From Wikipedia, the free encyclopedia
O factor de crecemento transformante beta (TGF-β, do inglés Transforming Growth Factor beta) é unha proteína citocina multifuncional que pertence á superfamilia do TGF, que comprende tres isoformas principais desta proteína (TGF-β1-2-3) de mamíferos e moitas outras proteínas de sinalización producidas por todas as liñaxes de células brancas do sangue. Os complexos TGF-β activados xunto con outros factores forman un complexo serina/treonina quinase que se une aos receptores de TGF-β. Este receptor está composto por subunidades de receptor de tipo 1 e de tipo 2. Despois da unión de TGF-β, a receptor quinase de tipo 2 fosforila e activa a receptor quinase de tipo 1, que activa á súa vez unha fervenza de sinalización.[1] Isto leva á activación de distintos substratos situados augas abaixo da ruta e proteínas reguladoras, inducindo a transcrición de diferentes xenes diana que funcionan na diferenciación, quimiotaxe, proliferación, e activación de moitas células inmunitarias.[1][2]
O TGF-β segrégano moitos tipos de células, como os macrófagos, nunha forma latente na cal está formando un complexo con outros polipéptidos, que son a proteína de unión ao TGF-beta latente (LTBP, latent TGF-beta binding protein) e o péptido asociado á latencia (LAP, latency-associated peptide). As proteinases séricas como a plasmina catalizan a liberación do TGF-β activo deste complexo. Isto xeralmente ocorre na superficie dos macrófagos, nos que o complexo TGF-β latente está unido a CD36 por medio do seu ligando, a trombospondina-1 (TSP-1). Os estímulos inflamatorios que activan os macrófagos potencian a liberación de TGF-β activo ao promoveren a activación da plasmina. Os macrófagos poden tamén endocitar os complexos TGF-β latentes unidos a IgG, que son segregados polas células plasmáticas e despois libera o TGF-β activo no fluído extracelular.[3] Entre as súas funcións principais está a regulación dos procesos inflamatorios, especialmente no tracto dixestivo.[4] O TGF-β tamén ten un papel crucial na diferenciación de células nais e na regulación e diferenciación de células T.[5][6] É unha citocina que está a ser moi investigada nos campos do cancro, enfermidades autoinmunes e infecciosas.
A superfamilia do TGF-β inclúe as proteínas que inhiben o crecemento endóxeno; un incremento na expresión de TGF-β xeralmente está relacionado co carácter maligno de moitos cancros e un defecto na resposta de inhibición do crecemento celular ao TGF-β. As súas funcións inmunosupresoras despois acaban dominando e contribúen á oncoxénese.[7] A desregulación das súas funcións inmunosupresoras está tamén implicada na patoxénese das enfermidades autoinmunes, aínda que os seus efectos son mediados por outras citocinas presentes no ambiente celular.[4]
Os tres tipos principais de TGF-β son:
As estruturas peptídicas das isoformas do TGF-β son moi similares, con homoloxías da orde do 70-80%. Todas son codificadas en forma de grandes moléculas proteicas precursoras, que se procesan e dan lugar á proteína definitiva; o TGF-β1 consta de 390 aminoácidos e o TGF-β2 e o TGF-β3 teñen 412 aminoácidos cada un. Teñen un péptido sinal N-terminal de 20-30 aminoácidos que cómpre para a secreción fóra da célula, unha pro-rexión chamada péptido asociado á latencia (LAP), e unha rexión C-terminal de 112-114 aminoácidos que é a que se converte na molécula TGF-β madura despois da súa separación da pro-rexión por corte proteolítico.[8] A proteína TGF-β madura dimerízase para producir unha proteína activa de 25 kDa con moitos motivos estruturais conservados.[9] O TGF-β ten nove residuos de cisteína que están conservados na súa familia de proteínas. Oito delas forman catro pontes disulfuro dentro da proteína formando unha estrutura en nó de cistina característica da superfamilia do TGF-β. A novena cisteína forma pola súa parte unha ponte disulfuro coa novena cisteína doutra proteína TGF-β para orixinar un dímero.[10] Moitos outros residuos conservados no TGF-β crese que forman unha estrutura secundaria por medio de interaccións hidrofóbicas. A rexión entre a quinta e a sesta cisteína conservada alberga a área máis diverxente entre as proteínas TGF-β, que está exposta na superficie da proteína e está implicada na unión ao receptor e na especificidade do TGF-β.
