NF-κB - NF-κB

Mechanizm działania NF-κB . Jak pokazano, klasyczny „kanoniczny” kompleks NF-κB jest heterodimerem p50 i RelA. W stanie inaktywowanym NF-κB znajduje się w cytozolu skompleksowanym z hamującym białkiem IκBα . Poprzez pośrednictwo integralnych receptorów błonowych, różne sygnały zewnątrzkomórkowe mogą aktywować enzym kinazę IκB (IKK). Z kolei IKK fosforyluje białko IκBα, co powoduje ubikwitynację , dysocjację IκBα od NF-κB i ostateczną degradację IκBα przez proteasom . Aktywowany NF-κB jest następnie translokowany do jądra, gdzie wiąże się z określonymi sekwencjami DNA zwanymi elementami odpowiedzi (RE). Kompleks DNA/NF-κB następnie rekrutuje inne białka, takie jak koaktywatory i polimeraza RNA , które transkrybują DNA w dół do mRNA. Z kolei mRNA ulega translacji na białko, co powoduje zmianę funkcji komórki.

NF-kB ( czynnika jądrowego kappa lekkiego łańcucha enhancer aktywowanych komórek B ) to kompleks białkowy, który kontroluje transkrypcję z DNA , cytokiny produkcji i przeżycia komórek. NF-κB znajduje się w prawie wszystkich typach komórek zwierzęcych i bierze udział w odpowiedziach komórkowych na bodźce takie jak stres, cytokiny , wolne rodniki , metale ciężkie , promieniowanie ultrafioletowe , utleniony LDL oraz antygeny bakteryjne lub wirusowe . NF-κB odgrywa kluczową rolę w regulacji odpowiedzi immunologicznej na infekcję. Nieprawidłowa regulacja NF-κB została powiązana z rakiem, chorobami zapalnymi i autoimmunologicznymi , wstrząsem septycznym , infekcją wirusową i niewłaściwym rozwojem odporności. NF-κB jest również zaangażowany w procesy plastyczności synaptycznej i pamięci.

Odkrycie

NF-kB odkrył Ranjan Sen w laboratoryjnym noblisty David Baltimore poprzez oddziaływanie z sekwencją pary 11-zasadowej w immunoglobulinowego łańcucha lekkiego wzmacniacza w komórkach B .

Struktura

Wszystkie białka z rodziny NF-κB mają wspólną domenę homologii Rel na ich N-końcu . Podrodzina białek NF-κB, obejmująca RelA, RelB i c-Rel, ma domenę transaktywacyjną na ich C-końcu . W przeciwieństwie do tego, białka NF-κB1 i NF-κB2 są syntetyzowane jako duże prekursory, p105 i p100, które przechodzą przetwarzanie w celu wygenerowania odpowiednio dojrzałych podjednostek p50 i p52. Przetwarzanie p105 i p100 odbywa się za pośrednictwem szlaku ubikwityna / proteasom i obejmuje selektywną degradację ich regionu C-końcowego zawierającego powtórzenia ankirynowe . Podczas gdy generowanie p52 z p100 jest ściśle regulowanym procesem, p50 jest wytwarzane z konstytutywnego przetwarzania p105. Białka p50 i p52 nie mają wewnętrznej zdolności do aktywacji transkrypcji i dlatego zaproponowano, aby działały jako represory transkrypcji podczas wiązania elementów κB jako homodimery. Rzeczywiście, to myli interpretację badań z nokautem p105, w których manipulacja genetyczna usuwa IκB (p105 o pełnej długości) i prawdopodobny represor (homodimery p50) oprócz aktywatora transkrypcji (heterodimer RelA-p50).

Członkowie

Członkowie rodziny NF-κB mają homologię strukturalną z retrowirusową onkoproteiną v-Rel, co skutkuje ich klasyfikacją jako białka NF-κB/Rel.

W ssaczej rodzinie NF-κB jest pięć białek:

Klasa Białko Skróty Gen
i NF-κB1 p105 → p50 NFKB1
NF-κB2 p100 → p52 NFKB2
II RelA p65 RELA
RelB RELB
c-Rel REL

Białka NF-κB/Rel można podzielić na dwie klasy, które mają wspólne cechy strukturalne:

Schematyczny diagram struktury białka NF-κB . Istnieją dwie klasy strukturalne białek NF-κB: klasa I (góra) i klasa II (dół). Obie klasy białek zawierają N-końcową domenę wiążącą DNA (DBD), która służy również jako interfejs dimeryzacji z innymi czynnikami transkrypcyjnymi NF-κB i dodatkowo wiąże się z hamującym białkiem IκBα . C-końca białek klasy I zawiera liczne powtórzenia ankirynowe i ma transrepresji aktywność. W przeciwieństwie do tego, C-koniec białek klasy II ma funkcję transaktywacji .

