8. JAK-STAT signaali ülekanne.

 

Kõik türosiinkinaaside aktiveerimisega algavad signaali teed ei ole Ras-Raf-MEK-MAPK rajad. Türosiinkinaasid võivad ka otse aktiveerida transkriptsiooni faktoreid. On kirjeldatud transkriptsiooni faktoreid, mis aktiveeritakse otse peale interleukiinide või interferoonide seostumist retseptoriga. Interferooni seostumine retseptorile kutsub esile tsütoplasmaatiliste PTK, Jak perekonna kinaaside, aktivatsiooni. See põhjustab tsütoplasmaatiliste valkude STAT (signal transducers and activators of transcription) aktivatsiooni, fosforüleeritakse Tyr. Aktiveeritud STAT läheb tuuma ja käivitab geenide transkriptsiooni sellistelt promootoritelt, mis sisaldavad ISRE (interferon-stimulated response element). Algselt oli see süsteem kirjeldatud just interferooni toime puhul. Nüüdseks on selge, et neid kinaase aktiveerivad mitmed tsütokiinid ja kasvufaktorid. Üle 35 valgulise faktori käivitab selle tee.

Jak kinaasid e. Janus kinaasid on saanud oma nime Rooma mütoloogiast tuntud kahe näoliselt Januselt. Need kinaasid omavad 2 kinaasset domääni, milledest aktiivne on ilmselt ainult üks. Erinevalt Src-perekonna kinaasidest, nad ei sisalda SH2 ja SH3 alasid. Seal on teistsugused homoloogiad, Jak-homoloogiad (JH). Pildil 40 on skeem Jak perekonna türosiinkinaasidest. Homoloogia JH1 C-otsas on kinaas; JH2 on pseudokinaas, sarnane kinaasse alaga, aga aktiivsust ei oma; JH3 - JH7 funktsioonid pole teada, kuid sellised konserveerunud alad on kõigis Jak perekonna kinaasides ja ilmselt on nad olulised retseptoriga seostumisel.

 

Pilt 40. Jak perekonna türosiinkinaas.

  wpe6D.jpg (4639 bytes)

On kirjeldatud 4 imetajate Jak kinaasi: Jak1 (135 kDa), Jak2 (130 kDa), Jak3 (120 kDa) ja Tyk2 (140 kDa). Jak1 ja Jak2 avalduvad paljudes kudedes, Jak3 ja Tyk2 põhiliselt vereloome rakkudes.

Janus kinaasid aktiveerivad STAT valke. On teada 7 STAT valku: STAT1, STAT2, STAT3, STAT4. STAT5a, STAT5b ja STAT6, mis koosnevad 750 - 850 aminohappest. STAT1 ja 4 on hiirel kromosoomis 1 ja inimesel kromosoomis 2 q12-q33; STAT3,5a, ja 5b on hiirel kromosoomis 11 ja inimesel kromosoomis 12q13-q14; STAT2 ja 6 on hiirel kromosoomis 10 ja inimesel kromosoomis 17q11-q22. Pildil 41 on STAT valgu skeem. Transkriptsiooni faktorid STAT omavad alates N-otsast DNA siduvat ala, (400. ja 500-nda aminohappe vahelise ala mutatsioonid rikuvad ära DNA-ga sidumise, kas need am.happed just ise DNA-ga seovad, pole teada); edasi tulevad SH2 ja SH3 ala ning transaktivatsiooni domään, konserveerunud türosiin on SH2 ala lähedal (umbes 700. positsioon) ja konserveerunud seriin on transaktivatsiooni alas.

 

Pilt 41. STAT – valk, mis viib signaali retseptorilt tuuma.

 wpe6E.jpg (4580 bytes)

DNA-ga seostuvad nad dimeeridena, moodustavad nii homo- kui heterodimeere. Dimeriseerumiseks on oluline SH2 ala ja konserveerunud türosiin, STAT dimeer võib liituda veel mõne valguga, mis moduleerib tema aktiivsust. On leitud STAT3-cJun, STAT5-glükokortikoidi retseptori ja STAT1-transkriptsiooni faktori SP1 komplekse.

Pildil 42 on Jak-STAT ülekande aktiveerimine. Mittestimuleeritud rakkudes on Jak seotud retseptoriga, aga ta on inaktiivne. Ligandi seostumine põhjustab retseptori subühikute agregeerumise, Jak'id kohtuvad ja fosforüleerivad teineteist, see tõstab nende aktiivsust. Aktiivsed kinaasid fosforüleerivad retseptori tsütoplasmaatilises osas türosiini, sinna seostuvad oma SH2 alaga STAT valgud. Selles etapis tagatakse spetsiifilisus: fosforüleeritakse kindlad türosiinid, mis seovad teatud STAT valke. Näiteks, IFN-g aktiveerib normaalselt STAT1, kui aga viimase SH2 ala on viidud STAT2 valku, siis aktiveerib IFN-g STAT2. Interferoonide spetsiifilise toime eest vastutavad retseptori tsütoplasmaatilise osa fosfotürosiini lähim ümbrus ja tema kontaktid STAT valgu SH2 alaga. Jak fosforüleerib ka STAT valku. Pärast türosiini fosforüleerimist STAT valgu SH2 ala läheduses STAT dissotseerub retseptori küljest, moodustab dimeeri ühe subühiku P-Y ja teise subühiku SH2 abil ning aktivaatori dimeer läheb tuuma. Seal seostub STAT temale vastava DNA järjestusega - TTCCXGGAA, üldisemalt TTN5AA. Mõned STAT’id seostuvad ainult ühele kindlale DNA alale. Osa promootoreid võib siduda mitut erinevat STAT valku. STAT valgu DNA-siduv domään vastutab kindla DNA ära tundmise eest. Promootoris on tavaliselt sidumise kohti mitme faktori jaoks, need võivad olla ka kattuvad. Nii konkureerivad a 2-makroglobuliini geeni promootorile sidumisel NFk B ja STAT3, mõlemad on aktiveeritud põletikuliste protsesside puhul.

