Transforming growth factor beta ( eng. Transforming growth factor beta, TGF-beta ) är ett protein (en representant för cytokiner ) som kontrollerar proliferation, celldifferentiering och andra funktioner i de flesta celler. Involverad i immunsvaret, cancer, hjärt-kärlsjukdomar, diabetes mellitus, Marfans syndrom, Loyes-Dits syndrom, Parkinsons sjukdom och förvärvat immunbristsyndrom ( AIDS ).
TGF-beta är ett protein som utsöndras av cellen till den extracellulära miljön. Det finns i minst tre isoformer: TGF-beta1, TGF-beta2 och TGF-beta3. Detta namn användes ursprungligen för TGF-beta1, den första medlemmen i denna familj. TGF-beta1-familjen är en del av en superfamilj av proteiner som kallas den transformerande tillväxtfaktorsuperfamiljen, som inkluderar inhibiner, aktiviner, anti-Mülleriska hormoner, benmorfogenetiskt protein (BMP), dekapentaplegi proteinfaktor och VG-1.
TGF-beta fungerar som en antiproliferativ faktor i normala epitelceller och i de tidiga stadierna av tumörbildning.
Vissa celler som utsöndrar TGF-beta har också receptorer för det. Denna mekanism är känd som autokrin induktion. Cancerceller ökar mängden TGF-beta som utsöndras, vilket också påverkar omgivande celler.
TGF-beta utsöndras av många celltyper, inklusive makrofager, i en inaktiv (latent) form i vilken den är sammansmält med två andra polypeptider, latent TGF-beta-bindande protein (LTBP) och LAP. Serumproteinaser såsom plasmin katalyserar frisättningen av aktiv TGF-beta från komplexet. Detta inträffar ofta på makrofagytan, där det latenta TGF-beta-komplexet binder till CD36-receptorn genom sin ligand, trombospondin-1 (TSP-1). Inflammatoriska stimuli som aktiverar makrofager ökar frisättningen av aktiv TGF-beta, vilket orsakar plasminaktivering. Makrofager kan också uppsluka IgG-bundna latenta TGF-beta-komplex som utsöndras av plasmaceller genom endocytos och sedan frisätta aktiv TGF-beta i den extracellulära vätskan.
Peptidstrukturerna för alla tre medlemmarna av TGF-beta-familjen är mycket lika. De är alla kodade i DNA-strängen som stora proteinprekursorer; TGF-beta1 innehåller 390 aminosyror, medan TGF-beta2 och TGF-beta3 innehåller 412 aminosyror. Var och en har en 20-30 aminosyror N-terminal signalpeptid som krävs för utsöndring från cellen, en aktiv LAP (Latency Associated Peptide) prekursorregion och en 112-114 aminosyror peptid i den C-terminala regionen som blir mogen TGF-beta-molekyl efter proteolytisk klyvning från LAP. Det mogna TGF-beta-proteinet är en dimer och bildar en aktiv 25 kDa-molekyl som innehåller många konserverade strukturella motiv. TGF-beta har 9 konserverade cysteinrester, varav 8 bildar disulfidbindningar inom molekylen, vilket bildar en cysteinknut, vilket är en strukturell egenskap hos TGF-beta-superfamiljen, medan den nionde cysteinen bildar en bindning med det nionde cysteinet av en annan TGF-beta-molekyl, vilket resulterar i bildandet av en dimer. Många andra konserverade rester i TGF-beta tros vara involverade i sekundär strukturbildning via hydrofoba interaktioner. Regionen mellan det femte och sjätte konserverade cysteinet innehåller den mest divergerande regionen av TGF-beta-molekyler, som ligger på ytan av molekylen och är involverad i receptorinteraktion och TGF-beta-specificitet.