Poniżej znajduje się pięciu ludzkich członków rodziny NF-κB:

NFKB1
1SVC.png
Widok z góry struktury krystalograficznej ( PDB : 1SVC ) homodimeru białka NFKB1 (zielony i magenta) związanego z DNA (brązowy).
Identyfikatory
Symbol NFKB1
Gen NCBI 4790
HGNC 7794
OMIM 164011
RefSeq NM_003998
UniProt P19838
Inne dane
Umiejscowienie Chr. 4 kwartał 24
RELA
2RAM.png
Widok z boku struktury krystalograficznej ( PDB : 2RAM ) homodimeru białka RELA (zielony i magenta) związanego z DNA (brązowy).
Identyfikatory
Symbol RELA
Gen NCBI 5970
HGNC 9955
OMIM 164014
RefSeq NM_021975
UniProt Q04206
Inne dane
Umiejscowienie Chr. 11 kwartał 13
NFKB2
Identyfikatory
Symbol NFKB2
Gen NCBI 4791
HGNC 7795
OMIM 164012
RefSeq NM_002502
UniProt Q00653
Inne dane
Umiejscowienie Chr. 10 q24
RELB
Identyfikatory
Symbol RELB
Gen NCBI 5971
HGNC 9956
OMIM 604758
RefSeq NM_006509
UniProt Q01201
Inne dane
Umiejscowienie Chr. 19 kw. 13.2-19 kw. 13
REL
Identyfikatory
Symbol REL
Gen NCBI 5966
HGNC 9954
OMIM 164910
RefSeq NM_002908
UniProt Q04864
Inne dane
Umiejscowienie Chr. 2 p13-p12

Rozmieszczenie i ewolucja gatunków

Oprócz ssaków, NF-κB znajduje się również u wielu prostych zwierząt. Należą do nich parzydełka (takie jak ukwiały , koralowce i hydry ), porifera (gąbki), jednokomórkowe eukarionty, w tym Capsaspora owczarzaki i wiciowce choano, oraz owady (takie jak ćmy , komary i muszki owocowe ). Sekwencjonowanie genomów komarów A. aegypti i A. gambiae oraz muszki owocowej D. melanogaster umożliwiło porównawcze badania genetyczne i ewolucyjne nad NF-κB. U tych gatunków owadów aktywacja NF-κB jest wyzwalana przez szlak Toll (który wyewoluował niezależnie u owadów i ssaków) oraz szlak Imd (niedobór odporności).

Sygnalizacja

Efekt aktywacji

NF-κB (zielony) heterodimeryzuje z RelB (niebieskozielony), tworząc trójskładnikowy kompleks z DNA (pomarańczowy), który promuje transkrypcję genów.

NF-κB jest ważny w regulowaniu odpowiedzi komórkowych, ponieważ należy do kategorii „szybko działających” pierwotnych czynników transkrypcyjnych, tj. czynników transkrypcyjnych, które są obecne w komórkach w stanie nieaktywnym i nie wymagają syntezy nowych białek, aby się aktywować (inni członkowie tej rodziny obejmują czynniki transkrypcyjne, takie jak c-Jun , STATs i jądrowe receptory hormonalne ). To pozwala NF-κB być pierwszą odpowiedzią na szkodliwe bodźce komórkowe. Znane induktory aktywności NF-κB są bardzo zmienne i obejmują reaktywne formy tlenu ( ROS ), czynnik martwicy nowotworu alfa ( TNFα ), interleukinę 1-beta ( IL-1β ), lipopolisacharydy bakteryjne ( LPS ), izoproterenol , kokainę , endotelinę-1 i promieniowanie jonizujące .

Tłumienie przez NF-κB cytotoksyczności czynnika martwicy nowotworu (apoptoza) jest spowodowane indukcją enzymów antyoksydacyjnych i utrzymującą się supresją kinaz N-końcowych c-Jun (JNK).

Aktywator receptora NF-κB ( RANK ), który jest rodzajem TNFR , jest centralnym aktywatorem NF-κB. Osteoprotegeryna (OPG), która jest homologiem receptora wabików dla ligandu RANK ( RANKL ), hamuje RANK poprzez wiązanie się z RANKL, a zatem osteoprotegeryna jest ściśle zaangażowana w regulację aktywacji NF-κB.

