Черновик:фактор некроза опухоли

Черновик:фактор некроза опухоли

File:TNFa_Crystal_Structure.rsh.png

Фа́ктор некро́за о́пухоли (ФНО, англ. Tumor necrosis factor, TNF) — один из основных провоспалительных цитокинов, главный представитель суперсемейства TNF (TNF Superfamily).

Основные функции фактора некроза опухоли (как и всех представителей данного семейства) — индукция доиммунного воспаления, что подготавливает и дает возможность развитию лимфоцитарного иммунного ответа (постнатальный период) и морфогенез периферических лимфоидных органов (эмбриональный период). Кроме того, фактор некроза опухолей способен ингибировать процесс опухолеобразования и индуцировать апоптоз.

Фактор некроза опухоли известен также, как фактор некроза опухоли альфа (ФНО-α), кахектин, кахексин, фактор индуцирующий дифференцировку (differentiation inducing factor, DIF), TNFSF2 (TNF Superfamily Member 2).

Основные продуценты — активированные макрофаги.

Открытие

История TNF началась более 150 лет назад, в 1868 году, когда немецкий доктор P. Brunes отметил факт спонтанной регрессии опухолей у пациентов с острыми бактериальными инфекциями.^[1][2] В дальнейшем, исследования по влиянию супернатантов культур стрептококков и других бактерий на опухоли человека показали, что в большинстве случаев размер опухоли уменьшался.^[3]Такая терапия опухолей впоследствии была отклонена из-за ее высокой токсичности, но отдельные успешные случаи вызывали интерес и послужили дальнейшему изучению этого явления.

К 1944 году был выделен и охарактеризован полисахарид грамотрицательных бактерий — эндотоксин - один из главных индукторов TNF (Murray Shear et al.). Этот полисахарид вызывал геморрагический некроз опухолей. В 1952 году стало известно, что механизмом такого некроза являлась системная гипотензия, ведущая к коллапсу сосудов опухоли, гипоксии и клеточной гибели (Glenn Algire et al.). Впоследствии, в 1962 появилось сообщение об обнаружении в сыворотке крови здоровых мышей, стимулированных эндотоксином, фактора, который делал такую сыворотку способной индуцировать некроз при введении животным с опухолью. Она получила название сыворотки некроза опухолей (Tumor necrosis serum, TNS) (O’Malley et al.). Подтвердив эндотоксин-индуцированную активность сывороток мышей, обусловливающий её фактор получил название фактора некроза опухоли.^[4]

Позднее, из клеточной линии В-лимфобластов человека RPMI-1788 был выделен цитотоксический фактор, названный лимфотоксином (LT-α, TNF-β).^[5][6] Вскоре был выделен еще один цитотоксический фактор из промиеломоноцитарной клеточной линии HL-60 и названный TNF (TNF-α).^[7]Анализ аминокислотных последовательностей^[6][7] и кДНК TNF-α и TNF-β выявили их большую структурную гомологию. Кроме того, была обнаружена их способность индуцировать регрессию Meth A саркомы мышей, что служило анализом для их идентификации.^[8][9] Вскоре было показано, что и TNF и LT-α связываются с общим рецептором. ^[10] Хотя изначально TNF был идентифицирован по своей способности к противоопухолевой активности, широкий спектр биологических эффектов TNF привели к фактам его многочисленного переоткрытия на мышах, что и послужило причиной его многочисленных названий. В 1985 году B. Beutler and A. Cerami сообщили о выделенном белке, названного кахектином, так как он был ответственен за эндотоксин-индуцированную кахексию у мышей.^[11] Анализ аминокислотной последовательности мышиного кахектина показал его высокую гомологию с последовательностью ранее описанного человеческого TNF. Т-клеточный индуктор дифференцировки (differentiation-inducing factor, DIF) открытый в 1986 году также имел сходную с TNF структуру.^[12]

