NF-kB (nuclear factor kappa light chain enhancer of activated B cells) ist eine Familie von hochkonservierte Transkriptionsfaktoren regulieren viele wichtige zelluläre Verhaltensweisen, insbesondere entzündliche Reaktionen, Zellwachstum und Apoptose . NF-kB ist auch an Krankheiten wie Krebs, arthritis und asthma (überprüft ).
Zusammensetzung und Aktivierung von NF-kB
Schematische Darstellung des kanonischen NF-kB Aktivierungsweges., Abbildung angepasst von PMID: 17119127.
NF-kB wird durch die Homo – oder Heterodimerisierung von Mitgliedern der Rel-Familie von DNA-Bindungsproteinen gebildet. Bei Säugetieren gehören dazu RelA (p65), c-rel, RelB, p105 (der Vorläufer von p50) und p100 (der Vorläufer von p52). Jedes Mitglied dieser Familie enthält eine Rel-Homologiedomäne (RHD), die selbst aus einer DNA-Bindungsregion, einer Dimerisationsregion und einem nuklearen Lokalisierungssignal besteht.
Die NF-kB-Aktivität wird durch eine als IkBs bekannte Proteinfamilie reguliert, zu der IkBa, IkBß, IkBy, IkBe und Bcl-3 gehören., In ihrem inaktivierten Zustand sind NF-kB-Komplexe im Zytoplasma lokalisiert, im Komplex mit IkB Kinase-α (IKKa), IkB Kinase-β (IKKß) und IKKy/NEMO, einem nicht-enzymatischen Protein, das als Gerüst fungieren kann. Der IKK-Komplex kann durch verschiedene Zytokine, Entzündungsmoleküle und Stresssignale aktiviert werden .
Auf dem kanonischen Weg aktivierte IKKb-Phosphorylate IkB, die anschließend ubiquitiniert und für den Abbau durch Proteasen markiert werden. Dies gibt NF-kB aus dem IkB-haltigen Komplex frei und entlarvt das Nuclear Localization Signal (NLS)., Ein NF-kB-Komplex, der aus RelA/c-Rel/p50 besteht, wird dann in den Kern transloziert, wo er die Transkription seiner Zielgene aktivieren kann . In dem nicht-kanonischen Weg wird p100 zu p52 abgebaut, wodurch ein RelB/p52-Komplex vom Zytoplasma in den Kern transloziert werden kann .
Abhängig von der Zusammensetzung von NF-kB im Kern werden verschiedene Gene aktiv transkribiert. Diese Variation und Spezifität in Genzielen wird weiter durch die posttranslationale Modifikation verschiedener Untereinheiten, wie die Phosphorylierung von p65, bestimmt.,
Eine Vielzahl von Genen wird von NF-kB angestrebt, einschließlich des eigenen Inhibitors IkB. In diesem Fall bindet neu hergestellte IkB an den NF-kB-Komplex und erhöht seine Lokalisation im Zytoplasma, wodurch eine negative auto-regulatorische Rückkopplungsschleife für die NF-kB-Aktivität dargestellt wird.
Schema des nicht-kanonischen NF-kB Aktivierungsweges. Hier wird p100 zu p52 degradiert. Abbildung angepasst von PMID: 17119127
NF-kB in der Immunantwort
Die primäre Funktion von NF-kB liegt in der Regulierung der Apoptose., Ob der Transkriptionsfaktor eine antiapoptotische oder proapoptotische Reaktion induziert, ist sowohl vom Zelltyp als auch von den Reizen abhängig. Während NF-kB vorwiegend Apoptose in B-Zellen verhindert und die B-Zell-Aktivierung fördert, ist seine Wirkung in T-Zellen variabel und abhängig vom Reiztyp . Zum Beispiel kann Glukokortikoid-induzierte Apoptose in T-Zellen durch NF-kB gehemmt werden, während Ionomycin-vermittelte Apoptose eine NF-kB-Aktivierung erfordert . Darüber hinaus verhindert NF-kB, dass das proinflammatorische Zytokin TNF-alpha als Reaktion auf Entzündungen oder Virusinfektionen Apoptose induziert.,
Ähnlich wie seine Rolle bei der Regulierung der Apoptose in weißen Blutkörperchen kann NF-kB entweder Apoptose in Hepatozyten verhindern , wodurch die Leberregeneration verbessert wird, oder Apoptose bei Virusinfektionen wie einer adenoviralen Infektion induzieren . Interessanterweise induzieren bestimmte Viren wie HIV, EBV und Hepatitis C die NF-kB-Aktivierung, um Apoptose in den infizierten Zellen zu verhindern .
Eine Rolle in der Mechanobiologie
Neben seiner herausragenden Rolle bei der Regulation der Immunantwort wurde NF-kB auch als Mediator der Mechanotransduktion in verschiedenen Zelltypen identifiziert., Diese Rolle wird durch Änderungen sowohl in ihrer Aktivierung als auch in ihrer Lokalisierung als Reaktion auf mechanische Signale ausgeführt.