Wiele produktów bakteryjnych i stymulacja szerokiej gamy receptorów powierzchniowych komórek prowadzi do aktywacji NF-κB i dość szybkich zmian w ekspresji genów. Identyfikacja receptorów Toll-podobnych (TLR) jako swoistych cząsteczek rozpoznających wzorce i odkrycie, że stymulacja TLR prowadzi do aktywacji NF-κB, poprawiła nasze zrozumienie, w jaki sposób różne patogeny aktywują NF-κB. Na przykład badania zidentyfikowały TLR4 jako receptor składnika LPS bakterii Gram-ujemnych . TLR są kluczowymi regulatorami zarówno wrodzonej, jak i adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej.

W przeciwieństwie do RelA, RelB i c-Rel, podjednostki p50 i p52 NF-κB nie zawierają domen transaktywacyjnych w swoich C-końcowych połowach. Niemniej jednak, członkowie p50 i p52 NF-κB odgrywają kluczową rolę w modulowaniu specyficzności funkcji NF-κB. Chociaż homodimery p50 i p52 są na ogół represorami transkrypcji miejsca κB, zarówno p50, jak i p52 uczestniczą w transaktywacji genu docelowego poprzez tworzenie heterodimerów z RelA, RelB lub c-Rel. Ponadto homodimery p50 i p52 również wiążą się z białkiem jądrowym Bcl-3 i takie kompleksy mogą działać jako aktywatory transkrypcji.

Zahamowanie

W niestymulowanych komórkach dimery NF-κB są sekwestrowane w cytoplazmie przez rodzinę inhibitorów, zwanych IκBs (Inhibitor κB), które są białkami zawierającymi wiele kopii sekwencji zwanej powtórzeniami ankirynowymi. Dzięki swoim domenom powtórzeń ankyrynowych białka IκB maskują sygnały lokalizacji jądrowej (NLS) białek NF-κB i utrzymują je w stanie nieaktywnym w cytoplazmie.

IκB są rodziną pokrewnych białek, które mają N-końcową domenę regulatorową, po której występuje sześć lub więcej powtórzeń ankirynowych i domenę PEST w pobliżu ich C-końca. Chociaż rodzina IκB składa się z IκBα , IκBβ , IκBε i Bcl-3 , najlepiej zbadanym i głównym białkiem IκB jest IκBα. Ze względu na obecność powtórzeń ankirynowych w ich C-końcowych połówkach, p105 i p100 funkcjonują również jako białka IκB. C-końcowa połowa p100, często określana jako IκBδ, również działa jako inhibitor. Degradacja IκBδ w odpowiedzi na bodźce rozwojowe, takie jak bodźce transdukowane przez LTβR , wzmagają aktywację dimeru NF-κB w niekanonicznym szlaku zależnym od NIK.

Proces aktywacji (kanoniczny/klasyczny)

Aktywacja NF-κB jest inicjowana przez wywołaną sygnałem degradację białek IκB. Dzieje się to głównie poprzez aktywację kinazy zwanej kinazą IκB (IKK). IKK składa się z heterodimeru katalitycznych podjednostek IKKα i IKKβ oraz „głównego” białka regulatorowego zwanego NEMO (niezbędny modulator NF-κB) lub IKKγ. Po aktywacji przez sygnały, zwykle pochodzące z zewnątrz komórki, kinaza IκB fosforyluje dwie reszty serynowe znajdujące się w domenie regulatorowej IκB. Po ufosforylowaniu na tych serynach (np. serynach 32 i 36 w ludzkim IκBα), białka IκB są modyfikowane w procesie zwanym ubikwitynacją , który następnie prowadzi do ich degradacji przez strukturę komórkową zwaną proteasomem.

Wraz z degradacją IκB, kompleks NF-κB jest następnie uwalniany, aby wejść do jądra, gdzie może „włączyć” ekspresję określonych genów, które mają w pobliżu miejsca wiązania DNA dla NF-κB. Aktywacja tych genów przez NF-κB prowadzi następnie do danej odpowiedzi fizjologicznej, na przykład odpowiedzi zapalnej lub immunologicznej, odpowiedzi przeżycia komórki lub proliferacji komórek. Translokację NF-κB do jądra można wykryć immunocytochemicznie i zmierzyć za pomocą laserowej cytometrii skaningowej. NF-κB włącza ekspresję własnego represora, IκBα. Nowo zsyntetyzowany IκBα następnie ponownie hamuje NF-κB iw ten sposób tworzy pętlę automatycznego sprzężenia zwrotnego, która powoduje oscylujące poziomy aktywności NF-κB. Ponadto kilka wirusów, w tym wirus AIDS HIV, ma miejsca wiązania dla NF-κB, które kontrolują ekspresję genów wirusowych, które z kolei przyczyniają się do replikacji wirusa lub patogenności wirusa. W przypadku HIV-1, aktywacja NF-κB może, przynajmniej częściowo, być zaangażowana w aktywację wirusa ze stanu utajonego, nieaktywnego. YopP to czynnik wydzielany przez Yersinia pestis , czynnik wywołujący dżumę, który zapobiega ubikwitynacji IκB. Powoduje to, że patogen ten skutecznie hamuje szlak NF-κB, a tym samym blokuje odpowiedź immunologiczną człowieka zakażonego Yersinia.

