НФАТ
Ядерный фактор активированных Т-клеток ( NFAT ) представляет собой семейство транскрипционных факторов, которые , как показано, играют важную роль в иммунном ответе . Один или несколько членов семейства NFAT экспрессируются в большинстве клеток иммунной системы. NFAT также участвует в развитии сердечной, скелетной мускулатуры и нервной системы. NFAT был впервые обнаружен как активатор транскрипции IL-2 в Т-клетках (как регулятор иммунного ответа Т-клеток), но с тех пор было обнаружено, что он играет важную роль в регуляции многих других систем организма. [1] Факторы транскрипции NFAT участвуют во многих нормальных процессах организма, а также в развитии ряда заболеваний, таких как воспалительные заболевания кишечника и некоторые виды рака. NFAT также исследуется в качестве мишени для лечения нескольких различных заболеваний.
Члены семьи
[ редактировать ]Семейство транскрипционных факторов NFAT состоит из пяти членов: NFATc1 , NFATc2 , NFATc3 , NFATc4 и NFAT5 . [2] NFATc1–NFATc4 регулируются передачей сигналов кальция и известны как классические члены семейства NFAT. NFAT5 — это недавно открытый член семейства NFAT, который имеет особые характеристики, отличающие его от других членов NFAT. [3]
Передача сигналов кальция имеет решающее значение для активации NFATc1-4, поскольку кальмодулин (CaM), хорошо известный белок-сенсор кальция, активирует серин/треонинфосфатазу кальциневрин (CN). Активированный CN связывается со своим сайтом связывания, расположенным в N-концевом регуляторном домене NFATc1-4, и быстро дефосфорилирует богатую серином область (SRR) и SP-повторы, которые также присутствуют на N-конце белков NFAT. Это дефосфорилирование приводит к конформационным изменениям, которые обнажают сигнал ядерной локализации , который способствует ядерной транслокации. [4]
С другой стороны, у NFAT5 отсутствует важная часть N-концевого регуляторного домена, который в вышеупомянутой группе содержит важный сайт связывания CN. Это делает активацию NFAT5 полностью независимой от передачи сигналов кальция. он контролируется МАРК Однако во время осмотического стресса . Когда клетка попадает в гипертоническую среду, NFAT5 транспортируется в ядро, где активирует транскрипцию нескольких осмопротекторных генов. Таким образом, он экспрессируется в мозговом веществе почек , коже и глазах, но его также можно обнаружить в тимусе и активированных лимфоцитах. [5]
Сигнализация и привязка
[ редактировать ]Каноническая сигнализация
[ редактировать ]Хотя фосфорилирование и дефосфорилирование являются ключевыми для контроля функции NFAT путем маскировки и демаскирования сигналов ядерной локализации, о чем свидетельствует большое количество сайтов фосфорилирования в регуляторном домене NFAT, это дефосфорилирование не может происходить без притока ионов кальция. [1]
Классическая передача сигналов основана на активации фосфолипазы C (PLC) через различные рецепторы, такие как рецептор Т-клеток (TCR) ( PLCG1). [ нужна ссылка ] ) или B-клеточный рецептор (BCR) ( PLCG2 [ нужна ссылка ] ). Эта активация приводит к высвобождению инозитол-1,4,5-трифосфата (IP3) и диацилглицерина (DAG). IP3 особенно важен для притока кальция, поскольку он связывается с рецептором IP3, расположенным в мембране эндоплазматического ретикулума (ЭР). Это вызывает кратковременное резкое повышение концентрации кальция в цитозоле по мере того, как ионы покидают ЭР через рецептор IP3. [4] [6] Однако этого недостаточно для активации сигнализации NFAT. Высвобождение ионов кальция из ЭР воспринимается белками STIM , которые являются трансмембранными белками ЭР. В нормальных условиях белки STIM связывают ионы кальция, но если большая часть из них высвобождается из ЭР, связанные ионы также высвобождаются из белков STIM. Это заставляет их олигомеризоваться и впоследствии взаимодействовать с ORAI1 , который является незаменимым белком комплекса CRAC . Этот комплекс служит каналом, который избирательно обеспечивает приток ионов кальция извне клетки. Это явление называется депо-управляемым входом кальция ( SOCE ). Только этот более длительный приток ионов кальция способен полностью активировать NFAT посредством дефосфорилирования, опосредованного CaM/CN, как указано выше. [4] [6]
Альтернативная сигнализация