Os tres TGF-βs sintetízanse como moléculas precursoras cunha rexión propéptido ademais da rexión do homodímero TGF-β.[11] Unha vez sintetizado, o homodímero TGF-β interacciona cun péptido asociado á latencia (LAP), que é unha proteína derivada da rexión N-terminal do produto do xene do TGF-β, formando con el un complexo chamado Complexo Latente Pequeno ou SLC (do inglés Small Latent Complex). Este complexo permanece na célula ata que se lle une outra proteína chamada proteína de unión ao TGB-β latente ou LTBP, formando un complexo maior chamado Complexo Latente Grande ou LLC (do inglés Large Latent Complex). É este LLC o que é segregado á matriz extracelular.[12]
Na maioría dos casos, antes de que se segregue o LLC, o precursor do TGF-β é cortado proteoliticamente do propéptido pero permanece aínda unido a el por enlaces non covalentes.[13] Despois da súa secreción, permanece na matriz extracelular como un complexo inactivado que contén tanto o LTBP coma o LAP, as cales cómpren para que continúe o seu procesamento e libere finalmente o TGF-β activo.[14] A unión de TGF-β á LTBP fai que permaneza inactivo ao impedir que se una aos seus receptores. Como os diferentes mecanismos celulares requiren distintos niveis de sinalización de TGF-β, o complexo inactivo desta citocina dá a oportunidade de que se estableza unha axeitada mediación da sinalización de TGF-β.[14]
Coñécense catro isoformas de LTBP denominadas LTBP-1, LTBP-2, LTBP-3 e LTBP-4.[15] A mutación ou alteración de LAP ou LTBP pode ter como resultado unha inadecuada sinalización de TGF-β. Os ratos que carecen de LTBP-3 ou LTBP-4 presentan fenotipos que concordan cos fenotipos vistos en ratos con sinalización de TGF-β alterada.[16] Ademais, certas isoformas específicas de LTBP teñen unha propensión a asociarse con isoformas específicas LAP•TGF-β. Por exemplo, a LTBP-4 únese só a TGF-β1,[17] e dese xeito, a mutación en LTBP-4 pode orixinar complicacións asociadas con TGF-β, que son específicas de tecidos nos que está predominantemente implicado o TGF-β1. Ademais, a diferenza estrutural nas LAP dá lugar a diferentes complexos TGF-β latentes, que son selectivos de estímulos específicos xerados por activadores específicos.
Aínda que o TGF-β é importante para a regulación de actividades celulares fundamentais, só se coñecen actualmente unhas poucas vías que activan o TGF-β, e o mecanismo completo que subxace non se comprende ben. Algunhas das vías activadoras coñecidas son específicas de tipo celular ou e tecido, mentres que outras danse en moitos tipos celulares e tecidos.[14][18] As proteases, as integrinas, o pH, e as especies reactivas do oxíxeno son só algúns dos factotres que se sabe que poden activar o TGF-β, como se discute máis baixo.[19][20][21] Sábese que as perturbacións destes factores activadores pode levar á aparición de niveis de sinalización de TGF-β non regulados que poden causar graves complicacións, como a inflamación, doenzas autoinmunes, fibrose, cancro e cataratas.[22][23] Na maioría dos casos, un ligando TGF-β activado inicia a fervenza de sinalización de TGF-β sempre que estean dispoñibles para unirse os receptores de TGF-β 1 e 2. Isto débese á alta afinidade entre o TGF-β e os seus receptores, o que indica por que a sinalización do TGF-β recruta un sistema de latencia para mediar a súa sinalización.[14]
A plasmina e varias metaloproteinases de matriz (MMP) xogan un papel clave en promover a invasión dos tumores e a remodelación dos tecidos ao inducir a proteólise de varios compoñentes da matriz extracelular.[19] O proceso de activación do TGF-β implica a liberación do LLC da matriz, seguido de máis proteólises do LAP para liberar o TGF-β para unirse aos seus receptores. O MMP-9 e o MMP-2 clivan o TGF-β latente.[22] O complexo LAP contén unha rexión bisagra sensible á protease, que pode ser a diana potencial para esta liberación do TGF-β.[23] A pesar do feito de que as MMPs xogan un papel clave na activación do TGF-β, e os ratos con mutacións nos xenes da MMP-9 e MMP-2 poden aínda activar o TGF-β e non mostran ningún fenotipo deficiente do TGF-β; isto pode reflectir unha redundancia entre os encimas activadores,[14] o que suxire que poderían estar implicadas outras proteases aínda descoñecidas.