 

Pilt 42. STAT valgu aktiveerimine.

  wpe6F.jpg (25031 bytes)

Üks Jak on aktiveeritav mitme erineva tsütokiini poolt, nii et Jak'id ei taga tsütokiinide spetsiifilist toimet. Kuigi mõne Jak puudumine rakus takistab teatud retseptori fosforüleerimist. Näiteks, kui puudub Jak1, siis IL-6 ja IFN-g retseptori fosforüleerimine on defektne. IFNa aktiveerib STAT2; IL-12 aktiveerib STAT4; IL-4 ja IL-13 aktiveerivad STAT6. STAT1,3,5a, ja 5b aktiveeritakse paljude valguliste ligandide poolt. Need erinevad valgud avalduvad erinevates rakkudes eri aegadel. Näiteks, STAT5 aktiveeritakse erütrotsüütide eellastes erütropoetiini poolt ja rinnakoes prolaktiini poolt.

Nagu kõik teised signaali teed, ei ole ka Jak-STAT signaali tee sõltumatu ega isoleeritud teistest. Pildil 43 Jak-STAT signaali tee ja TK retseptoritelt algava signaali tee kokkupuute kohad.

 

Pilt 43. Interferooni retseptorilt ja türosiinkinaasselt retseptorilt algavate signaali teede ristumised.

 wpe70.jpg (11214 bytes)

Jak-id võivad kineerida ka teisi substraate peale IFN retseptorite ja STAT valkude. Jak-STAT tee aktiveeritakse ka siis, kui retseptoris ei olegi türosiini. Kui COS rakus üleekspresseerida Jak-valku, siis aktiveerib ta STAT ilma retseptori stimulatsioonita. Jak kineerib ka in vitro STAT-valku. STAT võib olla aktiveeritud ka retseptor-türosiin-kinaaside poolt. Aktiveeritud Jak-id võivad käivitada ka Ras-Raf signaali tee: retseptori tsüplasmaatilises osas fosforüleeritakse türosiinid, mis osalevad Ras-Raf signaali kompleksi moodustumises. STAT aktiivsust moduleerib ka seriini fosforüleerimine temas. Konserveerunud seriin STAT valgu transaktivatsiooni domäänis on märklauaks MAP kinaasidele, kas see fosforüleerimine on aktiveeriv või inhibeeriv, pole päris selge. Nii et Jak-STAT signaali tee on seotud teiste signaali teedega. Samal ajal ei asenda teised teed puuduvaid Jak või STAT signaali kandjaid. STAT1 puudumine põhjustab defekti IFN-le vastamises. STAT1-/- hiired ei suuda vastu hakata viiruse või bakteri infektsioonile, kuid patogeeni vabas keskkonnas on areng normaalne. Ilma STAT2 ja STAT3-ta embrüod surevad. STAT4 ja STAT6 puudumine takistab T-rakkude mõnede funktsioonide välja kujunemist. Ilma STAT5a-ta emastel hiirtel ei arene piima näärmed. Jak3 puudumine ei lase vastata IL-2-le ja IL-4-le.

STAT aktivatsioon peaks olema ka lühiajaline. Kuidas toimub tsükli inaktiveerimine, kas defosforüleerimisega või valgu lagunemisega? STAT’i pika-ajalisem aktivatsioon on saadud nii türosiin-fosfataaside inhibeerimisega kui ka proteosoomi inhibiitoritega. Järelikult, nii fosfataasid kui ka valgu lagundamine osalevad aktivatsiooni maha võtmises. Millist etappi need protsessid mõjutavad, pole selge. STAT valgu erinevad osad mõjutavad aktivatsiooni-inaktivatsiooni tsüklit: 50-aminohappeline deletsioon STAT3 ja STAT5 valgu C-otsast pikendab aktiveeritud, s.t. fosforüleeritud STAT valgu eluiga neljalt tunnilt 12 tunnini.