[ редактировать ]Хотя SOCE является основным механизмом активации большинства белков семейства NFAT, они также могут быть активированы альтернативным путем. До сих пор этот путь был подтвержден только для NFATc2. При этой альтернативной активации SOCE незначительна, о чем свидетельствует тот факт, что циклоспорин (CsA), который ингибирует дефосфорилирование, опосредованное CN, не отменяет этот путь. Причина этого заключается в том, что он активируется посредством IL7R , что приводит к последующему фосфорилированию одного тирозина в NFAT, опосредованному киназой Jnk3 , членом подсемейства киназ MAPK. [6]
связывание ДНК
[ редактировать ]Ядерный импорт NFAT и его последующий экспорт зависят от уровня кальция внутри клетки. Если уровень кальция падает, экспортирующие киназы в ядре, такие как PKA , CK1 или GSK-3β, рефосфорилируют NFAT. Это приводит к тому, что NFAT возвращается в неактивное состояние и экспортируется обратно в цитозоль, где поддерживающие киназы завершают рефосфорилирование, чтобы сохранить его в инактивированном состоянии. [4] [7]
Белки NFAT обладают слабой способностью связываться с ДНК. [8] Следовательно, для эффективного связывания ДНК белки NFAT должны взаимодействовать с другими ядерными факторами транскрипции, обычно называемыми NFATn. [9] Эта важная особенность факторов транскрипции NFAT обеспечивает интеграцию и обнаружение совпадений сигналов кальция с другими сигнальными путями, такими как ras-MAPK или PKC. Кроме того, эта сигнальная интеграция участвует в экспрессии тканеспецифичных генов во время развития. Скрининг последовательностей нкРНК, выявленных в EST . проектах секвенирования [10] [11] открыли «нРНК-репрессор ядерного фактора активированных Т-клеток», названный NRON . [12]
NFAT-зависимые промоторы и энхансеры, как правило, имеют 3-5 сайтов связывания NFAT, что указывает на то, что для эффективной транскрипции необходимы синергические взаимодействия более высокого порядка между соответствующими белками в кооперативном комплексе. Самый известный класс этих комплексов состоит из NFAT и AP-1 или других белков bZIP . Этот комплекс NFAT:AP-1 связывается с обычными сайтами связывания ДНК белков семейства Rel и участвует в транскрипции генов в иммунных клетках. [13] [3]
Функция NFAT в разных типах клеток
[ редактировать ]Т-клетки
[ редактировать ]Стимуляция Т-клеточного рецептора (TCR) вызывает дефосфорилирование NFAT, который почти во всех типах Т-клеток затем образует комплекс с AP-1 (за исключением Tregs). Этот комплекс в зависимости от цитокинового контекста затем активирует ключевые факторы транскрипции отдельных субпопуляций Т-клеток: T-bet для Th1 , GATA3 для Th2 , RORγ для Th17 и BATF для Tfh . Т-клетки экспрессируют почти всех членов семейства NFAT (кроме NFAT3). Однако не каждый NFAT имеет одинаковое значение для каждой субпопуляции Т-клеток. [5] [6]
При стимуляции TCR и после последующей активации T-bet в условиях цитокина Th1 комплекс, состоящий из транскрипционного фактора T-bet и NFAT, стимулирует выработку IFN-γ, наиболее известного цитокина Th1-клеток. Активация TCR также запускает через комплекс NFAT:AP-1 выработку NFAT2/αA, который представляет собой короткую изоформу NFATc2, лишенную С-концевого домена и выполняющую роль ауторегулятора, поскольку дополнительно усиливает активацию всех эффекторных механизмов. Т-клетки . [6] [5] Для ответа Th1 NFATc1, по-видимому, является наиболее незаменимым, поскольку нокаут NFATc1 у мышей приводит к чрезвычайно искаженному ответу Th2 . [5]
В условиях стимуляции Th2 активируется GATA3. Впоследствии он также взаимодействует с NFAT и запускает выработку типичных цитокинов Th2, таких как IL-4 , IL-5 и IL-13 . NFATc2, по-видимому, является наиболее важным для Th2-опосредованного ответа, поскольку его нарушение снижает количество вышеупомянутых цитокинов, а также уменьшает количество IgG1 и IgE . NFATc1 также играет важную роль, поскольку образует комплекс с GATA3, как и NFATc2. Кроме того, он косвенно опосредует выработку цитокинов Th2 посредством регуляции CRTh2 . [5]
В соответствии с ответом Th1 и Th2 стимуляция TCR в условиях Th17 вызывает экспрессию RORγ. Впоследствии он связывается с NFAT и стимулирует выработку специфичных для Th17 цитокинов, таких как IL-17A , IL-17F , IL-21 , IL-22 . В ответе Th17, вероятно, NFATc2 играет ключевую роль, поскольку у мышей с нокаутом NFATc2 наблюдается снижение RORγ, а также IL-17A, IL-17F и IL-21.
