NF-kB (nuclear factor kappa light chain enhancer of activated B cells) è una famiglia di fattori di trascrizione altamente conservati che regolano molti importanti comportamenti cellulari, in particolare, risposte infiammatorie, crescita cellulare e apoptosi . NF-kB è anche coinvolto in malattie come il cancro, l’artrite e l’asma (recensito in ).
Composizione e attivazione di NF-kB
Rappresentazione schematica del percorso di attivazione canonico di NF-kB., Figura adattata da PMID: 17119127.
NF-kB si forma attraverso l’omo – o etero-dimerizzazione dei membri della famiglia Rel delle proteine leganti il DNA. Nei mammiferi questi includono RelA (p65), c-rel, RelB, p105 (il precursore di p50) e p100 (il precursore di p52). Ogni membro di questa famiglia contiene un dominio di omologia Rel (RHD), che a sua volta consiste in una regione di legame del DNA, una regione di dimerizzazione e un segnale di localizzazione nucleare.
L’attività di NF-kB è regolata dalla famiglia di proteine conosciute come IkBs che includono IkBa, IkBß, IkBy, IkBe e Bcl-3., Quando nel loro stato inattivato, i complessi NF-kB sono localizzati nel citoplasma, in complesso con IKB chinasi-α (IKKa), IKB chinasi-β (IKKß) e IKKy/NEMO, una proteina non enzimatica che può funzionare come impalcatura. Il complesso IKK può essere attivato da varie citochine, molecole infiammatorie e segnali di stress .
Nella via canonica, IKKB attivato fosforila IkB che viene successivamente ubiquitinato e contrassegnato per la degradazione dalle proteasi. Questo rilascia NF-kB dal complesso contenente IkB e smaschera il segnale di localizzazione nucleare (NLS)., Un complesso NF-kB composto da RelA / c-Rel/p50 traslocherà quindi al nucleo dove può attivare la trascrizione dei suoi geni bersaglio . Nella via non canonica, p100 viene degradato a p52, consentendo a un complesso RelB / p52 di traslocare dal citoplasma al nucleo .
A seconda della composizione di NF-kB nel nucleo, diversi geni saranno attivamente trascritti. Questa variazione e specificità nei bersagli genici è ulteriormente determinata dalla modifica post-traslazionale di diverse subunità, come la fosforilazione di p65.,
Una vasta gamma di geni sono presi di mira da NF-kB, compreso quello del suo inibitore, IkB. In questo caso, l’IkB appena prodotto si legherà al complesso NF-kB e aumenterà la sua localizzazione nel citoplasma, rappresentando così un ciclo di feedback auto-normativo negativo per l’attività di NF-kB.
Schema del percorso di attivazione NF-kB non canonico. Qui p100 è degradato a p52. Figura adattata da PMID: 17119127
NF-kB nella risposta immunitaria
La funzione primaria di NF-kB è nella regolazione dell’apoptosi., Se il fattore di trascrizione induce una risposta anti-apoptotica o pro-apoptotica, dipende sia dal tipo cellulare che dagli stimoli. Mentre NF-kB impedisce prevalentemente l’apoptosi nelle cellule B e promuove l’attivazione delle cellule B, il suo effetto nelle cellule T è variabile e dipende dal tipo di stimoli . Ad esempio, l’apoptosi indotta da glucocorticoidi nelle cellule T può essere inibita da NF-kB, mentre l’apoptosi mediata dalla ionomicina richiede l’attivazione di NF-kB . Inoltre, NF-kB impedisce alla citochina proinfiammatoria TNF-alfa di indurre apoptosi in risposta a infiammazioni o infezioni virali.,
Simile al suo ruolo nella regolazione dell’apoptosi nei globuli bianchi, NF-kB può prevenire l’apoptosi negli epatociti, migliorando così la rigenerazione epatica , o indurre apoptosi in caso di infezioni virali, come un’infezione adenovirale . È interessante notare che alcuni virus come l’HIV, l’EBV e l’epatite C inducono l’attivazione di NF-kB per prevenire l’apoptosi nelle cellule infette .
Un ruolo nella meccanobiologia
Oltre al suo ruolo di primo piano nella regolazione della risposta immunitaria, NF-kB è stato anche identificato come mediatore della meccanotrasduzione in diversi tipi di cellule., Questo ruolo viene svolto attraverso cambiamenti sia nella sua attivazione, sia nella localizzazione, in risposta a segnali meccanici.