 SISUKORDTAGASI

 

9. Seriin/treoniin-kinaasselt retseptorilt algav signaali tee.

 

    Peale STAT-valkude on ka teisi selliseid transkriptsiooni regulaatoreid, mis aktiveeritakse otse retseptorite poolt. Ühed sellised on Smad-valgud, mis aktiveeritakse seriin/treoniin-kinaassete retseptorite poolt. Kõik kasvufaktorite retseptorid ei aktiveeri türosiin-kinaase. Näiteks, TGFb (transformeeriv kasvufaktor b ) perekonna faktorite retseptorid on seriin/treoniin kinaasid. Need faktorid reguleerivad paljusid protessse rakus: aktiveerivad ja inhibeerivad rakkude kasvu, diferentseerumist, apoptoosi, sekretsiooni. Nende jaoks on kahte tüüpi retseptorid: RI ja RII retseptor, mõlemad on seriin/treoniin-kinaasid. Faktori toimimiseks on vaja kõiki neid retseptoreid. Retseptor II (RII) seob faktori, siis seostub kompleks retseptoriga I, ja RII fosforüleerib RI. Retseptori aktivatsioonile (fosforüleerimisele) järgneb Smad-valkude fosforüleerimine. (Drosophila valgu Mad homoloogid Smad 1-8 on leitud inimeses ja hiires). Need valgud võivad kuuluda DNA-siduvate valkudega ühisesse kompleksi ja moduleerida transkriptsiooni. Pildil 44 on TGFb poolt aktiveeritud signaali rada.

    Pilt 44. TGFb ja tema retseptori aktivatsioon.

    wpe71.jpg (17276 bytes)

    Smad-valgud vahendavad kasvu inhibeerivaid signaale. Smad valgu C-otsas on MH2-ala (Mad homology 2), mis on transkriptsiooni aktivaator, seal on fosforüleerimise koht, mis aktiveerimise käigus fosforüleeritakse. MH2-ala viib valgu tuuma, kuigi seal ei ole klassikalist tuuma lokalisatsiooni signaali. N-otsas on MH1-ala, see seob DNA. Nende kahe funktsionaalse piirkonna vahel on linker. Kokkupakitult MH2-ala pärsib DNA-ga sidumist ja MH1 segab transaktivatsiooni, nii et mitte aktiveeritud kujul need valgud ei seo DNA ega aktiveeri transkriptsiooni. Smad 1, 2, 3, 5 ja 8 omavad transaktivatsiooni domääni, mis on retseptori (RI) poolt fosforüleeritav. Neid nimetatakse retseptor-reguleeritavad Smad-valgud. Smad 4 ekspresseerub kõikjal ja ei ole fosforüleeritav transaktivatsiooni alast retseptor-kinaasiga, kuid seostub teiste Smad-valkudega ja on ühine mitmele selle rühma faktoite poolt aktiveeritud signaali teele. Näiteks, kui aktivin ja TGFb aktiveerivad oma retsrptorite kaudu Smad 2, 3 ja 1, siis transaktiveerivas kompleksis on nad kõik seotud Smad 4-ga. Smad 3 ja 4 seovad oligot GTCT. Smad 6 ja 7 ei oma C-otsas fosforüleerimise kohta, nad pole aktiveeritavad retseptoriga, ja nende üleekspressioon võib TGFb tee blokeerida. Smad 1 on linker-alast fosforüleeritav MAPK-ga ja see inhibeerib tema tuuma mineku. Nii et MAPK üleaktivatsioon võib TGFb toime blokeerida. Smad 2 fosforüleerimine MAPK-ga võib aga selle hoopis aktiveerida, millisest kohast Smad fosforüleeritakse, pole teada. Ka see Ser/Thr kinaasne tee on kokkupuutes MAPK teega nagu Jak-STAT teegi. Kui Ras-Raf-MAPK tee on kasvu stimuleeriv, siis TGFb tee on kasvu inhibeeriv.

    SISUKORDTAGASI

     

     

10. TNF poolt aktiveeritavad signaalid.

 

Tuumor-nekroosi faktorit (TNF) toodavad peale makrofaagide ja monotsüütide ka paljud teised rakud, sealhulgas T rakud, B rakud ja fibroblastid. TNF on 26-kDa suurune transmembraanne faktor, millest proteaasidega lõigatakse 17-kDa lahustuv vorm. Mõlemad vormid on aktiivsed trimeerina. TNF kuulub põletikuliste tsütokiinide hulka, tema tootmine aktiveeritakse põletikuliste protsesside puhul. Oma nime on ta saanud sellest, et tal on võime indutseerida kasvaja rakkude nekrootilist või apoptootilist surma. TNF toimib kahe retseptori kaudu: TNFR1 ehk TNF-R55 ja TNFR2 ehk TNF-R75. Nende molekulmassid on vastavalt 55 kDa ja 75 kDa. TNF-R55 seob faktorit affiinsusega 500 pM ja TNF-R75 seob faktorit affiinsusega 100 pM. TNFR1 (p55) arvatakse olevat pidevalt madala tasemega ekspresseeruv ja TNFR2 (p75) on paljude ärritajate poolt indutseeritav. Erinevad retseptorid aktiveerivad erinevaid signaali teid. Faktori trimeeri seostumine kutsub esile retseptori ahelate trimeriseerumise ja aktivatsiooni. TNFR1 omab tsütoplasmaatilises osas nn. surma-ala DD (death domain). Üle mitmete abi-valkude (TRADD – TNFR associated death domain, FADD – Fas receptor-associated death domain) võib selle retseptori aktiveerimine viia rakud apoptoosi. Kui aga aktiveeritud retseptoriga seostuvad teised faktorid (TRAF – TNF receptor-associated factor), siis stimuleeritakse rakkude kasv. Teise retseptoriga TNFR2 seostuvad ainult need kasvu aktiveerivad faktorid ja see retseptor ei aktiveeri apoptoosi teed. Nii et üks faktor võib stimuleerida rakkude kasvu või surma, olenavalt retseptorist ja rakusisestest faktoritest. TNF-R1 ekspressiooni tase on madalam ja tema affiinsus TNF suhtes on madalam, nii et see retseptor asub tööle, kui TNF on raku ümbruses palju. Pildil 45 on kokku võetud TNF toimed.