Treg Единственным исключением из формирования комплекса NFAT:AP-1 являются -клетки, поскольку после их стимуляции TCR NFAT связывается с SMAD3 вместо AP-1. Затем этот комплекс активирует транскрипцию FOXP3 , главного регулятора гена Tregs. Комплекс NFAT:FOXP3 затем регулирует выработку Treg-специфических цитокинов. Существует две основные популяции Treg-клеток: естественные Treg ( nTreg клетки ), которые развиваются в тимусе, и индуцированные клетки Treg ( iTreg ), которые развиваются из наивных CD4+ Т-клеток на периферии после их стимуляции. Клетки iTreg, по-видимому, сильно зависят от NFATc1, 2 и 4, поскольку удаление любого из этих генов или их комбинации вызывает почти полную потерю клеток iTreg, но не клеток nTreg. [5] [6]
В клетках Tfh, как и в клетках Th1, Th2 и Th17, образуется комплекс NFAT:AP-1. Этот комплекс впоследствии активирует транскрипцию BATF, который затем также связывается с NFAT и вместе с другими белками, такими как IRF4, начинает выработку незаменимых молекул Tfh: CXCR5 , ICOS , Bcl6 и IL-21 . Клетки Tfh экспрессируют высокие уровни NFATc1 и особенно NFATc2 и NFAT2/αA, что указывает на важную роль NFATc2. Удаление NFATc2 в Т-клетках способствует увеличению количества Tfh-клеток и более высокой реакции зародышевого центра , вероятно, из-за нарушения регуляции CXCR5 и уменьшения количества Т-фолликулярных регуляторных (Tfr) клеток. [5] Поскольку Tfh тесно связаны с гуморальным ответом, любой их дефект будет проецироваться на В-клетки. Поэтому неудивительно, что специфическая абляция NFAT2-лимфоцитов вызывает дефект BCR-опосредованной пролиферации, но неясно, вызван ли этот фенотип единственной дисрегуляцией Tfh или B-клеток или комбинацией того и другого. [14]
В-клетки
[ редактировать ]Несмотря на то, что NFAT обнаружен в Т-клетках, становится все более очевидным, что он также экспрессируется в разных типах клеток. В В-клетках экспрессируются в основном NFATc1, а после активации также NFATc2 и NFAT2/αA, которые выполняют важные функции, такие как презентация антигена, пролиферация и апоптоз . [7] Хотя нарушение пути NFAT имеет серьезные последствия для Т-клеток, в В-клетках они кажутся довольно мягкими. Если, например, осуществляется специфический нокаут В-клеток обоих белков STIM, SOCE полностью устраняется, а следовательно, и передача сигналов NFAT. Хотя в этих нокаутных В-клетках результирующий гуморальный ответ очень похож на В-клетки без нокаута, полная отмена NFAT также привела к снижению уровня IL-10 . [6] Однако некоторые исследования предполагают более важную роль NFAT в В-клетках, и поэтому эта тема до сих пор недостаточно изучена. [14] и требует дальнейших исследований.
Анергия и истощение Т-клеток
[ редактировать ]Т-клеток Анергия индуцируется неоптимальными условиями стимуляции, когда, например, TCR стимулируется без соответствующих костимулирующих сигналов. Из-за отсутствия костимуляции AP-1 отсутствует и образуется комплекс NFAT:NFAT. Этот комплекс активирует гены, связанные с анергией, такие как убиквитинлигазы E3 ( Cbl-b , ITCH и GRAIL ), диацилглицеринкиназа α (DGKα) и каспаза 3 , которые способствуют индукции анергии Т-клеток. [6] [8] Подобно анергии Т-клеток, истощение Т-клеток также вызвано нарушением образования комплекса NFAT:AP-1, но в основе индукции состояния истощения лежит хроническая стимуляция, а не субоптимальная стимуляция. И при анергии, и при истощении NFATc1, по-видимому, играет ключевую роль. И наоборот, NFATc2 вместе с NFAT2/αA необходимы для того, чтобы обратить вспять состояние анергии или истощения. [6]
Передача сигналов NFAT в развитии нейронов
[ редактировать ]Калифорния 2+ Было обнаружено, что зависимый сигнальный путь кальцинейрин/NFAT важен для роста нейронов и направления аксонов во время развития позвоночных. Каждый отдельный класс NFAT вносит свой вклад в разные этапы развития нейронов. NFAT работает с нейротрофической передачей сигналов, регулируя рост аксонов в нескольких популяциях нейронов. Кроме того, транскрипционные комплексы NFAT интегрируют рост нейронов с управляющими сигналами, такими как нетрин, чтобы облегчить образование новых синапсов, помогая строить нейронные цепи в мозге. NFAT является известным важным игроком как в развивающейся, так и во взрослой нервной системе. [15]
Клиническое значение
[ редактировать ]Воспаление
[ редактировать ]NFAT играет роль в регуляции воспаления воспалительного заболевания кишечника (ВЗК). В гене, кодирующем LRRK2 (киназа 2 с богатыми лейцином повторами), был обнаружен локус восприимчивости к ВЗК. [16] Киназа LRRK2 является ингибитором разновидности NFATc2 , поэтому у мышей, лишенных LRRK2, в макрофагах была обнаружена повышенная активация NFATc2. [16] Это привело к увеличению количества NFAT-зависимых цитокинов, которые вызывают тяжелые приступы колита.