Ген и регуляция его экспрессии

Фактор некроза опухоли человека кодируется единственным геном (~3.6 kb), который локализован в 6 хромосоме в ее коротком плече (6p21.1-p21.3) и включает в себя 4 экзона.^[13] Ген TNF располагается на расстоянии 210 kb от HLA-B локуса и тесно связан с геном LT-α. Оба эти гена имеют различную тканевую специфичность и их экспрессия регулируется двумя собственными независимыми промоторами.^{[13] [14]}

Длина мРНК фактора некроза опухоли человека составляет ~1.7 kb, уровень экспрессии зависит от типа клеток. 5’-область, помимо TATA-бокса и GC-бокса, содержит сайт связывания различных транскрипционных факторов, включая NF-κB, PU.1 (purine-rich box), cAMP response element (CRE), ATF-2, c-jun/AP-I, AP-2, SP-1, Krox-24 и NF-AT (nuclear factor-activated T cells). Исследования показали, что CRE- связывающий сайт промотора гена TNF человека связывает ATF2/Jun белки и, таким образом, чрезвычайно важен в регуляции экспрессии гена во многих типах клеток, индуцированной разнообразными клеточными стимулами, в том числе и от самого TNF.^{[15] [16]}Продукция TNF макрофагами показана зависисимой от активации NF-κB.^[17]Последние исследования показали, что способность большинства клеток продуцировать TNF регулируется 3’ AU-богатым районом гена этого цитокина (3’ AU-rich elements region, ARE). Этот регион ответственен за регуляцию экспрессии гена TNF на уровне трансляции.^[18]Некоторые агенты, такие как ЛПС, индуцируют экспрессию через факторы, которые связываются с другими сайтами промотора гена TNF.^[19]Помимо транскрипционных факторов, продукцию TNF регулируют и различные киназы, включая протеинкиназу C, Cot-киназу, p38 MAP-киназу и p42 MAP-киназу.

Белок

Трансляция мРНК TNF происходит с образованием трансмембранного белка II типа (26 kDa), состоящего из 233 аминокислотных остатков. ^[9] Растворимая форма TNF (17 kDa, 157 аминокислотных остатков, pI 5.6) образуется в результате протеолитического отщепления 76-членного C-концевого сигнального пептида специфической мембраносвязанной металлопротеазой TACE (TNF-α-converting enzyme, ADAM17).^[20] В отличие от мышиного, TNF человека не гликозилирован.

Активная форма TNF – гомотример. Каждый протомер содержит две антипараллельных β-складчатости. Тримеризация осуществляется взаимодействием протомеров друг с другом по принципу голова-к-хвосту.^{[21] [22]}

Рецепторы

Известно два типа рецепторов к TNF, относящихся к суперсемейству TNF-рецепторов. Рецептор I типа (TNFRI, p60, p55, CD120a; 12p13.2), белок с молекулярной массой около 55-60 kDa и рецептор II типа (TNFRII, p80, p75, CD120b; 1p36.3-p36.2) с молекулярной массой 75-80 kDa. Оба рецептора гликозилированы. Внеклеточные части обоих рецепторов содержат четыре высококонсервативных цистеин-богатых домена, внутриклеточные аминокислотные последовательности этих рецепторов совершенно различны и лишены какой-либо ферментативной активности.

Характерной особенностью TNFRI (47.5 kDa) является наличие на С-конце так называемого «домена смерти» (death domain, DD), вовлеченного в TNF-опосредованный апоптоз.^[23]TNFRII (46 kDa), напротив, лишен такого домена. Оба рецептора связывают гомотримерный TNF, что приводит к олигомеризации самих рецепторов.^{[24] [25]} Кроме того, известно, что и LT-α способен связываться с обоими рецепторами TNF со сравнимой аффинностью.^[26]По последним данным p60 форма рецептора экспрессируется всеми типами клеток; p80 вероятно экспрессируется только клетками иммунной системы и гемопоэтическими клетками, такими как макрофаги, нейтрофилы, лимфоциты (B- и T-клетки), тимоциты и тучные клетки. Клетки эндотелия, кардиомиоциты и клетки предстательной железы также экспрессируют p80 рецептор. По другим данным оба рецептора экспрессируются на поверхности всех ядросодержащих клеток.^[27]

