Transforming growth factor beta ( eng. Transforming growth factor beta, TGF-beta ) er et protein (en repræsentant for cytokiner ), der styrer proliferation, celledifferentiering og andre funktioner i de fleste celler. Involveret i immunrespons, cancer, hjerte-kar-sygdomme, diabetes mellitus, Marfans syndrom, Loyes-Dits syndrom, Parkinsons sygdom og erhvervet immundefektsyndrom ( AIDS ).
TGF-beta er et protein, der udskilles af cellen til det ekstracellulære miljø. Det findes i mindst tre isoformer: TGF-beta1, TGF-beta2 og TGF-beta3. Dette navn blev oprindeligt brugt til TGF-beta1, det første medlem af denne familie. TGF-beta1-familien er en del af en superfamilie af proteiner kendt som den transformerende vækstfaktor-superfamilie, som omfatter inhibiner, activiner, anti-Müller-hormoner, knoglemorfogenetisk protein (BMP), decapentaplegisk proteinfaktor og VG-1.
TGF-beta virker som en antiproliferativ faktor i normale epitelceller og i de tidlige stadier af tumorigenese.
Nogle celler, der udskiller TGF-beta, har også receptorer for det. Denne mekanisme er kendt som autokrin induktion. Kræftceller øger mængden af udskilt TGF-beta, hvilket også påvirker omgivende celler.
TGF-beta udskilles af mange celletyper, herunder makrofager, i en inaktiv (latent) form, hvori det er fusioneret til to andre polypeptider, latent TGF-beta-bindende protein (LTBP) og LAP. Serumproteinaser såsom plasmin katalyserer frigivelsen af aktiv TGF-beta fra komplekset. Dette sker ofte på makrofagoverfladen, hvor det latente TGF-beta-kompleks binder til CD36-receptoren gennem dens ligand, thrombospondin-1 (TSP-1). Inflammatoriske stimuli, der aktiverer makrofager, øger frigivelsen af aktiv TGF-beta, hvilket forårsager plasminaktivering. Makrofager kan også opsluge IgG-bundne latente TGF-beta-komplekser udskilt af plasmaceller ved endocytose og derefter frigive aktiv TGF-beta til den ekstracellulære væske.
Peptidstrukturerne for alle tre medlemmer af TGF-beta-familien er meget ens. De er alle kodet i DNA-strengen som store proteinprækursorer; TGF-beta1 indeholder 390 aminosyrer, mens TGF-beta2 og TGF-beta3 indeholder 412 aminosyrer. Hver har et N-terminalt signalpeptid på 20-30 aminosyrer, der kræves til sekretion fra cellen, en aktiv LAP (Latency Associated Peptide) precursorregion og et 112-114 aminosyrepeptid i den C-terminale region, der bliver moden TGF-beta-molekyle efter proteolytisk spaltning fra LAP. Det modne TGF-beta-protein er en dimer og danner et aktivt 25 kDa-molekyle indeholdende mange konserverede strukturelle motiver. TGF-beta har 9 konserverede cysteinrester, hvoraf 8 danner disulfidbindinger inde i molekylet og danner dermed en cysteinknude, som er en strukturel karakteristik af TGF-beta-superfamilien, mens den niende cystein danner en binding med den niende cystein af et andet TGF-beta-molekyle, hvilket resulterer i dannelsen af en dimer. Mange andre konserverede rester i TGF-beta menes at være involveret i sekundær strukturdannelse via hydrofobe interaktioner. Regionen mellem den femte og sjette konserverede cystein indeholder den mest divergerende region af TGF-beta-molekyler, som er placeret på overfladen af molekylet og er involveret i receptorinteraktion og TGF-beta-specificitet.
TGF-B-familien af transformerende vækstfaktorer inkluderer: TGF-B1, TGF-B2, TGF-B3, activiner, inhibiner, knoglemorfogene proteiner (BMP), vækstdifferentieringsfaktorer (GDF), gliale neurotrofiske faktorer (gliale-afledte neurotrofiske faktorer). , GDNF), mediatorer kaldet "Nodal" og "Lefty", en Muller-inhibitor eller en Mullerian-hæmmende substans (MIS).
