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.

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.