NFAT также играет роль в развитии ревматоидного артрита (РА), аутоиммунного заболевания с сильным провоспалительным компонентом. TNF-α , провоспалительный цитокин, активирует путь кальциневрин-NFAT в макрофагах . Кроме того, ингибирование пути mTOR уменьшает воспаление и эрозию суставов, поэтому известное взаимодействие между путем mTOR и NFAT представляет собой ключ к воспалительному процессу РА. [1]
Как мишень для наркотиков
[ редактировать ]Благодаря своей важной роли в выработке пролиферативного цитокина Т-клеток IL-2, передача сигналов NFAT является важной фармакологической мишенью для индукции иммуносупрессии . Ингибиторы CN , предотвращающие активацию NFAT, в том числе CsA и такролимус (FK506), используются при лечении ревматоидного артрита , рассеянного склероза , болезни Крона и язвенного колита. [17] и предотвратить отторжение трансплантата органов . [18] Однако эти препараты обладают токсичностью из-за их способности ингибировать ЦН в неиммунных клетках, что ограничивает их использование в других ситуациях, которые могут потребовать иммуноподавляющей лекарственной терапии, включая аллергию и воспаление. [13] Существуют и другие соединения, которые напрямую воздействуют на NFAT, а не на фосфатазную активность кальциневрина, которые могут оказывать широкий иммуносупрессивный эффект, но лишены токсичности CsA и FK506. Поскольку отдельные белки NFAT существуют в определенных типах клеток или влияют на определенные гены, возможно ингибировать функции отдельных белков NFAT для еще более избирательного иммунного эффекта. [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Пан М.Г., Сюн Ю, Чен Ф. (май 2013 г.). «Семейство генов NFAT при воспалении и раке» . Современная молекулярная медицина . 13 (4): 543–54. дои : 10.2174/1566524011313040007 . ПМЦ 3694398 . ПМИД 22950383 .
- ^ Крэбтри Г.Р., Олсон Э.Н. (апрель 2002 г.). «Передача сигналов NFAT: хореография социальной жизни клеток» . Клетка . 109 Приложение (2): S67-79. дои : 10.1016/S0092-8674(02)00699-2 . ПМИД 11983154 . S2CID 6542642 .
- ^ Jump up to: а б Масиан Ф, Лопес-Родригес С, Рао А (апрель 2001 г.). «Партнеры в транскрипции: NFAT и AP-1» . Онкоген . 20 (19): 2476–89. дои : 10.1038/sj.onc.1204386 . ISSN 1476-5594 . ПМИД 11402342 .
- ^ Jump up to: а б с д Пак Ю.Дж., Ю С.А., Ким М., Ким Ву (2020). «Роль сигнального пути кальций-кальциневрин-NFAT в здоровье и аутоиммунных заболеваниях» . Границы в иммунологии . 11 : 195. дои : 10.3389/fimmu.2020.00195 . ISSN 1664-3224 . ПМК 7075805 . ПМИД 32210952 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Ли Джу, Ким Л.К., Чой Дж.М. (2018). «Пересмотр концепции нацеливания NFAT на контроль Т-клеточного иммунитета и аутоиммунных заболеваний» . Границы в иммунологии . 9 : 2747. дои : 10.3389/fimmu.2018.02747 . ISSN 1664-3224 . ПМК 6277705 . ПМИД 30538703 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Ваэт М., Феске С. (2018). «Контроль иммунной функции с помощью NFAT: новые границы для постоянного солдата» . F1000Исследования . 7 : 260. дои : 10.12688/f1000research.13426.1 . ISSN 2046-1402 . ПМК 5840618 . ПМИД 29568499 .
