NF-kB (nuclear factor kappa light chain enhancer of activated B cells) to rodzina wysoce zachowanych czynników transkrypcyjnych, które regulują wiele ważnych zachowań komórkowych, w szczególności reakcje zapalne, wzrost komórkowy i apoptozę . NF-kB jest również zaangażowany w choroby takie jak rak, zapalenie stawów i astma (recenzja w).
skład i aktywacja NF-kB
schematyczna reprezentacja kanonicznej ścieżki aktywacji NF-kB., Liczba dostosowana do PMID: 17119127.
NF-kB powstaje w wyniku homo-lub hetero-dimeryzacji członków rodziny rel białek wiążących DNA. U ssaków należą do nich RelA( p65), C-rel, RelB, p105 (prekursor p50) i P100 (prekursor p52). Każdy członek tej rodziny zawiera domenę homologii rel (RHD), która sama składa się z regionu wiązania DNA, regionu dimeryzacji i sygnału lokalizacji jądrowej.
aktywność NF-kB jest regulowana przez rodzinę białek znanych jako IkBs, do których należą IkBa, IkBß, IkBy, IkBe i Bcl-3., W stanie inaktywacji kompleksy NF-kB są zlokalizowane w cytoplazmie, w kompleksie z kinazą IKB-α (IKKa), kinazą IKB-β (IKKß) i IKKy/NEMO, nieenzymatycznym białkiem, które może działać jako rusztowanie. Kompleks IKK może być aktywowany przez różne cytokiny, cząsteczki zapalne i sygnały stresu .
w szlaku kanonicznym aktywowane fosforylaty IKKb IkB, które następnie są ubikwitynowane i oznaczone do degradacji przez proteazy. To uwalnia NF-kB z kompleksu zawierającego IkB i demaskuje nuclear localization signal (NLS)., Kompleks NF-kB złożony z RelA / c-Rel / p50 przenosi się do jądra, gdzie może aktywować transkrypcję swoich genów docelowych . W drodze niekanonicznej p100 ulega degradacji do p52, co umożliwia translokację kompleksu RelB / p52 z cytoplazmy do jądra .
w zależności od składu NF-kB w jądrze, różne geny będą aktywnie transkrybowane. Ta zmienność i specyficzność celów genowych jest dodatkowo określana przez modyfikację potranslacyjną różnych podjednostek, takich jak fosforylacja p65.,
NF-kB jest ukierunkowany na szeroką gamę genów, w tym na własny inhibitor, IkB. W tym przypadku nowo wytworzony IkB wiąże się z kompleksem NF-kB i zwiększa jego lokalizację w cytoplazmie, reprezentując tym samym ujemną automatyczną pętlę sprzężenia zwrotnego dla aktywności NF-kB.
schemat niekanonicznej ścieżki aktywacji NF-kB. Tutaj p100 ulega degradacji do p52. Rysunek zaadaptowany z PMID: 17119127
NF-kB w odpowiedzi immunologicznej
podstawową funkcją NF-kB jest regulacja apoptozy., To, czy czynnik transkrypcyjny indukuje odpowiedź anty-apoptotyczną czy pro-apoptotyczną, zależy zarówno od typu komórkowego, jak i od bodźców. Podczas gdy NF-kB głównie zapobiega apoptozie w komórkach B i promuje aktywację komórek B, jego działanie w komórkach T jest zmienne i zależne od typu bodźców . Na przykład apoptoza wywołana glikokortykosteroidami w komórkach T może być hamowana przez NF-kB, podczas gdy apoptoza za pośrednictwem jonomycyny wymaga aktywacji NF-kB . Ponadto NF-kB zapobiega wywoływaniu apoptozy przez cytokinę prozapalną TNF-alfa w odpowiedzi na stan zapalny lub infekcje wirusowe.,
podobnie jak jego rola w regulowaniu apoptozy w białych krwinkach, NF-kB może albo zapobiegać apoptozie w hepatocytach, zwiększając w ten sposób regenerację wątroby , lub wywoływać apoptozę w przypadku infekcji wirusowych, takich jak zakażenie adenowirusowe . Co ciekawe, niektóre wirusy, takie jak HIV, EBV i wirusowe zapalenie wątroby typu C indukują aktywację NF-kB, aby zapobiec apoptozie w zakażonych komórkach .
rola w Mechanobiologii
oprócz znaczącej roli w regulacji odpowiedzi immunologicznej, NF-kB został również zidentyfikowany jako mediator mechanotransdukcji w kilku typach komórek., Ta rola jest realizowana poprzez zmiany zarówno jego aktywacji, jak i lokalizacji, w odpowiedzi na sygnały mechaniczne.
