это связано с высоким сродством между TGF-β и его рецепторами, что позволяет предположить, почему передача сигналов TGF-β задействует латентную систему для передачи сигналов.
Плазмин и ряд матриксных металлопротеиназ (MMP) играют ключевую роль в стимулировании инвазии опухоли и ремоделирования ткани, индуцируя протеолиз нескольких компонентов ECM. Процесс активации TGF-β включает высвобождение LLC из матрикса с последующим протеолизом LAP для высвобождения TGF-β к его рецепторам. Известно, что MMP-9 и MMP-2 расщепляют латентный TGF-β. Комплекс LAP содержит чувствительную к протеазе шарнирную область, которая может быть потенциальной мишенью для этого высвобождения TGF-β. Несмотря на тот факт, что было доказано, что ММП играют ключевую роль в активации TGF-β, мыши с мутациями в генах MMP-9 и MMP-2 все еще могут активировать TGF-β и не проявляют каких-либо фенотипов дефицита TGF-β, это может отражают избыточность среди активирующих ферментов, предполагая, что могут быть задействованы другие неизвестные протеазы.
Кислые условия могут денатурировать LAP. Обработка среды крайними значениями pH (1,5 или 12) приводила к значительной активации TGF-β, как показано радио-рецепторными анализами, тогда как обработка слабой кислотой (pH 4,5) дала только 20-30% активации, достигаемой при pH 1,5..
Структура LAP важна для поддержания его функции. Модификация структуры LAP может привести к нарушению взаимодействия между LAP и TGF-β и, таким образом, к его активации. Факторы, которые могут вызвать такую модификацию, могут включать гидроксильные радикалы из активных форм кислорода (ROS). TGF-β быстро активировался после облучения in vivo ROS.
Тромбоспондин-1 (TSP-1) - матрицеклеточный гликопротеин, обнаруживаемый в плазме здоровых пациентов с уровнями в диапазоне 50–250 нг / мл. Известно, что уровни TSP-1 повышаются в ответ на травму и во время развития. TSP-1 активирует латентный TGF-β, образуя прямые взаимодействия с латентным комплексом TGF-β и индуцируя конформационную перестройку, препятствуя его связыванию со зрелым TGF-β.
Общая тема интегринов, участвующих в латентной активации TGF-β1, возникла в результате исследований, в которых изучались мутации / нокауты интегрина β6, интегрина αV, интегрина β8 и LAP. Эти мутации продуцировали фенотипы, подобные фенотипам, наблюдаемым у мышей с нокаутом TGF-β1. В настоящее время предложены две модели того, как αV-содержащие интегрины могут активировать латентный TGF-β1; первая предложенная модель индуцирует конформационные изменения в латентном комплексе TGF-β1 и, следовательно, высвобождает активный TGF-β1, а вторая модель основана на протеазозависимом механизме.
Интегрин αVβ6 был первым интегрином, идентифицированным как активатор TGF-β1. LAP содержат мотив RGD, который распознается подавляющим большинством интегринов, содержащих αV, а интегрин αVβ6 может активировать TGF-β1 путем связывания с мотивом RGD, присутствующим в LAP-β1 и LAP-β 3. При связывании он индуцирует опосредованную адгезией клетку. силы, которые транслируются в биохимические сигналы, которые могут привести к высвобождению / активации TGFb из его латентного комплекса. Этот путь был продемонстрирован для активации TGF-β в эпителиальных клетках и не связан с MMP.
Поскольку MMP-2 и MMP-9 могут активировать TGF- через протеолитическую деградацию латентного комплекса TGF-бета, αV-содержащие интегрины активируют TGF-β1, создавая тесную связь между латентным комплексом TGF-β и MMP. Предполагается, что интегрины αVβ6 и αVβ3 одновременно связывают латентный комплекс TGF-β1 и протеиназы, одновременно вызывая конформационные изменения LAP и секвестрируя протеазы в непосредственной близости. Независимо от вовлечения MMP, этот механизм по-прежнему требует ассоциации интегринов, что делает его непротеолитическим путем.
