NF-kB (nuclear factor kappa light chain enhancer of activated B cells) är en familj av högt bevarade transkriptionsfaktorer som reglerar många viktiga cellulära beteenden, i synnerhet inflammatoriska svar, cellulär tillväxt och apoptos . NF-kB är också involverad i sjukdomar som cancer, artrit och astma (granskad i ).
sammansättning och aktivering av NF-kB
Schematisk representation av den kanoniska NF-kB aktiveringsvägen., Figur anpassad från PMID: 17119127.
NF-kB bildas genom homo – eller hetero-dimerisering av medlemmar i Rel-familjen av DNA-bindande proteiner. Hos däggdjur omfattar dessa RelA (p65), c-rel, RelB, P105 (föregångaren till p50) och P100 (föregångaren till p52). Varje medlem av denna familj innehåller en Rel homologidomän (RHD), som i sig består av en DNA-bindande region, en dimeriseringsregion och en nukleär lokaliseringssignal.
NF-kB verksamhet regleras av en familj av proteiner som kallas IkBs som inkluderar IkBa, IkBß, IkBy, IkBe och Bcl-3., När de är inaktiverade komplex NF-kB lokaliserade i cytoplasman, i kombination med IkB-Kinas-α (IKKa), IkB-Kinas-β (IKKß) och IKKy/NEMO, icke-enzymatiskt protein som kan fungera som en byggnadsställning. IKK-komplexet kan aktiveras av olika cytokiner, inflammatoriska molekyler och stresssignaler .
i den kanoniska vägen aktiverade IKKb-fosforylater IkB som därefter är ubiquitinerad och märkt för nedbrytning av proteaser. Detta släpper ut NF-kB från IkB-innehållande komplex och avslöjar kärnlokaliseringssignalen (NLS)., Ett NF-kB-komplex bestående av RelA/C-Rel/p50 översätter sedan till kärnan där det kan aktivera transkriptionen av dess målgener . I den icke-kanoniska vägen bryts p100 ned till p52, vilket gör att ett relb/P52-komplex kan översättas från cytoplasman till kärnan .
beroende på sammansättningen av NF-kB i kärnan kommer olika gener att transkriberas aktivt. Denna variation och specificitet i genmål bestäms ytterligare av den posttranslationella modifieringen av olika subenheter, såsom fosforylering av p65.,
ett stort antal gener är riktade mot NF-kB, inklusive dess egen hämmare, IkB. I det här fallet kommer nyproducerad IkB att binda till NF-kB-komplexet och öka lokaliseringen i cytoplasman, vilket representerar en negativ automatisk regulatorisk återkopplingsslinga för NF-kB-aktivitet.
schema för den icke-kanoniska aktiveringsvägen NF-kB. Här bryts P100 ned till p52. Figur anpassad från PMID: 17119127
NF-kB i immunsvaret
den primära funktionen av NF-kB är i regleringen av apoptos., Oavsett om transkriptionsfaktorn inducerar ett anti-apoptotiskt eller pro-apoptotiskt svar, är både celltyp och stimuli beroende. Medan NF-kB huvudsakligen förhindrar apoptos i B-celler och främjar B-cellaktivering, är dess effekt i T-celler variabel och beroende av stimuli-typen . Till exempel kan glukokortikoid inducerad apoptos i T-celler hämmas av NF-kB, medan ionomycinmedierad apoptos kräver NF-kB-aktivering . Dessutom förhindrar NF-kB den proinflammatoriska cytokin TNF-alfa, från att inducera apoptos som svar på inflammation eller virusinfektioner.,
i likhet med dess roll vid reglering av apoptos i vita blodkroppar kan NF-kB antingen förhindra apoptos i hepatocyt, vilket förbättrar leverregenerering eller inducera apoptos vid virusinfektioner, såsom en adenoviral infektion . Intressant, vissa virus som HIV, EBV och hepatit C inducerar NF-kB aktivering för att förhindra apoptos i de infekterade cellerna .
en roll i Mekanobiologi
bortsett från dess framträdande roll i immunresponsreglering har NF-kB också identifierats som en medlare av mekanotransduktion i flera celltyper., Denna roll utförs genom förändringar i både dess aktivering och lokalisering, som svar på mekaniska signaler.