- ^ Jump up to: а б Баба Ю, Куросаки Т (2016). «Роль передачи сигналов кальция в активации и биологии B-клеток». Передача сигналов B-клеточными рецепторами . Актуальные темы микробиологии и иммунологии. Том. 393. стр. 143–174. дои : 10.1007/82_2015_477 . ISBN 978-3-319-26131-7 . ПМИД 26369772 .
- ^ Jump up to: а б Хоган П.Г. (май 2017 г.). «Транскрипционная передача сигналов кальция-NFAT при активации Т-клеток и истощении Т-клеток» . Клеточный кальций . 63 : 66–69. дои : 10.1016/j.ceca.2017.01.014 . ПМЦ 5739523 . ПМИД 28153342 .
- ^ Макиан Ф (июнь 2005 г.). «Белки NFAT: ключевые регуляторы развития и функции Т-клеток». Обзоры природы. Иммунология . 5 (6): 472–84. дои : 10.1038/nri1632 . ПМИД 15928679 . S2CID 2460785 .
- ^ Оказаки Ю., Фуруно М., Касукава Т., Адачи Дж., Боно Х., Кондо С. и др. (декабрь 2002 г.). «Анализ транскриптома мыши на основе функциональной аннотации 60 770 полноразмерных кДНК» . Природа . 420 (6915): 563–73. Бибкод : 2002Natur.420..563O . дои : 10.1038/nature01266 . hdl : 10161/11223 . ПМИД 12466851 .
- ^ Нумата К., Канаи А., Сайто Р., Кондо С., Адачи Дж., Уилминг Л.Г., Хьюм Д.А., Хаяшизаки Ю., Томита М. (июнь 2003 г.). «Идентификация предполагаемых некодирующих РНК среди коллекции полноразмерных кДНК мышей RIKEN» . Геномные исследования . 13 (6Б): 1301–6. дои : 10.1101/гр.1011603 . ПМК 403720 . ПМИД 12819127 .
- ^ Уиллингем А.Т., Орт А.П., Баталов С., Петерс ЕС, Вэнь Б.Г., Аза-Блан П., Хогенеш Дж.Б., Шульц П.Г. (сентябрь 2005 г.). «Стратегия исследования функции некодирующих РНК обнаруживает репрессор NFAT». Наука . 309 (5740): 1570–3. Бибкод : 2005Sci...309.1570W . дои : 10.1126/science.1115901 . ПМИД 16141075 . S2CID 22717118 .
- ^ Jump up to: а б с Рао А., Луо С., Хоган П.Г. (1997). «Транскрипционные факторы семейства NFAT: регуляция и функция». Ежегодный обзор иммунологии . 15 : 707–47. doi : 10.1146/annurev.immunol.15.1.707 . ISSN 0732-0582 . ПМИД 9143705 .
- ^ Jump up to: а б Сана I, Мантионе М.Э., Анжелило П., Муцио М. (2021). «Роль NFAT в хроническом лимфоцитарном лейкозе и других B-клеточных злокачественных новообразованиях» . Границы онкологии . 11 : 651057. doi : 10.3389/fonc.2021.651057 . ISSN 2234-943X . ПМК 8047411 . ПМИД 33869054 .
- ^ Нгуен Т., Ди Джованни С. (апрель 2008 г.). «Передача сигналов NFAT в развитии нейронов и росте аксонов» . Международный журнал нейробиологии развития . 26 (2): 141–5. дои : 10.1016/j.ijdevneu.2007.10.004 . ПМК 2267928 . ПМИД 18093786 .
- ^ Jump up to: а б Лю З, Ли Дж., Крамми С., Лу В., Кай Х., Ленардо М.Дж. (октябрь 2011 г.). «Киназа LRRK2 является регулятором фактора транскрипции NFAT, который модулирует тяжесть воспалительного заболевания кишечника» . Природная иммунология . 12 (11): 1063–70. дои : 10.1038/ni.2113 . ПМК 4140245 . ПМИД 21983832 .
- ^ Уэлен К., Финкель Р., Панавелил Т.А. (2014). Фармакологическое североамериканское издание . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 619. ИСБН 978-1-4511-9177-6 .
- ^ Найкамп Ф.П., Парнем М.Дж. (2005). Принципы иммунофармакологии (2-е изд. и расширенное изд.). Базель: Birkhèauser Verlag. п. 441. ИСБН 978-3-7643-5804-4 .