Inhibitory aktywności NF-κB

Co się tyczy znanych białkowych inhibitorów aktywności NF-κB, jednym z nich jest IFRD1 , który hamuje aktywność NF-κB p65 poprzez wzmocnienie deacetylacji za pośrednictwem HDAC podjednostki p65 w lizynie 310, przez sprzyjanie rekrutacji HDAC3 do p65. W rzeczywistości IFRD1 tworzy kompleksy trimolekularne z p65 i HDAC3.

Zależna od NAD + deacetylaza białkowa i czynnik długowieczności SIRT1 hamują ekspresję genu NF-κB poprzez deacetylację podjednostki RelA/p65 NF-κB w lizynie 310.

Ścieżka niekanoniczna/alternatywna

Wybrany zestaw bodźców różnicujących komórki lub rozwojowych, takich jak receptor β-limfotoksyny (LTβR), BAFF lub RANKL , aktywuje niekanoniczny szlak NF-κB w celu indukcji dimeru NF-κB/RelB:p52 w jądrze. W tym szlaku aktywacja kinazy indukującej NF-κB (NIK) po ligacji receptora prowadziła do fosforylacji i późniejszego przetwarzania proteasomowego białka prekursorowego NF-κB2 p100 do dojrzałej podjednostki p52 w sposób zależny od IKK1/IKKa. Następnie p52 ulega dimeryzacji z RelB, aby pojawić się jako jądrowa aktywność wiązania DNA RelB:p52. RelB:p52 reguluje ekspresję homeostatycznych limfokin, które instruują organogenezę limfoidalną i transport limfocytów we wtórnych narządach limfatycznych. W przeciwieństwie do sygnalizacji kanonicznej, która opiera się na degradacji IκBα, -β, -ε za pośrednictwem NEMO-IKK2, niekanoniczna sygnalizacja zależy od przetwarzania p100 na p52 za ​​pośrednictwem NIK. Biorąc pod uwagę ich odrębne przepisy, uważano, że te dwie ścieżki są od siebie niezależne. Stwierdzono jednak, że syntezy składników szlaku niekanonicznego, mianowicie RelB i p52, są kontrolowane przez kanoniczną sygnalizację IKK2-IκB-RelA:p50. Co więcej, generowanie kanonicznych i niekanonicznych dimerów, mianowicie RelA:p50 i RelB:p52, w środowisku komórkowym jest powiązane mechanicznie. Analizy te sugerują, że zintegrowana sieć systemu NF-κB leży u podstaw aktywacji dimeru zawierającego zarówno RelA, jak i RelB i że nieprawidłowo działający szlak kanoniczny doprowadzi do nieprawidłowej odpowiedzi komórkowej również poprzez szlak niekanoniczny. Co najbardziej intrygujące, niedawne badanie wykazało, że kanoniczna sygnalizacja indukowana przez TNF podważa niekanoniczną aktywność RelB:p52 w tkankach limfoidalnych objętych stanem zapalnym, ograniczając wnikanie limfocytów. Mechanicznie, TNF inaktywował NIK w komórkach stymulowanych LTβR i indukował syntezę mRNA Nfkb2 kodującego p100; te razem silnie akumulowały nieprzetworzone p100, co osłabiało aktywność RelB. Rola p100/ Nfkb2 w dyktowaniu wnikania limfocytów do tkanki limfoidalnej objętej stanem zapalnym może mieć szerokie implikacje fizjologiczne.

Oprócz swojej tradycyjnej roli w organogenezie limfoidalnej, niekanoniczny szlak NF-κB również bezpośrednio wzmacnia zapalną odpowiedź immunologiczną na patogeny drobnoustrojowe poprzez modulowanie kanonicznej sygnalizacji NF-κB. Wykazano, że p100/ Nfkb2 pośredniczy w selektywnym dla bodźca i swoistym dla typu komórki przesłuchie między dwoma szlakami NF-κB i że przesłuch , w którym pośredniczy Nfkb2 chroni myszy przed patogenami jelitowymi. Z drugiej strony brak regulacji, w których pośredniczy p100, przenosi RelB pod kontrolę sygnalizacji kanonicznej indukowanej przez TNF. W rzeczywistości, mutacyjna inaktywacja p100/ Nfkb2 w szpiczaku mnogim umożliwiła TNF indukowanie długotrwałej aktywności RelB, która nadawała komórkom szpiczaka oporność na lek chemioterapeutyczny.

