Transforming growth factor beta ( angl. Transforming growth factor beta, TGF-beta ) je protein (představitel cytokinů ), který řídí proliferaci, buněčnou diferenciaci a další funkce ve většině buněk. Podílí se na imunitní odpovědi, rakovině, kardiovaskulárním onemocnění, diabetes mellitus, Marfanově syndromu, Loyes-Ditsově syndromu, Parkinsonově chorobě a syndromu získané imunodeficience ( AIDS ).
TGF-beta je protein vylučovaný buňkou do extracelulárního prostředí. Existuje alespoň ve třech izoformách: TGF-beta1, TGF-beta2 a TGF-beta3. Tento název byl původně použit pro TGF-beta1, prvního člena této rodiny. Rodina TGF-beta1 je součástí nadrodiny proteinů známých jako superrodina transformujících růstových faktorů, která zahrnuje inhibiny, aktiviny, anti-Müllerovy hormony, kostní morfogenetický protein (BMP), dekapentaplegický proteinový faktor a VG-1.
TGF-beta působí jako antiproliferativní faktor v normálních epiteliálních buňkách a v časných stádiích tumorigeneze.
Některé buňky, které vylučují TGF-beta, pro něj mají také receptory. Tento mechanismus je známý jako autokrinní indukce. Rakovinné buňky zvyšují množství vylučovaného TGF-beta, což ovlivňuje i okolní buňky.
TGF-beta je vylučován mnoha buněčnými typy, včetně makrofágů, v neaktivní (latentní) formě, ve které je fúzován se dvěma dalšími polypeptidy, latentním TGF-beta vazebným proteinem (LTBP) a LAP. Sérové proteinázy, jako je plasmin, katalyzují uvolňování aktivního TGF-beta z komplexu. K tomu často dochází na povrchu makrofágů, kde se latentní komplex TGF-beta váže na receptor CD36 prostřednictvím svého ligandu, trombospondinu-1 (TSP-1). Zánětlivé podněty, které aktivují makrofágy, zvyšují uvolňování aktivního TGF-beta, což způsobuje aktivaci plasminu. Makrofágy mohou také pohltit latentní komplexy TGF-beta vázané na IgG vylučované plazmatickými buňkami endocytózou a poté uvolňovat aktivní TGF-beta do extracelulární tekutiny.
Peptidové struktury všech tří členů rodiny TGF-beta jsou velmi podobné. Všechny jsou kódovány ve vláknu DNA jako velké proteinové prekurzory; TGF-beta1 obsahuje 390 aminokyselin, zatímco TGF-beta2 a TGF-beta3 obsahují 412 aminokyselin. Každý z nich má 20-30 aminokyselinový N-koncový signální peptid, který je nutný pro sekreci z buňky, aktivní LAP (Latency Associated Peptide) prekurzorovou oblast a 112-114 aminokyselinový peptid v C-koncové oblasti, který se stává zralým. Molekula TGF-beta po proteolytickém štěpení z LAP. Zralý protein TGF-beta je dimer a tvoří aktivní molekulu 25 kDa obsahující mnoho konzervovaných strukturních motivů. TGF-beta má 9 konzervovaných cysteinových zbytků, z nichž 8 tvoří disulfidové vazby v molekule, čímž tvoří cysteinový uzel, což je strukturální charakteristika nadrodiny TGF-beta, zatímco devátý cystein tvoří vazbu s devátým cysteinem jiné molekuly TGF-beta, což vede k tvorbě dimeru. Má se za to, že mnoho dalších konzervovaných zbytků v TGF-beta se podílí na tvorbě sekundární struktury prostřednictvím hydrofobních interakcí. Oblast mezi pátým a šestým konzervovaným cysteinem obsahuje nejvíce divergentní oblast molekul TGF-beta, která se nachází na povrchu molekuly a podílí se na interakci receptoru a specificitě TGF-beta.