TGF-B-familjen av transformerande tillväxtfaktorer inkluderar: TGF-B1, TGF-B2, TGF-B3, aktiviner, inhibiner, benmorfogena proteiner (BMP), tillväxtdifferentieringsfaktorer (GDF), gliala neurotrofiska faktorer (glialhärledda neurotrofiska faktorer). , GDNF), mediatorer som kallas "Nodal" och "Lefty", en Muller-hämmare eller en Mullerian-hämmande substans (MIS).
Omkring 40 medlemmar av TGF-familjen är för närvarande kända. Deras huvudsakliga biologiska egenskaper är förknippade med regleringen av proliferation, differentiering, rörlighet och vidhäftning av olika celler, deltagande i processerna för reproduktion, embryonal utveckling, reglering av nervtillväxt, benbildning, hematopoiesis, sårläkning och immunologisk tolerans.
Alla medlemmar av TGF-familjen har stor strukturell likhet, eftersom homologin i aminosyrasekvensen är 25–40 % och konstruktionen av alla molekyler med bildandet av två antiparallella par av b -veck och en cysteinrik region är identisk.
De flesta medlemmar av denna familj bildar homodimerer (sällan heterodimerer) genom bildandet av disulfidbindningar som involverar 7 aminosyror av cysteinrester. I det här fallet bildar sex cysteiner interna disulfidbindningar i varje molekyl i dimerens sammansättning, och den sjunde cysteinen är involverad i bildandet av en intermolekylär disulfidbindning, som tjänar till att stabilisera dimerstrukturen.
TGF-beta initierar apoptos i de flesta celltyper. TGF-beta kan inducera apoptos genom att aktivera någon av två signalvägar: SMAD eller DAXX .
SMAD-signalvägSMAD-signalvägen är kanonisk. TGF-beta-dimerer binder till en typ 2-receptor, som fäster till och fosforylerar en typ 1-receptor. Den första typen av receptor fäster därefter till och fosforylerar R-SMAD-receptorn. En av R-SMADs, SMAD3, är involverad i induktionen av apoptos. R-SMAD binder sedan till konventionell SMAD (SMAD4) och bildar ett heterodimert komplex. Detta komplex kommer in i cellkärnan, där det fungerar som en transkriptionsfaktor för olika gener, inklusive de gener som aktiverar den mitogenaktiverade proteinkinasvägen, som är utlösaren för apoptos.
DAXX signalvägTGF-beta utlöser också apoptos via DAXX (dödsassocierat protein 6). DAXX har visat sig binda till och binda till den andra typen av TGF-beta-receptor.
TGF-beta spelar en viktig roll i cellcykelreglering. TGF-beta orsakar syntesen av p15- och p21-proteiner, som blockerar cyklin/CDK-komplexet som ansvarar för fosforylering av retinoblastomprotein (Rb). Således undertrycker TGF-beta uttrycket av mus-genen (c-myc), som är involverad i fortskridandet av G1-fasen av cellcykeln. Som ett resultat blockerar TGF-beta övergången genom G1-fasen av cellcykeln.
TGF-beta tros spela en viktig roll i regleringen av immunsystemet. Genom Foxp3-proteinet påverkar det regulatoriska T-celler och T-hjälpare17. Det visade sig att TGF-beta blockerar aktiveringen av lymfocyter och makrofager.
I normala celler blockerar TGF-beta, som verkar genom sin signalväg, cellcykeln i G1-stadiet, stoppar proliferation, inducerar apoptos eller differentiering. När en cell blir cancerös, muterar delar av TGF-beta-signalvägen och TGF-beta kontrollerar inte längre cellen. Dessa cancerceller delar sig hela tiden. Fibroblaster (omgivande stromaceller) förökar sig också. Båda celltyperna ökar produktionen av TGF-beta. TGF-beta verkar på omgivande stromaceller, immunceller, endotelceller och glatta muskelceller. Detta leder till undertryckande av immunsvaret och angiogenes, vilket gör cancern mer "aggressiv". TGF-beta omvandlar också effektor-T-celler, som normalt angriper cancerceller i en inflammatorisk (immun) respons, till reglerande (suppressor) T-celler, som stänger av det inflammatoriska svaret.
