NFAT - NFAT

Nuklear faktor for aktiverede T-celler ( NFAT ) er en familie af transkriptionsfaktorer, der har vist sig at være vigtige i immunrespons . Et eller flere medlemmer af NFAT -familien udtrykkes i de fleste celler i immunsystemet. NFAT er også involveret i udviklingen af ​​hjerte-, skeletmuskulatur og nervesystem. NFAT blev først opdaget som en aktivator til transkription af IL-2 i T-celler (som en regulator af T-celleimmunrespons), men har siden vist sig at spille en vigtig rolle i reguleringen af ​​mange flere kropssystemer. NFAT -transkriptionsfaktorer er involveret i mange normale kropsprocesser såvel som i udviklingen af ​​flere sygdomme, såsom inflammatoriske tarmsygdomme og flere former for kræft. NFAT undersøges også som et lægemiddelmål for flere forskellige lidelser.

Familie medlemmer

NFAT -transkriptionsfaktorfamilien består af fem medlemmer NFATc1 , NFATc2 , NFATc3 , NFATc4 og NFAT5 . NFATc1 til NFATc4 reguleres ved calciumsignalering og er kendt som de klassiske medlemmer af NFAT -familien. NFAT5 er et nyligt opdaget medlem af NFAT -familien, der har særlige egenskaber, der adskiller det fra andre NFAT -medlemmer.

Calciumsignalering er afgørende for aktivering af NFATc1-4, fordi calmodulin (CaM), et velkendt calciumsensorprotein, aktiverer serin/threoninphosphatase calcineurin (CN). Aktiveret CN binder til sit bindingssted placeret i det N-terminale regulatoriske domæne for NFATc1-4 og dephosphorylerer hurtigt den serinrige region (SRR) og SP-gentagelser, som også er til stede i N-terminalen af ​​NFAT-proteinerne. Denne dephosphorylering resulterer i en konformationsændring, der afslører et nuklear lokaliseringssignal, der fremmer atomtranslokation.

På den anden side mangler NFAT5 en afgørende del af det N-terminale regulatoriske domæne, som i den førnævnte gruppe har det væsentlige CN-bindingssted. Dette gør NFAT5 -aktivering helt uafhængig af calciumsignalering. Det kontrolleres imidlertid af MAPK under osmotisk stress. Når en celle støder på et hypertonisk miljø, transporteres NFAT5 ind i kernen, hvor den aktiverer transkription af flere osmoprotektive gener. Derfor udtrykkes det i nyremedulla, hud og øjne, men det kan også findes i thymus og aktiverede lymfocytter.

Signalering og binding

Kanonisk signalering

Selvom fosforylering og dephosphorylering er nøglen til at kontrollere NFAT -funktion ved at maskere og afmaske nukleare lokaliseringssignaler, som vist ved det store antal phosphoryleringssteder i NFAT -reguleringsdomænet, kan denne dephosphorylering ikke forekomme uden tilstrømning af calciumioner.

Den klassiske signalering er afhængig af aktivering af PLC gennem forskellige receptorer som TCR ( PLCG1 ) eller BCR ( PLCG2 ). Denne aktivering fører til frigivelse af inositol-1,4,5-trifosfat (IP3) og diacylglycerol (DAG). IP3 er især vigtig for calciumtilstrømning, fordi den binder til en IP3 -receptor placeret i membranen af ER . Dette forårsager en kort skarp stigning i calciumkoncentrationen i cytosol, da ionerne forlader ER via IP3 -receptoren. Dette er imidlertid ikke nok til at aktivere NFAT -signalering. Frigivelsen af ​​calciumioner fra ER registreres af STIM -proteiner, som er ER -transmembrane proteiner. Under normale omstændigheder binder STIM -proteinerne calciumioner, men hvis de fleste frigives fra ER frigives de bundne ioner også fra STIM -proteinerne. Dette får dem til at oligomerisere og efterfølgende interagere med ORAI1, som er et uundværligt protein af CRAC -kompleks. Dette kompleks fungerer som en kanal, der selektivt tillader tilstrømning af calciumioner udefra en celle. Dette fænomen kaldes butiksdreven calciumindgang ( SOCE ). Kun denne længere tilstrømning af calciumioner er i stand til fuldt ud at aktivere NFAT gennem CaM/CN -medieret dephosphorylering som anført ovenfor.

