TGF-β
 |
Mee bezig Aan dit artikel of deze sectie wordt de komende uren of dagen nog druk gewerkt.
Klik op geschiedenis voor de laatste ontwikkelingen. |
Transforming growth factor β, vaak afgekort als TGF-β, is een multifunctioneel cytokine dat door diverse immuuncellen wordt geproduceerd. TGF-β heeft een krachtig onderdrukkend effect op de proliferatie en differentiatie van T-cellen. Ook kan het een remmend effect hebben op andere celtypen, zoals macrofagen en dendritische cellen. TGF-β blokkeert de doorgang van de G1-fase van de celcyclus. TGF-β werd voor het eerst aangetoond in weefselkweek van tumorcellen.[1]
De signaalcascade die TGF-β in gang zet verloopt onder meer via Smad-eiwitten, die een centrale rol spelen in de ontwikkeling en groei. Vanwege de veelzijdige rol in de regulatie van immuuncellen en stamcellen, is het een veel onderzocht cytokine op het gebied van kanker, auto-immuunziekten en infectieziekten. Verhoogde expressie van TGF-β uit tumoren lijkt de tumorcellen in staat te stellen de cellulaire respons te ontwijken.[2]
Structuur[bewerken | brontekst bewerken]
Bij mensen en andere zoogdieren komen drie isovormen van TGF-β voor: TGF-β1, TGF-β2 en TGF-β3. De aminozuursequentie van de TGF-β-isovormen zijn zeer vergelijkbaar (homologieën in de orde van 70-80%). Ze worden allemaal gecodeerd als grote proteïne-precursor; TGF-β1 bevat 390 aminozurens en TGF-β2 en TGF-β3 bevatten elk 412 aminozuren. Ze hebben elk een N-terminaal signaalpeptide van 20-30 aminozuren die nodig is voor secretie uit een cel, een pro-regio genaamd latency-associated peptide (LAP), en een C-terminaal-gebied van 112-114 aminozuren. Dit laatste deel splitst zich tijdens de maturatie af van de rest van de eiwitketen, en vormt het het mature TGF-β-molecuul.[3]
Het mature TGF-β-eiwit dimeriseert en produceert een actief eiwit van 25 KDa met veel geconserveerde structurele motieven. TGF-β heeft negen cysteïneresiduen die sterk geconserveerd zijn. Acht ervan vormen disulfidebindingen binnen het eiwit, ze creëren een structuur die kenmerkend is voor de TGF-β-superfamilie.[4] Het negende cysteïne vormt een disulfidebinding met de negende cysteïne van een ander TGF-β-eiwit om een dimeer te produceren. Er wordt aangenomen dat veel andere geconserveerde residuen in TGF-β een secundaire structuur door hydrofobe interacties vormen. Het gebied tussen de vijfde en zesde geconserveerde cysteïne herbergt het meest variabele gebied van TGF-β-eiwitten en zit aan het oppervlak van het eiwit en betrokken is bij receptorbinding en specificiteit van TGF-β.
Latent TGF-β-complex[bewerken | brontekst bewerken]
Alle drie de TGF-β's worden gesynthetiseerd als precursormoleculen die naast het TGF-β-homodimeer een propeptidegebied bevatten.[5] Nadat het TGF-β-homodimeer is gesynthetiseerd, interageert het met een Latency-Associated Peptide (LAP), een eiwit dat is afgeleid van het N-terminale gebied van het TGF-β-genproduct, en vormt een complex genaamd Small Latent Complex (SLC). Dit complex blijft in de cel totdat het wordt gebonden door een ander eiwit genaamd Latent TGF-β-Binding Protein (LTBP), waardoor een groter complex wordt gevormd dat Large Latent Complex (LLC) wordt genoemd. Het is deze LLC die wordt uitgescheiden naar de extracellulaire matrix (ECM).[6]
In de meeste gevallen wordt, voordat de LLC wordt uitgescheiden, de TGF-β-voorloper van het propeptide gesplitst, maar blijft daaraan gebonden door niet-covalente bindingen.[7] Na uitscheiding blijft het in de extracellulaire matrix achter als een geïnactiveerd complex dat zowel het LTBP als het LAP bevat en dat verder moet worden verwerkt om actieve TGF-β vrij te geven.[8][9] De hechting van TGF-β aan het LTBP vindt plaats door middel van een disulfidebinding, waardoor het inactief kan blijven door te voorkomen dat het zich aan zijn receptoren bindt. Omdat verschillende cellulaire mechanismen verschillende niveaus van TGF-β-signalering vereisen, biedt het inactieve complex van dit cytokine de mogelijkheid voor een goede bemiddeling van TGF-β-signalering.[8]
Er zijn vier verschillende LTBP-isovormen bekend, LTBP-1, LTBP-2, LTBP-3 en LTBP-4.[10] Mutatie of wijziging van LAP of LTBP kan resulteren in onjuiste TGF-β-signalering. Muizen zonder LTBP-3 of LTBP-4 vertonen fenotypes die consistent zijn met fenotypes die worden gezien bij muizen met veranderde TGF-β-signalering.[11] Bovendien hebben specifieke LTBP-isovormen de neiging om te associëren met specifieke LAP•TGF-β-isovormen. Er wordt bijvoorbeeld gerapporteerd dat LTBP-4 alleen aan TGF-β1 bindt,[12] mutatie in LTBP-4 kan dus leiden tot met TGF-β geassocieerde complicaties die specifiek zijn voor weefsels waarbij voornamelijk TGF-β1 betrokken is. Bovendien verschaffen de structurele verschillen binnen de LAP's verschillende latente TGF-β-complexen die selectief zijn, maar voor specifieke stimuli die worden gegenereerd door specifieke activatoren.
