El factor de crecimiento transformante beta ( ing. El factor de crecimiento transformante beta, TGF-beta ) es una proteína (un representante de las citocinas ) que controla la proliferación, la diferenciación celular y otras funciones en la mayoría de las células. Interviene en la respuesta inmunitaria, el cáncer, las enfermedades cardiovasculares, la diabetes mellitus, el síndrome de Marfan, el síndrome de Loyes-Dits, la enfermedad de Parkinson y el síndrome de inmunodeficiencia adquirida ( SIDA ).
El TGF-beta es una proteína secretada por la célula al medio extracelular. Existe en al menos tres isoformas: TGF-beta1, TGF-beta2 y TGF-beta3. Este nombre se usó originalmente para TGF-beta1, el primer miembro de esta familia. La familia TGF-beta1 es parte de una superfamilia de proteínas conocida como la superfamilia del factor de crecimiento transformante, que incluye inhibinas, activinas, hormonas antimüllerianas, proteína morfogenética ósea (BMP), factor de proteína decapentapléjica y VG-1.
El TGF-beta actúa como factor antiproliferativo en células epiteliales normales y en las primeras etapas de la tumorigénesis.
Algunas células que secretan TGF-beta también tienen receptores para él. Este mecanismo se conoce como inducción autocrina. Las células cancerosas aumentan la cantidad de TGF-beta secretada, lo que también afecta a las células circundantes.
El TGF-beta es secretado por muchos tipos de células, incluidos los macrófagos, en una forma inactiva (latente) en la que se fusiona con otros dos polipéptidos, la proteína de unión a TGF-beta latente (LTBP) y LAP. Las proteinasas séricas como la plasmina catalizan la liberación de TGF-beta activo del complejo. Esto ocurre a menudo en la superficie de los macrófagos, donde el complejo TGF-beta latente se une al receptor CD36 a través de su ligando, la trombospondina-1 (TSP-1). Los estímulos inflamatorios que activan los macrófagos aumentan la liberación de TGF-beta activo, provocando la activación de la plasmina. Los macrófagos también pueden engullir complejos de TGF-beta latentes unidos a IgG secretados por células plasmáticas por endocitosis y luego liberar TGF-beta activo en el líquido extracelular.
Las estructuras peptídicas de los tres miembros de la familia TGF-beta son muy similares. Todos están codificados en la cadena de ADN como grandes precursores de proteínas; TGF-beta1 contiene 390 aminoácidos, mientras que TGF-beta2 y TGF-beta3 contienen 412 aminoácidos. Cada uno tiene un péptido señal N-terminal de 20-30 aminoácidos que se requiere para la secreción de la célula, una región precursora activa LAP (péptido asociado a la latencia) y un péptido de 112-114 aminoácidos en la región C-terminal que madura Molécula de TGF-beta después de la escisión proteolítica de LAP. La proteína TGF-beta madura es un dímero y forma una molécula activa de 25 kDa que contiene muchos motivos estructurales conservados. TGF-beta tiene 9 residuos de cisteína conservados, 8 de los cuales forman enlaces disulfuro dentro de la molécula, formando así un nudo de cisteína, que es una característica estructural de la superfamilia TGF-beta, mientras que la novena cisteína forma un enlace con la novena cisteína de otra molécula de TGF-beta, resultando en la formación de un dímero. Se cree que muchos otros residuos conservados en TGF-beta están involucrados en la formación de estructuras secundarias a través de interacciones hidrofóbicas. La región entre la quinta y la sexta cisteína conservada contiene la región más divergente de las moléculas de TGF-beta, que se encuentra en la superficie de la molécula y está involucrada en la interacción del receptor y la especificidad de TGF-beta.
La familia TGF-B de factores de crecimiento transformantes incluye: TGF-B1, TGF-B2, TGF-B3, activinas, inhibinas, proteínas morfogénicas óseas (BMP), factores de diferenciación de crecimiento (GDF), factores neurotróficos gliales (factores neurotróficos derivados de glial , GDNF), mediadores llamados "Nodal" y "Lefty", un inhibidor de Muller o una sustancia inhibidora de Muller (MIS).