Alternativ signalering

Selvom SOCE er hovedaktiveringsmekanismen for de fleste af proteinerne i NFAT -familien, kan de også aktiveres af en alternativ vej. Denne vej var indtil nu kun testet for NFATc2. I denne alternative aktivering er SOCE ubetydelig som det fremgår af det faktum, at cyclosporin (CsA), som hæmmer CN -medieret dephosphorylering, ikke ophæver denne vej. Årsagen til dette er, at det aktiveres gennem IL7R, hvilket fører til efterfølgende phosphorylering af enkelt tyrosin i NFAT medieret af Jnk3 kinase et medlem af MAPK kinase underfamilie.

DNA -binding

Atomimport af NFAT og dens efterfølgende eksport afhænger af calciumniveauet inde i en celle. Hvis calciumniveauet falder, reporterer de eksporterende kinaser i en kerne, såsom PKA , CK1 eller GSK-3β, rephosphorylat NFAT. Dette bevirker, at NFAT vender tilbage til sin inaktive tilstand og eksporteres tilbage til cytosolen, hvor vedligeholdelseskinaser afslutter rephosphoryleringen for at holde den i inaktiveret tilstand.

NFAT-proteiner har svag DNA-bindingskapacitet. Derfor, for effektivt at binde DNA, skal NFAT -proteiner samarbejde med andre nukleare residente transkriptionsfaktorer, der generelt kaldes NFATn. Dette vigtige træk ved NFAT-transkriptionsfaktorer muliggør integration og tilfældighedsdetektering af calciumsignaler med andre signalveje, såsom ras-MAPK eller PKC. Derudover er denne signalintegration involveret i vævsspecifik genekspression under udvikling. En skærm med ncRNA -sekvenser identificeret i EST -sekventeringsprojekter opdagede en 'ncRNA -repressor af kernefaktoren for aktiverede T -celler' kaldet NRON .

NFAT-afhængige promotorer og enhancere har en tendens til at have 3-5 NFAT-bindingssteder, hvilket indikerer, at synergistiske interaktioner af højere orden mellem relevante proteiner i et kooperativt kompleks er nødvendige for effektiv transkription. Den mest kendte klasse af disse komplekser består af NFAT og AP-1 eller andre bZIP proteiner. Dette NFAT: AP-1-kompleks binder sig til de konventionelle Rel-familieproteiner DNA-bindingssteder og er involveret i gentranskription i immunceller.

NFAT -funktion i forskellige celletyper

T -celler

TCR-stimulering forårsager, som anført ovenfor, dephosphorylering af NFAT, som i næsten alle slags T-celler derefter danner et kompleks med AP-1 (undtagen i Tregs). Dette kompleks afhængigt af cytokinkonteksten aktiverer derefter nøgletranskriptionsfaktorerne for de forskellige T-celle-subpopulationer: T-bet for Th1 , GATA3 for Th2 , RORγ for Th17 og BATF for Tfh . T -celler udtrykker næsten alle NFAT -familiemedlemmer (undtagen NFAT3). Imidlertid har ikke alle NFAT samme betydning for hver subpopulation af T -celler.

Ved TCR-stimulering og efter efterfølgende aktivering af T-bet under Th1-cytokinbetingelser stimulerer et kompleks, der består af transkriptionsfaktoren T-bet og NFAT, produktionen af ​​IFN-y, det mest fremtrædende cytokin af Th1-celler. TCR-aktiveringen udløser også, via NFAT: AP-1-kompleks, produktion af NFAT2/αA, som er en kort isoform af NFATc2, som mangler C-terminal domænet og opfylder en rolle som autoregulator, fordi det yderligere forbedrer aktiveringen af ​​alle effektorer T cel ls. For Th1 -respons synes NFATc1 at være den mest uundværlige, da knockout af NFATc1 hos mus fører til ekstremt skævt Th2 -respons.

