Signalveien for transformerende vekstfaktor beta (TGFB) er en sekvens av molekylære hendelser involvert i et stort antall cellulære prosesser både i den voksne organismen og i det utviklende embryoet . Veien påvirker ulike cellulære stadier, inkludert cellevekst og differensiering , prosessen med apoptose , cellulær homeostase , blant andre. Til tross for det brede spekteret av cellulære prosesser regulert av TGFβ-signalveien, er prosessen relativt enkel. TGFβ-superfamilien av ligander binder seg til en reseptor, vanligvis TGF-beta 2-reseptoren , som rekrutterer og fosforylerertil TGF-beta 1-reseptoren. Denne TGF-beta 1 -reseptoren fosforylerer i sin tur Smad-reseptorene (R-Smad) som nå kan binde seg til et annet protein, coSMAD SMAD4 . Disse R-SMAD/coSMAD-kompleksene akkumuleres i cellekjernen hvor de fungerer som transkripsjonsfaktorer og deltar i kontrollen av målgenekspresjonen.
TGF beta-superfamilien av ligander inkluderer: benmorfogene proteiner (BMP), vekst- og differensieringsfaktorer (GDF), anti- Müllerian hormon (AMH), Activin , Nodal og TGFβ . [ 1 ] Signalering begynner med bindingen av en TGF-beta-superfamilieligand til en TGF-beta2-reseptor . TGF-beta 2-reseptoren er en serin/treoninkinasereseptor som katalyserer fosforyleringen av Type I-reseptoren. Hver klasse ligand binder seg til en spesiell type TGF-beta 2-reseptor. [ 2 ] Hos pattedyr er det oppdaget syv . TGF-beta 1-reseptortyper og fem TGF-beta 2-reseptorer. [ 3 ]
Det er tre aktiviner : Activin A , Activin B og Activin AB. Aktiviner deltar i embryogenese og osteogenese . [ 4 ] De regulerer også mange hormoner inkludert hypofyse- , gonadale- og hypothalamushormoner samt insulin . [ 5 ] De er også overlevelsesfaktorer for nevronceller . [ 6 ]
BMP-er på sin side binder seg til den benmorfogenetiske proteinreseptoren 2 (BMPR2). De er ansvarlige for en mengde cellulære funksjoner inkludert osteogenese, [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] celledifferensiering , bakre/fremre aksial spesifikasjon, [ 10 ] cellevekst og eventuell homeostase . [ 11 ]
TGF-beta-familien inkluderer: TGFβ1 , TGFβ2 og TGFβ3 . I likhet med BMP-er er TGF-beta involvert i embryogenese og celledifferensiering. De er også assosiert med apoptose , så vel som andre cellulære funksjoner. De binder seg til TGF-beta 2-reseptoren (TGFBR2). [ 12 ]
Det 'nodale' proteinet binder seg til type IIB aktivin A-reseptoren (ACVR2B). Når den er festet, danner den komplekser med activin A-reseptoren, type IB (ACVR1B) og med activin A-reseptoren, type IC (ACVR1C). [ 3 ]
Når reseptor-ligandbinding skjer via lokal handling, er det kjent som den parakrine effekten . [ 13 ]
TGF-beta-liganden binder seg til en TGF-beta 2-reseptordimer, som igjen rekrutterer en TGF-beta 1-reseptordimer som danner et hetero-tetramerisk kompleks med liganden. [ 14 ] Disse serin/treoninkinase-reseptorene har et ekstracellulært domene rikt på cystein , et transmembrandomene og et cytoplasmatisk domene rikt på serin/treonin. GS-domenet til TGF-beta 1-reseptoren består av en repeterende serie på rundt tretti serin- og glycingrupper . [ 15 ] Binding av en TGF-beta-ligand får reseptorene til å rotere slik at deres cytoplasmatiske kinasedomener er orientert til en katalytisk gunstig konformasjon. TGF-2-reseptoren fosforylerer serinrestene til TGF-beta 1-reseptoren, som aktiverer proteinet. [ 16 ]
