Введение
Сигнальный путь, включающий преобразующий бета-белок фактора роста Трансформирующий фактор роста бета (TGFB) участвует во многих клеточных процессах как в взрослом организме, так и в развивающемся эмбрионе, включая рост клеток, клеточную дифференциацию, клеточную миграцию, апоптоз, клеточный гомеостаз и другие клеточные функции. Сигнальные пути TGFB сохраняются. Несмотря на широкий спектр клеточных процессов, которые регулируется сигнальным путем TGFβ, процесс относительно прост. Лиганды суперсемейства TGFβ связываются с рецептором II типа, который набирает и фосфорилирует рецептор I типа. Затем рецептор типа I фосфорилирует рецепторно-регулируемые SMAD (R SMAD), которые теперь могут связываться с SMAD coSMAD4. R комплексы SMAD/coSMAD накапливаются в ядре, где они действуют как факторы транскрипции и участвуют в регуляции экспрессии целевых генов.
The transforming growth factor beta (TGFB) signaling pathway is involved in many cellular processes in both the adult organism and the developing embryo including cell growth, cell differentiation, cell migration, apoptosis, cellular homeostasis and other cellular functions. The TGFB signaling pathways are conserved. In spite of the wide range of cellular processes that the TGFβ signaling pathway regulates, the process is relatively simple. TGFβ superfamily ligands bind to a type II receptor, which recruits and phosphorylates a type I receptor. The type I receptor then phosphorylates receptor regulated SMADs (R SMADs) which can now bind the coSMAD SMAD4. R SMAD/coSMAD complexes accumulate in the nucleus where they act as transcription factors and participate in the regulation of target gene expression.
Связывание лигандов
Суперсемейство лигандов TGF-бета включает в себя: морфогенетические белки кости (BMP), факторы роста и дифференцировки (GDF), антимуллеровский гормон (AMH), Активин, Нодаль и TGFβ. Сигнализация начинается с связывания лиганда суперсемейства бета-ТГФ с рецептором бета-ТГФ II типа. Рецептор II типа является киназой рецептора серина / треонина, которая катализирует фосфорилирование рецептора I типа. Каждый класс лигандов связывается с определенным рецептором II типа. У млекопитающих известно семь рецепторов типа I и пять рецепторов типа II. Существует три вида активинов: Активин А, Активин В и Активин АВ. Активины участвуют в эмбриогенезе и остеогенезе. Они также регулируют многие гормоны, включая гормоны гипофиза, гондалы и гипоталамуса, а также инсулин. Они также являются факторами выживания нервных клеток. BMP связываются с костным морфогенетическим белковым рецептором 2 типа (BMPR2). Они участвуют в множестве клеточных функций, включая остеогенез, дифференциацию клеток, спецификацию передней/задней оси, рост и гомеостаз. В семейство TGFβ входят: TGFβ1, TGFβ2, TGFβ3. Как и BMP, TGFβ участвуют не только в эмбриогенезе и дифференцировке клеток, но и в апоптозе и других функциях. Они связываются с бета-рецепторами TGF типа 2 (TGFBR2). Нодальный связывается с рецептором активина А, типа IIB ACVR2B. Затем он может образовывать комплекс рецепторов с рецептором активина А типа IB (ACVR1B) или с рецептором активина А типа IC (ACVR1C). Эти рецепторы являются серин-треонинкиназными рецепторами. Они имеют богатый цистеином внеклеточный домен, трансмембранный домен и цитоплазматический домен, богатый серином / треонином. Домен GS рецептора типа I состоит из серии из около тридцати повторов серинглицина. Связывание лигандов семейства TGFβ вызывает вращение рецепторов таким образом, что их домены цитоплазматических киназ расположены в каталитически благоприятной ориентации. Рецептор типа II фосфорилирует серинные остатки рецептора типа I, который активирует белок.
