Naar inhoud springen

NF-κB

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Dit is een oude versie van deze pagina, bewerkt door Rasbak (overleg | bijdragen) op 18 jan 2024 om 03:18. (→‎Activeringsproces (canoniek/klassiek))
Deze versie kan sterk verschillen van de huidige versie van deze pagina.
Mee bezig
Mee bezig
Aan dit artikel of deze sectie wordt de komende uren of dagen nog druk gewerkt.
Klik op geschiedenis voor de laatste ontwikkelingen.

NF-κB (Nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B-cells) zijn menselijke osteoclasten. Het is een familie van transcriptiefactor-eiwitcomplexen die de transcriptie van DNA, cytokineproductie en celoverleving regelen. NF-κB wordt aangetroffen in bijna alle dierlijke celtypen en is betrokken bij cellulaire reacties op stimuli zoals stress, cytokines, vrije radicalen, zware metalen, ultraviolette straling, geoxideerd LDL en bacteriële of virale antigenen.[1][2][3][4][5] NF-κB speelt een sleutelrol bij het reguleren van de immuunrespons op infecties. Onjuiste regulatie van NF-κB is in verband gebracht met kanker, ontstekings- en auto-immuunziekten, septische shock, virusinfectie en onjuiste immuunontwikkeling. NF-κB is ook betrokken bij processen van synaptische plasticiteit en geheugen.[6][7][8][9][10][11]

Werkingsmechanisme van NF-κB. In de afbeelding wordt als voorbeeld het NF-κB-heterodimeer van ReLA-(Transcription factor p65) en p50 (NF-κB1)-eiwitten getoond.[12] In zijn inactieve toestand wordt NF-κB aangetroffen in het cytosol en vormt een complex met het remmende eiwit IκBα. Via integrale membraanreceptoren activeren een verscheidenheid aan extracellulaire signalen het enzym IκB-kinase (IKK)) (IKK=IκBα-Kinase-Komplexes). IKK fosforyleert op zijn beurt het IκBα-eiwit, wat leidt tot ubiquitinatie gevolgd door dissociatie van het IκBα-NF-κB-complex en uiteindelijke afbraak van IκBα door het proteasoom. Vervolgens komt geactiveerd NF-κB de celkern binnen waar het zich bindt aan specifieke sequenties die responselementen (RE) worden genoemd. Het DNA/NF-κB-complex geeft aanleiding tot andere eiwitten zoals de co-activatoren RNA-polymerase, die downstream DNA transcripteren in messenger-RNA, dat op zijn beurt wordt omgezet in eiwitten die een verandering van de celfunctie veroorzaken.[1][2][2][3][13](Nuclear envelope=Kernmembraan, Cell membrane=Celmembraan, Nuclear pore=Kernporie)

Ontdekking

NF-κB werd ontdekt door Ranjan Sen in het laboratorium van Nobelprijswinnaar David Baltimore via de interactie ervan met een sequentie van 11 basenparen in de enhancer van de Immunoglobuline lichte keten in B-cellen. Later onderzoek van Alexander Poltorak en Bruno Lemaitre bij muizen en bananenvliegjes stelde Toll-achtige receptoren vast als universeel geconserveerde activatoren van NF-κB-signalering. Deze onderzoeken hebben uiteindelijk bijgedragen aan de toekenning van de Nobelprijs aan Bruce Beutler en Jules A. Hoffmann, die de belangrijkste onderzoekers op dit gebied waren.

Structuur

Alle eiwitten van de NF-κB-familie delen een Rel-homoloogdomein in hun N-terminus. Een subfamilie van NF-κB-eiwitten, waaronder RelA, RelB en c-Rel, hebben een transactivatiedomein in hun C-terminus. Daarentegen worden de NF-κB1- en NF-κB2-eiwitten gesynthetiseerd als grote voorlopers, p105 en p100, die verwerking ondergaan om respectievelijk de p50 (NF-κB1)- en p52 (NF-κB2)-subeenheden te genereren. De werking van p105 en p100 wordt gemedieerd door de ubiquitine/proteasoomroute en omvat selectieve afbraak van hun C-terminusgebied dat ankyrinerepeats bevat. Terwijl het genereren van p52 uit p100 een strak gereguleerd proces is, wordt p50 geproduceerd door constitutieve verwerking van p105. (Van een receptor die in staat is een biologische reactie te veroorzaken in de afwezigheid van een gebonden ligand, wordt gezegd dat deze "constitutieve activiteit" vertoont.) De p50- en p52-eiwitten hebben geen intrinsiek vermogen om transcriptie te activeren en er is daarom voorgesteld dat ze werken als transcriptionele repressoren bij het binden van κB-elementen in homodimeren. Dit verwart inderdaad de interpretatie van p105-knock-outstudies, waarbij door genetische manipulatie een IκB (de volledige lengte van p105) en een waarschijnlijke repressor (p50-homodimeren) en bovendien een transcriptie-activator (de RelA-p50-heterodimeer) is verwijderd.