As condicións ácidas poden desnauralizar a LAP. O tratamento do medio con pHs extremos (1,5 ou 12) teñen como resultado unha activación significativa do TGF-β como se demostrou en ensaios monitorizados con radiorreceptor e en ágar, mentres que o tratamento con ácidos suaves (pH 4,5) orixina só o 20-30% da activación que hai a pH 1,5.[24]
A estrutura da LAP é importante para manter a súa función. A modificación da estrutura da LAP poden causar unha distorsión da interacción entre a LAP e o TGF-β e dese modo activalo. Entre os factores que poden causar esas modificacións poden estar radicais hidroxilo procedentes de especies reactivas do oxíxeno (ROS). O TGF-β é activado rapidamente despois da exposición da radiación in vivo ás especies reactivas do oxíxeno.[20]
A trombospondina-1 (TSP-1) é unha glicoproteína matricelular que se encontra no plasma de pacientes con boa saúde en concentracións entre 50 e 250 ng/mL.[25] Os niveis de TSP-1 increméntanse en resposta a lesións e durante o desenvolvemento.[26] A TSP-1 activa o TGF-beta latente[27] ao formar ineraccións directas co complexo TGF-β latente e induce un rearranxo conformacional que impide que este se una ao TGF-β maduro.[28]
A idea de que as integrinas participan na activación latente de TGF-β1 xurdiu de estudos que examinaron mutacións/knockouts da integrina β6,[29] a integrina αV,[30] a integrina β8 e a LAP. Estas mutacións producían fenotipos que eran similares aos fenotipos vistos en ratos knockout para TGF-β1.[31] Actualmente propuxéronse dous modelos sobre como as integrinas que conteñen αV poden activar o TGF-β1 latente. O primeiro modelo proposto é por medio da indución dun cambio conformacional no complexo TGF-β1 latente e, por tanto, liberando o TGF-β1 activo. O segundo modelo propón un mecanismo dependente de protease.[21]
A integrina αVβ6 foi a primeira integrina que foi identificada como activador do TGF-β1.[14] As LAPs que conteñen un motivo RGD que é recoñecido pola gran maioría das integrinas que conteñen αV,[32] e as integrinas αVβ6 poden activar o TGF-β1 ao unirse ao motivo RGD presente na LAP-β1 e a LAP-β3.[33] Despois de unirse, indúcense forzas na célula mediadas pola adhesión que son traducidas en sinais bioquímicos, que poden levar á liberación/activación do TGFb do seu complexo latente.[34] Esta vía foi demostrada para a activación de TGF-β en células epiteliais e non se asocian a MMPs.[35]
Como a MMP-2 e MMP-9 poden activar o TGF-β por medio da degradación proteolítica do complexo TGF-β latente,[22] as integrinas que conteñen αV activan o TGF-β1 ao crear unha estreita conexión entre o complexo TGF-β latente e as MMPs. Suxeriuse que as integrinas αVβ6 e αVβ3 se unen simultaneamente o complexo TGF-β1 latente e as proteinases, inducindo cambios conformacionais simultáneos na LAP e secuestrando as proteases ata unha estreita proximidade. Independentemente das MMPs implicadas, este mecanismo aínda necesita a asociación de intergrinas, polo que constitúe unha vía non proteolítica.[21][36]
As SMADs son un tipo de proteínas de sinalización intracelular e factores de transcrición para a familia do TGF-β de moléculas de sinalización. Esta vía lembra conceptualmente a vía Jak-STAT de transdución de sinais caracterizada na activación de receptores de citocinas implicados, por exemplo, na vía de cambio de isotipo das células B. Como xa se mencionou, a unión do ligando TGF-β ao receptor de TGF-β, fai que a quinase do receptor tipo 2 fosforile e active a quinase do receptor tipo 1, que activa a fervenza de sinalización. No caso da vía SMAD, as SMADs activadas polo receptor son fosforiladas pola quinase do receptor de TGF-β de tipo 2, e estas despois forman complexos con outras SMADs, que poden translocarse ao núcleo celular para inducir a transcrición de diferentes efectores.[37]