Omkring 40 medlemmer af TGF-familien er i øjeblikket kendt. Deres vigtigste biologiske egenskaber er forbundet med regulering af spredning, differentiering, mobilitet og adhæsion af forskellige celler, deltagelse i processerne for reproduktion, embryonal udvikling, regulering af nervevækst, knogledannelse, hæmatopoiesis, sårheling og immunologisk tolerance.
Alle medlemmer af TGF-familien har stor strukturel lighed, da homologien i aminosyresekvensen er 25-40% og konstruktionen af alle molekyler med dannelse af to antiparallelle par af b -fold og en cysteinrig region er identisk.
De fleste medlemmer af denne familie danner homodimerer (sjældent heterodimerer) gennem dannelsen af disulfidbindinger, der involverer 7 aminosyre-cysteinrester. I dette tilfælde danner seks cysteiner interne disulfidbindinger i hvert molekyle i sammensætningen af dimeren, og den syvende cystein er involveret i dannelsen af en intermolekylær disulfidbinding, som tjener til at stabilisere dimerstrukturen.
TGF-beta initierer apoptose i de fleste celletyper. TGF-beta kan inducere apoptose ved at aktivere en af to signalveje: SMAD eller DAXX .
SMAD-signalvejSMAD-signalvejen er kanonisk. TGF-beta dimerer binder til en type 2 receptor, som binder til og phosphorylerer en type 1 receptor. Den første type receptor binder sig efterfølgende til og phosphorylerer R-SMAD-receptoren. En af R-SMAD'erne, SMAD3, er involveret i induktionen af apoptose. R-SMAD binder derefter til konventionel SMAD (SMAD4) og danner et heterodimert kompleks. Dette kompleks kommer ind i cellekernen, hvor det fungerer som en transkriptionsfaktor for forskellige gener, herunder de gener, der aktiverer den mitogenaktiverede proteinkinase-vej, som er udløseren for apoptose.
DAXX signalvejTGF-beta udløser også apoptose via DAXX (dødsassocieret protein 6). DAXX har vist sig at binde til og binde til den anden type TGF-beta-receptor.
TGF-beta spiller en vigtig rolle i cellecyklusregulering. TGF-beta forårsager syntesen af p15- og p21-proteiner, som blokerer cyclin/CDK-komplekset, der er ansvarligt for phosphorylering af retinoblastomprotein (Rb). Således undertrykker TGF-beta ekspressionen af mus-genet (c-myc), som er involveret i fremskridtet af G1-fasen af cellecyklussen. Som et resultat blokerer TGF-beta overgangen gennem G1-fasen af cellecyklussen.
TGF-beta menes at spille en vigtig rolle i reguleringen af immunsystemet. Gennem Foxp3-proteinet påvirker det regulatoriske T-celler og T-hjælpere17. Det viste sig, at TGF-beta blokerer aktiveringen af lymfocytter og makrofager.
I normale celler blokerer TGF-beta, der virker gennem sin signalvej, cellecyklussen på G1-stadiet, standser proliferation, inducerer apoptose eller differentiering. Når en celle bliver kræft, muterer dele af TGF-beta-signalvejen, og TGF-beta kontrollerer ikke længere cellen. Disse kræftceller deler sig konstant. Fibroblaster (omgivende stromaceller) formerer sig også. Begge celletyper øger produktionen af TGF-beta. TGF-beta virker på omgivende stromaceller, immunceller, endotelceller og glatte muskelceller. Dette fører til undertrykkelse af immunresponset og angiogenese, hvilket gør kræften mere "aggressiv". TGF-beta omdanner også effektor-T-celler, som normalt angriber cancerceller i en inflammatorisk (immun) reaktion, til regulerende (suppressor) T-celler, som slukker for den inflammatoriske reaktion.