 

Pilt 45. TNF retseptoritelt algavad signaalid.

 wpe72.jpg (6440 bytes)

Signaali teed, mida TNF aktiveerib, pole täpselt teada. Küll aga on teada, et TNF toimel aktiveeritakse transkriptsiooni faktor NFk B ja selle aktiveerimises on osalised oksüdeerijad. NFk B aktiveeritakse rakus väga mitmete rakku kahjustavate ärritajate poolt, sealhulgas ka kiirguste poolt. Selles aktivatsioonis võivad aktiivsed hapniku ühendid olla vahendajateks.

 

 

11. Oksüdatiivsed protsessid signaali ülekandes.

 

11.1. UV kiirgus ja signaali teed rakus.

UV ja g -kiirgus indutseerivad mitmete valkude aktivatsiooni või sünteesi, seal hulgas c-Fos, c-Jun, JunB, c-Myc, H-Ras, p53, Raf, c-Src, PKC, PTP, IL-1, bFGF, TNFa , interferoon. Paljud neist on signaali ahela komponendid. Millise mehhanismi kaudu signaali teed aktiveeritakse, pole teada. Arvamus, et kiirguste märklaud rakus on ainult DNA ja selle mutatsioonid kutsuvad esile rakulise vastuse, pole päris õige. Näiteks, on leitud, et UV signaali jõudmiseks transkriptsiooni faktorile NFk B on vaja aktiveeritavat Src kinaasi, Ras-valku ja Raf-valku. Kui mõni nendest rakus ei tööta, siis UV ei aktiveeri NFk B. Selline aktivatsioon toimus ka ilma tuumata rakkudes, mingit transkriptsiooni ei toimunud. Järelikult UV signaal võetakse vastu raku välismembraanil, juhitakse edasi PTK-Ras-Raf-MAPK teele. Seega võib UV kiirgus aktiveerida kasvufaktorite signaali tee. UV kiirguse toimet võivad takistada antioksüdandid üsna tee algul, üleval pool Ras-valku. Väga võimalik, et kiirgus toimib üle aktiivsete hapniku ühendite, tekitades hapniku radikaale, ja need aktiveerivad biokeemilisi reaktsioone rakus. Kõigis rakkudes ei toimi UV üle Src-Ras-Raf valkude. Kasvufaktorid ja UV aktiveerivad erinevaid MAP kinaase. UV poolt aktiveeritav MAPK on JNK, kusjuures kõrgeima JNK aktivatsiooni kutsib esile lühilaineline UV (245 nm). Kiirgus ei ole ainuke hapniku radikaalide takitaja. Mitmete retseptorite aktiveerimisel tõuseb lühiajaliselt superoksiidi radikaali ja vesinikperoksiidi tase rakus. Makrofaagide aktiivsust hinnatakse just nende võime järgi toota superoksiidi radikaali, viimane on siin antibakteriaalne agent raku välispinnal, aga ta võib käivitada signaali tee ka raku sees. Viimastel aastatel on leitud, et superoksiidi radikaalide tootmine ei ole omane mitte ainult makrofaagidele, vaid seda teevad ka teised rakud mitmesuguste stimulaatorite toimel.

Eukariootne rakk toodab pidevalt reaktiivseid hapniku ühendeid. Mitokondrites elektroni transport-ahelas tekib superoksiid radikaale; mõned ensüümide süsteemid toodavad superoksiid-radikaale: ksantiin-oksidaas, NADH oksidaasid, aminohapete oksidaasid, sealhulgas ka NOS. Hiljuti ilmus töö, kus näidatakse, et ilma superoksiidi dismutaasi (SOD) juuresolekuta NOS reaktsiooni produkti NO ei ole võimalik detekteerida, sest ta reageerib kiiresti tekkiva superoksiidi radikaaliga. Radikaalide taset reguleeritakse rakus mitmete antioksüdantsete ensüümidega nagu SOD, katalaas, peroksidaas. Nende tase muutub rakus olenevalt kasvu faasist. Peale nende on veel madala molekulaarsed ühendid, mis muudavad raku redoks-olekut: glutatioon, askorbiinhape, E-vitamiin jt. Superoksiidi tootmise ja tema taset reguleerivate süsteemide olmasolu rakus viitab sellele, et sellised aktiivsed ühendid võiksid olla oaslised signaali ülekande protsessis.