förändrad cytoskelettdynamik, till exempel, kommer att aktivera NF-kB och denna aktivitet är avgörande för cancer, där förändringar i de mekaniska egenskaperna hos den cellulära miljön leder inte bara till förändrade transkriptionsprofiler, men också, lamellipodibildning och förbättrad cellmotilitet. Det är i detta sammanhang som många stödjande studier har genomförts.,
till exempel, substratet styvhet befanns reglera NF-kB aktivitet i lung adenokarcinomceller, med styvare substrat främja cellspridning . Mekaniska egenskaper såsom substratstyvhet detekteras genom aktivering av integriner inom fokala vidhäftningar och kontraktil aktivitet av aktomyosinfibrer inom cytoskelettet. Faktum är att regleringen av NF-kB-aktivitet befanns regleras av actomyosin-sammandragningar i detta fall., Mekanotransduktionen av signaler som härrör från fokala vidhäftningar och kulminerar i aktiveringen av NF-kB underlättas övervägande genom Rho-medierade vägar. Till exempel, aktivering av alpha6/beta4 integrin inom focal sammanväxningar, aktiverar Rac1 och Cdc42, vilket i sin tur försämrar IkB, som leder till aktivering av NF-kB .
på samma sätt var en patologisk ökning av cellulär motilitet, som kan leda till malign transformation, kopplad till RhoA–ROCK-medierad aktivering av NF-kB ., Här sågs störningar av endotelcellskontakter för att initiera actin-omorganisation, med en efterföljande aktivering av RhoA och PKD1 (proteinkinas D1). PKD1 aktivering av RhoA underlättas av SFK (Src familjen kinases) och npkc (nya PKC enzymer) aktivering. Aktiv PKD1 främjade NF-kB-aktivitet och även om de specifika generna riktade mot NF-kB i detta exempel var okända, indikerade författarna att epiteltumörogenes var det ultimata resultatet .
förändringar i bildandet eller demonteringen av aktinfilament och mikrotubuli kommer också att påverka lokaliseringen av NF-kB., I synnerhet är kärnlokaliseringen av aktiverad NF-kB korrelerad med cytoskelettdynamiken och är beroende av mikrotubulbaserat motorprotein, dynein . Eftersom omsättningen av mikrotubuli och organisation av aktinfilament reduceras, ökar translokationen av NF-kB till kärnan.
en ökning av translokationen av aktiverad NF-kB till kärnan har observerats i ett antal celltyper när mekaniska påkänningar placeras på cellen., Till exempel , i vaskulära endotelceller och osteoblaster, visades NF-kB att translokera från cytoplasman till kärnan som svar på vätskesskjuvspänning. Liknande exempel inkluderar nukleär translokation av NF-kB i kondrocyter under storleksberoende tryckstam såväl som i odlade osteoblaster, utsatta för oscillerande (dvs icke-kontinuerligt) vätskeflöde . I det senare fallet visade författarna också involvering av fokal adhesionskinas (FAK) uppströms NF-kB ., Intressant var FAK inte nödvändigt för TNF-α-inducerad aktivering av IKK, vilket betonade FAK: s roll i mekanisk, snarare än inflammatorisk, aktivering av NF-kB-vägen.
aktiverad NF-kB (P65) översätter från cytoplasman till kärnan, där den fysiskt binder till myocardin, förhindrar bildandet av myocardin/SRF / CArG ternary komplex, och därmed hämma SRF-reglerade genuttryck. Detta förtryck resulterar slutligen i ökad cellproliferation., Å andra sidan, när den är närvarande i tillräckliga koncentrationer, kan myokardin blockera NF-kB bindning till dess (NF-kB) specifika DNA-element, dämpa eller till och med avskaffa TNF-α-uttryck i LPS-stimulerade celler (figur anpassad från).
NF-kB är också kopplat till andra mekanosensitiva signalvägar. I synnerhet korssamtal mellan NF-kB-banan och SRF-banan visades av Tang et al (Fig.5). I detta arbete, som genomfördes på hjärt-och glattmuskelceller, beskrevs NF-kB som en repressor av myokardin / SRF-medierat genuttryck., Här aktiverade NF-kB flyttas från cytoplasman till kärnan, där den interagerade med myocardin, förhindra bildandet av myocardin / SRF / CArG ternary komplex, och därmed hämma SRF-reglerade genuttryck. Detta förtryck resulterade slutligen i ökad cellproliferation, i överenskommelse med fynd att inaktivering av myokardin är associerad med malign tumörtillväxt . Viktigare, mycardin kan reglera NF-kB aktivitet också., Detta inträffar när myokardin blockerar NF-kBs-bindning till specifika DNA-element och visades dämpa, eller till och med avskaffa, TNF-α-uttryck i LPS-stimulerade celler. Detta resulterar i minskad cellproliferation och föreslår därför att myocardin och NF-kB spelar antagonistiska roller i cellcykelreglering.
Sammantaget är det uppenbart att cytoskelettorganisationen och cellens mikromiljöns fysikaliska egenskaper kan modulera aktiviteten och lokaliseringen av NF-kB.