Et dyreforsøg viser, at kolesterol undertrykker kardiovaskulære cellers reaktion på TGF-beta og deres beskyttende egenskaber, hvilket muliggør udviklingen af åreforkalkning , mens statiner (lægemidler, der sænker kolesterol) kan øge hjerte-kar-cellers modtagelighed for en beskyttende virkning. TGF-beta .
TGF-beta-induktion spiller også en væsentlig rolle i patogenesen af Marfans syndrom . Hovedfejlen i Marfans syndrom opstår på grund af en funktionsfejl i syntesen af glycoprotein og fibrillin I, som normalt er en vigtig bestanddel af elastiske fibre. Det blev vist, at når mus med Marfans syndrom blev administreret med en TGF-beta-antagonist, forsvandt symptomerne på Marfans syndrom. Dette bekræfter, at selvom symptomerne på Marfans syndrom ligner symptomerne på andre bindevævssygdomme, er mekanismen for dets udvikling sandsynligvis forbundet med reduceret binding af TGF-beta af fibrillin.
TGF-beta-signalvejen er også svækket ved Loyets-Dits syndrom, som er forårsaget af mutationer i TGF-beta-receptorer.
En tilstrækkelig høj koncentration af TGF-beta blev fundet i blodet og cerebrospinalvæsken hos patienter med Alzheimers sygdom sammenlignet med kontrollen.
Dette antyder en mulig rolle for dette protein i den degenerative kaskade, der fører til symptomer på patologien af Alzheimers sygdom. Ifølge litteraturen er hyperaktivering af TGF-beta-vejen med en stigning i koncentrationen af TGF-beta2 karakteristisk for patienter, der lider af keratoconus.
Der er tre hovedtyper af TGF-beta: TGF-beta1, TGF-beta2, TGF-beta3. Der er en anden type: TGF-beta4 precursor. Det blev opdaget som et gen, der øger dets aktivitet i den præmenstruelle fase i endometriestroma og kaldes EBAF. Dette protein blev senere vist at være involveret i bestemmelsen af højre-venstre asymmetri hos hvirveldyr og fik navnet lefty2.
TGF-beta er involveret i reguleringen af de vigtigste typer af cellulær aktivitet. Kun en lille del af de veje, der aktiverer TGF-beta, er kendt. Nogle af de kendte veje er celletypespecifikke eller vævsspecifikke, mens andre findes i en række forskellige celletyper og væv. Proteaser, integriner, pH og reaktive oxygenarter er blot nogle af de i øjeblikket kendte faktorer, der kan aktivere TGF-beta. Det er velkendt, at udsving i disse aktiverende faktorer kan føre til uregulerede ændringer i TGF-beta-signalvejen, hvilket kan føre til en række komplikationer, herunder inflammation, autoimmun sygdom, fibrose, cancer og grå stær. I de fleste tilfælde vil en aktiveret TGF-beta-ligand initiere TGF-beta-signaleringskaskaden, så længe TGF-beta type I- og II-receptorerne er inden for rækkevidde; dette skyldes den høje affinitet mellem TGF-beta og dets receptorer.
Alle tre typer af TGF-beta syntetiseres som precursormolekyler indeholdende TGF-beta-homodimeren og en yderligere region. Når først den er syntetiseret, interagerer TGF-beta-homodimeren med LAP (et protein afledt af den N-terminale region af TGF-beta-genproduktet) for at danne en forbindelse kaldet SLC. Dette kompleks forbliver i cellen, så længe det er bundet af et andet protein kaldet LTBP, og danner et stort kompleks kaldet LLC.
I de fleste tilfælde, før sekretion, spaltes TGF-beta-precursoren fra propeptidet, men forbliver forbundet med dette kompleks gennem ikke-kovalente bindinger. Efter dets sekretion forbliver det i den ekstracellulære matrix som et uaktiveret kompleks indeholdende LTBP og LAP, som skal behandles yderligere for at frigive aktiv TGF-beta.