Oksüdeerijatele ja redutseerijatele on tundlikud nii AP-1 (Fos, Jun) kui NFk B rühma transkriptsiooni faktorid. In vitro tingimustes on mõlema rühma faktorite seostumine vastavale DNA-le oksüdeerijate juuresolekul takistatud ja redutseerijad taastavad seostumise. Raku tasemel oksüdeerijad aktiveerivad NFk B, kuid AP-1 aktivatsioonile mõjuvad vähe või isegi pärsivad seda. Samal ajal oksüdeerijad tõstavad oluliselt selliste AP-1 rühma faktorite nagu Fos ja Jun mRNA taset, sama teevad ka mitmed antioksidandid. Nende geenide promootorites on redoks-regulaator piirkonnad. Fos ja Jun valgu süntees tõuseb, aga Fos ja Jun valgu monomeerid ei moodusta oksüdeerijate juuresolekul aktiivseid komplekse ja seetõttu AP-1 aktivatsiooni ei toimu.

SISUKORDTAGASI

 

11.2. Transkriptsiooni faktor NFk B.

NFk B oli esimene eukariootne transkriptsiooni faktor, mille regulatsioon näidati olevat seotud rakkude redoks-olekuga. NFk B on raku tsütoplasmas inaktiivses vormis. Aktiveerijate toimel liigub ta tuuma ja seostub vastava DNA järjestusega. NFk B on aktiivses vormis dimeer, kas homo- või heterodimeer. Subühikuteks on 65 kDa valgud (p65) ja 50-52 kDa valgud (p50, p52). Nii suuremaid kui väiksemaid subühikuid on teada mitmeid, ka ühes rakus võib ekspresseeruda mitu Rel perekonna valku (p65 subühik) ja mitu väikse subühiku valku. NFk B subühikud on kokkuvõetud pildil 46.

Erinevatest subühikutest võib moodustuda palju erinevaid dimeere, mis seostuvad DNA järjestusele GGACTTTCCT või selle variatsioonidele. Oluliseimad on allajoonitud nukleotiidid GGA ja TCC. See, millise affiinsusega iga dimeer DNA-le seob, sõltub ka sidumiskoha lähemast ümbrusest. Seega erinevad dimeerid toimivad sageli erinevatele promootoritele. Mõned dimeerid võivad olla transkriptsiooni blokeerijad. Näiteks, ainult väikestest subühikutest koosnevad dimeerid ei oma transaktivatsiooni võimet. Kas aktiveeritud NFk B, s.t. DNA-ga seostumisvõimeline faktor, on mingile promootorile aktivaator või supressor, sõltub ka teistest transkriptsiooni kompleksi kuuluvatest valkudest. NFk B sidumise kohad võivad osaliselt kattuda teiste faktorite sidumikohtadega.

 

Pilt 46. NFk B ja Ik B valgud, nende geenid ja sidumiskohad DNA-l.

Suured subühikud: Rel (c-Rel) rel, v-Rel v-rel, Rel A (p65) rela, Rel B relb

Väiksed subühikud: p50 (p105) nfkb1, p52 (p100) nfkb2

Inaktiivsed vormid: p50-p65-Ik B, p105, p100

Aktiivsed vormid: p65-p65, p65-50/52, p50-p50, p52-p52

Inhibiitorid: Ik B-a ikba, Ik B-b , Ik B-g (p105 C-ots) nfkb1

Aktivaatorid: Bcl-3 bcl-3

Aktiivseid vorme siduv DNA : GGGACTTTCC, GGATTTCC, GGGAAATTCC

 

 

Pilt 47. NFk B valkude topoloogia võrdlus.

 wpe74.jpg (19373 bytes)

  

Pildil 47 on NFk B valkude topoloogia. On Rel-perekonna valgud e. suured subühikud ja väiksed subühikud. Transkriptsiooni aktiveerivat piirkonda omavad suured subühikud, kõigile on aga ühine nn. Rel-homoloogia ala (RHD). RHD sisaldab DNA äratundvat piirkonda (DBD), subühikute dimeriseerumiseks vajalikku ala (Dim), inhibiitor-valku siduvat ala (IB) ja tuuma lokalisatsiooni signaali (NLS). Nii et RHD tagab subühikute dimeriseerumise, tuuma mineku ja DNA-ga sidumise. Väiksed subühikud sünteesitakse suurte eellastena (p100, p105). Nad sisaldavad oma C-otsas sellist järjestust (ankyrin), mis seob RHD, varjestab NLS ja ei lase valgul tuuma minna. Ankyrini järjestust sisaldavad ka teised NFk B inhibiitor-valgud Ik B-a ja b . See ala seostub spetsiifiliselt RHD-ga. Inhibiitori sidumine varjestab NLS ja DBD, valk ei lähe tuuma ega seo DNA-ga.