Under Th2 -stimulerende forhold aktiveres GATA3. Det interagerer efterfølgende også med NFAT og udløser produktion af typiske Th2-cytokiner som IL-4 , IL-5 og IL-13 . NFATc2 synes at være den vigtigste for Th2 -medieret respons, da dens svækkelse sænker mængden af ​​de førnævnte cytokiner og også reducerer mængden af IgG1 og IgE . NFATc1 spiller også en væsentlig rolle, da den danner et kompleks med GATA3 ligesom NFATc2. Det formidler yderligere produktionen af ​​Th2 -cytokiner indirekte ved regulering af CRTh2 .

I overensstemmelse med Th1- og Th2 -respons fremkalder stimulering af TCR under Th17 -betingelser ekspression af RORy. Det binder efterfølgende til NFAT og stimulerer produktionen af ​​Th17-specifikke cytokiner som IL-17A , IL-17F , IL-21 , IL-22 . I Th17-responset spiller NFATc2 sandsynligvis en nøglerolle, da mus med NFATc2-knockout viser reduktion i RORγ såvel som i IL-17A, IL-17F og IL-21.

Treg- celler er de eneste undtagelser fra NFAT: AP-1-kompleksdannelsen, da NFAT efter deres TCR-stimulering binder sig til SMAD3 i stedet for AP-1. Dette kompleks aktiverer derefter FOXP3 -transkription, en mastergenregulator i Tregs. NFAT: FOXP3 -kompleks regulerer derefter Treg -specifik cytokinproduktion. Der er to hovedpopulationer af Treg -celler: naturlige Treg ( nTreg ) celler, der udvikler sig i Thymus og inducerede Treg ( iTreg ) celler, der udvikler sig fra naive CD4+ T -celler i periferien efter deres stimulering. iTreg -celler synes at være stærkt afhængige af NFATc1, 2 og 4, da sletning af nogen af ​​disse gener eller deres kombination forårsager næsten et fuldstændigt tab af iTreg -celler, men ikke nTreg -celler.

I Tfh-celler dannes der ligesom i Th1-, Th2- og Th17-celler NFAT: AP-1-kompleks. Dette kompleks aktiverer bagefter transkription af BATF, som derefter også binder sig til NFAT og begynder sammen med andre proteiner som IRF4 at producere Tfh uundværlige molekyler: CXCR5 , ICOS , Bcl6 og IL-21 . Tfh -celler udtrykker høje niveauer af NFATc1 og især NFATc2 og NFAT2/αA, hvilket tyder på en vigtig rolle for NFATc2. Sletning af NFATc2 i T -celler letter et øget antal Tfh -celler og højere germinal centerrespons sandsynligvis på grund af dysregulering af CXCR5 og nedsat antal T follikulære regulatoriske (Tfr) celler. Da Tfh er tæt forbundet med humoristisk respons, vil enhver defekt i dem rage ind i B -celler. Derfor er det ikke overraskende, at NFAT2-lymfocyt-specifik ablation forårsager en defekt i den BCR-medierede proliferation, men om denne fænotype er forårsaget af eneste dysregulering af Tfh- eller B-celler eller kombination af begge er usikkert.

B -celler

Selvom det er opdaget i T -celler, bliver det mere tydeligt, at NFAT også udtrykkes i forskellige celletyper. I B -celler udtrykkes hovedsageligt NFATc1 og efter aktivering også NFATc2 og NFAT2/αA og opfylder vigtige funktioner som antigenpræsentation, proliferation og apoptose . Selvom svækkelsen af ​​NFAT -vejen har alvorlige konsekvenser i T -celler, ser de ud til at være temmelig milde i B -celler. Hvis der f.eks. Udføres en specifik B -cell knockout af begge STIM -proteiner, afskaffes SOCE fuldstændigt og derfor også NFAT -signalering. Selvom den resulterende humorale reaktion i disse knockout B-celler er meget lig B-celler uden knockout, medførte den fuldstændige afskaffelse af NFAT også et fald i IL-10 . Nogle undersøgelser tyder imidlertid på en vigtigere rolle for NFAT i B -celler, og derfor er dette emne stadig ikke godt forstået og berettiger til yderligere forskning.