Activering[bewerken | brontekst bewerken]
Aan het begin van de ontdekking van TGF-β was het onduidelijk dat het alleen inactief door cellen werd uitgescheiden. De biochemische protocollen voor de zuivering en concentratie van TGF-β omvatten zuren die in staat zijn TGF-β uit het complex op te lossen met LAP.[13] Het belang van het activeren van TGF-β werd daarom in het begin niet onderkend, omdat men alleen met TGF-β werkte, dat onbewust al geactiveerd was.
Door de jaren heen zijn er steeds meer processen bekend geworden die in principe TGF-β kunnen activeren. Op basis van verschillende onderzoeken met knock-outmuizen lijkt het er momenteel op dat bepaalde integrinen het belangrijkst zijn voor de activering van TGF-β1 en TGF-β3.[14] Er werd echter geen integrine gevonden dat aan TGF-β2 bindt. Dit betekent ofwel dat TGF-β2 uitsluitend op een integrine-onafhankelijke manier wordt geactiveerd, ofwel dat de binding van TGF-β2-integrine nog niet is ontdekt. Voor TGF-β1 en TGF-β3 bestaat nog steeds de mogelijkheid dat integrine-onafhankelijke activeringsmechanismen domineren, althans in bepaalde situaties.
Sommige van de bekende activeringsreactiepaden zijn cel- of weefselspecifiek, terwijl sommige in meerdere celtypen en weefsels voorkomen. Proteasen, integrinen, pH en reactieve zuurstofcomponenten zijn slechts enkele van de momenteel bekende factoren die TGF-β kunnen activeren. Het is bekend dat verstoringen van deze activerende factoren kunnen leiden tot niet gereguleerde TGF-β-signaleringsniveaus die verschillende complicaties kunnen veroorzaken, waaronder ontstekingen, auto-immuunziekten, fibrose, kanker en cataract. In de meeste gevallen zal een geactiveerd TGF-β-ligand de TGF-β-signaleringscascade initiëren zolang TGF-β-receptoren I en II beschikbaar zijn voor binding. Dit komt door een hoge affiniteit tussen TGF-β en zijn receptoren, wat suggereert waarom de TGF-β-signalering een latentiesysteem recruteert om de signalering ervan te bemiddelen.
Integrine-onafhankelijke activering[bewerken | brontekst bewerken]
Activering door protease en metalloprotease[bewerken | brontekst bewerken]
Plasmine en een aantal matrixmetalloproteasen (MMP) spelen een sleutelrol bij het bevorderen van tumorinvasie en weefselverandering door proteolyse van verschillende extracellulaire matrix-componenten te induceren.[15] Het TGF-β-activatieproces omvat de afgifte van de LLC uit de matrix, gevolgd door verdere proteolyse van het LAP om TGF-β aan zijn receptoren vrij te geven. Het is bekend dat MMP-9 en MMP-2 latent TGF-β splitsen.[16] Het LAP-complex bevat een proteasegevoelig scharniergebied dat het potentiële doelwit kan zijn voor deze vrijgave van TGF-β.[17] Ondanks het feit dat is bewezen dat MMP's een sleutelrol spelen bij het activeren van TGF-β, kunnen muizen met mutaties in MMP-9- en MMP-2-genen nog steeds TGF-β activeren en vertonen ze geen fenotypes met TGF-β-deficiëntie. Dit weerspiegelt de redundantie tussen de activerende enzymen[8], wat suggereert dat andere onbekende proteasen hierbij betrokken kunnen zijn.