Rodina TGF-B transformujících růstových faktorů zahrnuje: TGF-B1, TGF-B2, TGF-B3, aktiviny, inhibiny, kostní morfogenní proteiny (BMP), růstové diferenciační faktory (GDF), gliové neurotrofické faktory (neurotrofické faktory odvozené od glií , GDNF), mediátory nazývané "Nodal" a "Lefty", Mullerův inhibitor nebo Mullerova inhibiční látka (MIS).
V současné době je známo asi 40 členů rodiny TGF. Jejich hlavní biologické vlastnosti jsou spojeny s regulací proliferace, diferenciace, mobility a adheze různých buněk, účastí na procesech reprodukce, embryonálního vývoje, regulací růstu nervů, tvorby kostí, krvetvorby, hojení ran a imunologickou tolerancí.
Všichni členové rodiny TGF mají velkou strukturní podobnost, protože homologie v aminokyselinové sekvenci je 25–40 % a konstrukce všech molekul s tvorbou dvou antiparalelních párů b -násobků a oblasti bohaté na cystein je identická.
Většina členů této rodiny tvoří homodimery (vzácně heterodimery) prostřednictvím tvorby disulfidových vazeb zahrnujících 7 aminokyselinových cysteinových zbytků. V tomto případě šest cysteinů tvoří vnitřní disulfidové vazby v každé molekule ve složení dimeru a sedmý cystein se podílí na tvorbě intermolekulární disulfidové vazby, která slouží ke stabilizaci struktury dimeru.
TGF-beta iniciuje apoptózu u většiny typů buněk. TGF-beta může indukovat apoptózu aktivací jedné ze dvou signálních drah: SMAD nebo DAXX .
Signální dráha SMADSignální dráha SMAD je kanonická. Dimery TGF-beta se vážou na receptor typu 2, který se váže na receptor typu 1 a fosforyluje jej. Receptor prvního typu se následně váže na receptor R-SMAD a fosforyluje jej. Jeden z R-SMAD, SMAD3, se podílí na indukci apoptózy. R-SMAD se poté váže na konvenční SMAD (SMAD4) a tvoří heterodimerní komplex. Tento komplex vstupuje do buněčného jádra, kde působí jako transkripční faktor pro různé geny, včetně těch genů, které aktivují mitogenem aktivovanou proteinkinázovou dráhu, která je spouštěčem apoptózy.
Signální cesta DAXXTGF-beta také spouští apoptózu prostřednictvím DAXX (protein 6 spojený se smrtí). Ukázalo se, že DAXX se váže na druhý typ receptoru TGF-beta a váže se na něj.
TGF-beta hraje důležitou roli v regulaci buněčného cyklu. TGF-beta způsobuje syntézu proteinů p15 a p21, které blokují komplex cyklin/CDK zodpovědný za fosforylaci proteinu retinoblastomu (Rb). TGF-beta tedy potlačuje expresi mus genu (c-myc), který se podílí na postupu G1 fáze buněčného cyklu. V důsledku toho TGF-beta blokuje přechod přes G1 fázi buněčného cyklu.
Předpokládá se, že TGF-beta hraje důležitou roli v regulaci imunitního systému. Prostřednictvím proteinu Foxp3 ovlivňuje regulační T buňky a T helpery17. Ukázalo se, že TGF-beta blokuje aktivaci lymfocytů a makrofágů.
V normálních buňkách TGF-beta, působící prostřednictvím své signální dráhy, blokuje buněčný cyklus ve fázi G1, zastavuje proliferaci, vyvolává apoptózu nebo diferenciaci. Když se buňka stane rakovinnou, části signální dráhy TGF-beta mutují a TGF-beta již buňku neřídí. Tyto rakovinné buňky se neustále dělí. Proliferují také fibroblasty (obklopující stromální buňky). Oba typy buněk zvyšují produkci TGF-beta. TGF-beta působí na okolní stromální buňky, imunitní buňky, endotelové buňky a buňky hladkého svalstva. To vede k potlačení imunitní odpovědi a angiogeneze, což činí rakovinu "agresivnější". TGF-beta také převádí efektorové T buňky, které normálně napadají rakovinné buňky v zánětlivé (imunitní) reakci, na regulační (supresorové) T buňky, které zánětlivou reakci vypínají.