T -celleanergi og udmattelse

T -celleanergi induceres af suboptimale stimuleringsbetingelser, når f.eks. TCR stimuleres uden passende costimulatoriske signaler. På grund af den manglende co-stimulering er AP-1 fraværende, og der dannes et NFAT: NFAT-kompleks. Dette kompleks aktiverer anergiassocierede gener som E3 ubiquitin ligaser ( Cbl-b , ITCH og GRAIL ), diacylglycerol kinase α (DGKα) og caspase 3, som fremmer induktion af T-celle-anergi. Ligner T-celle-anergi er T-celleudmattelse, som også er forårsaget af nedsat dannelse af NFAT: AP-1-komplekset, men den underliggende induktion af udmattelse er gennem kronisk stimulering snarere end suboptimal stimulation. Både i anergi og udmattelse ser NFATc1 ud til at spille en nøglerolle. Omvendt er NFATc2 sammen med NFAT2/αA nødvendige for at vende tilstanden af ​​anergi eller udmattelse tilbage.

NFAT -signalering i neural udvikling

Den Ca ²⁺ -afhængige calcineurin/NFAT -signalvej har vist sig at være vigtig i neuronal vækst og axonvejledning under hvirveldyrsudvikling. Hver anden klasse af NFAT bidrager til forskellige trin i den neurale udvikling. NFAT arbejder med neurotrofisk signalering for at regulere axonudvækst i flere neuronale populationer. Derudover integrerer NFAT -transkriptionskomplekser neuronal vækst med vejledningstegn såsom netrin for at lette dannelsen af ​​nye synapser, der hjælper med at opbygge neurale kredsløb i hjernen. NFAT er en kendt vigtig spiller i både det udviklende og voksne nervesystem.

Klinisk betydning

Betændelse

NFAT spiller en rolle i reguleringen af ​​betændelse i inflammatorisk tarmsygdom (IBD). I genet, der koder for LRRK2 (leucinrig gentagelse kinase 2), blev der fundet et følsomheds locus for IBD. Kinasen LRRK2 er en hæmmer for NFATc2 -sorten , så hos mus, der mangler LRRK2, blev der fundet øget aktivering af NFATc2 i makrofager. Dette førte til en stigning i de NFAT-afhængige cytokiner, der udløser alvorlige colitisangreb.

NFAT spiller også en rolle i Rheumatoid Arthritis (RA), en autoimmun sygdom, der har en stærk pro-inflammatorisk komponent. TNF-α , et proinflammatorisk cytokin, aktiverer calcineurin-NFAT-vejen i makrofager . Derudover reducerer hæmning af mTOR -vejen ledbetændelse og erosion, så den kendte interaktion mellem mTOR -vej og NFAT er en nøgle til den inflammatoriske proces af RA.

Som et lægemiddelmål

På grund af sin væsentlige rolle i produktionen af ​​T-celleproliferative cytokin IL-2 er NFAT-signalering et vigtigt farmakologisk mål for induktion af immunsuppression . CN -hæmmere, som forhindrer aktivering af NFAT, herunder CsA og tacrolimus (FK506), bruges til behandling af leddegigt , multipel sklerose , Crohns sygdom og ulcerøs colitis og for at forhindre afvisning af organtransplantationer . Der er imidlertid en toksicitet forbundet med disse lægemidler på grund af deres evne til at hæmme CN i ikke-immunceller, hvilket begrænser deres anvendelse i andre situationer, der kan kræve immunsupprimerende lægemiddelbehandling, herunder allergi og betændelse. Der er andre forbindelser, der direkte målretter mod NFAT, i modsætning til målretning mod calcineurins phosphatase -aktivitet, der kan have brede immunsuppressive virkninger, men mangler toksiciteten af ​​CsA og FK506. Fordi individuelle NFAT -proteiner findes i specifikke celletyper eller påvirker specifikke gener, kan det være muligt at hæmme individuelle NFAT -proteinfunktioner for en endnu mere selektiv immuneffekt.

Referencer