Det er fem regulerte Smad-reseptorer: Smad1 , Smad2 , Smad3 , Smad5 og Smad9 (noen ganger kalt Smad8). Det er i hovedsak to intracellulære veier som involverer disse Smads-reseptorene. TGF-beta, aktiviner, nodale proteiner og noen GDF-er medieres via Smad2 og Smad3, mens BMP-er, AMH og noen få GDF-er er mediert via Smad1, Smad5 og Smad9. Foreningen av R-Smad til TGF-beta 2-reseptoren utføres gjennom et dobbelt sinkfingerdomene som inneholder FYVE-protein. To av disse typene proteiner som tjener som mellomprodukter i TGF-beta-signalveien inkluderer SARA (Smad Anchor for Receptor Activation) og HGS (faktorregulert substrat tyrosinkinase) av hepatocyttvekst). [ 17 ]
SARA er tilstede i nylig syntetiserte endosomer som ved clathrin- mediert endocytose internaliserer reseptorkomplekset. [ 18 ] SARA rekrutterer deretter en R-Smad og lar Smad-reseptoren binde seg til L45-regionen til TGF-beta 1-reseptoren. [ 19 ] SARA veileder nå R-Smad og orienterer den på en slik måte at A-serinen rester tilstede i dens C-terminale region presenteres for den katalytiske regionen til TGF-beta 1-reseptoren. I denne konformasjonen fosforylerer TGF-beta 1-reseptoren serinresten til R-Smad. Fosforyleringen induserer en konformasjonsendring i MH2-domenet til R-Smad og dets påfølgende dissosiasjon fra reseptorkomplekset og SARA. [ 20 ]
Den fosforylerte RSmad har høy affinitet for coSmad (f.eks . Smad4 ) som den danner et bindingskompleks med. Fosfatgruppen til RSmad fungerer ikke som et ankersted for coSmad, snarere at fosforyleringsstedet åpner seg for å avsløre en strekning av aminosyrer som tillater molekylær interaksjon med coSmad. [ 21 ]
Det fosforylerte RSmad/coSmad-komplekset er heterodimert og går dermed inn i kjernen hvor det binder seg til transkripsjonspromotere/kofaktorer og forårsaker DNA-transkripsjon. [ 21 ]
Benmorfogene proteiner forårsaker transkripsjon av mRNA involvert i osteogenese , neurogenese og spesifikasjon av den ventrale mesodermen . [ 7 ]
TGF-betas forårsaker transkripsjon av mRNA assosiert med apoptose , neogenese av den ekstracellulære matrisen og immunsuppresjon . Det er også involvert i G1 -cellesyklusstans . [ 12 ]
Aktivin forårsaker på sin side transkripsjon av mRNA involvert i gonadal vekst , embryodifferensiering og placentadannelse. [ 4 ]
Nodalproteinet forårsaker transkripsjon av mRNA involvert i riktig spesifikasjon av høyre og venstre akse av kroppen, induksjon av mesoderm og induksjon av endoderm . [ 3 ]
TGF-beta-signalveien er involvert i et bredt spekter av cellulære prosesser og blir deretter sterkt regulert. Det er en rekke mekanismer hvor denne veien er positivt eller negativt modulert: det er agonister for hver ligand og for hver R-Smad; det er lokkemottakere; og R-Smad og reseptorer som er merket med ubiquitin for regulering. [ 22 ]
Både cordin og noggin fungerer som BMP - antagonister . [ 23 ] [ 24 ] De binder seg til BMP, og hindrer liganden i å binde seg til reseptoren. [ 25 ] Det har blitt vist at chordin og noggin dorsaliserer mesodermen . Begge proteinene finnes i ryggleppen til Xenopus- arter og konverterer vev spesialisert til epidermis til nevronalt vev gjennom en prosess som kalles neurulation . Noggina spiller en nøkkelrolle i mønsteret av brusk og bein. Hos Noggina-/- mus har de ekstra brusk og manglet festede ledd. [ 25 ]
Medlemmer av DAN-familien av proteiner antagoniserer også medlemmer av TGF-beta-familien. Disse inkluderer Cerberus, DAN og Gremlina . Disse proteinene inneholder ni konserverte cysteiner som kan danne disulfidbindinger. DAN antas å motvirke faktorene GDF5 , GDF6 og GDF7 . [ 26 ]
Follistatin undertrykker også aktivin når det binder seg til det. Dette påvirker direkte utskillelsen av follikkelstimulerende hormon (FSH). Follistatin har også en viktig korrelasjon med prostatakreft , der mutasjoner i dets opprinnelsesgen kan forhindre dets virkning på de antiproliferative egenskapene til aktivin. [ 25 ]