En djurstudie visar att kolesterol undertrycker kardiovaskulära cellers svar på TGF-beta och deras skyddande egenskaper, vilket möjliggör utveckling av åderförkalkning , medan statiner (läkemedel som sänker kolesterolet) kan öka kardiovaskulära cellers mottaglighet för en skyddande effekt. TGF-beta .
TGF-beta-induktion spelar också en betydande roll i patogenesen av Marfans syndrom . Den huvudsakliga defekten i Marfans syndrom uppstår på grund av ett fel i syntesen av glykoprotein och fibrillin I, som normalt är en viktig komponent i elastiska fibrer. Det visades att när möss med Marfans syndrom administrerades med en TGF-beta-antagonist försvann symtomen på Marfans syndrom. Detta bekräftar att, även om symtomen på Marfans syndrom liknar de för andra bindvävssjukdomar, är mekanismen för dess utveckling troligen associerad med minskad bindning av TGF-beta av fibrillin.
TGF-beta-signalvägen är också försämrad vid Loyets-Dits syndrom, som orsakas av mutationer i TGF-beta-receptorer.
En tillräckligt hög koncentration av TGF-beta hittades i blodet och cerebrospinalvätskan hos patienter med Alzheimers sjukdom jämfört med kontrollen.
Detta antyder en möjlig roll för detta protein i den degenerativa kaskaden som leder till symtom på patologin för Alzheimers sjukdom. Enligt litteraturen är hyperaktivering av TGF-beta-vägen med en ökning av koncentrationen av TGF-beta2 karakteristisk för patienter som lider av keratokonus.
Det finns tre huvudtyper av TGF-beta: TGF-beta1, TGF-beta2, TGF-beta3. Det finns en annan typ: TGF-beta4-prekursor. Den upptäcktes som en gen som ökar sin aktivitet under den premenstruella fasen i endometriestroma och kallas EBAF. Detta protein visade sig senare vara involverat i bestämningen av höger-vänster-asymmetri hos ryggradsdjur och fick namnet lefty2.
TGF-beta är involverad i regleringen av de viktigaste typerna av cellulär aktivitet. Endast en liten del av de vägar som aktiverar TGF-beta är kända. Några av de kända vägarna är celltypsspecifika eller vävnadsspecifika, medan andra finns i en mängd olika celltyper och vävnader. Proteaser, integriner, pH och reaktiva syrearter är bara några av de för närvarande kända faktorerna som kan aktivera TGF-beta. Det är välkänt att fluktuationer i dessa aktiverande faktorer kan leda till oreglerade förändringar i TGF-beta-signalvägen, vilket kan leda till ett antal komplikationer, inklusive inflammation, autoimmun sjukdom, fibros, cancer och grå starr. I de flesta fall kommer en aktiverad TGF-beta-ligand att initiera TGF-beta-signaleringskaskaden så länge som TGF-beta typ I- och II-receptorerna är inom räckhåll; detta beror på den höga affiniteten mellan TGF-beta och dess receptorer.
Alla tre typerna av TGF-beta syntetiseras som prekursormolekyler innehållande TGF-beta-homodimeren och en ytterligare region. När den väl syntetiserats interagerar TGF-beta-homodimeren med LAP (ett protein som härrör från den N-terminala regionen av TGF-beta-genprodukten) för att bilda en förening som kallas SLC. Detta komplex förblir i cellen så länge som det är bundet av ett annat protein som kallas LTBP och bildar ett stort komplex som kallas LLC.
I de flesta fall, före utsöndring, klyvs TGF-beta-prekursorn från propeptiden, men förblir associerad med detta komplex genom icke-kovalenta bindningar. Efter dess utsöndring förblir det i den extracellulära matrisen som ett oaktiverat komplex innehållande LTBP och LAP, som måste bearbetas ytterligare för att frigöra aktiv TGF-beta.