Растворимые формы TNFRs были впервые получены 1989 году.^{[28] [29] [30] [31] [32] [33]}Они обнаруживаются в сыворотках здоровых лиц, причем p80 в более высокой концентрации, чем p60 рецептор. Концентрации обоих имеют тенденцию к увеличению у лиц с различными патологическими состояниями^{[34] [35]}и обнаруживаются in vivo в сыворотке, синовиальной и спинномозговой жидкостях, асците яичников и моче.^{[36] [28]}

Сигнальные пути

Сигнальные пути обоих рецепторов могут вести как к антиапоптозному, так и к провоспалительным эффектам. Наиболее полно изучены сигнальные пути от p60 рецептора. Главным образом, они включают в себя активацию NF-κB, JNK и сигнальных путей, приводящих к апоптозу (Tewari and Dixit, 1996; Darnay and Aggarwal, 1997; Singh and Aggarwal, 1998; Nishitoh et al., 1998, Baud and Karin, 2001). Кроме того, p60 способен активировать семейство MAPK протеинкиназ и другие ферменты (Pombo et al., 1995; Nishitoh et al., 1998; Kim et al., 1991). Некоторые исследования показывают, что и p80 рецептор может также активировать апоптоз, JNK и NF–κB. TNFRII не имеет death домена, потому остается пока неясным, каким образом он может активировать эти пути, хотя его внутриклеточная часть может непосредственно связывать TRAF2, который активирует JNK и NF–κB таким же образом как и в случае p60 рецептора (Haridas et al., 1998).