Familieleden

Leden van de NF-κB-familie delen structureel homologen met het retrovirale oncoproteïne v-Rel, wat resulteert in hun classificatie als NF-κB/Rel-eiwitten.[1].

Er zijn vijf eiwitten in de NF-κB-familie van zoogdieren:[14]

Klasse Eiwit Aliasen Gen
I NF-κB1 p105 → p50 NFKB1
NF-κB2 p100 → p52 NFKB2
II RelA p65 RELA
RelB RELB
c-Rel REL

De NF-κB/Rel-eiwitten kunnen worden onderverdeeld in twee klassen, die algemene structurele kenmerken delen:[12]

Schematisch diagram van de structuur van het NF-KB-eiwit.[12] Er zijn twee structurele klassen van NF-κB-eiwitten: klasse I (boven) en klasse II (onder). Beide klasse eiwitten bevatten een N-terminus DNA-bindend domein (DBD), dat ook dient als dimerisatie-interface voor andere NF-κB-transcriptiefactoren en bovendien bindt aan het remmende IκBα-eiwit. De C-terminus van klasse I-eiwitten bevat een aantal ankyrine repeats en heeft transrepressie-activiteit. Daarentegen heeft de C-terminus van klasse II-eiwitten een transactivatie-functie.[1][2][3][13]

Hieronder staan de lintdiagrammen van vier van de vijf menselijke NF-kB-familieleden:

Soortendistributie en evolutie

Naast zoogdieren wordt NF-κB ook aangetroffen in een aantal eenvoudige dieren.[15] Deze omvatten neteldieren (zoals zeeanemonen, koraal en hydra), porifera (sponzen), eencellige eukaryoten waaronder Capsaspora owczarzaki en Choanoflagellata, en insecten (zoals motten, muggen en bananenvlieg). De sequentiebepaling van de genomen van de gelekoortsmug, Anopheles gambiae en de bananenvlieg heeft vergelijkende genetische en evolutionaire studies naar NF-κB mogelijk gemaakt. Bij deze insectensoorten wordt NF-κB geactiveerd door de Toll-route (die zich onafhankelijk ontwikkelde bij insecten en zoogdieren) en door de Imd-route (Imd=Immune deficiency).[16]

Signalering

Effect van activering

NF-κ (groen) heterodimeriseert met RelB (cyaan) en vormt een ternaircomplex met DNA (oranje) dat de transcriptie bevordert. .[17]

NF-κB is cruciaal bij het reguleren van cellulaire reacties, omdat het behoort tot de categorie van "snelwerkende" primaire transcriptiefactoren, dat wil zeggen transcriptiefactoren die aanwezig zijn in cellen in een inactieve toestand en geen nieuwe eiwitsynthese vereisen om geactiveerd te worden. (andere leden van deze familie omvatten transcriptiefactoren zoals c-Jun, STATs en kernreceptoren). Hierdoor kan NF-κB een first responder zijn op schadelijke cellulaire stimuli. Bekende inductoren van NF-κB-activiteit zijn zeer variabel en omvatten reactieve zuurstofsoorten (ROS), tumornecrosefactor-alfa (TNFα), interleukine 1-bèta, bacteriële lipopolysachariden (LPS), isoprenaline, cocaïne, endotheline-1 en ioniserende straling.[18]

NF-κB-onderdrukking van cytotoxiciteit van de tumornecrosefactor α (apoptose) is te wijten aan de inductie van antioxiderende enzymen en aanhoudende onderdrukking van c-Jun N-terminus kinasen (JNK's).[19]

Receptoractivator van NF-κB (RANK), een type TNFR, is een centrale activator van NF-κB. Osteoprotegerine (OPG), een lokreceptor-homoloog voor de RANK-ligand (RANKL), remt RANK door te binden aan RANKL, en dus is osteoprotegerine nauw betrokken bij het reguleren van de NF-κB-activering.[20]

Veel bacteriële producten en stimulatie van een grote verscheidenheid aan celoppervlakreceptoren leiden tot NF-κB-activering en vrij snelle veranderingen in genexpressie.[1] De identificatie van Toll-like receptoren (TLR's) als specifieke patroonherkenningsmoleculen en de bevinding dat stimulatie van TLR's leidt tot activering van NF-κB, verbeterde het begrip van hoe verschillende pathogenen NF-κB activeren. Studies hebben bijvoorbeeld TLR4 geïdentificeerd als de receptor voor de lipopolysaccharide-component van gramnegatieve bacteriën..[21] TLR's zijn belangrijke regulatoren van zowel aangeboren als adaptieve (aangepaste) immuunreacties..[22]

In tegenstelling tot RelA, RelB en c-Rel bevatten de p50- en p52-NF-κB-subeenheden geen transactivatiedomeinen in hun C-terminushelften.[23] Niettemin spelen de p50- en p52-NF-κB-leden een cruciale rol bij het moduleren van de specificiteit van de NF-κB-functie. Hoewel homodimeren van p50 en p52 in het algemeen repressoren zijn van de transcriptie van de κB-plaats, nemen zowel p50 als p52 deel aan de transactivatie van het doelgen door heterodimeren te vormen met RelA, RelB of c-Rel. Bovendien binden p50- en p52-homodimeren ook aan het kerneiwit BCL3 en dergelijke complexen kunnen functioneren als transcriptionele activatoren.[24][25][26]