Actualmente se conocen unos 40 miembros de la familia TGF. Sus principales propiedades biológicas están asociadas a la regulación de la proliferación, diferenciación, movilidad y adhesión de diversas células, participación en los procesos de reproducción, desarrollo embrionario, regulación del crecimiento nervioso, formación ósea, hematopoyesis, cicatrización de heridas y tolerancia inmunológica.
Todos los miembros de la familia TGF tienen una gran similitud estructural, ya que la homología en la secuencia de aminoácidos es del 25-40% y la construcción de todas las moléculas con la formación de dos pares de pliegues b antiparalelos y una región rica en cisteína es idéntica.
La mayoría de los miembros de esta familia forman homodímeros (raramente heterodímeros) a través de la formación de enlaces disulfuro que involucran residuos de cisteína de 7 aminoácidos. En este caso, seis cisteínas forman enlaces disulfuro internos en cada molécula en la composición del dímero, y la séptima cisteína está involucrada en la formación de un enlace disulfuro intermolecular, que sirve para estabilizar la estructura del dímero.
TGF-beta inicia la apoptosis en la mayoría de los tipos de células. TGF-beta puede inducir la apoptosis mediante la activación de cualquiera de las dos vías de señalización: SMAD o DAXX .
Vía de señalización SMADLa vía de señalización SMAD es canónica. Los dímeros de TGF-beta se unen a un receptor de tipo 2, que se une a un receptor de tipo 1 y lo fosforila. El receptor del primer tipo se une posteriormente al receptor R-SMAD y lo fosforila. Uno de los R-SMAD, SMAD3, está implicado en la inducción de la apoptosis. Luego, R-SMAD se une a SMAD convencional (SMAD4) y forma un complejo heterodimérico. Este complejo ingresa al núcleo celular, donde actúa como un factor de transcripción para varios genes, incluidos aquellos genes que activan la vía de la proteína quinasa activada por mitógeno, que es el desencadenante de la apoptosis.
Vía de señalización DAXXTGF-beta también desencadena la apoptosis a través de DAXX (proteína 6 asociada a la muerte). Se ha demostrado que DAXX se une y se une al segundo tipo de receptor de TGF-beta.
TGF-beta juega un papel importante en la regulación del ciclo celular. El TGF-beta provoca la síntesis de las proteínas p15 y p21, que bloquean el complejo ciclina/CDK responsable de la fosforilación de la proteína del retinoblastoma (Rb). Así, el TGF-beta suprime la expresión del gen mus (c-myc), que está implicado en el progreso de la fase G1 del ciclo celular. Como resultado, TGF-beta bloquea la transición a través de la fase G1 del ciclo celular.
Se cree que TGF-beta juega un papel importante en la regulación del sistema inmunológico. A través de la proteína Foxp3, influye en las células T reguladoras y T helper17. Resultó que TGF-beta bloquea la activación de linfocitos y macrófagos.
En células normales, el TGF-beta, actuando a través de su vía de señalización, bloquea el ciclo celular en el estadio G1, deteniendo la proliferación, induciendo la apoptosis o la diferenciación. Cuando una célula se vuelve cancerosa, porciones de la vía de señalización del TGF-beta mutan y el TGF-beta ya no controla la célula. Estas células cancerosas se dividen constantemente. Los fibroblastos (células estromales circundantes) también proliferan. Ambos tipos de células aumentan la producción de TGF-beta. El TGF-beta actúa sobre las células estromales circundantes, las células inmunitarias, las células endoteliales y del músculo liso. Esto conduce a la supresión de la respuesta inmunitaria y la angiogénesis, lo que hace que el cáncer sea más "agresivo". TGF-beta también convierte las células T efectoras, que normalmente atacan a las células cancerosas en una respuesta inflamatoria (inmune), en células T reguladoras (supresoras), que apagan la respuesta inflamatoria.