Ka transaktivatsiooni domääni mitte omavad p52/50 homodimeerid on mõnedele promootoritele aktivaatorid, nad võivad toimida koos teiste aktivaatoritega. On teada vähemalt üks valk, mis seostub p52 homodimeeriga ja muudab selle transkriptsiooni aktivaatoriks, see valk on Bcl3. Bcl-3 valk omab nii ankyriini kui ka transaktivatsiooni domääni (Pilt 47). Ta seostub tuumas p52 homodimeeridega, kompleks jääb seotuks DNA-le ja muutub transkriptsiooni aktiveerijaks. Bcl-3 seob ka p50 homodimeere, kuid see põhjustab p50-p50-DNA kompleksi lagunemise, kuna p50-p50 dimeer on transkriptsiooni inhibiitor, siis selle lahkumine DNA-lt aktiveerib transkriptsiooni. Nii et võib aktivaator olla Bcl-3 mitmel viisil.

 

Pilt 48. NFk B aktivatsioon rakus.

  wpe75.jpg (16965 bytes)

Pildil 48 on skeem NFk B aktivatsioonist. Valk p65 on tsütoplasmas seotud inhibiitor-valguga Ik B, mida on ka mitu erinevat valku (Ik Ba , Ik Bb ). Inhibiitor-valguga seotult faktor tuuma ei lähe ja on inaktiivses vormis. p50 ja p52 on tsütoplasmas eellasvalguna p104 ja p100, need eellased sisaldavad inhibiitor-järjestust, mis varjestab ära tuuma transpordi signaali. Eellasvalgud tuuma ei lähe, nad võivad hoida tsütoplasmas ka p65, p65-p104 dimeerina. p50 ja p52 võivad olla tsütoplasmas ka p65-ga seotud ja seega moodustada inaktiivse kompleksi p50-p65-Ik B. Ik B ja p65 vahelist sidet võivad lõhkuda ka mõned detergendid (näit. Na-deoksükolaat e. DOC). p100-st ja p104-st tekib tuuma minev valk ainult proteaaside toimel (pilt 47, 48). Proteaasid lõhuvad ka p65-Ik B sideme degradeerides inhibiitori. Aktivatsiooniks ongi inhibiitor-valgu lagundamine, see vabastab subühikud ja laseb neil tuuma minna. Tuumas võib DNA siduv dimeer seostuda vastavale DNA alale mõnes promootoris (P) ja aktiveerida transkriptsiooni. Transaktivatsiooni ala mitte omav dimeer võib selle saada ühinedes näiteks Bcl-3-ga. NFk B aktivatsioon toimub ilma uut valgu sünteesi käivitamata. Näiteks UV aktiveerib NFk B ka tsütoplastides, ilma tuuma osaluseta. Eespool oli näide sellest, et UV aktiveerib NFk B üle Ras- Raf-valkude. Kuid NFk B aktivatsiooniks on ilmselt ka teisi mehhanisme, mõnedes rakkudes on saadud NFk B aktivatsioon ilma Ras-Raf -valkudeta. NFk B aktivatsiooni mehhanismi uurimine on koondunud suures osas Ik B degradatsiooni uurimisele. Pildil 49 on Ik B valk oma spetiiifiliste aladega.

 

Pitl 49. Inhibiitor k B-a valk.

wpeC.jpg (5429 bytes) 

Inimese Ik B-a on 317 aminohappeline inhibiitor-valk. Degradeerimiseks on vaja N-otsas fosforüleerida Ser jäägid. Näiteks, inimese Ik Ba valgus Ser32 ja Ser36 on olulised, kui need on asendatud, ei toimu edasist modifitseerimist ega degradeerimist. Kuid sellest üksi ei piisa, on vaja, et oleksid paigas aminohapped ubikuitiini külge panemiseks, inimese Ik Ba valgus lüsiinid positsioonis 21 ja 22 ubikuintinüleeritakse e -aminorühmast ja tekkiv ubikuitiini polümeer viib valgu 26S proteasoomi. Peale selle peavad olema aktiveeritud proteaasid. N-otsa fosforüleerimiseks on suur 700 kDa valgukompleks. Ik Ba valgu ankyrini-alast C-otsa poole jäävad PKC fosforüleerimise kohad ja degradatsiooni signaal PEST, mis on rikas Pro, Glu, Ser ja Thr sisalduse poolest. Mitmed antioksüdandid takistavad degradatsiooni ja oksüdeerijad stimuleerivad seda. Kuidas oksüdeerijad toimivad, kas märgistavad veel kuidagi lõhutava valgu või aktiveerivad proteaase, pole selge. On andmeid, et selles protsessis osaleb rasvhapete, just arahhidoonhappe, metabolism. Millised metaboliidid vajalikud on, pole teada. Kuid arahhidoonhappe oksüdatsiooni ensüümid lipoksügenaas, tsüklooksügenaas ja fosfolipaas A2 on mitmes rakuliinis vajalikud NFk B aktivatsiooniks. Viimasel aja koguneb andmeid selle kohta, et lipiidsed peroksiidid on vajalikud NFk B aktiveerimiseks. Need ühendid tekivad ensümaatiliselt lipoksügenaaside ja tsüklooksügenaaside toimel kulgevate reaktsioonide vaheproduktidena, aga ka keemilisel teel oksüdeerijate, sealhulgas vesinikperoksiidi, toimel. See seletaks fakti, et oksüdeerijad aktiveerivad NFk B ainult raku tasemel aga mitte in vitro rakuekstraktis.