Máis especificamente, os complexos TGF-β activados únense ao dominio tipo 2 do receptor de TGF-β, que despois recruta e fosforila un receptor de tipo 1. O receptor de tipo 1 recruta despois e fosforila unha SMAD regulada por receptor (R-SMAD). A R-SMAD únese despois á SMAD común (coSMAD) SMAD4 e forma un complexo heterodimérico. Este complexo entra despois no núcleo celular, onde actúa como un factor de transcrición para varios xenes, incluíndo os que activan a vía da proteína quinase activada por mitóxeno 8, a cal desencadea a apoptose. A vía SMAD está regulada por inhibición por retroalimentación. As SMAD6 e SMAD7 poden bloquear os receptores de tipo I.[38] Hai tamén evidencias substanciais de que a vía de sinalización dependente de TGF-β por medio da vía de SMAD-3 é a responsable de moitas das funcións inhibidoras do TGF-β discutidas nas seccións posteriores e así está implicada na oncoxénese.[39]
O TGF-β induce a apoptose, ou morte celular programada, en linfocitos humanos e hepatocitos. A importancia desta función é clara nos ratos deficientes en TGF-β, que sofren hiperproliferación celular e autoinmunidade non regulada.[40] Nunha vía apoptótica separada da asociación da proteína asociada á morte 6 (DAXX) co receptor de morte Fas, hai evidencias da asociación e unión entre DAXX e a quinase do receptor de TGF-β tipo 2, na cal DAXX se une á rexión C-terminal do receptor de TGF-β de tipo 2.[41] Descoñécese o mecanismo molecular exacto, pero facendo un resumo xeral pódese dicir que a DAXX é despois fosforilada pola proteína quinase que interacciona co homeodominio 2 (HIPK2), a cal despois activa a quinase indutora de sinal de apoptose 1 (ASK1), que activa a vía da quinase amino terminal Jun (JNK) e dese modo activa a apoptose, como se ve no panel esquerdo da imaxe da dereita.[42][43]
O TGF-β1 xoga un papel na indución da formación a partir de células T CD4+ de células T reguladoras inducidas (iTregs), que teñen unha función reguladora, e de células Th17 (ou TH17), que segregan citocinas proinflamatorias.[44][45]
O TGF-β1 por si só pode precipitar a expresión de Foxp3 e a diferenciación de Treg a partir de células T colaboradoras, e o mecanismo para esta diferenciación é descoñecido tanto para o caso das células T reguladoras inducidas coma para o das células T reguladoras naturais. En modelos de ratos, o efecto do TGF-β1 parece ser dependente da idade.[46]
A neutralización de TGF-β1 in vitro inhibe a diferenciación de células T colaboradoras en células Th17. O papel do TGF-β1 na xeración de células Th17 vai en contra da súa consideración xeral como citocina antiinflamatoria; porén, o requirimento común das células inmunes inflamatorias e antiinflamatorias suxire que un desequilibrio entre estes dous tipos de células pode ser unha importante ligazón coa aparición de autoinmunidade.[44] Para a diferenciación de células Th17, ademais do TGF-β1 é necesaria a coactivación por IL-6 procedente de células dendríticas activadas, que serve para activar o factor de transcrición STAT3. Porén, o mecanismo molecular da diferenciación de Th17 non se comprende completamente.[46] Como as células Th17, a diferenza das Th1 e Th2, teñen a capacidade de realizar funcións reguladoras, isto é unha evidencia adicional da función reguladora do TGF-β1 no sistema inmunitario.[47]