Remming

In niet-gestimuleerde cellen worden de NF-κB-dimeren in het cytoplasma afgezonderd door een familie van remmers, genaamd IκB's (remmer van κB ), dit zijn eiwitten die meerdere repeats bevatten van een sequentie die ankyrinerepetas wordt genoemd. Dankzij hun ankyrine-repeatdomeinen maskeren de IκB-eiwitten de kernlokaliseringssignalen (NLS) van NF-κB-eiwitten en houden ze ze in een inactieve toestand in het cytoplasma opgesloten.[27]

IκB's zijn een familie van verwante eiwitten die een N-terminusregulerend domein hebben, gevolgd door zes of meer ankyrinerepeats en een PEST-domein nabij hun C-terminus. Hoewel de IκB-familie bestaat uit IκBα, IκBβ, IκBε en BCL3, is IκBα het best bestudeerde en belangrijkste IκB-eiwit. Vanwege de aanwezigheid van ankyrinerepeats in hun C-terminus helften functioneren p105 en p100 ook als IκB-eiwitten. De C-terminus helft van p100, die vaak IκBδ wordt genoemd, functioneert ook als remmer.[28][29] De afbraak van IκBδ als reactie op ontwikkelingsstimuli, zoals die getransduceerd via LTβR, versterkt de activering van NF-κB-dimeer in een NIK (NF-kappa-B-inducing kinase)-afhankelijke niet-canonieke (niet=gebruikelijke) route.[28][30]

Activeringsproces (canoniek/klassiek)

Activering van NF-κB wordt geïnitieerd door de signaalgeïnduceerde afbraak van IκB-eiwitten. Dit gebeurt voornamelijk via activering van het IκB-kinase (IKK). IKK is samengesteld uit een heterodimeer van de katalytische IKKα- en IKKβ-subeenheden en een regulerend eiwit genaamd NEMO (NF-κB essentiële modulator) of IKKγ. Wanneer geactiveerd door signalen, meestal afkomstig van buiten de cel, fosforyleert het IκB-kinase twee serineresiduen die zich in een IκB-regulerend domein bevinden. Wanneer ze op deze serinen worden gefosforyleerd (bijvoorbeeld serinen 32 en 36 in menselijke IκBα), worden de IκB-eiwitten gemodificeerd door een proces dat ubiquitinatie wordt genoemd, wat er vervolgens toe leidt dat ze worden afgebroken door het proteasoom.

Met de afbraak van IκB komt het NF-κB-complex vrij en kan het de celkern binnen dringen, waar het de expressie kan 'aanzetten' van specifieke genen die DNA-bindingsplaatsen voor NF-κB in de buurt hebben. De activering van deze genen door NF-κB leidt vervolgens tot de gegeven fysiologische respons, bijvoorbeeld een ontstekings- of immuunrespons, een celoverlevingsrespons of cellulaire proliferatie. Translocatie van NF-κB naar de celkern kan immunocytochemisch worden gedetecteerd en gemeten met laserscanningcytometrie.[31] NF-κB schakelt de expressie van zijn eigen repressor, IκBα, in. Het nieuw gesynthetiseerde IκBα remt vervolgens NF-κB opnieuw en vormt zo een automatische feedbacklus, wat resulteert in oscillerende niveaus van NF-κB-activiteit.[32] Bovendien hebben verschillende virussen, waaronder het AIDS-virus Hiv, bindingsplaatsen voor NF-κB die de expressie van virale genen controleren, die op hun beurt bijdragen aan virale replicatie of virale pathogeniteit. In het geval van Hiv-1 kan de activering van NF-κB, tenminste gedeeltelijk, betrokken zijn bij de activering van het virus vanuit een latente, inactieve toestand.[33] YopP is een factor die wordt uitgescheiden door Yersinia pestis, de veroorzaker van de pest, en die de alomtegenwoordigheid van IκB voorkomt. Dit zorgt ervoor dat deze ziekteverwekker de NF-κB-route effectief remt en zo de immuunrespons bij een door Yersinia pestisgeïnfecteerde mens blokkeert.[34]

Remmers van NF-KB-activiteit

IFRD1 (Interferon-related developmental regulator 1) is een van de bekende eiwitremmers van de NF-κB-activiteit en onderdrukt de activiteit van NF-κB p65 door de HDAC (histone deacetylase)-gemedieerde deacetylering van de p65-subeenheid op lysine 310 te versterken, door de rekrutering van HDAC3 naar p65 te bevorderen. In feite vormt IFRD1 trimoleculaire complexen met p65 en HDAC3.

De NAD+-afhankelijke proteïnedeacetylase en levensduurfactor SIRT1 (silent mating type information regulation 2 homolog) 1) remt de genexpressie van NF-κB door de RelA/p65-subeenheid van NF-κB op lysine 310 te deacetyleren.