Фосфорилирование SMAD
Существует пять рецепторно-регулируемых SMAD: SMAD1, SMAD2, SMAD3, SMAD5 и SMAD9 (иногда называемый SMAD8). Существует два внутриклеточных пути, которые связаны с этими R-SMAD. TGFβ, Активины, Нодалы и некоторые GDF опосредовываются SMAD2 и SMAD3, в то время как BMP, AMH и несколько GDF опосредовываются SMAD1, SMAD5 и SMAD9. Связывание R SMAD с рецептором I типа происходит благодаря содержащему белок домену FYVE с двойным цинковым пальцем. Два таких белка, которые являются посредниками в пути TGFβ, включают SARA (SMAD-анкер для активации рецепторов) и HGS (регулируемый фактором роста гепатоцитов субстрат тирозинкиназы). SARA присутствует в ранней эндосоме, которая, благодаря эндоцитозу, опосредованному клатрином, интернализирует комплекс рецепторов. SARA нанимает R SMAD. SARA позволяет связываться R SMAD с L45 областью рецептора типа I. SARA ориентирует R SMAD таким образом, что серинный остаток на его концовке C обращен к каталитической области рецептора типа I. Рецептор типа I фосфорилирует сериновые остатки R SMAD. Фосфорилирование вызывает конформационное изменение в домене MH2 R SMAD и его последующую диссоциацию с рецепторным комплексом и SARA.
Привязка CoSMAD
Теперь фосфорилированный RSMAD обладает высоким аффинностью к coSMAD (например, SMAD4) и образует комплекс с ним. Фосфатная группа не действует как место стыковки для coSMAD, а скорее фосфорилирование открывает аминокислотный растяжок, позволяющий взаимодействие.
Транскрипция
Фосфорилированный комплекс RSMAD/coSMAD входит в ядро, где связывается с промоторами/кофакторами транскрипции и вызывает транскрипцию ДНК. Морфогенетические белки костей вызывают транскрипцию мРНК, участвующих в остеогенезе, нейрогенезе и вентральной мезодерме. TGFβ вызывают транскрипцию мРНК, участвующих в апоптозе, неогенезе внеклеточного матрикса и иммуносупрессии. Они также участвуют в аресте G1 в клеточном цикле. Активин вызывает транскрипцию мРНК, участвующих в росте половых желез, дифференциации эмбрионов и формировании плаценты. Нодальная вызывает транскрипцию мРНК, участвующих в спецификации левой и правой осей, мезодерме и эндодерме индукции.
Регулирование маршрута
TGF-бета-сигнальный путь участвует в широком диапазоне клеточных процессов и впоследствии очень сильно регулируется. Существует множество механизмов, при которых путь модулируется либо положительно, либо отрицательно, включая агонисты для лигандов и R-SMAD, рецепторы-приманки и вездесуществование R-SMAD и рецепторов.
Лигандные агонисты/антагонисты
И хордин, и ноггин являются антагонистами BMP. Они связываются с BMP, предотвращая связывание лиганда с рецептором. Было показано, что Chordin и Noggin дорсализируют мезодерму. Они оба находятся в спинной губе Ксенопуса и преобразуют ткань, указанную в эпидермисе, в нервную ткань (см. Нейруляция). Ноггин играет ключевую роль в формировании хрящевых и костных структур. У мышей ноггин/ имеется избыток хряща и отсутствует образование суставов. Также были выявлены антагонисты на основе лекарственных средств, такие как SB431542, которые избирательно ингибируют ALK4, ALK5 и ALK7.
Регулирование рецептора
Трансформирующий рецептор фактора роста 3 (TGFBR3) является наиболее распространенным из рецепторов TGF β, но у него нет известного сигнального домена. Однако он может служить для усиления связывания лигандов TGFβ с рецепторами TGFβ типа II путем связывания TGFβ и представления его TGFBR2. Одна из нижних целей передачи сигналов TGF β, GIPC, связывается с его доменом PDZ, что предотвращает его протеосомную деградацию, что впоследствии увеличивает активность TGFβ. Он также может служить ингибирующим коррецептором ActivinRII. Он находится в ядре и при активации рецептора TGFβ перемещается в цитоплазму, где связывается с рецептором I типа. SMAD6 связывается с SMAD4, предотвращая связывание других R- SMAD с coSMAD. Уровни I SMAD увеличиваются с передачей сигналов TGFβ, что предполагает, что они являются нижестоящими мишенями передачи сигналов TGFβ.
Убиквитинирование R-SMAD
E3 убиквитин белковые лигазы SMURF1 и SMURF2 регулируют уровни SMAD. Они принимают убиквитин от конъюгирующего фермента E2, где они переносят убиквитин в RSMAD, что вызывает их убиквитинирование и последующую протеосомную деградацию. SMURF1 связывается с SMAD1 и SMAD5, в то время как SMURF2 связывается с SMAD1, SMAD2, SMAD3, SMAD6 и SMAD7. Он усиливает ингибирующее действие SMAD7, снижая при этом транскрипционную активность SMAD2.