TGF-beta binder till LTBP genom disulfidbryggor, vilket gör att det förblir inaktivt, vilket hindrar det från att binda till receptorer. Eftersom olika cellulära mekanismer kräver olika nivåer av TGF-beta-signaleringsvägar, tillåter det inaktiva komplexet av denna cytokin finreglering av TGF-beta-signalering.
Det finns fyra olika isoformer av LTBP: LTBP-1, LTBP-2, LTBP-3 och LTBP-4. Mutation eller förändringar i LAP eller LTBP kan leda till felaktig signalering av TGF-beta-signalvägen. Möss som saknar LTBP-3 eller LTBP-4 visar fenotyper som liknar de hos möss med en förändrad TGF-β-signalväg. Dessutom tenderar specifika LTBP-isoformer att associera med specifika TGF-beta LAP-isoformer. Till exempel binder LTBP-4 endast till TGF-beta1. Således kan mutationer i LTBP-4 leda till komplikationer associerade med TGF-beta-signalvägen i vävnader där TGF-beta1 är övervägande involverad. Dessutom, på grund av strukturella skillnader, bildas olika latenta TGF-beta-komplex inom LAP, som är selektiva för specifika aktivatorer.
Plasmin och många matrismetalloproteinaser (MMP) spelar en nyckelroll i utvecklingen av tumörinvasion och vävnadsombildning genom att inducera proteolys av vissa komponenter i den extracellulära matrisen. Aktiveringsprocessen av TGF-beta är associerad med frisättningen av LLC från matrisen, vilket leder till ytterligare LAP-proteolys och tillåter TGF-beta att interagera med dess receptorer. MMP-9 och MMP-2 klyver latent TGF-beta. LAP-komplexet innehåller en protasreagerande loopregion som kan vara ett potentiellt mål för TGF-beta-frisättning. Även om MMP har visat sig spela en nyckelroll i TGF-beta-aktivering, kan möss med mutationer i dessa gener fortfarande aktivera TGF-beta och har inte den TGF-beta-defekta fenotypen; detta kan återspegla en redundans i antalet aktiverande enzymer, vilket tyder på att andra okända proteaser kan vara involverade i denna process.
Sura tillstånd kan denaturera LAP. Exponering för en miljö med extremt pH (1,5 eller 12) leder till en betydande aktivering av TGF-beta, medan vid måttlig surhet (pH 4,5) endast 20-30% av aktiviteten uppnås vid ett högt värde (vid pH 1,5) .
LAP:s struktur är viktig för att upprätthålla dess funktioner. Strukturell modifiering av LAP kan störa interaktionen mellan LAP och TGF-beta, och därmed aktivera TGF-beta. Faktorer som kan orsaka sådana förändringar kan innefatta hydroxylradikaler som genereras från reaktiva syreämnen (ROS). TGF-beta aktiveras snabbt genom exponering för ROS som genereras av strålning.
Trombospondin-1 (TSP-1) är ett extracellulärt matrisprotein som finns i plasma från friska patienter i koncentrationer från 50 till 250 ng/ml. TSP-1-nivåer är kända för att öka som svar på skada och under utveckling. TSP-1 aktiverar latent TGF-beta genom att interagera direkt med det latenta TGF-beta-komplexet och inducerar en konformationell omarrangering som hindrar den från att binda till mogen TGF-beta.
En selektiv hämmare av TGFβRI/ALK5 är RepSox , som hämmar ATP -bindning till TGFβRI och efterföljande TGFβRI-fosforylering, och på så sätt undertrycker TGF-β-signalering. [1] SB-431542 [2] och A83-01 hämmar också TGFβRI/ALK5 och typ I-receptorn ALK4/7 . [3] Galunisertib är också en selektiv och potent TGFβRI- kinashämmare . [fyra]