zmieniona dynamika cytoszkieletu, na przykład, aktywuje NF-kB i ta aktywność jest kluczowa w nowotworach, gdzie zmiany właściwości mechanicznych środowiska komórkowego prowadzą nie tylko do zmienionych profili transkrypcji, ale także do tworzenia lamellipodii i zwiększonej ruchliwości komórek. W tym kontekście przeprowadzono wiele badań wspierających.,
na przykład stwierdzono, że sztywność substratu reguluje aktywność NF-kB w komórkach gruczolakoraka płuc, a sztywniejsze substraty sprzyjają rozprzestrzenianiu się komórek . Właściwości mechaniczne, takie jak sztywność podłoża są wykrywane przez aktywację integryn w ogniskowych zrostów i aktywność skurczową włókien actomyosin w cytoszkielecie. Stwierdzono, że regulacja aktywności NF-kB jest w tym przypadku regulowana przez skurcze actomyozyny., Mechanotransdukcja sygnałów pochodzących z ogniskowych zrostów i prowadzących do aktywacji NF-kB jest ułatwiona głównie za pośrednictwem szlaków Rho. Na przykład aktywacja integryny alpha6 / beta4 w obrębie zrostów ogniskowych aktywuje Rac1 i Cdc42, które z kolei degradują IkB, prowadząc do aktywacji NF-kB .
podobnie patologiczny wzrost ruchliwości komórkowej, który może prowadzić do transformacji nowotworowej, był związany z aktywacją NF–kB za pośrednictwem RhoA-ROCK ., Zaobserwowano, że zakłócenia w kontaktach między komórkami śródbłonka inicjują reorganizację aktyny, z późniejszą aktywacją RhoA i PKD1 (kinazy białkowej D1). Aktywacja PKD1 przez RhoA jest ułatwiona przez aktywację SFK (kinazy rodziny Src) i NPKC (nowe enzymy PKC). Aktywny PKD1 promował aktywność NF-kB i chociaż specyficzne geny docelowe przez NF-kB w tym przykładzie były nieznane, autorzy wskazali, że nowotwory nabłonkowe były ostatecznym wynikiem .
zmiany w tworzeniu lub demontażu włókien aktynowych i mikrotubul będą miały również wpływ na lokalizację NF-kB., W szczególności lokalizacja jądrowa aktywowanego NF-kB jest skorelowana z dynamiką cytoszkieletu i zależy od białka motorycznego opartego na mikrotubule, dyneiny . W miarę zmniejszania się obrotów mikrotubul i organizacji włókien aktynowych zwiększa się translokacja NF-kB do jądra.
wzrost translokacji aktywowanego NF-kB do jądra zaobserwowano w wielu typach komórek, gdy naprężenia mechaniczne są umieszczane na komórce., Na przykład w komórkach śródbłonka naczyniowego i osteoblastach wykazano, że NF-kB translokuje się z cytoplazmy do jądra w odpowiedzi na naprężenie ścinające płynu. Podobne przykłady obejmują jądrową translokację NF-kB w chondrocytach pod obciążeniem ściskającym zależnym od wielkości, a także w hodowanych osteoblastach, poddawanych oscylacyjnemu (tj. nieciągłemu) przepływowi płynów . W tym drugim przypadku autorzy wykazali również udział ogniskowej kinazy adhezyjnej (FAK) przed NF-kB ., Co ciekawe, FAK nie był wymagany do indukowanej przez TNF-α aktywacji IKK, podkreślając tym samym rolę FAK w mechanicznej, a nie zapalnej aktywacji szlaku NF-kB.
aktywowany NF-kB (p65) translokuje się z cytoplazmy do jądra, gdzie fizycznie wiąże się z myokardyną, zapobiegając tworzeniu się trójskładnikowego kompleksu myocardin/SRF / CArG, a tym samym hamując ekspresję genu regulowanego przez SRF. Represje te ostatecznie skutkują zwiększoną proliferacją komórek., Z drugiej strony, gdy występuje w wystarczających stężeniach, myokardyna może zablokować Wiązanie NF-kB do swoistego elementu DNA (NF-kB), osłabiając lub nawet znosząc ekspresję TNF-α w komórkach stymulowanych przez LPS (rysunek zaadaptowany z).
NF-kB jest również powiązany z innymi drogami sygnałowymi mechanosensitive. W szczególności rozmowa krzyżowa między ścieżką NF-kB i ścieżką SRF została zademonstrowana przez Tang et al (rys.5). W pracy tej, przeprowadzonej na komórkach mięśnia sercowego i mięśni gładkich, NF-kB został opisany jako represor ekspresji genu za pośrednictwem myokardyny/SRF., Tutaj aktywowany NF-kB przeniósł się z cytoplazmy do jądra, gdzie oddziaływał z myokardyną, zapobiegając tworzeniu się trójskładnikowego kompleksu myocardin / SRF / CArG, a tym samym hamując ekspresję genu regulowanego przez SRF. Represje te doprowadziły ostatecznie do zwiększenia proliferacji komórek, w zgodzie z ustaleniami, że inaktywacja miokardyny jest związana ze wzrostem nowotworu złośliwego . Co ważne, mycardin może również regulować aktywność NF-kB., Dzieje się tak, gdy myokardyna blokuje wiązanie NF-kBs z określonymi elementami DNA i wykazano, że osłabia lub nawet znosi ekspresję TNF-α w komórkach stymulowanych przez LPS. Powoduje to zmniejszenie proliferacji komórek i dlatego sugeruje, że myokardyna i NF-kB odgrywają antagonistyczne role w regulacji cyklu komórkowego.
Ogólnie rzecz biorąc, oczywiste jest, że organizacja cytoszkieletu i właściwości fizyczne mikrośrodowiska komórkowego mogą modulować aktywność i lokalizację NF-kB.