miniatura|dereita|O TGF-β1 é unha das isoformas do TGF-β (imaxe de ). O factor de crecemento transformante beta (TGF-β, do inglés Transforming Growth Factor beta) é unha proteína citocina multifuncional que pertence á superfamilia do TGF, que comprende tres isoformas principais desta proteína (TGF-β1-2-3) de mamíferos e moitas outras proteínas de sinalización producidas por todas as liñaxes de células brancas do sangue. Os complexos TGF-β activados xunto con outros factores forman un complexo serina/treonina quinase que se une aos receptores de TGF-β. Este receptor está composto por subunidades de receptor de tipo 1 e de tipo 2. Despois da unión de TGF-β, a receptor quinase de tipo 2 fosforila e activa a receptor quinase de tipo 1, que activa á súa vez unha fervenza de sinalización. Isto leva á activación de distintos substratos situados augas abaixo da ruta e proteínas reguladoras, inducindo a transcrición de diferentes xenes diana que funcionan na diferenciación, quimiotaxe, proliferación, e activación de moitas células inmunitarias.
O TGF-β segrégano moitos tipos de células, como os macrófagos, nunha forma latente na cal está formando un complexo con outros polipéptidos, que son a proteína de unión ao TGF-beta latente (LTBP, latent TGF-beta binding protein) e o péptido asociado á latencia (LAP, latency-associated peptide). As proteinases séricas como a plasmina catalizan a liberación do TGF-β activo deste complexo. Isto xeralmente ocorre na superficie dos macrófagos, nos que o complexo TGF-β latente está unido a CD36 por medio do seu ligando, a trombospondina-1 (TSP-1). Os estímulos inflamatorios que activan os macrófagos potencian a liberación de TGF-β activo ao promoveren a activación da plasmina. Os macrófagos poden tamén endocitar os complexos TGF-β latentes unidos a IgG, que son segregados polas células plasmáticas e despois libera o TGF-β activo no fluído extracelular. Entre as súas funcións principais está a regulación dos procesos inflamatorios, especialmente no tracto dixestivo. O TGF-β tamén ten un papel crucial na diferenciación de células nais e na regulación e diferenciación de células T. É unha citocina que está a ser moi investigada nos campos do cancro, enfermidades autoinmunes e infecciosas.
A superfamilia do TGF-β inclúe as proteínas que inhiben o crecemento endóxeno; un incremento na expresión de TGF-β xeralmente está relacionado co carácter maligno de moitos cancros e un defecto na resposta de inhibición do crecemento celular ao TGF-β. As súas funcións inmunosupresoras despois acaban dominando e contribúen á oncoxénese. A desregulación das súas funcións inmunosupresoras está tamén implicada na patoxénese das enfermidades autoinmunes, aínda que os seus efectos son mediados por outras citocinas presentes no ambiente celular.
Estrutura
Os tres tipos principais de TGF-β son:
TGF-β1 — TGFB1 TGF-β2 — TGFB2 TGF-β3 — TGFB3
As estruturas peptídicas das isoformas do TGF-β son moi similares, con homoloxías da orde do 70-80%. Todas son codificadas en forma de grandes moléculas proteicas precursoras, que se procesan e dan lugar á proteína definitiva; o TGF-β1 consta de 390 aminoácidos e o TGF-β2 e o TGF-β3 teñen 412 aminoácidos cada un. Teñen un péptido sinal N-terminal de 20-30 aminoácidos que cómpre para a secreción fóra da célula, unha pro-rexión chamada péptido asociado á latencia (LAP), e unha rexión C-terminal de 112-114 aminoácidos que é a que se converte na molécula TGF-β madura despois da súa separación da pro-rexión por corte proteolítico. A proteína TGF-β madura dimerízase para producir unha proteína activa de 25 kDa con moitos motivos estruturais conservados. O TGF-β ten nove residuos de cisteína que están conservados na súa familia de proteínas. Oito delas forman catro pontes disulfuro dentro da proteína formando unha estrutura en nó de cistina característica da superfamilia do TGF-β. A novena cisteína forma pola súa parte unha ponte disulfuro coa novena cisteína doutra proteína TGF-β para orixinar un dímero. Moitos outros residuos conservados no TGF-β crese que forman unha estrutura secundaria por medio de interaccións hidrofóbicas. A rexión entre a quinta e a sesta cisteína conservada alberga a área máis diverxente entre as proteínas TGF-β, que está exposta na superficie da proteína e está implicada na unión ao receptor e na especificidade do TGF-β.