Jedna studie na zvířatech ukazuje, že cholesterol potlačuje reakci kardiovaskulárních buněk na TGF-beta a jejich ochranné vlastnosti, což umožňuje rozvoj aterosklerózy , zatímco statiny (léky snižující cholesterol) mohou zvýšit náchylnost kardiovaskulárních buněk k ochrannému účinku. TGF-beta .
Indukce TGF-beta také hraje významnou roli v patogenezi Marfanova syndromu . Hlavní defekt u Marfanova syndromu nastává v důsledku poruchy syntézy glykoproteinu a fibrilinu I, který je za normálních okolností důležitou součástí elastických vláken. Bylo prokázáno, že když byl myším s Marfanovým syndromem podáván antagonista TGF-beta, symptomy Marfanova syndromu zmizely. To potvrzuje, že ačkoli jsou příznaky Marfanova syndromu podobné jako u jiných onemocnění pojivové tkáně, mechanismus jeho rozvoje je pravděpodobně spojen se sníženou vazbou TGF-beta na fibrillin.
Signální dráha TGF-beta je také narušena u Loyets-Ditsova syndromu, který je způsoben mutacemi receptorů TGF-beta.
V krvi a mozkomíšním moku pacientů s Alzheimerovou chorobou byla ve srovnání s kontrolou zjištěna dostatečně vysoká koncentrace TGF-beta.
To naznačuje možnou roli tohoto proteinu v degenerativní kaskádě vedoucí k symptomům patologie Alzheimerovy choroby. Hyperaktivace dráhy TGF-beta se zvýšením koncentrace TGF-beta2 je podle literatury charakteristická pro pacienty trpící keratokonem.
Existují tři hlavní typy TGF-beta: TGF-beta1, TGF-beta2, TGF-beta3. Existuje další typ: prekurzor TGF-beta4. Byl objeven jako gen, který zvyšuje svou aktivitu během premenstruační fáze ve stromatu endometria a nazývá se EBAF. Později se ukázalo, že tento protein se podílí na určování pravo-levé asymetrie u obratlovců a dostal název lefty2.
TGF-beta se podílí na regulaci nejdůležitějších typů buněčné aktivity. Je známa pouze malá část drah, které aktivují TGF-beta. Některé ze známých drah jsou specifické pro buněčný typ nebo tkáňově specifické, zatímco jiné se nacházejí v různých typech buněk a tkání. Proteázy, integriny, pH a reaktivní formy kyslíku jsou jen některé ze současně známých faktorů, které mohou aktivovat TGF-beta. Je dobře známo, že kolísání těchto aktivačních faktorů může vést k neregulovaným změnám signální dráhy TGF-beta, což může vést k řadě komplikací, včetně zánětu, autoimunitních onemocnění, fibrózy, rakoviny a šedého zákalu. Ve většině případů bude aktivovaný ligand TGF-beta iniciovat signální kaskádu TGF-beta tak dlouho, dokud jsou receptory TGF-beta typu I a II v dosahu; je to způsobeno vysokou afinitou mezi TGF-beta a jeho receptory.
Všechny tři typy TGF-beta jsou syntetizovány jako prekurzorové molekuly obsahující TGF-beta homodimer a další oblast. Jakmile je homodimer TGF-beta syntetizován, interaguje s LAP (protein odvozený z N-terminální oblasti produktu genu TGF-beta) za vzniku sloučeniny zvané SLC. Tento komplex zůstává v buňce tak dlouho, dokud je vázán jiným proteinem zvaným LTBP, čímž vzniká velký komplex zvaný LLC.
Ve většině případů, před sekrecí, je prekurzor TGF-beta odštěpen z propeptidu, ale zůstává spojen s tímto komplexem prostřednictvím nekovalentních vazeb. Po jeho sekreci zůstává v extracelulární matrix jako neaktivovaný komplex obsahující LTBP a LAP, který je nutné dále zpracovávat, aby se uvolnil aktivní TGF-beta.
