El factor de necrosi tumoral alfa o TNF-α (per abreviatura de l'anglès tumor necrosis factor) o caquexina és una proteïna homotrimèrica. Forma part de la superfamília de proteïnes TNF, la qual engloba les TNF-α i les TNF-β, també conegudes com a limfotoxines, que formen part del grup de les citocines alliberades per les cèl·lules del sistema immunitari i tenen un paper clau en processos com ara la inflamació, l'apoptosi o el dany articular associat a l'artritis reumatoide, a més de participar en altres malalties. És una citocina proinflamatòria i, per tant, intervé en el procés inflamatori del sistema immunitari.
En ser una citocina proinflamatòria, és segregada principalment pels macròfags (cèl·lules que participen en el procés de defensa immunitària) tot i que també poden ser segregades per altres cèl·lules pertanyents al sistema immunitari que intervenen en processos inflamatoris i en reaccions de fase aguda, tals com els limfòcits T CD4+, les cèl·lules NK i els neutròfils. D'aquí s'extrau que el TNF-α és una peça fonamental en els mecanismes de la immunitat innata i adquirida. El senyal que indueix la seva síntesi pot ser donat per qualsevol agent aliè al cos humà. Així mateix, també està relacionat amb l'aparició d'una gran varietat de patologies.
Aquestes proteïnes s'expressen a la membrana cel·lular i tenen diverses funcions, com ara la regulació dels glòbuls blancs, la producció de febre, la inducció a l'apoptosi cel·lular i recentment s'ha descobert que també estan relacionades amb les lipoproteïnes de baixa densitat (LDL) produint-ne la lipòlisi. La seva funció més destacada, però, és l'acció citotòxica contra les cèl·lules tumorals específicament.
Aquesta proteïna pot expressar-se de dues formes diferents: en forma soluble i en forma transmembrana. En cada forma destaquen unes funcions vers l'organisme diferents. En la forma soluble destaca la funció d'amplificació de l'acció fagocítica i citotòxica en macròfags; mentre que en la forma transmembrana, la seva funció més destacable és la seva participació en processos inflamatoris.
Les TNF-α estan relacionades amb diverses malalties autoimmunitàries com ara l'artritis reumatoide i també amb altres malalties com el càncer, la SIDA, l'asma, malalties cardiovasculars, la diabetis, malalties inflamatòries, l'obesitat o el xoc sèptic. Per aquest motiu, aquesta proteïna té un gran interès científic i és molt estudiada en diversos laboratoris per utilitzar-la contra el càncer.
Descobriment La teoria que hi havia una resposta antitumoral del sistema immunitari va ser formulada per William B.Coley a finals del segle , en comprovar que, en pacients de càncer en els quals hi havia una regressió de la malaltia, coincidia que tenien també alguna infecció bacteriana, però no va poder aportar-hi proves per demostrar-ho. L'any 1968, Gale A. Granger, de la Universitat de Califòrnia, va trobar un factor citotòxic produït pels limfòcits, el qual va anomenar limfotoxina (LT). Simultàniament, Nancy Ruddle, de la Universitat Yale, va descobrir la mateixa activitat i va publicar-ho gairebé al mateix temps que Granger. Uns anys més tard, el 1975, Lloyd J. Old va descobrir un altre factor citotòxic produït per macròfags el qual va anomenar «factor de necrosi tumoral» (TNF). Els dos factors van ser descrits segons la seva habilitat per matar les cèl·lules L-929 del fibrosarcoma del ratolins.
Aquests conceptes van ser estesos a malalties sistèmiques l'any 1981 quan Ian A. Clark i Elizabeth Carswell, investigadors del grup de l'esmentat Old, van adonar-se que les proteïnes TNF podien tenir un paper en la malària aguda.
L'any 1984 es va aconseguir clonar els cDNA que codifiquen les limfotoxines i els TNF, i es va descobrir que són proteïnes similars. La vinculació del TNF amb el seu receptor i el posterior desplaçament per LT va confirmar l'homologia funcional entre aquestes dues proteïnes. A causa d'aquesta semblança, tant funcional com seqüencial, es va modificar el nom de les dues proteïnes, de manera que el TNF va passar a anomenar-se TNF-α i lesLT van passar a anomenar-se TNF-β. L'any següent, Bruce A. Beutler i Anthony Cerami van descobrir que la caquexina (hormona que indueix la caquèxia) era en realitat el TNF-α. Cerami també va descobrir la funció del TNF en el procés de patir un shock sèptic, així com els efectes terapèutics dels anticossos monoclonals anti-TNF-α.