Activering door pH[bewerken | brontekst bewerken]
Zure omstandigheden kunnen het LAP denatureren. Behandeling van het medium met extreme pH-waarden (1,5 of 12) resulteerde in significante activering van TGF-β, zoals blijkt uit radioreceptortests, terwijl milde zuurbehandeling (pH 4,5) slechts 20-30% van de activering opleverde die werd bereikt bij pH 1,5.[18]
Activering door reactieve zuurstofcomponmenten (ROS)[bewerken | brontekst bewerken]
De structuur van LAP is belangrijk voor het behoud van zijn functie. Structuurmodificatie van LAP kan ertoe leiden dat de interactie tussen LAP en TGF-β wordt verstoord en dus wordt geactiveerd. Factoren die een dergelijke modificatie kunnen veroorzaken, zijn onder meer hydroxylradicalen van reactieve zuurstofcomponenten (ROS). TGF-β werd snel geactiveerd na blootstelling van ROS aan in vivo straling.[19]
Activering door trombospondine-1[bewerken | brontekst bewerken]
Trombospondine-1 (TSP-1) is een matricellulair glycoproteïne dat wordt aangetroffen in bloedplasma van gezonde patiënten met niveaus tussen 50 en 250 ng/ml.[20] Het is bekend dat de TSP-1-niveaus toenemen als reactie op letsel en tijdens de ontwikkeling.[21] TSP-1 activeert latente TGF-β[22] door directe interacties te vormen met het latente TGF-β-complex en induceert een conformationele herschikking die verhindert dat het zich bindt aan het mature TGF-β.[23]
Activering door Alpha(V)-bevattende integrinen[bewerken | brontekst bewerken]
Zowel TGFβ1 als TGFβ3 hebben een RGD-peptidesequentie in hun LAP-eiwit. Deze aminozuursequentie wordt door veel integrinen herkend. Het belang van RGD-integrinebinding voor TGFβ1-activering wordt aangetoond in knockin-muizen waarin TGFβ1-RGD wordt vervangen door RGE (de RGE-sequentie vermindert of voorkomt volledig integrinebinding). Deze TGFβ1-RGE-muizen vertonen vergelijkbare effecten als muizen die TGFβ1 volledig missen[24]. Dit betekent dat een gebrek aan activering van TGFβ1 door een integrine equivalent is aan de volledige afwezigheid van TGFβ1.
Twee integrinen, αVβ6 en αVβ8-integrine, worden momenteel besproken als de belangrijkste integrinen voor de activering van TGFβ1 en TGFβ3 in organismen[25]. Recentere publicaties wijzen echter ook op een groot belang van αVβ1-integrine[26]. Tenminste in celkweek hebben αVβ3-, αVβ5- en α8β1-integrines ook binding aan TGFβ1 aangetoond. Structurele overwegingen tot nu toe suggereren echter dat tenminste αVβ3- en αVβ5-integrine niet gemakkelijk kunnen binden aan RGD in TGFβ1[27] en daarom TGFβ1 in uitzonderlijke situaties zouden kunnen activeren.
Hoewel zowel αVβ6- als αVβ8-integrines binden aan de RGD-sequentie in TGFβ1 en TGFβ3, is het respectieve activeringsmechanisme door de twee integrines verschillend.
Het algemene thema van integrinen die deelnemen aan latente TGF-β1-activering kwam voort uit onderzoeken met mutaties/knock-outs van β6-integrine,[28] αV-integrine,[29] β8-integrine en in LAP onderzochten. Deze mutaties produceerden fenotypes die vergelijkbaar waren met fenotypes die worden gezien bij TGF-β1 knock-outmuizen.[30] Momenteel zijn er twee voorgestelde modellen van hoe aV-bevattende integrinen latente TGF-β1 kunnen activeren; het eerste voorgestelde model is door conformationele verandering in het latente TGF-β1-complex te induceren en daardoor de actieve TGF-β1 vrij te geven, en het tweede model is door een protease-afhankelijk mechanisme.[31]
Conformatieveranderingsmechanisme (zonder proteolyse)[bewerken | brontekst bewerken]
αVβ6-integrine was de eerste integrine die werd geïdentificeerd als TGF-β1-activator.[8] LAP's bevatten een RGD-motief dat wordt herkend door de overgrote meerderheid van aV-bevattende integrinen,[32] en aVβ6-integrine kan TGF-β1 activeren door te binden aan het RGD-motief dat aanwezig is in LAP-β1 en LAP-β3..[33] Bij binding induceert het door adhesie gemedieerde celkrachten die worden vertaald in biochemische signalen die kunnen leiden tot de vrijlating/activatie van TGFb uit zijn latente complex.[34] Dit reactiepad is aangetoond voor activering van TGF-β in epitheelcellen zonder gebruik te maken van matrixmetalloproteasen (MMP's).[35]
Integrineprotease-afhankelijk activeringsmechanisme[bewerken | brontekst bewerken]
Omdat MMP-2 en MMP-9 TGF-β kunnen activeren door proteolytische afbraak van het latente TGF-βcomplex,[16] activeren aV-bevattende integrinen TGF-β1 door een hechte verbinding te creëren tussen het latente TGF-β-complex en MMP's. Er wordt gesuggereerd dat integrinen αVβ6 en αVβ3 tegelijkertijd aan het latente TGF-β1-complex en proteïnasen binden, waardoor tegelijkertijd conformationele veranderingen van het LAP worden geïnduceerd en proteasen dichtbij elkaar worden afgezonderd. Ongeacht of er MMP's bij betrokken zijn, vereist dit mechanisme nog steeds de associatie van integrinen en dat maakt het tot een niet-proteolytisch reactiepad.[31][36]
Zie ook[bewerken | brontekst bewerken]
Bronnen
|