W odporności

NF-κB jest głównym czynnikiem transkrypcyjnym regulującym geny odpowiedzialne zarówno za wrodzoną, jak i adaptacyjną odpowiedź immunologiczną . Po aktywacji receptora komórek T lub B , NF-κB zostaje aktywowany przez odrębne komponenty sygnalizacyjne. Po ligacji z receptorem komórek T, białka kinazy Lek rekrutuje i fosforyluje ITAM z CD3 cytoplazmatycznym ogonem. ZAP70 jest następnie rekrutowany do ufosforylowanych ITAM i pomaga w rekrutacji LAT i PLC-γ , co powoduje aktywację PKC . Poprzez kaskadę zdarzeń fosforylacji, kompleks kinazy jest aktywowany, a NF-κB jest w stanie wniknąć do jądra w celu regulacji w górę genów zaangażowanych w rozwój, dojrzewanie i proliferację limfocytów T.

W układzie nerwowym

Oprócz roli w pośredniczeniu w przeżywaniu komórek, badania Marka Mattsona i innych wykazały, że NF-κB pełni różne funkcje w układzie nerwowym, w tym role w plastyczności , uczeniu się i pamięci. Oprócz bodźców aktywujących NF-κB w innych tkankach, NF-κB w układzie nerwowym może być aktywowany przez czynniki wzrostu ( BDNF , NGF ) oraz transmisję synaptyczną, taką jak glutaminian . Wszystkie te aktywatory NF-κB w układzie nerwowym zbiegają się w kompleksie IKK i szlaku kanonicznym.

Ostatnio duże zainteresowanie wzbudza rola NF-κB w układzie nerwowym. Aktualne badania sugerują, że NF-κB jest ważny dla uczenia się i zapamiętywania wielu organizmów, w tym krabów, muszek owocowych i myszy. NF-κB może regulować uczenie się i pamięć częściowo poprzez modulowanie plastyczności synaptycznej, funkcji synaps, a także poprzez regulację wzrostu dendrytów i kolców dendrytycznych .

Wykazano, że geny, które mają miejsca wiążące NF-κB, wykazują zwiększoną ekspresję po nauce, co sugeruje, że cele transkrypcyjne NF-κB w układzie nerwowym są ważne dla plastyczności. Wiele genów docelowych NF-κB, które mogą być ważne dla plastyczności i uczenia się, obejmuje czynniki wzrostu (BDNF, NGF), cytokiny ( TNF-alfa , TNFR ) i kinazy ( PKAc ).

Pomimo funkcjonalnych dowodów na rolę czynników transkrypcyjnych z rodziny Rel w układzie nerwowym, nadal nie jest jasne, czy neurologiczne efekty NF-κB odzwierciedlają aktywację transkrypcyjną w neuronach. Większość manipulacji i testów przeprowadza się w środowiskach mieszanych komórek, które można znaleźć in vivo, w hodowlach komórek „neuronalnych”, które zawierają znaczną liczbę komórek glejowych, lub w „neuronowych” liniach komórkowych pochodzących z guza. Gdy transfekcje lub inne manipulacje są ukierunkowane konkretnie na neurony, mierzonymi punktami końcowymi są zazwyczaj elektrofizjologia lub inne parametry dalekie od transkrypcji genów. Dokładne testy transkrypcji zależnej od NF-κB w wysoce oczyszczonych hodowlach neuronów generalnie wykazują niewielką lub żadną aktywność NF-κB.

Niektóre doniesienia o NF-κB w neuronach wydają się być artefaktem niespecyficzności przeciwciał. Oczywiście, artefakty hodowli komórek – np. usuwanie neuronów spod wpływu gleju – również mogą prowadzić do fałszywych wyników. Zostało to jednak rozwiązane w co najmniej dwóch podejściach do wspólnej kultury. Moerman i in. wykorzystali format kokultury, w którym neurony i glej można było oddzielić po leczeniu do analizy EMSA , i odkryli, że NF-κB indukowany przez bodźce glutaminergiczne był ograniczony do gleju (i, co intrygujące, tylko gleju, który był w obecności neuronów przez 48 lat). godziny). Ci sami badacze zbadali ten problem w innym podejściu, wykorzystując neurony z transgenicznej myszy reporterowej NF-κB hodowanej z glejem typu dzikiego; Bodźce glutaminergiczne ponownie nie aktywowały się w neuronach. Wydaje się, że część aktywności wiązania DNA odnotowana w pewnych warunkach (zwłaszcza ta opisana jako konstytutywna) wynika z wiązania Sp3 i Sp4 z podzbiorem sekwencji wzmacniających κB w neuronach. Ta aktywność jest w rzeczywistości hamowana przez glutaminian i inne stany, które podnoszą poziom wapnia w neuronach. W końcowej analizie rola NF-κB w neuronach pozostaje niejasna ze względu na trudności w pomiarze transkrypcji w komórkach, które są jednocześnie identyfikowane pod względem typu. Z pewnością na uczenie się i pamięć mogą wpływać zmiany transkrypcyjne w astrocytach i innych elementach glejowych. I należy wziąć pod uwagę, że oprócz bezpośredniej transaktywacji genów mogą występować efekty mechanistyczne NF-κB.