Un estudio en animales muestra que el colesterol suprime la respuesta de las células cardiovasculares al TGF-beta y sus propiedades protectoras, lo que permite el desarrollo de aterosclerosis , mientras que las estatinas (medicamentos que reducen el colesterol) pueden aumentar la susceptibilidad de las células cardiovasculares a un efecto protector. .
La inducción de TGF-beta también juega un papel importante en la patogénesis del síndrome de Marfan . El principal defecto en el síndrome de Marfan ocurre debido a un mal funcionamiento en la síntesis de glicoproteína y fibrilina I, que normalmente es un componente importante de las fibras elásticas. Se demostró que cuando a ratones con síndrome de Marfan se les administraba un antagonista de TGF-beta, los síntomas del síndrome de Marfan desaparecían. Esto confirma que, aunque los síntomas del síndrome de Marfan son similares a los de otras enfermedades del tejido conectivo, el mecanismo de su desarrollo probablemente esté asociado con una unión reducida de TGF-beta por la fibrilina.
La vía de señalización de TGF-beta también se ve afectada en el síndrome de Loyets-Dits, que es causado por mutaciones en los receptores de TGF-beta.
Se encontró una concentración suficientemente alta de TGF-beta en la sangre y el líquido cefalorraquídeo de pacientes con enfermedad de Alzheimer en comparación con el control.
Esto sugiere un posible papel de esta proteína en la cascada degenerativa que conduce a los síntomas de la patología de la enfermedad de Alzheimer. Según la literatura, la hiperactivación de la vía del TGF-beta con aumento de la concentración de TGF-beta2 es característica de los pacientes que padecen queratocono.
Hay tres tipos principales de TGF-beta: TGF-beta1, TGF-beta2, TGF-beta3. Hay otro tipo: precursor de TGF-beta4. Se descubrió como un gen que aumenta su actividad durante la fase premenstrual en el estroma endometrial y se denomina EBAF. Más tarde se demostró que esta proteína estaba involucrada en la determinación de la asimetría derecha-izquierda en los vertebrados y se le dio el nombre de lefty2.
El TGF-beta está implicado en la regulación de los tipos más importantes de actividad celular. Solo se conoce una pequeña fracción de las vías que activan TGF-beta. Algunas de las vías conocidas son específicas del tipo de célula o del tejido, mientras que otras se encuentran en una variedad de tipos de células y tejidos. Las proteasas, las integrinas, el pH y las especies reactivas de oxígeno son solo algunos de los factores actualmente conocidos que pueden activar el TGF-beta. Es bien sabido que las fluctuaciones en estos factores activadores pueden provocar cambios no regulados en la vía de señalización de TGF-beta, lo que puede provocar una serie de complicaciones, como inflamación, enfermedad autoinmune, fibrosis, cáncer y cataratas. En la mayoría de los casos, un ligando de TGF-beta activado iniciará la cascada de señalización de TGF-beta siempre que los receptores de TGF-beta tipo I y II estén al alcance; esto se debe a la alta afinidad entre el TGF-beta y sus receptores.
Los tres tipos de TGF-beta se sintetizan como moléculas precursoras que contienen el homodímero de TGF-beta y una región adicional. Una vez sintetizado, el homodímero TGF-beta interactúa con LAP (una proteína derivada de la región N-terminal del producto del gen TGF-beta) para formar un compuesto llamado SLC. Este complejo permanece en la célula mientras se une a otra proteína llamada LTBP, formando un gran complejo llamado LLC.
En la mayoría de los casos, antes de la secreción, el precursor de TGF-beta se escinde del propéptido, pero permanece asociado a este complejo a través de enlaces no covalentes. Después de su secreción, permanece en la matriz extracelular como un complejo inactivado que contiene LTBP y LAP, que debe procesarse más para liberar TGF-beta activo.