Posteriorment es va descobrir que el TNF-α pot tenir un efect neuropotector i prevenir l'apoptosi de les neurones per un mecanisme en què intervé el factor NF-κB (factor nuclear potenciador de les cadenes lleugeres kappa de les cèl·lules B activades), el qual indueix a l'expressió de Mn-SOD i Bcl-2.
Gen La localització del gen que codifica la citocina TNF-α, també anomenada locus, es troba a la regió central del complex d'histocompatibilitat nº II, entre els gens HLA-B i el del factor C de complement 1 (HLA-D), en el braç curt del cromosoma 6 (6p21.3). Aquest locus té una varietat de llocs polimòrfics, tant a la zona codificant com a les zones properes.
Té una mida de 3,6 KB, conté 2762 nucleòtids i conté 4 exons, dels quals 3 se’n encarreguen de codificar per a cadascun dels monòmers que constitueixen la proteina i l'exó restant té la funció de codificar la proteïna precursora de 233 aminoàcids.Seqüència d'aminoàcids. http://ps2.life.nctu.edu.tw/docs.php#fasta Cada exó té una mida diferent, el primer comprèn 186 aminoàcids, el segon en conté 46, el tecer conté 48 aminoàcids i el quart en te 422. A més, aquest gen també conté 3 introns els quals encara es desconeix la seva funció dins l'organisme.
Actualment no s'han pogut traduir totes les parts components del gen, i se sap que les regions 5´ i 3´ (5´UTR i 3´UTR) falten per traduir. És per això que de la seva totalitat de 2762 nucleòtids, només 1722 estan totalment traduïts.
Aquest gen a més conté diversos polimorfismes d'un sol nucleòtid (variacions en la seqüència de l'ADN que només afecten a una base nitrogenada) distribuïts per la seva estructura, trobant la majoria a la regió promotora, molt pocs a la zona d'introns i exons i no s'ha trobat cap a les regions 5´ i 3´ (5´UTR i 3´UTR).
Tot i que els TNF-α i els TNF-β pertanyen a la mateixa familia de proteïnes, estan sintetitzades de manera independent.
Estructura proteica frame|Predicció de l'estructura de cintes (a dalt) i de boles (a baix) del monòmer del TNF-α a partir de la seva seqüència d'aminoàcids. El TNF-α és produït en dues formes: una precursora, que es troba unida a la membrana, i una altra de soluble (sTNF-α). El precursor unit a la membrana està constituït per una seqüència de 233 aminoàcids i pes molecular de 26 KDa. Aquest precursor s'acobla a la metaloproteasa (TACE) i passa a ser sTNF-α, amb 157 aminoàcids i un pes molecular de 17 KDa. Per ser funcional, el TNF-α ha de formar un homotrímer de sTNF-α, de 51 KDa.
El polimorfisme del TNF-α s'expressa de dues formes diferents: la primera comprèn els polimorfismes mononucleòtics (sNPS, de l'anglès, single nucleotide polymorphisms), els quals representen canvis d'un nucleòtid; i la segona, és el DNA microsatèl·lit, que es distribueixen a través del genoma. Aquests microsatèl·lits són seqüències repetitives de DNA no transcrites i de longitud variable que s'ubiquen a regions no codificants, amb la possibilitat d'alterar el plegament del DNA i la posterior conseqüència transcripcional.
Quan l'estructura adopta la seva conformació de membrana, el TNF-α adopta la forma d'una proteïna de membrana del tipus II. Aquesta consta de tres parts: una primera, que es troba al citoplasma; una α-hèlix a l'espai intermembranós; i una tercera d'extracel·lular. Tant a la cara citoplasmàtica com a l'extracel·lular, hi predomina la forma de làmina β, tot i que gran part de la cèl·lula no té una estructura fixa.