Путь SMAD 
Путь DAXX Smads представляет собой класс внутриклеточных сигнальных белков и факторов транскрипции для семейства сигнальных молекул TGF-β. Этот путь концептуально напоминает путь передачи сигнала Jak-STAT, характеризующийся активацией рецепторов цитокинов, участвующих, например, в пути переключения изотипа В-клеток. Как указывалось ранее, при связывании лиганда TGF-β с рецептором TGF-β киназа рецептора типа 2 фосфорилирует и активирует киназу рецептора типа 1, которая активирует сигнальный каскад. В случае Smad активируемые рецептором Smads фосфорилируются киназой рецептора TGF-β типа 1, и они переходят в комплекс с другими Smads, которые способны перемещаться в ядро клетки, чтобы индуцировать транскрипцию различных эффекторов.
Более конкретно, активированные комплексы TGF-β связываются с доменом 2 типа рецептора TGF-β, который затем рекрутирует и фосфорилирует рецептор типа 1. Затем рецептор типа 1 рекрутирует и фосфорилирует рецептор , регулируемый SMAD (R-SMAD). Затем R-SMAD связывается с общим SMAD (coSMAD) SMAD4 и образует гетеродимерный комплекс. Затем этот комплекс попадает в клеточное ядро , где он действует как фактор транскрипции для различных генов, включая те, которые активируют путь митоген-активируемой протеинкиназы 8, который запускает апоптоз. Путь SMAD регулируется ингибированием обратной связи. SMAD6 и SMAD7 могут блокировать рецепторы типа I. Есть также существенные доказательства того, что TGF-β-зависимая передача сигналов через путь SMAD-3 отвечает за многие из ингибирующих функций TGF-β, обсуждаемых в следующих разделах, и, таким образом, участвует в онкогенезе.
Smads не являются единственными сигнальными путями, регулируемыми TGFβ. Сигнальные белки, отличные от Smad, могут инициировать параллельную передачу сигналов, которые в конечном итоге взаимодействуют с Smads или перекрестно взаимодействуют с другими основными сигнальными путями. Среди них семейство митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK), которое включает внеклеточные регулируемые киназы (ERK1 и 2), N-концевые киназы Jun (JNK) и p38 MAPK, играют важную роль в передаче сигналов TGFβ. ERK 1 и 2 активируются посредством пути Raf - Ras - MEK1 / 2, индуцированного митогенными стимулами, такими как эпидермальный фактор роста, тогда как JNK и p38 MAPK активируются киназой MAPK, которая активируется с помощью TGFβ-активированной киназы-1 ( TAK1) при стрессовых стимулах.
TGF-β индуцирует апоптоз или запрограммированную гибель клеток в лимфоцитах и гепатоцитах человека. Важность этой функции очевидна для мышей с дефицитом TGF-β, у которых наблюдается гиперпролиферация и нерегулируемый аутоиммунитет. В отдельном пути апоптоза от ассоциации ассоциированного со смертью белка 6 (DAXX) с рецептором смерти Fas, есть доказательства ассоциации и связывания между DAXX и TGF-β 2 типа. рецепторная киназа, где DAXX связывается с С-концевой областью рецептора TGF-β типа 2. Точный молекулярный механизм неизвестен, но в целом DAXX затем фосфорилируется гомеодомен-взаимодействующей протеинкиназой 2 (HIPK2), которая затем активирует киназу 1, индуцирующую сигнал апоптоза (ASK1), которая продолжается для активации пути аминоконцевой киназы Jun (JNK) и, следовательно, апоптоза, как видно на левой панели соседнего изображения.
TGF-β1 играет роль в индукции CD4 + Т-клетками как индуцированных Treg (iTregs), которые выполняют регуляторную функцию, так и Th17 клеток, которые секретируют провоспалительные цитокины.
TGF-β1 только ускоряет экспрессию Foxp3 и дифференцировку Treg из активированных Т-хелперных клеток, и механизм этой дифференцировки неизвестен как для индуцированных регуляторных Т-клеток, так и для естественных регуляторных Т-клеток. клетки. На моделях мышей эффект TGF-β1, по-видимому, зависит от возраста.
Исследования показывают, что нейтрализация TGF-β1 in vitro подавляет дифференцировку хелперных Т-клеток в T h 17 клетки. Роль TGF-β1 в генерации клеток T h 17 противоречит его доминирующей концепции как противовоспалительного цитокина; однако общая потребность между воспалительными и противовоспалительными иммунными клетками предполагает, что дисбаланс между этими двумя типами клеток может быть важной связью с аутоиммунитетом. Совместная активация IL-6 из активированных дендритных клеток, которая служит для активации фактора транскрипции STAT3, требуется в дополнение к TGF-β1 для дифференцировки клеток T h 17. Однако молекулярный механизм дифференцировки T h 17 не совсем понятен. Поскольку клетки T h 17 отличаются от клонов T h 1 и T h 2 тем, что, как было показано, они способны выполнять регуляторные функции, это дополнительно свидетельство регулирующей функции TGF-β1 в иммунной системе.