1. ↑ Old LJ (1985). "Tumor necrosis factor (TNF)". Science 230 (4726): 630-2. PMID 2413547.
2. ↑ Aggarwal BB, Aiyer RA, Pennica D, Gray PW, Goeddel DV (1987). "Human tumour necrosis factors: structure and receptor interactions". Ciba Found Symp 31: 39-51. PMID 2836139.
3. ↑ Coley WB et al., 1894
4. ↑ Carswell EA, Old LJ, Kassel RL, Green S, Fiore N, Williamson B. (1975). "An endotoxin-induced serum factor that causes necrosis of tumors.". Proc. Natl Acad. Sci. USA 72: 3666–3670. PMID 1103152.
5. ↑ Aggarwal BB, Moffat B, Harkins RN. (1984). "Human lymphotoxin: Production by a lymphoblastoid cell line, purification and initial characterization.". J. Biol. Chem. 259: 686–691. PMID 6608523.
6. ↑ ^{1 2} Aggarwal BB, Henzel WJ, Moffat B, Kohr WJ, Harkins RN. (1985). "Primary structure of human lymphotoxin derived from 1788 lymphoblastoid cell line.". J. Biol. Chem. 260: 2334–2344. PMID 3882692.
7. ↑ ^{1 2} Aggarwal BB, Khor WJ, Hass PE, Moffat B, Spencer SA, Henzel WJ, Bringman TS, Nedwin GE, Goeddel DV, Harkins RN (1985). "Human tumor necrosis factors: production, purification and characterization.". J. Biol. Chem. 260: 2345-54. PMID 3871770.
8. ↑ Gray PW, Aggarwal BB, Benton CV, Bringman TS, Henzel WJ, Jarrett JA, Leung, DW, Moffat B, Ng P, Svedersky LP, Palladino MA, Nedwin GA. (1984). "Cloning and expression of cDNA for human lymphotoxin, a lymphokine with tumor necrosis activity.". Nature 312: 721–724. PMID 6334807.
9. ↑ ^{1 2} Pennica D, Nedwin GE, Hayflick JF, Seeburg PH, Palladino MA, Kohr WJ, Aggarwal BB, Goeddel DV. (1984). "Human tumor necrosis factor: precursor structure, expression and homology to lymphotoxin.". Nature 312: 724–729. PMID 6392892.
10. ↑ Aggarwal BB, Eessalu TE, Hass PE. (1985). "Characterization of receptor for human tumor necrosis factor and their regulation by γ-interferon.". Nature 318: 665–667. PMID 3001529.
11. ↑ Beutler B, Greenwald D, Hulmes JD, Chang M, Pan YC, Mathison J, Ulevitch R, Cerami A. (1985). "Identity of tumour necrosis factor and the macrophage-secreted factor cachectin.". Nature 316: 552–554. PMID 2993897.
12. ↑ Takeda K, Iwamoto S, Sugimoto H, Takuma T, Kawatani N, Noda M, Masaki A, Morise H, Arimura H, Konno K. (1986). "Identity of differentiation inducing factor and tumour necrosis factor.". Nature 323: 338–340. PMID 3463866.
13. ↑ ^{1 2} Nedwin GE, Naylor SL, Sakaguchi AY, Smith D, Jarrett-Nedwin J, Pennica D, Goeddel DV, Gray PW (1985). "Human lymphotoxin and tumor necrosis factor genes: structure, homology and chromosomal localization.". Nucleic Acids Res. 13: 6361–6373. PMID 2995927.
14. ↑ Nedospasov SA, Shakhov AN, Turetskaya RL, Mett VA, Azizov MM, Georgiev GP, Korobko VG, Dobrynin VN, Filippov SA, Bystrov NS, Boldyreve VG, Chuvpilo SA, Chumakov AM, Shingarova LN, Ovchinnikov YA (1986). "Tandem arrangement of genes coding for tumor necrosis factor (TNF-alpha) and lymphotoxin (TNF-beta) in the human genome.". Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 51: 611–624. PMID 3555974.
15. ↑ Tsai EY, Yie J, Thanos D, Goldfeld AE. (1996). "Cell-type-specific regulation of the human tumor necrosis factor alpha gene in B cells and T cells by NFATp and ATF-2/JUN.". Mol. Cell. Biol. 16: 5232–5244. PMID 8816436.
16. ↑ Tsai EY, Jain J, Pesavento PA, Rao A, Goldfeld AE. (1996). "Tumor necrosis factor alpha gene regulation in activated T cells involves ATF-2/Jun and NFATp.". Mol. Cell. Biol. 16: 459–467. PMID 8552071.
17. ↑ Foxwell B, Browne K, Bondeson J, Clarke C, de Martin R, Brennan F, Feldmann M. (1998). "Efficient adenoviral infection with IkappaB alpha reveals that macrophage tumor necrosis factor alpha production in rheumatoid arthritis is NF-kappaB dependent.". Proc. Natl Acad. Sci. USA 95: 8211-8215. PMID 9653166.
18. ↑ Carballo E, Lai WS, Blackshear PJ. (1998). "Feedback inhibition of macrophage tumor necrosis factor-alpha production by tristetraprolin.". Science 281: 1001–1005. PMID 9703499.