Funció El TNF-α és una potent citocina amb múltiples funcions cel·lulars que s'ha relacionat de manera crítica amb la patogènesis de diverses malalties inflamatòries cròniques tals com la produïda pel VIH i també malalties autoimmunitàries com ara l'artritis reumatoide, l'asma, l'espondiloartritits anquilosant, el càncer o trastorns neurodegeneratius com ara l'alzheimer.
La molècula TNF-α és secretada per cèl·lules del sistema immunitari a conseqüència de l'estimulació per part de lipopolisacàrids provinents de bacteris i de la presència d'autoantígens i d'antígens vírics (com les proteïnes de membrana del VIH). D'entre les cèl·lules que secreten la citocina, les més importants són els macròfags, els monòcits, els neutròfils, els limfòcits T i els limfòcits NK. Pel que fa als limfòcits T, només els que expressen CD4 a la superfície alliberen el TNF, ja que els limfòcits TCD8+ gairebé no en secreten.
Tanmateix, la síntesi del TNF-α també pot ser induïda quan s'inicia la resposta immunitària per altres citocines proinflamatòries: IFN, IL2, GM-CSP o PAF entre d'altres. Alhora, la producció de la citocina pot ser aturada per factors antiinflamatoris tals com IL6, TGF-β, la vitamina D3, la prostaglandina E2, la ciclosporina i els antagonistes del PAF.
Un cop secretat, el TNF alfa mostra una varietat molt important d'activitats biològiques. S'ha observat que tant la forma TNF-α soluble com la transmembrana poden exercir un paper en la inflamació: la unida a la membrana ho fa de forma local i depèn de la interacció entre cèl·lules (cell to cell contact) mentre que la soluble exerceix les seves funcions a distància de les cèl·lules que la sintetitzen.Tumor necrosos factor signaling. Wajant H, Pfizenmaier K, Scheurich P. Cell Death Fiffer. 2003;10:45-65. Les dues regulen esdeveniments biològics fonamentals de les cèl·lules tals com l'activació dels leucòcits o l'alliberació de diverses quimiocines i citocines per a ampliar la resposta immunològica.
El correcte funcionament de la citocina en les seves dues conformacions depèn de la interacció amb els receptors de membrana TNFR1 i TNFR2, que s'ha vist que es troben en la majoria de cèl·lules amb nucli.Two tumour necrosis factor receptors: structure and function. Vandenabeele P, Declercq W, Beyaert R, Fiers W Trends Cell Biol. 1995 Oct;5(10):392-9. Les vies de senyalització induïdes pel TNFR2 no han pogut ser caracteritzades com les del TNFR1, però s'ha vist que el TNF-α podria tenir preferències per unir-se a aquest en comptes de TNFR1. Alhora, s'ha comprovat que el R2 pot executar funcions tan compartides com oposades en respecte a aquelles realitzades per R1 i podria estar involucrat activament en la patogènesis de malalties inflamatòries.Function and regulation of tumor necrosis factor receptor type 2.
Carpentier I, Coornaert B, Beyaert R. Curr Med Chem. 2004 Aug; 11(16):2205-12.
Funcions del TNF-α soluble La forma soluble del TNF-α senyalitza a través dels dos receptors trimèrics que es troben a la membrana cel·lular, tan TNFR1 com TNFR2. Les funcions que pot realitzar mitjançant la interacció amb aquests receptors queden resumides a la Taula 1. En interaccionar amb aquests, la proteïna és capaç d'amplificar l'activitat fagocítica i citotòxica en granulòcits i macròfags, modular l'expressió d'altres citocines i factors solubles com IL1 i IL6 en altres cèl·lules del sistema immunitari i d'altres múltiples funcions.
TNF-α es troba de forma predominant ens els monòcits i limfòcits T després de la seva activació en processos immunitaris, on controla la destrucció cel·lular mitjançant un sistema de contacte entre receptors de membrana.
S'ha comprovat que la combinació de TNF alfa amb IL1 in vivo és responsable de la disfunció i alteració de l'endoteli i per tant, contribueix en la patogènesis de les malalties cardiovasculars. Ha estat demostrat que l'augment de l'expressió de TNF-α circulant té un paper principal en la interrupció de la circulació micro i macrovascular i, per tant, intervé en processos trombòtics.