TGF-beta se une a LTBP a través de puentes disulfuro, lo que le permite permanecer inactivo, evitando que se una a los receptores. Dado que diferentes mecanismos celulares requieren diferentes niveles de vías de señalización de TGF-beta, el complejo inactivo de esta citocina permite una regulación fina de la señalización de TGF-beta.
Hay cuatro isoformas diferentes de LTBP: LTBP-1, LTBP-2, LTBP-3 y LTBP-4. La mutación o alteraciones en LAP o LTBP pueden conducir a una señalización incorrecta de la vía de señalización de TGF-beta. Los ratones que carecen de LTBP-3 o LTBP-4 muestran fenotipos similares a los de los ratones con una vía de señalización de TGF-β alterada. Además, las isoformas específicas de LTBP tienden a asociarse con isoformas específicas de LAP de TGF-beta. Por ejemplo, LTBP-4 solo se une a TGF-beta1. Por lo tanto, las mutaciones en LTBP-4 pueden dar lugar a complicaciones asociadas con la vía de señalización de TGF-beta en tejidos en los que predomina el TGF-beta1. Además, debido a las diferencias estructurales, se forman varios complejos TGF-beta latentes dentro del LAP, que son selectivos para activadores específicos.
La plasmina y muchas metaloproteinasas de matriz (MMP) desempeñan un papel clave en el desarrollo de la invasión tumoral y la remodelación de tejidos al inducir la proteólisis de algunos componentes de la matriz extracelular. El proceso de activación de TGF-beta está asociado con la liberación de LLC de la matriz, lo que conduce a una mayor proteolisis LAP y permite que TGF-beta interactúe con sus receptores. MMP-9 y MMP-2 escinden el TGF-beta latente. El complejo LAP contiene una región de bucle sensible a la protasa que puede ser un objetivo potencial para la liberación de TGF-beta. Aunque se ha demostrado que MMP desempeña un papel clave en la activación de TGF-beta, los ratones con mutaciones en estos genes aún pueden activar TGF-beta y no tienen el fenotipo deficiente de TGF-beta; esto puede reflejar una redundancia en el número de enzimas activadoras, lo que sugiere que otras proteasas desconocidas pueden estar involucradas en este proceso.
Las condiciones ácidas pueden desnaturalizar LAP. La exposición a un ambiente con pH extremo (1,5 o 12) conduce a una activación significativa de TGF-beta, mientras que a una acidez moderada (pH 4,5) solo se alcanza un 20-30% de la actividad a un valor alto (a pH 1,5) .
La estructura del PAL es importante para mantener sus funciones. La modificación estructural de LAP puede interrumpir la interacción entre LAP y TGF-beta y, por lo tanto, activar TGF-beta. Los factores que pueden causar tales cambios pueden incluir radicales hidroxilo generados a partir de especies reactivas de oxígeno (ROS). TGF-beta se activa rápidamente por la exposición a ROS generados por radiación.
La trombospondina-1 (TSP-1) es una proteína de matriz extracelular que se encuentra en el plasma de pacientes sanos en concentraciones que oscilan entre 50 y 250 ng/mL. Se sabe que los niveles de TSP-1 aumentan en respuesta a una lesión y durante el desarrollo. TSP-1 activa el TGF-beta latente al interactuar directamente con el complejo TGF-beta latente e induce un reordenamiento conformacional que evita que se una al TGF-beta maduro.
Un inhibidor selectivo de TGFβRI/ALK5 es RepSox , que inhibe la unión de ATP a TGFβRI y la subsiguiente fosforilación de TGFβRI, suprimiendo así la señalización de TGF-β. [1] SB-431542 [2] y A83-01 también inhiben TGFβRI/ALK5 y el receptor de tipo I ALK4/7 . [3] Galunisertib también es un inhibidor selectivo y potente de la quinasa TGFβRI . [cuatro]