Znaczenie kliniczne

Przegląd szlaków transdukcji sygnału zaangażowanych w apoptozę .

Raki

NF-κB jest szeroko stosowany przez komórki eukariotyczne jako regulator genów kontrolujących proliferację i przeżycie komórek. Jako takie, wiele różnych typów ludzkich nowotworów ma nieprawidłową regulację NF-κB: to znaczy, NF-κB jest konstytutywnie aktywny. Aktywny NF-κB włącza ekspresję genów, które utrzymują proliferację komórki i chronią komórkę przed warunkami, które w przeciwnym razie spowodowałyby jej śmierć w wyniku apoptozy . W raku białka kontrolujące sygnalizację NF-κB są zmutowane lub ulegają nieprawidłowej ekspresji, co prowadzi do nieprawidłowej koordynacji między komórką nowotworową a resztą organizmu. Jest to widoczne zarówno w przerzutach, jak i nieskutecznej eliminacji guza przez układ odpornościowy.

Prawidłowe komórki mogą umrzeć po usunięciu z tkanki, do której należą, lub gdy ich genom nie może działać w harmonii z funkcją tkanki: zdarzenia te zależą od zwrotnej regulacji NF-κB i zawodzą w przypadku raka.

Defekty w NF-κB powodują zwiększoną podatność na apoptozę prowadzącą do zwiększonej śmierci komórek. Dzieje się tak, ponieważ NF-κB reguluje geny antyapoptotyczne, zwłaszcza TRAF1 i TRAF2, a zatem znosi aktywność enzymów z rodziny kaspaz , które są kluczowe dla większości procesów apoptotycznych.

W komórkach nowotworowych, aktywność NF-kB jest zwiększona, na przykład, w 41% raka nosowej części gardła , raka jelita grubego , raka gruczołu krokowego oraz nowotwory trzustki . Wynika to albo z mutacji w genach kodujących same czynniki transkrypcyjne NF-κB, albo w genach kontrolujących aktywność NF-κB (takich jak geny IκB); ponadto niektóre komórki nowotworowe wydzielają czynniki, które powodują aktywację NF-κB. Blokowanie NF-κB może spowodować, że komórki nowotworowe przestaną się namnażać, umrą lub staną się bardziej wrażliwe na działanie środków przeciwnowotworowych. Dlatego NF-κB jest przedmiotem wielu aktywnych badań wśród firm farmaceutycznych jako cel terapii przeciwnowotworowej.

Jednakże, mimo że przekonujące dane eksperymentalne wskazują, że NF-κB jest krytycznym promotorem nowotworzenia, co stanowi solidne uzasadnienie dla rozwoju terapii przeciwnowotworowej opartej na tłumieniu aktywności NF-κB, należy zachować ostrożność przy rozważaniu anty-NF Aktywność -κB jako szeroka strategia terapeutyczna w leczeniu raka, ponieważ dane wykazały również, że aktywność NF-κB zwiększa wrażliwość komórek nowotworowych na apoptozę i starzenie. Ponadto wykazano, że kanoniczny NF-κB jest aktywatorem transkrypcji Fas, a alternatywny NF-κB jest represorem transkrypcji Fas. Dlatego NF-κB promuje apoptozę za pośrednictwem Fas w komórkach rakowych, a zatem hamowanie NF-κB może hamować apoptozę za pośrednictwem Fas, osłabiając supresję nowotworu za pośrednictwem komórek odpornościowych gospodarza.