Pildil 50 on oletatav skeem NFk B aktivatsioonist peroksiididega. Superoksiid-radikalid rakus kõrvaldatakse superoksiidi dismutaasi (SOD) ja katalaasi abil. Superoksiidi radikaali kasutavad substraadina ka oksügenaasid, oksüdeerides rasvhappeid viivad nad radikaali vesifaasist lipiidsesse faasi. Lipoksügenaasid ja tsüklooksügenaasid toodavad rasvhapetest leukotrieene ja prostaglandiine, kusjuures vaheproduktideks on väga aktiivsed lipiidsed peroksiidid. Viimased tekivad ka keemilisel teel vesinikperoksiidi toimel. Lipiidsed perokiidid võivad osaleda mõnede proteaaside aktiveerimisel, seega käivatada NFk B inhibiitori degradatsiooni ja/või apoptoosi. Kui NFk B regulatsioon käib a -inhibiitoriga, siis on aktivatsioon lühiajaline, NFk B aktiveerib Ia sünteesi ja see nihutab tasakaalu tsütoplasmas oleva kompleksi poole. NFk B aktivatsioon ei saa olla pikaajaline normaalses rakus. Ilmselt piisab lühiajalisest NFk B aktivatsioonist rakulise immuunvastuse käivitamiseks.

 

Pilt 50. Peroksiidid ja NFk B regulatsioon.

 wpe77.jpg (11264 bytes)

NFk B aktiveeritakse mitmesuguste ärritajate poolt. Tabelis 4 on tingimused, mille juures aktiveeritakse NFk B. See faktor aktiveeritakse igasuguste rakku sissetungijate poolt: bakterid ja nende lipopolüsahhariidid või toksiinid, viirused ja nende mõned valgud, eukariootsed parasiidid, põletikulised tsütokiinid, kiirgused, oksüdatiivne stress. Praktiliselt kõik rakku kahjustavad faktorid aktiveerivad NFk B. See on raku häire süsteem, mis käivitab rakulise vastuse, mobiliseerib kõik jõud kahjustuse kõrvaldamiseks.

Tabelis 5 on geenid, mida NFk B aktiveerib. Esimesena leiti selline regulatsiooni ala immuunoglobuliini k ahela geeni promootoris, sellest sai see transkriptsiooni faktor nime k B. Hiljem on leitud NFk B sidumise koht paljude geenide regulaatoralades: immunoretseptorid, tsütokiinid, adhesiooni molekulid, Ik Ba , NFk B eellasvalk p105. Mõned viiruste promootorid sisaldavad ka NFk B sidumise kohta.

NFk B aktiveerib paljusid promootoreid, sealhulgas soodustab ta selliste faktorite tootmist, mis teda ennast aktiveerivad. Nn. põletikulised tsütokiinid viiakse rakust välja ja nad toimivad naaberrakkudele, aktiveerides seal NFk B. Nii käivitatakse paljudes rakkudes rakuline vastus mingile sissetungijale või ärritajale. NFk B aktivatsiooni seostatakse sageli ka apoptoosiga. Nende kahe protsessi indutseerimisel osalevad sageli ühised signaali rajad, kuid omavaheline seos pole selge. Viimaste aastate jooksul on ilmunud mitu tööd, kus näidatakse, et apoptoosi lähevad rakud siis, kui NFk B inhibeeritakse. Sealjuures peab NFk B enne aktiivne olema. Need rakud, kus NFk B ei ole aktiivne, ei ole tundlikud ka tema inhibeerimisele. Ka see võib olla raku kaitse mehhanism: kui kõik võimalused sissetungija kõrvaldamiseks on kasutusel, aga sellest ei piisa, siis suunatakse rakk apoptoosi.

 

Tabel 4. NFk B aktivaatorid.

 

Klass Aktivaator
Bakteriaalsed produktid Lipopolüsahhariidid, Eksotoksiin B jt.
Viirused HIV-1,
Hepatiit B viirus (HBV)
Inimese T-rakulise leukeemia viirus HTLV-1.
Herpese viirused (HSV-1, HV6)
Epstein-Barr’i viirus (EBV)
Adenoviirus jt.
Viiruselised produktid Kaksikahelaline RNA
HTLV-1 valk Tax, HBV valk X
EBV valgud EBNA, LMP
BPV E5
Eukariootsed parasiidid Theileria parva
Põletikulised tsütokiinid Tuumor-nekroosi faktor a , Lümfotoksiin, Interleukiinid -1 ja 2, Leukotrieen B4
T rakkude mitogeenid Anti-CD3,-CD2,-CD28 jt.
B rakkude mitogeenid Anti IgM
Fibroblastide mitogeenid Seerum
Valgu sünteesi inhibiitorid Tsükloheksimiid, Anisomütsiin
Füüsikalised tegurid UV ja g - kiirgused
Oksüdeerijad Vesinikperoksiid
Butüülperoksiid
Mitmesugused kemikaalid Okada hape (okadaic acid)
Forboolestrid

 

 

Tabel 5. NFk B aktiveerib paljusid geene.