Complexo TGF-β latente
Os tres TGF-βs sintetízanse como moléculas precursoras cunha rexión propéptido ademais da rexión do homodímero TGF-β. Unha vez sintetizado, o homodímero TGF-β interacciona cun péptido asociado á latencia (LAP), que é unha proteína derivada da rexión N-terminal do produto do xene do TGF-β, formando con el un complexo chamado Complexo Latente Pequeno ou SLC (do inglés Small Latent Complex). Este complexo permanece na célula ata que se lle une outra proteína chamada proteína de unión ao TGB-β latente ou LTBP, formando un complexo maior chamado Complexo Latente Grande ou LLC (do inglés Large Latent Complex). É este LLC o que é segregado á matriz extracelular.
Na maioría dos casos, antes de que se segregue o LLC, o precursor do TGF-β é cortado proteoliticamente do propéptido pero permanece aínda unido a el por enlaces non covalentes. Despois da súa secreción, permanece na matriz extracelular como un complexo inactivado que contén tanto o LTBP coma o LAP, as cales cómpren para que continúe o seu procesamento e libere finalmente o TGF-β activo. A unión de TGF-β á LTBP fai que permaneza inactivo ao impedir que se una aos seus receptores. Como os diferentes mecanismos celulares requiren distintos niveis de sinalización de TGF-β, o complexo inactivo desta citocina dá a oportunidade de que se estableza unha axeitada mediación da sinalización de TGF-β.
Coñécense catro isoformas de LTBP denominadas LTBP-1, LTBP-2, LTBP-3 e LTBP-4. A mutación ou alteración de LAP ou LTBP pode ter como resultado unha inadecuada sinalización de TGF-β. Os ratos que carecen de LTBP-3 ou LTBP-4 presentan fenotipos que concordan cos fenotipos vistos en ratos con sinalización de TGF-β alterada. Ademais, certas isoformas específicas de LTBP teñen unha propensión a asociarse con isoformas específicas LAP•TGF-β. Por exemplo, a LTBP-4 únese só a TGF-β1, e dese xeito, a mutación en LTBP-4 pode orixinar complicacións asociadas con TGF-β, que son específicas de tecidos nos que está predominantemente implicado o TGF-β1. Ademais, a diferenza estrutural nas LAP dá lugar a diferentes complexos TGF-β latentes, que son selectivos de estímulos específicos xerados por activadores específicos.
Activación Aínda que o TGF-β é importante para a regulación de actividades celulares fundamentais, só se coñecen actualmente unhas poucas vías que activan o TGF-β, e o mecanismo completo que subxace non se comprende ben. Algunhas das vías activadoras coñecidas son específicas de tipo celular ou e tecido, mentres que outras danse en moitos tipos celulares e tecidos. As proteases, as integrinas, o pH, e as especies reactivas do oxíxeno son só algúns dos factotres que se sabe que poden activar o TGF-β, como se discute máis baixo. Sábese que as perturbacións destes factores activadores pode levar á aparición de niveis de sinalización de TGF-β non regulados que poden causar graves complicacións, como a inflamación, doenzas autoinmunes, fibrose, cancro e cataratas. Na maioría dos casos, un ligando TGF-β activado inicia a fervenza de sinalización de TGF-β sempre que estean dispoñibles para unirse os receptores de TGF-β 1 e 2. Isto débese á alta afinidade entre o TGF-β e os seus receptores, o que indica por que a sinalización do TGF-β recruta un sistema de latencia para mediar a súa sinalización.