TGF-beta binder til LTBP gennem disulfidbroer, hvilket gør det muligt at forblive inaktivt, hvilket forhindrer det i at binde til receptorer. Da forskellige cellulære mekanismer kræver forskellige niveauer af TGF-beta-signaleringsveje, tillader det inaktive kompleks af dette cytokin finregulering af TGF-beta-signalering.
Der er fire forskellige isoformer af LTBP: LTBP-1, LTBP-2, LTBP-3 og LTBP-4. Mutation eller ændringer i LAP eller LTBP kan føre til forkert signalering af TGF-beta-signalvejen. Mus, der mangler LTBP-3 eller LTBP-4, viser fænotyper, der ligner dem hos mus med en ændret TGF-β-signalvej. Derudover har specifikke LTBP-isoformer tendens til at associere med specifikke TGF-beta LAP-isoformer. For eksempel binder LTBP-4 kun til TGF-beta1. Mutationer i LTBP-4 kan således føre til komplikationer forbundet med TGF-beta-signalvejen i væv, hvor TGF-beta1 overvejende er involveret. På grund af strukturelle forskelle dannes der desuden forskellige latente TGF-beta-komplekser i LAP, som er selektive for specifikke aktivatorer.
Plasmin og mange matrixmetalloproteinaser (MMP'er) spiller en nøglerolle i udviklingen af tumorinvasion og vævsomdannelse ved at inducere proteolyse af nogle komponenter i den ekstracellulære matrix. Aktiveringsprocessen af TGF-beta er forbundet med frigivelsen af LLC fra matrixen, hvilket fører til yderligere LAP-proteolyse og tillader TGF-beta at interagere med dets receptorer. MMP-9 og MMP-2 spalter latent TGF-beta. LAP-komplekset indeholder en protase-responsiv loop-region, der kan være et potentielt mål for TGF-beta-frigivelse. Selvom MMP har vist sig at spille en nøglerolle i TGF-beta-aktivering, kan mus med mutationer i disse gener stadig aktivere TGF-beta og har ikke den TGF-beta-deficiente fænotype; dette kan afspejle en redundans i antallet af aktiverende enzymer, hvilket tyder på, at andre ukendte proteaser kan være involveret i denne proces.
Sure forhold kan denaturere LAP. Eksponering for et miljø med ekstrem pH (1,5 eller 12) fører til en signifikant aktivering af TGF-beta, mens ved moderat surhed (pH 4,5) kun opnås 20-30% af aktiviteten ved en høj værdi (ved pH 1,5) .
Strukturen af LAP er vigtig for at opretholde dens funktioner. Strukturel modifikation af LAP kan forstyrre interaktionen mellem LAP og TGF-beta og dermed aktivere TGF-beta. Faktorer, der kan forårsage sådanne ændringer, kan omfatte hydroxylradikaler genereret fra reaktive oxygenarter (ROS). TGF-beta aktiveres hurtigt ved eksponering for ROS genereret af stråling.
Thrombospondin-1 (TSP-1) er et ekstracellulært matrixprotein, der findes i plasma fra raske patienter i koncentrationer fra 50 til 250 ng/ml. TSP-1-niveauer er kendt for at stige som reaktion på skade og under udvikling. TSP-1 aktiverer latent TGF-beta ved at interagere direkte med det latente TGF-beta-kompleks og inducerer en konformationel omlejring, der forhindrer det i at binde til moden TGF-beta.
En selektiv inhibitor af TGFβRI/ALK5 er RepSox , som hæmmer ATP -binding til TGFβRI og efterfølgende TGFβRI-phosphorylering og dermed undertrykker TGF-β-signalering. [1] SB-431542 [2] og A83-01 hæmmer også TGFβRI/ALK5 og type I-receptoren ALK4/7 . [3] Galunisertib er også en selektiv og potent TGFβRI- kinasehæmmer . [fire]