TGF-β в основном оказывает ингибирующее действие на B-лимфоциты. TGF-β подавляет пролиферацию В-клеток. Точный механизм неизвестен, но есть доказательства того, что TGF-β ингибирует пролиферацию В-клеток, индуцируя фактор транскрипции Id3, индуцируя экспрессию ингибитора 21 циклин-зависимой киназы (регулятор прохождения клеточного цикла через фазы G1 и S), и репрессия других ключевых регуляторных генов, таких как c-myc и ATM. CD40, ключевая молекула поверхности в активации врожденного иммунного ответа, может индуцировать экспрессию Smad7, чтобы обратить вспять ингибирование роста В-клеток, индуцированное TGF-β. TGF-β также блокирует активацию B-клеток и способствует переключению классов IgA как в человеческих, так и в мышиных B-клетках, а также имеет иную ингибирующую функцию для продукции антител.
TGF-β также индуцирует апоптоз незрелых или покоящиеся В-клетки; механизм неизвестен, но может перекрываться с его антипролиферативным путем. Было показано, что TGF-β подавляет c-myc, как и при ингибировании пролиферации В-клеток. Также известно, что он индуцирует ингибитор NF-κB IKBa, ингибируя активацию NF-κB. NF-κB представляет собой фактор транскрипции, который регулирует выработку цитокинов, таких как IL-1, TNF-a и дефенсины, хотя его функция в апоптозе может быть отдельной от этой функции.
Согласно общему мнению в литературе, TGF-β стимулирует покоящиеся моноциты и ингибирует активированные макрофаги. Для моноцитов было показано, что TGF-β действует как хемоаттрактант, а также как усилитель воспалительной реакции. Однако также было показано, что TGF-β подавляет продукцию воспалительных цитокинов в моноцитах и макрофагах, вероятно, за счет вышеупомянутого ингибирования NF-κB. Это противоречие может быть связано с тем, что эффект TGF-β, как было показано, сильно зависит от контекста.
Считается, что TGF-β играет роль в альтернативной активации макрофагов, наблюдаемой у худых мышей, и эти макрофаги поддерживают противовоспалительный фенотип. Этот фенотип утрачен у мышей с ожирением, у которых не только больше макрофагов, чем у худых мышей, но и классически активированные макрофаги, которые выделяют TNF-α и другие провоспалительные цитокины, которые способствуют развитию хронической провоспалительной среды.
TGF-β играет решающую роль в регуляции клеточного цикла, блокируя прохождение фазы G1. TGF-β вызывает синтез белков p15 и p21, которые блокируют комплекс циклин: CDK, ответственный за фосфорилирование белка ретинобластомы (Rb). Таким образом, TGF-β блокирует продвижение через фазу G1 цикла. При этом TGF-β подавляет экспрессию c-myc, гена, который участвует в прогрессировании клеточного цикла G1.
В нормальных клетках TGF-β, действуя через свой сигнальный путь, останавливает клеточный цикл на стадии G1, чтобы остановить пролиферацию, индуцировать дифференцировку или способствовать апоптозу. Во многих раковых клетках части сигнального пути TGF-β мутированы, и TGF-β больше не контролирует клетку. Эти раковые клетки размножаются. Окружающие стромальные клетки (фибробласты) также размножаются. Обе клетки увеличивают выработку TGF-β. Этот TGF-β действует на окружающие стромальные клетки, иммунные клетки, эндотелиальные и гладкомышечные клетки. Он вызывает иммуносупрессию и ангиогенез, что делает рак более инвазивным. TGF-β также превращает эффекторные Т-клетки, которые обычно атакуют рак с помощью воспалительной (иммунной) реакции, в регуляторные (супрессорные) Т-клетки, которые выключают воспалительную реакцию. Целостность нормальной ткани сохраняется за счет обратных взаимодействий между различными типами клеток, которые экспрессируют молекулы адгезии и секретируют цитокины. Нарушение этих механизмов обратной связи при раке приводит к повреждению ткани. Когда передача сигналов TGF-β не может контролировать активность NF-κB в раковых клетках, это имеет как минимум два потенциальных эффекта: во-первых, он позволяет злокачественной опухоли сохраняться в присутствии активированных иммунных клеток, а во-вторых, раковая клетка переживает иммунные клетки. потому что он выживает в присутствии апоптозных и противовоспалительных медиаторов.