Lefty -proteinet er en regulator av TGFβ og er involvert i det aksiale mønsteret til dyret under embryogenese. Det er også medlem av TGF-superfamilien av proteiner. Det er asymmetrisk uttrykt på venstre side av murine embryoer og spiller deretter en rolle i riktig spesifikasjon av venstre akse av organismen. Lefty virker ved å forhindre fosforylering av R-Smad gjennom en konstitutivt aktiv type 1 TGFβ-reseptor og gjennom en prosess nedstrøms for aktiveringen. [ 27 ]
Farmakologisk baserte antagonister er også identifisert, inkludert SB431542 , som selektivt hemmer ALK4, ALK5 og ALK7. [ 28 ]
Transformerende vekstfaktorreseptor beta 3 (TGFBR3) er den mest tallrike av TGF-β-reseptorene som er oppdaget så langt, selv om domenet som brukes til signalering er ukjent. [ 29 ] [ 30 ] Imidlertid kan den brukes til å binde TGF-beta-ligander til TGF-beta 2-reseptoren ved å binde seg til TGFβ og presentere den til TGFBR2. Et av nedstrømsmålene for TGFβ-signalering er GIPC , som binder seg til PDZ-domenet, forhindrer dets proteosomale nedbrytning og deretter øker TGFβ-aktiviteten. Det kan også tjene som en inhibin -koreseptor for Activin 2-reseptoren. [ 25 ]
Den membranbundne BMP- og aktivinhemmeren (BAMBI) har et ekstracellulært domene som ligner på TGF-beta 1-reseptorer. Det mangler et intracellulært serin/treoninproteinkinasedomene, så det fungerer som en pseudoreseptor. Den binder seg til TGF-beta 1-reseptoren, og forhindrer dens aktivering. Den fungerer som en negativ regulator av TGF-beta-signalering og kan begrense TGF-beta-ekspresjon under embryogenese. Det krever BMP-signalering for uttrykket. [ 31 ] [ 32 ]
FKBP12 binder seg til GS-regionen av TGF-beta 1-reseptoren, og forhindrer fosforylering av reseptoren av TGF-beta 2-reseptorer. FKBP12 og dets homologer antas å bidra til å forhindre TGF-beta 1-reseptoraktivering i fravær av ligander, med tanke på at liganden forårsaker dens obligatoriske dissosiasjon. [ 33 ]
Det er to andre Smads for å fullføre Smad-familien, de hemmende Smads ( I-SMADs ): Smad6 og Smad7 . Disse spiller en nøkkelrolle i kontrollen av TGF-beta-signalering og er involvert i negative tilbakemeldingsprosesser. Som andre SMAD-er har disse et MH1-domene og et MH2-domene. Smad7 konkurrerer med andre Smad-reseptorer, med TGF-beta 1-reseptoren og forhindrer dens fosforylering. [ 25 ] [ 34 ] Den ligger i kjernen og når TGF-beta-reseptoren aktiveres, translokerer den til cytoplasmaet hvor den binder seg til TGF-beta 1-reseptoren. Smad6 binder seg til Smad4 og forhindrer binding av andre R- Smads med coSmad. Smad1-nivåer øker med TGF-beta-signalering, noe som tyder på at de er nedstrømsmål i TGF-beta-signalveien. [ 35 ]
R-Smad endringerE3 ubiquitin ligaseproteiner kalt SMURF1 og SMURF2 regulerer Smad-nivåer. De aksepterer ubiquitinmarkøren til et E2-konjugerende enzym hvor de overføres til R-SMAD og forårsaker merking og påfølgende proteasomal nedbrytning . SMURF1 binder seg til Smad1 og Smad5 mens SMURF2 binder seg til Smad1, Smad2, Smad3, Smad6 og SMAD7. Det forbedrer den hemmende virkningen til Smad7 og reduserer transkripsjonsaktivitetene til Smad2. [ 22 ]
| superfamilieligand TGF-beta |
Mottaker TGF-beta 2 |
Mottaker TGF-beta 1 |
R-Smad | kosmad | ligandhemmer |
|---|---|---|---|---|---|
| Activin A | ACVR2A | ACVR1B (ALK4) | SMAD2 , SMAD3 | SMAD4 | Follistatin |
| GDF1 | ACVR2A | ACVR1B (ALK4) | SMAD2 , SMAD3 | SMAD4 | |
| GDF11 | ACVR2B | ACVR1B (ALK4), TGFβRI (ALK5) | SMAD2 , SMAD3 | SMAD4 | |
| Benmorfogent protein |
BMPR2 | BMPR1A (ALK3), BMPR1B (ALK6) | SMAD1 , SMAD5 , SMAD8 | SMAD4 | Noggin , Cordina , SMURF1 |
| Nodal | ACVR2B | ACVR1B (ALK4), ACVR1C (ALK7) | SMAD2 , SMAD3 | SMAD4 | Venstre |
| TGFβs | TGFβRII | TGFβRI (ALK5) | SMAD2 , SMAD3 | SMAD4 | LTBP1 , THBS1 , Decorin |