TGF-beta se váže na LTBP prostřednictvím disulfidových můstků, což mu umožňuje zůstat neaktivní a brání mu ve vazbě na receptory. Protože různé buněčné mechanismy vyžadují různé úrovně signálních drah TGF-beta, neaktivní komplex tohoto cytokinu umožňuje jemnou regulaci signalizace TGF-beta.
Existují čtyři různé izoformy LTBP: LTBP-1, LTBP-2, LTBP-3 a LTBP-4. Mutace nebo změny v LAP nebo LTBP mohou vést k nesprávné signalizaci signální dráhy TGF-beta. Myši postrádající LTBP-3 nebo LTBP-4 vykazují fenotypy podobné těm myším se změněnou TGF-p signální dráhou. Kromě toho mají specifické izoformy LTBP tendenci asociovat se se specifickými izoformami TGF-beta LAP. Například LTBP-4 se váže pouze na TGF-beta1. Mutace v LTBP-4 tedy mohou vést ke komplikacím spojeným se signální dráhou TGF-beta v tkáních, kde je TGF-beta1 převážně zapojen. Navíc díky strukturálním rozdílům vznikají v rámci LAP různé latentní komplexy TGF-beta, které jsou selektivní pro konkrétní aktivátory.
Plazmin a mnohé matrixové metaloproteinázy (MMP) hrají klíčovou roli ve vývoji nádorové invaze a remodelaci tkání tím, že indukují proteolýzu některých složek extracelulární matrix. Proces aktivace TGF-beta je spojen s uvolňováním LLC z matrice, což vede k další proteolýze LAP a umožňuje TGF-beta interakci s jeho receptory. MMP-9 a MMP-2 štěpí latentní TGF-beta. Komplex LAP obsahuje oblast smyčky reagující na protázu, která může být potenciálním cílem pro uvolňování TGF-beta. Ačkoli se ukázalo, že MMP hraje klíčovou roli v aktivaci TGF-beta, myši s mutacemi v těchto genech mohou stále aktivovat TGF-beta a nemají fenotyp s deficitem TGF-beta; to může odrážet redundanci v počtu aktivujících enzymů, což naznačuje, že do tohoto procesu mohou být zapojeny další neznámé proteázy.
Kyselé podmínky mohou denaturovat LAP. Expozice prostředí s extrémním pH (1,5 nebo 12) vede k výrazné aktivaci TGF-beta, zatímco při střední kyselosti (pH 4,5) je při vysoké hodnotě (při pH 1,5) dosaženo pouze 20-30 % aktivity. .
Struktura LAP je důležitá pro zachování jeho funkcí. Strukturální modifikace LAP může narušit interakci mezi LAP a TGF-beta, a tak aktivovat TGF-beta. Faktory, které mohou způsobit takové změny, mohou zahrnovat hydroxylové radikály generované z reaktivních forem kyslíku (ROS). TGF-beta je rychle aktivován vystavením ROS generovanému zářením.
Trombospondin-1 (TSP-1) je protein extracelulární matrix nacházející se v plazmě zdravých pacientů v koncentracích v rozmezí od 50 do 250 ng/ml. Je známo, že hladiny TSP-1 se zvyšují v reakci na zranění a během vývoje. TSP-1 aktivuje latentní TGF-beta přímou interakcí s latentním TGF-beta komplexem a indukuje konformační přeuspořádání, které mu brání ve vazbě na zralý TGF-beta.
Selektivním inhibitorem TGFβRI/ALK5 je RepSox , který inhibuje vazbu ATP na TGFβRI a následnou fosforylaci TGFβRI, čímž potlačuje signalizaci TGF-β. [1] SB-431542 [2] a A83-01 také inhibují TGFβRI/ALK5 a receptor typu I ALK4/7 . [3] Galunisertib je také selektivní a silný inhibitor TGFβRI kinázy . [čtyři]