La dinamica alterata del citoscheletro, ad esempio, attiverà NF-kB e questa attività è cruciale nel cancro, dove i cambiamenti nelle proprietà meccaniche dell’ambiente cellulare portano non solo a profili di trascrizione alterati, ma anche alla formazione di lamellipodi e ad una maggiore motilità cellulare. È in questo contesto che sono stati condotti molti studi di supporto.,
Ad esempio, la rigidità del substrato è stata trovata per regolare l’attività di NF-kB nelle cellule di adenocarcinoma polmonare, con substrati più rigidi che promuovono la diffusione cellulare . Le proprietà meccaniche quali la rigidezza del substrato sono rilevate dall’attivazione delle integrine all’interno delle aderenze focali e dall’attività contrattile delle fibre di actomyosina all’interno del citoscheletro. In effetti, la regolazione dell’attività NF-kB è risultata essere regolata da contrazioni di actomiosina in questo caso., La meccanotrasduzione dei segnali originati da aderenze focali e culminante nell’attivazione di NF-kB è facilitata prevalentemente attraverso percorsi mediati da Rho. Ad esempio, l’attivazione dell’integrina alpha6/beta4 all’interno delle aderenze focali, attiva Rac1 e Cdc42, che a sua volta degrada IkB, portando all’attivazione di NF-kB .
Allo stesso modo, un aumento patologico della motilità cellulare, che può portare alla trasformazione maligna, è stato collegato all’attivazione mediata da RhoA–ROCK di NF-kB ., Qui, l’interruzione dei contatti cellula-cellula endoteliale è stata osservata per avviare la riorganizzazione dell’actina, con una successiva attivazione di RhoA e PKD1 (protein chinasi D1). L’attivazione di PKD1 da parte di RhoA è facilitata dall’attivazione di SFK (chinasi della famiglia Src) e NPKC (nuovi enzimi PKC). Il PKD1 attivo ha promosso l’attività di NF-kB e sebbene i geni specifici presi di mira da NF-kB in questo esempio fossero sconosciuti, gli autori hanno indicato che la tumorogenesi epiteliale era il risultato finale .
I cambiamenti nella formazione o nello smontaggio di filamenti di actina e microtubuli influenzeranno anche la localizzazione di NF-kB., In particolare, la localizzazione nucleare di NF-kB attivato è correlata alla dinamica del citoscheletro e dipende dalla proteina motoria a base di microtubuli, la dineina . Quando il turnover dei microtubuli e l’organizzazione dei filamenti di actina si riducono , aumenta la traslocazione di NF-kB al nucleo.
Un aumento della traslocazione di NF-kB attivato al nucleo è stato osservato in un certo numero di tipi di cellule quando vengono poste sollecitazioni meccaniche sulla cellula., Ad esempio , nelle cellule endoteliali vascolari e negli osteoblasti, NF-kB ha dimostrato di traslocare dal citoplasma al nucleo in risposta allo stress da taglio del fluido. Esempi simili includono la traslocazione nucleare di NF-kB nei condrociti sotto sforzo compressivo dipendente dalla grandezza e negli osteoblasti in coltura, sottoposti a flusso di fluido oscillatorio (cioè non continuo). In quest’ultimo caso, gli autori hanno anche mostrato il coinvolgimento della chinasi di adesione focale (FAK) a monte di NF-kB ., È interessante notare che il FAK non era richiesto per l’attivazione indotta da TNF-α di IKK, sottolineando così il ruolo del FAK nell’attivazione meccanica, piuttosto che infiammatoria, della via NF-kB.
L’NF-kB attivato (p65) si trasferisce dal citoplasma al nucleo, dove si lega fisicamente alla miocardina, impedendo la formazione del complesso ternario myocardin/SRF / CArG e inibendo così l’espressione genica regolata da SRF. Questa repressione alla fine si traduce in un aumento della proliferazione cellulare., D’altra parte, quando presente in concentrazioni sufficienti, myocardin può bloccare il legame di NF-kB al suo elemento di DNA specifico (NF-kB), attenuando o addirittura abolendo l’espressione di TNF-α nelle cellule stimolate da LPS (figura adattata da).
NF-kB è anche collegato ad altri percorsi di segnalazione meccanosensibile. In particolare, il cross talk tra la via NF-kB e la via SRF è stato dimostrato da Tang et al (Fig.5). In questo lavoro, condotto su cellule muscolari cardiache e lisce, NF-kB è stato descritto come un repressore dell’espressione genica mediata dalla miocardina/SRF., Qui, l’NF-kB attivato si è spostato dal citoplasma al nucleo, dove ha interagito con la miocardina, impedendo la formazione del complesso ternario myocardin/SRF/CArG e inibendo così l’espressione genica regolata da SRF. Questa repressione alla fine ha portato ad un aumento della proliferazione cellulare, in accordo con i risultati che l’inattivazione della miocardina è associata alla crescita del tumore maligno . È importante sottolineare che mycardin può regolare anche l’attività di NF-kB., Ciò si verifica quando la miocardina blocca il legame NF-kBs con specifici elementi del DNA ed è stato dimostrato che attenua, o addirittura abolisce, l’espressione di TNF-α nelle cellule stimolate da LPS. Ciò si traduce in una diminuzione della proliferazione cellulare e quindi suggerisce che la miocardina e l’NF-kB svolgono ruoli antagonistici nella regolazione del ciclo cellulare.
Nel complesso, è chiaro che l’organizzazione del citoscheletro e le proprietà fisiche del microambiente cellulare possono modulare l’attività e la localizzazione di NF-kB.