Activación independente de integrina
Activación por protease e metaloprotease
A plasmina e varias metaloproteinases de matriz (MMP) xogan un papel clave en promover a invasión dos tumores e a remodelación dos tecidos ao inducir a proteólise de varios compoñentes da matriz extracelular. O proceso de activación do TGF-β implica a liberación do LLC da matriz, seguido de máis proteólises do LAP para liberar o TGF-β para unirse aos seus receptores. O MMP-9 e o MMP-2 clivan o TGF-β latente. O complexo LAP contén unha rexión bisagra sensible á protease, que pode ser a diana potencial para esta liberación do TGF-β. A pesar do feito de que as MMPs xogan un papel clave na activación do TGF-β, e os ratos con mutacións nos xenes da MMP-9 e MMP-2 poden aínda activar o TGF-β e non mostran ningún fenotipo deficiente do TGF-β; isto pode reflectir unha redundancia entre os encimas activadores, o que suxire que poderían estar implicadas outras proteases aínda descoñecidas.
Activación polo pH
As condicións ácidas poden desnauralizar a LAP. O tratamento do medio con pHs extremos (1,5 ou 12) teñen como resultado unha activación significativa do TGF-β como se demostrou en ensaios monitorizados con radiorreceptor e en ágar, mentres que o tratamento con ácidos suaves (pH 4,5) orixina só o 20-30% da activación que hai a pH 1,5.
Activación por especies reactivas do oxíxeno
A estrutura da LAP é importante para manter a súa función. A modificación da estrutura da LAP poden causar unha distorsión da interacción entre a LAP e o TGF-β e dese modo activalo. Entre os factores que poden causar esas modificacións poden estar radicais hidroxilo procedentes de especies reactivas do oxíxeno (ROS). O TGF-β é activado rapidamente despois da exposición da radiación in vivo ás especies reactivas do oxíxeno.
Activación pola trombospondina-1
A trombospondina-1 (TSP-1) é unha glicoproteína matricelular que se encontra no plasma de pacientes con boa saúde en concentracións entre 50 e 250 ng/mL. Os niveis de TSP-1 increméntanse en resposta a lesións e durante o desenvolvemento. A TSP-1 activa o TGF-beta latente ao formar ineraccións directas co complexo TGF-β latente e induce un rearranxo conformacional que impide que este se una ao TGF-β maduro.
Activación por integrinas que conteñen alfa(V)
A idea de que as integrinas participan na activación latente de TGF-β1 xurdiu de estudos que examinaron mutacións/knockouts da integrina β6, a integrina αV, a integrina β8 e a LAP. Estas mutacións producían fenotipos que eran similares aos fenotipos vistos en ratos knockout para TGF-β1. Actualmente propuxéronse dous modelos sobre como as integrinas que conteñen αV poden activar o TGF-β1 latente. O primeiro modelo proposto é por medio da indución dun cambio conformacional no complexo TGF-β1 latente e, por tanto, liberando o TGF-β1 activo. O segundo modelo propón un mecanismo dependente de protease.
Vía do mecanismo de cambio conformacional (sen proteólise)
A integrina αVβ6 foi a primeira integrina que foi identificada como activador do TGF-β1. As LAPs que conteñen un motivo RGD que é recoñecido pola gran maioría das integrinas que conteñen αV, e as integrinas αVβ6 poden activar o TGF-β1 ao unirse ao motivo RGD presente na LAP-β1 e a LAP-β3. Despois de unirse, indúcense forzas na célula mediadas pola adhesión que son traducidas en sinais bioquímicos, que poden levar á liberación/activación do TGFb do seu complexo latente. Esta vía foi demostrada para a activación de TGF-β en células epiteliais e non se asocian a MMPs.
Mecanismo de activación dependente da integrina protease
Como a MMP-2 e MMP-9 poden activar o TGF-β por medio da degradación proteolítica do complexo TGF-β latente, as integrinas que conteñen αV activan o TGF-β1 ao crear unha estreita conexión entre o complexo TGF-β latente e as MMPs. Suxeriuse que as integrinas αVβ6 e αVβ3 se unen simultaneamente o complexo TGF-β1 latente e as proteinases, inducindo cambios conformacionais simultáneos na LAP e secuestrando as proteases ata unha estreita proximidade. Independentemente das MMPs implicadas, este mecanismo aínda necesita a asociación de intergrinas, polo que constitúe unha vía non proteolítica.
Vías de sinalización celular miniatura|dereita|200px|A vía SMAD.
miniatura|dereita|200px|A vía DAXX.