Одно исследование на животных показывает, что холестерин подавляет реакцию сердечно-сосудистых клеток на TGF- β и его защитные свойства, что способствует развитию атеросклероза и сердечных заболеваний, в то время как статины, препараты, снижающие уровень холестерина, могут повышать чувствительность сердечно-сосудистых клеток к защитное действие TGF-β.
TGF-β участвует в регенерации сердца рыбок данио.
Передача сигналов TGF-β также, вероятно, играет важную роль в патогенезе синдрома Марфана, заболевания, характеризующегося непропорционально высоким ростом, арахнодактилией, ectopia lentis и сердечные осложнения, такие как пролапс митрального клапана и увеличение аорты, повышающие вероятность расслоения аорты. Хотя основным дефектом синдрома Марфана является неправильный синтез гликопротеина фибриллина I, обычно важного компонента эластических волокон, было показано, что синдром Марфана фенотип можно уменьшить добавлением антагониста TGF-β к пораженным мышам. Это говорит о том, что, хотя симптомы синдрома Марфана могут казаться совместимыми с заболеванием соединительной ткани, механизм, скорее всего, связан со снижением секвестрации TGF-β фибриллином.
Передача сигналов TGF-β также нарушается при синдроме Лойса-Дитца, который вызван мутациями в рецепторе TGF-β.
Сигнальный путь TGF-β / SMAD3 важен для регулирования гомеостаза глюкозы и энергии и может играть роль в диабетической нефропатии.
Как отмечалось выше в разделе Что касается макрофагов, потеря передачи сигналов TGF-β при ожирении является одним из факторов, способствующих воспалительной среде, возникающей в случае ожирения.
Индуцированные регуляторные Т-клетки (iTreg), стимулируемые TGF-β в присутствии IL-2, подавлял развитие экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита (EAE), животной модели рассеянного склероза (MS) через Foxp3 и ИЛ-10 опосредованный ответ. Это предполагает возможную роль TGF-β и iTreg в регуляции и лечении MS.
Сниженные уровни TGF-β наблюдались у пациентов с диагнозом рассеянный склероз. Его роль в развитии рассеянного склероза можно объяснить ролью TGF-β в регуляции апоптоза Th17 клеток. Когда уровни TGF-β снижаются, они не могут индуцировать апоптоз клеток T h 17. Клетки T h 17 секретируют TNF-α, который вызывает демиелинизацию олигодендроглии через рецептор TNF 1. Снижение уровней TGF-β приводит к увеличению T h 17 клеток и, следовательно, к увеличению уровней TNFα. В результате происходит демиелинизация нейронов. Также наблюдали, что TGF-β индуцирует рост олигодендроцитов (клеток, продуцирующих миелиновую оболочку ). Следовательно, пониженные уровни TGF-β во время рассеянного склероза также могут предотвращать ремиелинизацию нейронов.
Более высокие концентрации TGF-β обнаруживаются в крови и спинномозговой жидкости пациентов с Болезнь Альцгеймера по сравнению с контрольными субъектами, что предполагает возможную роль в нейродегенеративном каскаде, ведущем к симптомам и патологии болезни Альцгеймера.
Гиперактивный путь TGF-β с увеличением TGF-β2 был зарегистрирован в исследованиях пациентов, страдающих кератоконусом.
. Исследования на животных и некоторые исследования на людях показали, что TGF-β в грудном молоке может быть ключевым иммунорегуляторным фактором в развитии иммунного ответа младенцев, снижая риск атопического заболевания или аутоиммунитета.
Старение кожи частично вызывается TGF-β, который уменьшает количество подкожно-жировой клетчатки, что придает коже приятный вид и текстуру. TGF-β делает это, блокируя превращение дермальных фибробластов в жировые клетки ; из-за меньшего количества жировых клеток, обеспечивающих поддержку, кожа становится обвисшей и морщинистой. Подкожный жир также производит кателицидин, который представляет собой пептид, который борется с бактериальными инфекциями.