O TGF-β ten principalmente efectos inhibidores sobre os linfocitos B. O TGF-β inhibe a proliferación de células B. O mecanismo exacto non se coñece, pero hai probas de que o TGF-β inhibe a proliferación de células B ao inducir o factor de transcrición Id3, inducindo a expresión do inhibidor de quinases dependentes de ciclina 21 (un regulador da progresión do ciclo celular a través das fases G1 e S da interfase), e reprimindo outros xenes reguladores clave como c-myc e ATM.[48][49] O CD40 é unha molécula de superficie clave na activación da resposta inmunitaria innata, que pode inducir a expresión de SMAD7 para inverter a inhibición do crecemento de células B inducido polo TGF-β.[50] O TGF-β tamén bloquea a activación de células B e promove o cambio de clase de IgA tanto en células B humanas coma de rato pero ten doutro modo unha función inhibidora para a produción de anticorpos.[48]
O TGF-β tamén induce a apoptose de células B en repouso e inmaturas; o mecanismo é descoñecido, pero pode solaparase coa súa vía antiproliferativa. O TGF-β regula á baixa a c-myc como na inhibición da proliferación de células B. Tamén se sabe que induce o inhibidor de NF-κB IKBa, inhibindo a activación de NF-κB.[51] O NF-κB é un factor de transcrición que regula a produción de ciotocinas como IL-1, TNF-α, e defensinas, aínda que a súa función na apoptose pode ser separada desta función.
O consenso xeral na literatura é que o TGF-β estimula os monocitos en repouso e inhibe os macrófagos activados. Cos monocitos, o TGF-β funciona como quimioatractor e como regulador á alza de respostas inflamatorias.[52] Porén, o TGF-β regula á baixa a produción de citocinas inflamatorias en monocitos e macrófagos, probablemente pola inhibición antes mencionada de NF-κB.[53] Esta contradición pode deberse a que o efecto de TGF-β é moi dependente do contexto.[54]
O TGF-β crese que desempeña un papel na activación alternativa dos macrófagos observada en ratos, e estes macrófagos manteñen un fenotipo antiinflamatorio. Este fenotipo pérdese nos ratos obesos, os cales non só teñen máis macrófagos que os ratos delgados senón tamén máis macrófagos activados clasicamente que liberan TNF-α e outras citocinas proinflamatorias que contribúen a manter un medio cronicamente proinflamatorio.[55]
O TGF-β xoga un papel crucial na regulación do ciclo celular ao bloquear o avance desde a fase G1 do ciclo. O TGF-β causa a síntese das proteinas p15 e p21, que bloquean o complexo ciclina:CDK responsable da fosforilación da proteína do retinoblastoma (Rb). Así, o TGF-β bloquea o avance a través da fase G1 do ciclo celular.[56] Ao facelo, o TGF-β suprime a expresión de c-myc, un xene que esá implicado na progresión do ciclo celular en G1.[56]
En células normais, o TGF-β, ao actuar sobre a súa vía de sinalización, detén o ciclo celular na fase G1 para parar a proliferación, inducir a diferenciación, ou promover a apoptose. En moitas células cancerosas parte da vía de sinalización de TGF-β está mutada, e o TGF-β xa non controla a célula, polo que estas células cancerosas proliferan. As células estromáticas que as rodean (fibroblastos) tamén proliferan. Ambas as células incrementan a súa produción de TGF-β. Este TGF-β actúa sobre as células estromáticas dos arredores, células inmunes, endoteliais e do músculo liso. Causa a inmunosupresión e a anxioxénese, o que fai que o cancro sexa máis invasivo.[57] O TGF-β tamén converte as células T efectoras, que noirmalmente atacan o cancro cunha reacción inflamatoria (inmune), en células T reguladoras (supresoras), que paran a reacción inflamatoria.