Zapalenie

Ponieważ NF-κB kontroluje wiele genów zaangażowanych w zapalenie, nie jest zaskakujące, że NF-κB jest przewlekle aktywny w wielu chorobach zapalnych, takich jak choroba zapalna jelit, zapalenie stawów, posocznica, zapalenie żołądka, astma, miażdżyca i inne. Należy jednak zauważyć, że podwyższenie poziomu niektórych aktywatorów NF-κB, takich jak osteoprotegeryna (OPG), wiąże się z podwyższoną śmiertelnością, zwłaszcza z powodu chorób sercowo-naczyniowych . Podwyższony NF-κB jest również związany ze schizofrenią . Ostatnio zasugerowano, że aktywacja NF-κB jest możliwym mechanizmem molekularnym katabolicznych skutków dymu papierosowego w mięśniach szkieletowych i sarkopenii . Badania wykazały, że podczas stanu zapalnego funkcja komórki zależy od sygnałów, które aktywuje w odpowiedzi na kontakt z sąsiednimi komórkami oraz na kombinacje hormonów, zwłaszcza cytokin, które działają na nią poprzez specyficzne receptory. Fenotyp komórki w tkance rozwija się poprzez wzajemną stymulację sygnałów zwrotnych, które koordynują jej funkcję z innymi komórkami; jest to szczególnie widoczne podczas przeprogramowania funkcji komórki, gdy tkanka jest narażona na stan zapalny, ponieważ komórki zmieniają swój fenotyp i stopniowo eksprymują kombinacje genów, które przygotowują tkankę do regeneracji po usunięciu przyczyny zapalenia. Szczególnie ważne są reakcje zwrotne, które rozwijają się między komórkami znajdującymi się w tkankach a krążącymi komórkami układu odpornościowego.

Wierność odpowiedzi zwrotnych między różnymi typami komórek a układem odpornościowym zależy od integralności mechanizmów ograniczających zakres genów aktywowanych przez NF-κB, umożliwiających jedynie ekspresję genów, które przyczyniają się do skutecznej odpowiedzi immunologicznej, a następnie całkowitej odbudowy tkanki funkcja po ustąpieniu stanu zapalnego. W raku mechanizmy regulujące ekspresję genów w odpowiedzi na bodźce zapalne są zmienione do tego stopnia, że ​​komórka przestaje wiązać swoje przeżycie z mechanizmami koordynującymi jej fenotyp i funkcję z resztą tkanki. Jest to często widoczne w poważnie upośledzonej regulacji aktywności NF-κB, która umożliwia komórkom nowotworowym ekspresję nieprawidłowych kohort docelowych genów NF-κB. Skutkuje to nie tylko nieprawidłowym funkcjonowaniem komórek nowotworowych: komórki otaczającej tkanki zmieniają swoją funkcję i przestają wyłącznie wspierać organizm. Ponadto kilka typów komórek w mikrośrodowisku raka może zmieniać swoje fenotypy, aby wspierać wzrost raka. Zapalenie jest zatem procesem, który testuje wierność składników tkankowych, ponieważ proces prowadzący do regeneracji tkanki wymaga koordynacji ekspresji genów między różnymi typami komórek.

NEMO

Zespół niedoboru NEMO jest rzadką chorobą genetyczną związaną z błędem w IKBKG, który z kolei aktywuje NF-κB. Dotyczy głównie mężczyzn i ma bardzo zmienny zestaw objawów i rokowań.

Starzenie się i otyłość

NF-κB ulega coraz większej ekspresji wraz z otyłością i starzeniem się, co skutkuje obniżonymi poziomami przeciwzapalnej, proautofagii i przeciwinsulinooporności białkowej sirtuiny 1 . NF-κB zwiększa poziomy mikroRNA miR-34a (który hamuje syntezę NAD dinukleotydu nikotynamidoadeninowego) poprzez wiązanie się z jego regionem promotorowym . co skutkuje niższymi poziomami sirtuiny 1.

NF-κB i interleukina 1 alfa wzajemnie indukują się wzajemnie w starzejących się komórkach w pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego, powodując wytwarzanie czynników fenotypu sekrecyjnego związanego ze starzeniem (SASP).

Nałóg

NF-κB jest jednym z kilku indukowanych celów transkrypcyjnych ΔFosB, który ułatwia rozwój i utrzymanie uzależnienia od bodźca. W skorupie ogoniastej indukcja NF-κB jest związana ze wzrostem lokomocji, podczas gdy w jądrze półleżącym indukcja NF-κB wzmaga pozytywny efekt wzmacniający leku poprzez uczulenie na nagrodę .

Neurowe i behawioralne efekty zwalidowanych Δcelów transkrypcyjnych FosB

Gen docelowy
Wyrażenie docelowe
Efekty neuronowe Efekty behawioralne
c-Fos Przełącznik molekularny umożliwiający przewlekłą
indukcję FosB
dynorfina
 • Regulacja w dół „ opioidowej pętli sprzężenia zwrotnego”  • Zmniejszona awersja do narkotyków
NF-κB  • Rozszerzenie procesów dendrytycznych NAcc
 • Odpowiedź zapalna NF-κB w NAcc
 • Odpowiedź zapalna NF-κB w CP
 • Zwiększona nagroda za lek
 • Zwiększona nagroda za lek
 • Uczulenie ruchowe
GluR2  • Zmniejszona wrażliwość na glutaminian  • Zwiększona nagroda za lek
Cdk5  • GluR1 synaptycznej Fosforylacja białka
 • rozszerzenie NACC dendrytycznych procesów
Zmniejszona nagroda za lek
(efekt netto)