Eine veränderte Zytoskelettdynamik aktiviert beispielsweise NF-kB, und diese Aktivität ist entscheidend bei Krebs, bei dem Veränderungen der mechanischen Eigenschaften der zellulären Umgebung nicht nur zu veränderten Transkriptionsprofilen, sondern auch zu Lamellipodien führen Bildung und verbesserte Zellmotilität. In diesem Zusammenhang wurden viele unterstützende Studien durchgeführt.,
Es wurde beispielsweise festgestellt, dass die Substratsteifigkeit die NF-kB-Aktivität in Lungenadenokarzinomzellen reguliert, wobei steifere Substrate die Zellausbreitung fördern . Mechanische Eigenschaften wie Substratsteifigkeit werden durch Aktivierung von Integrinen innerhalb fokaler Adhäsionen und die kontraktile Aktivität von Aktomyosinfasern innerhalb des Zytoskeletts nachgewiesen. Tatsächlich wurde festgestellt, dass die Regulierung der NF-kB-Aktivität in diesem Fall durch Actomyosinkontraktionen reguliert wird., Die Mechanotransduktion von Signalen, die bei fokalen Adhäsionen entstehen und in der Aktivierung von NF-kB gipfeln, wird überwiegend durch rho-vermittelte Bahnen erleichtert. Zum Beispiel aktiviert die Aktivierung von Alpha6 / beta4 Integran innerhalb fokaler Adhäsionen Rac1 und Cdc42, was wiederum IkB abbaut, was zur Aktivierung von NF-kB führt .
In ähnlicher Weise war ein pathologischer Anstieg der Zellmotilität, der zu einer malignen Transformation führen kann, mit einer RhoA–ROCK-vermittelten Aktivierung von NF-kB verbunden ., Hier wurde eine Störung der endothelialen Zell-Zell-Kontakte gesehen, um Aktin-Reorganisation zu initiieren, mit einer anschließenden Aktivierung von RhoA und PKD1 (Proteinkinase D1). Die Aktivierung von PKD1 durch RhoA wird durch Aktivierung von SFK (Src Family Kinases) und nPKC (Novel PKC Enzymes) erleichtert. Aktives PKD1 förderte die NF-kB-Aktivität und obwohl die spezifischen Gene, auf die NF-kB in diesem Beispiel abzielte, unbekannt waren, gaben die Autoren an, dass die epitheliale Tumorogenese das Endergebnis war .
Veränderungen in der Bildung oder Demontage von Aktinfilamenten und Mikrotubuli wirken sich auch auf die Lokalisation von NF-kB aus., Insbesondere die nukleare Lokalisation von aktiviertem NF-kB korreliert mit der Zytoskelettdynamik und ist abhängig von dem auf Mikrotubuli basierenden Motorprotein Dynein . Wenn der Umsatz von Mikrotubuli und die Organisation von Aktinfilamenten reduziert werden, wird die Translokation von NF-kB in den Kern erhöht.
Eine Zunahme der Translokation von aktiviertem NF-kB in den Zellkern wurde bei einer Reihe von Zelltypen beobachtet, wenn mechanische Spannungen auf die Zelle ausgeübt werden., Zum Beispiel wurde gezeigt , dass NF-kB in vaskulären Endothelzellen und Osteoblasten als Reaktion auf Flüssigkeitsscherstress vom Zytoplasma in den Kern transloziert. Ähnliche Beispiele umfassen die nukleare Translokation von NF-kB in Chondrozyten unter magnitudenabhängiger Druckbelastung sowie in kultivierten Osteoblasten, die einem oszillierenden (d. H. Nicht kontinuierlichen) Fluidfluss ausgesetzt sind . Im letzteren Fall zeigten die Autoren auch die Beteiligung der fokalen Adhäsionskinase (FAK) stromaufwärts von NF-kB ., Interessanterweise war FAK für die TNF-α-induzierte Aktivierung von IKK nicht erforderlich, wodurch die Rolle von FAK bei der mechanischen und nicht entzündlichen Aktivierung des NF-kB-Pfades betont wurde.
Aktiviertes NF-kB (p65) transloziert vom Zytoplasma in den Kern, wo es physisch an Myokardin bindet, die Bildung von Myokardin/SRF/CArG-Ternärkomplex verhindert und somit die SRF-regulierte Genexpression hemmt. Diese Unterdrückung führt letztendlich zu einer erhöhten Zellproliferation., Andererseits kann Myokardin, wenn es in ausreichenden Konzentrationen vorhanden ist, die NF-kB-Bindung an sein (NF-kB) spezifisches DNA-Element blockieren, wodurch die TNF-α-Expression in LPS-stimulierten Zellen abgeschwächt oder sogar abgeschafft wird (Abbildung angepasst von).
NF-kB ist auch mit anderen mechanosensitiven Signalwegen verknüpft. Insbesondere wurde die Querverbindung zwischen dem NF-kB-Weg und dem SRF-Weg von Tang et al (Abb.5). In dieser Arbeit, die an Herz-und glatten Muskelzellen durchgeführt wurde, wurde NF-kB als Repressor der Myokardin/SRF-vermittelten Genexpression beschrieben., Hier bewegte sich aktiviertes NF-kB vom Zytoplasma zum Kern, wo es mit Myokardin interagierte, die Bildung des ternären Myokardin/SRF/CArG-Komplexes verhinderte und somit die SRF-regulierte Genexpression hemmte. Diese Repression führte letztendlich zu einer erhöhten Zellproliferation, in Übereinstimmung mit Befunden, dass die Inaktivierung von Myokardin mit dem malignen Tumorwachstum verbunden ist . Wichtig ist, dass Mycardin auch die NF-kB-Aktivität regulieren kann., Dies tritt auf, wenn Myokardin die NF-kBs-Bindung an bestimmte DNA-Elemente blockiert und gezeigt hat, dass es die TNF-α-Expression in LPS-stimulierten Zellen abschwächt oder sogar abschafft. Dies führt zu einer verminderten Zellproliferation und deutet daher darauf hin, dass Myokardin und NF-kB eine antagonistische Rolle bei der Zellzyklusregulation spielen.
Insgesamt ist es klar, dass die Organisation des Zytoskeletts und die physikalischen Eigenschaften der Zellmikroumgebung die Aktivität und Lokalisierung von NF-kB modulieren können.