Un estudo animal suxire que o colesterol suprime a resposta de células cardiovasculares ao TGF-β e as súas cualidades protectoras, permitindo así o desenvolvemento da aterosclerose e enfermidades cardíacas, mentres que as estatinas, que son fármacos que rebaixan os niveis de colesterol, poden potenciar a resposta de células cardiovasculares ás accións protectoras do TGF-β.[58]
O TGF-β está implicado na rexeneración do corazón do peixe cebra.
A sinalización de TGF-β tamén xoga probablemente un papel principal na patoxénese da síndrome de Marfan,[59] unha doenza caracterizada pola altura desproporcionada, aracnodactilia, ectopia lentis e complicacións cardíacas como o prolapso da válvula mitral e o agrandamento da válvula aórtica, o que incrementa a probabilidade de disección aórtica. Aínda que o que subxace no defecto da síndrome de Marfan é a insuficiencia na síntese da glicoproteína fibrilina-1, que normalmente é un importante compoñente das fibras elásticas, demostrouse que en ratos afectados o fenotipo da síndrome de Marfan pode aliviarse pola adición de antagonistas do TGF-β.[60] Isto suxire que aínda que os síntomas da síndrome de Marfan poden parecer consistentes co trastorno do tecido conectivo, o mecanismo está máis probablemente relacionado coa redución do secuestro de TGF-β pola fibrilina.[61]
A sinalización do TGF-β está tamén alterado na síndrome de Loeys–Dietz, que está causado polas mutacións no receptor de TGF-β.
A vía de sinalización de TGF-β/SMAD3 é importante na regulación da glicosa e a homeostase de enerxía e podería xogar un papel na nefropatía diabética.
Como se indicou antes na sección sobre os macrófagos, a perda da sinalización de TGF-β na obesidade é un contribuidor ao medio inflamatorio xerado nos casos de obesidade.[55]
As células T reguladoras (iTreg), estimuladas polo TGF-β en presenza de IL-2, suprime o desenvolvemento de encefalite autoinmune experimental (EAE), un modelo animal de esclerose múltiple, por medio dun Foxp3 e a resposta mediada pola IL-10. Isto suxire un posible papel do TGF-β e das iTreg na regulación e tratamento da esclerose múltiple.[62]
Observouse un decrecemento dos niveis de TGF-β en pacientes diagnosticados de esclerose múltiple.[63] O seu papel na esclerose múltiple pode explicarse debido ao papel do TGF-β na regulación da apoptose de células Th17.[63] Cando diminúen os niveis de TGF-β, xa non poden inducir a apoptose das células Th17.[63] As células Th17 segregan TNF-α, que induce a desmielinación da vía oliodendroglial do receptor de TNF 1.[64] A diminución dos niveis de TGF-β dan lugar a un incremento de células Th17 e incrementan os niveis de TNFα.[63] Como resultado, ocorre a desmielenización das neuronas.[63] O TGF-β tamén induce o crecemento dos oligodendrocitos (células produtoras da vaíña de mielina).[63] Por tanto, o decrecemento dos niveis de TGF-β durante a esclerose múltiple pode tamén impedir a remielinación das neuronas.[63]
Atópanse maiores concentracións de TGF-β no sangue e líquido cefalorraquídeo de pacientes de enfermidade de Alzheimer en comparación cos suxietos de conrol,[65] o que suxire un posible papel na fervenza neurodexenerativa que leva ao desenvolvemento dos síntomas e patoloxía da enfermidade de Alzheimer.
En estudos de pacientes de queratocono observouse unha sobreactivación do TGF-β, cun incremento do TGF-β2.[66][67]
Hai probas substanciais en estudos en animais e nalgúns estudos humanos de que o TGF-β do leite materno pode ser un factor inmunorregulador clave no desenvolvemento da resposta inmunitaria dos nenos pequenos, moderando o risco de enfermidade atópica ou autoinmunidade.[68]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