Inhibitory nielekowe

Wykazano, że wiele naturalnych produktów (w tym przeciwutleniaczy), które promowano jako mające działanie przeciwnowotworowe i przeciwzapalne, hamuje NF-κB. Istnieje kontrowersyjny patent USA (patent US 6,410,516), który dotyczy odkrycia i zastosowania środków, które mogą blokować NF-κB w celach terapeutycznych. Ten patent jest zaangażowany w kilka procesów sądowych, w tym Ariad przeciwko Lilly . Ostatnie prace Karin, Ben-Neriah i innych podkreśliły znaczenie związku między NF-κB, stanem zapalnym i rakiem oraz podkreśliły wartość terapii regulujących aktywność NF-κB.

Ekstrakty z wielu ziół i roślin pokarmowych są skutecznymi inhibitorami aktywacji NF-κB in vitro. Wykazano , że Nobiletin , flawonoid wyizolowany ze skórek cytrusów, hamuje szlak sygnałowy NF-κB u myszy. Wykazano, że białko circumsporozoitu z Plasmodium falciparum jest inhibitorem NF-κB.

Jako cel narkotykowy

W wielu nowotworach często obserwuje się nieprawidłową aktywację NF-κB. Co więcej, supresja NF-κB ogranicza proliferację komórek rakowych. Ponadto NF-κB jest kluczowym graczem w odpowiedzi zapalnej. Stąd sposoby hamowania sygnalizacji NF-κB mają potencjalne zastosowanie terapeutyczne w chorobach nowotworowych i zapalnych.

Zarówno kanoniczny, jak i niekanoniczny szlak NF-κB wymaga proteasomalnej degradacji składników szlaku regulatorowego, aby zaszła sygnalizacja NF-κB. Proteasomów inhibitorem Bortezomib ogólniej blokuje aktywność ta jest przewidziana do leczenia NF-kB napędzany chłoniaka z komórek płaszcza i szpiczaka mnogiego .

Odkrycie, że aktywację translokacji jądrowej NF-κB można oddzielić od wzrostu stresu oksydacyjnego, daje obiecującą ścieżkę rozwoju strategii ukierunkowanych na hamowanie NF-κB.

Lek denosumab działa w celu zwiększenia gęstości mineralnej kości i zmniejszenia częstości złamań w wielu podgrupach pacjentów poprzez hamowanie RANKL . RANKL działa poprzez swój receptor RANK , który z kolei promuje NF-κB, RANKL normalnie działa poprzez umożliwienie różnicowania osteoklastów od monocytów.

Disulfiram , olmesartan i ditiokarbaminiany mogą hamować kaskadę sygnalizacyjną czynnika jądrowego-κB (NF-κB). Wysiłki zmierzające do opracowania bezpośredniego inhibitora NF-κB pojawiły się przy związkach takich jak (-)-DHMEQ, PBS-1086, IT-603 i IT-901. (-)-DHMEQ i PBS-1086 są nieodwracalnymi spoiwami NF-κB, podczas gdy IT-603 i IT-901 są spoiwami odwracalnymi. DHMEQ wiąże się kowalencyjnie z Cys 38 p65.

Uważa się, że działanie przeciwzapalne antabiny wynika z modulacji aktywności NF-κB. Jednak w badaniach, w których dostrzeżono korzyści, stosowano nienormalnie wysokie dawki w zakresie milimolowym (podobne do pozakomórkowego stężenia potasu), których osiągnięcie u ludzi jest mało prawdopodobne.

BAY 11-7082 został również zidentyfikowany jako lek, który może hamować kaskadę sygnalizacyjną NF-κB. Jest zdolny do zapobiegania fosforylacji IKK-α w sposób nieodwracalny, tak że istnieje regulacja w dół aktywacji NF-κB.

Wykazano, że podawanie BAY 11-7082 uratowało funkcjonalność nerek u wywołanych cukrzycą szczurów Sprague-Dawley przez hamowanie regulowanego przez NF-κB stresu oksydacyjnego.

Badania wykazały, że N-acyloetanoloamina, palmitoiloetanoloamid, jest zdolny do hamowania NF-κB za pośrednictwem PPAR.

Cel biologiczny od iguratimod , leku do obrotu w leczeniu reumatoidalnego zapalenia stawów w Japonii i Chinach, była znana jako 2015, ale podstawowy mechanizm działania wydaje się być zapobieganie aktywacji NF-kB.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Zewnętrzne linki