19. ↑ Myokai F, Takashiba S, Lebo R, Amar S. (1999). "A novel lipopolysaccharide-induced transcription factor regulating tumor necrosis factor alpha gene expression: molecular cloning, sequencing, characterization, and chromosomal assignment.". Proc. Natl Acad. Sci. USA 96: 4518–4523. PMID 10200294.
20. ↑ Black RA, White JM (1998). "ADAMs: focus on the protease domain.". Curr Opin. Cell Biol. 10: 654–659. PMID 9818177.
21. ↑ Eck MJ, Sprang SR. (1989). "The structure of tumor necrosis factor-alpha at 2.6 A resolution. Implications for receptor binding.". J. Biol. Chem. 264: 17595–17605. PMID 2551905.
22. ↑ Jones EY, Stuart DI, Walker NP. (1989). "Structure of tumour necrosis factor.". Nature 338: 225–228. PMID 2922050.
23. ↑ Tartaglia LA, Ayres TM, Wong GH, Goeddel DV. (1993). "A novel domain within the 55 kd TNF receptor signals cell death.". Cell 74: 845–853. PMID 8397073.
24. ↑ Banner DW, D'Arcy A, Janes W, Gentz R, Schoenfeld HJ, Broger C, Loetscher H, Lesslauer W. (1993). "Crystal structure of the soluble human 55 kd TNF receptor-human TNF beta complex: implications for TNF receptor activation.". Cell 73: 431–445. PMID 8387891.
25. ↑ Bazzoni F, Beutler B. (1995). "How do tumor necrosis factor receptors work?". J. Inflamm. 45: 221-38. PMID 8867667.
26. ↑ Tartaglia LA, Goeddel DV. (1992). "Two TNF receptors.". Immunol. Today 13: 151–153. PMID 1322675.
27. ↑ Vandenabeele P, Declercq W, Beyaert R, Fiers W. (1995). "Two tumour necrosis factor receptors: structure and function.". Trends Cell Biol. 5: 392-9. PMID 14732063.
28. ↑ ^{1 2} Seckinger P, Isaaz S, Dayer JM. (1989). "Purification and biologic characterization of a specific tumor necrosis factor alpha inhibitor.". J. Biol. Chem. 264: 11966–11973. PMID 2545692.
29. ↑ Seckinger P, Zhang JH, Hauptmann B, Dayer JM. (1990). "Characterization of a tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) inhibitor: evidence of immunological cross-reactivity with the TNF receptor.". Proc. Natl Acad. Sci. USA 87: 5188–5192. PMID 2164226.
30. ↑ Kohno T, Brewer MT, Baker SL, Schwaltz PE, King MW, Hale KK, Squires CH, Thompson RC, Vannice JL (1990). "Second tumor necrosis factor receptor gene product can shed a naturally occurring tumor necrosis factor inhibitor.". Proc. Natl Acad. Sci. USA 87: 8331-5. PMID 2172983.
31. ↑ Nophar Y, Kemper O, Brakebusch C, Englemann H, Zwang R, Aderka D, Holtmann H, Wallach D. (1990). "Soluble forms of tumor necrosis factor receptors (TNF-Rs). The cDNA for the type I TNF-R, cloned using amino acid sequence data of its soluble form, encodes both the cell surface and a soluble form of the receptor.". EMBO J. 9: 3269–3278. PMID 1698610.
32. ↑ Gatanaga T, Hwang CD, Kohr W, Cappuccini F, Lucci JA 3rd, Jeffes EW, Lentz R, Tomich J, Yamamoto RS, Granger GA. (1990). "Purification and characterization of an inhibitor (soluble tumor necrosis factor receptor) for tumor necrosis factor and lymphotoxin obtained from the serum ultrafiltrates of human cancer patients.". Proc. Natl Acad. Sci. USA 87: 8781–8784. PMID 2174164.
33. ↑ Lantz M, Gullberg U, Nilsson E, Olsson I. (1990). "Characterization in vitro of a human tumor necrosis factor-binding protein. A soluble form of a tumor necrosis factor receptor.". J. Clin. Invest. 86: 1396–1342. PMID 2173717.
34. ↑ Aderka D, Wysenbeek A, Engelmann H, Cope AP, Brennan F, Molad Y, Hornick V, Levo Y, Maini RN, Feldmann M, Wallach D. (1993). "Correlation between serum levels of soluble tumour necrosis factor receptor and disease activity in systemic lupus erythematosus.". Arthritis Rheum. 36: 1111–1120. PMID 8393677.
35. ↑ Deloron P, Roux Lombard P, Ringwald P, Wallon M, Niyongabo T, Aubry P, Dayer JM, Peyron F. (1994). "Plasma levels of TNF-alpha soluble receptors correlate with outcome in human falciparum malaria.". Eur. Cytokine Netw. 5: 331–336. PMID 7948768.
36. ↑ Engelmann H, Aderka D, Rubinstein M, Rotman D, Wallach D. (1989). "A tumor necrosis factor-binding protein purified to homogeneity from human urine protects cells from tumor necrosis factor toxicity.". J. Biol. Chem., 264: 11974-11980. PMID 2545693.

Связать^?