Klass Geen
Immuunoretseptorid Immuunoglobuliini k kerge ahel
T rakkude retseptori b ahel
T rakkude retseptori a ahel
Mitmed koesobivuse kompleksi osad
Raku adhesiooni molekulid Endoteliaalne leukotsüütide adhesiooni molekul

(ELAM-1)

Vaskulaar-rakkude adhesiooni molekul (VCAM-1)
Rakkude vaheline raku adhesiooni molekul (ICAM-1)
Tsütokiinid ja vereloome rakkude kasvufaktorid b -Interferoon, GM-CSF, G-CSF , M-CSF, Interleukiinid 2,6,8
TNFa
Lümfotoksiin (TNFb )
Akuutse faasi valgud Angiotensinogen
Seerum amülöid A eellane
Komplement faktorid B ja C4
Urokinaasi tüüpi plasminogeeni aktivaator
Transkriptsiooni faktorid c-Rel, NFk B eellane p105
Ik B-a
c-myc
Interferooni regulaator-valk
Mitmesugused geenid Vimentiin
NO-süntaas

 

 

NFk B on üks oksüdeerijate poolt aktiveeritud faktor, kuid mitte ainuke signaali ahela lüli, kus on olulised oksüdatsiooni/reduktsiooni protsessid. Kui signaali ülekanne algab retseptori ahelate dimeriseerumisega, kus tsüsteiinid moodustavad S-S-sildasid, siis on see SH-rühma oksüdeerumine. Tsüsteiinid oma oksüdeeruvate SH-rühmadega on olulised nii Ras- kui Raf-valgu aktiveerimisel ja transkriptsiooni faktorite DNA-ga seostumisel.

SISUKORDTAGASI

 

Kasutatud kirjandus

1. TIBS, 1992, Vol.17, No 10. Signal transduction: crosstalk

2. Cur. Op. Neurobiology, 1992, Vol.2, No 3. Signalling mechanisms

3. Trends in Genetics, 1991, Vol. 7, No 11/12. Signal transduction

4. Cur.Op. Neurobiology, 1993, Vol.3, No 3, Signalling mechanisms

5 Cur.Op. Neurobiology, 1994, Vol.4, No 3, Signalling mechanisms

6. Cell, 1995, Vol. 80, No 2, Signal transduction review issue

7.  Oncogene, 1998, 17 , Review Issue. Signal transduction

8. Cur.Op.Cell Biology, 1999, Vol.11, No 2, Cell regulation

9.  J. Avruch, X. Zhang and J.M. Kyriakis, TIBS, 1994, Vol. 19, July, 279-284, Raf meets Ras.

10.  P.A.Baeuerle and T. Henkel, Annu.Rev.Immunol.1994, 12, 141-179. Function and activation of NFk B in the immune system.

11.  Berridge, Nature, 1993, 28 Jan., Vol. 361. Inositol triphosphate and calcium signalling.

12.  J. Blenis, PNAS,1993, Vol. 90, p 5889-5892. Signal transduction via the MAP kinases: proceed at your own RSK.

13.  Bosenberg, M.W. and J. Massague, Cur.Opin. Cell Biology, 1993, 5, 832-838. Juxtacrine cell signaling molecules.

12. Bourne et al., Nature 1991, 349,117-127. The GTPase superfamily.

13. E.J. Brown and S.L. Schreiber, Cell 1996, Vol.86,517-520. A signaling pathway to translational control.

14. P.Chardin et al., FEBS Letters 1995,369, 47-51. The Grb2 adaptor.

15. J.E. Darnell Jr., Science,1997,277,1630-1635. STATs and gene regulation.

16. N. Divecha, Nature 1998, 394,13 August. Marked for nuclear export.

17.E.J. Goldsmith and M.H. Cobb, Cur. Op. Struc. Biology, 1994, Vol. 4, p. 833 - 840. Protein kinases.

18. T. Erpel and S.A. Courtneidge, Cur.Op.Cell Biology 1995, 7, 176-182. Src family protein tyrosine kinases and cellular signal transduction pathways

19. H. Hsu et al., Cell 1996, 84, 299-308. TRADD-TRAF2 and TRADD-FADD interactions define two distinct TNFR 1 signal transduction pathways,.

20. J.N. Ihle et al., TIBS, 1994, Vol.19, May. Signaling by the cytokine receptor superfamily: JAKs and STATs.

21. L.D. Kerr and S. Diego, Cur.Op.Cell Biology, 1992, Vol. 4, No 3, 496-501. Signal transduction: the nuclear target.

22. T. Kishimoto, S.Akira, T. Taga, Science, 1992, 23 Oct., Vol.258. Interleukin-6 and its receptor: a paradigm for cytokines

23. D.C. Liebler et al., Mol.Carcinogenesis, 1998, 22, 209-220. Reactive Oxidants from NO,…..

24. C.J. Lovenstein, S.H. Snyder, Cell, 1992, 4 Sept., Vol.70. Nitric oxide, a novel biologic messenger.

25. D.J. Mangelsdorf et al., Cell 1995, Vol. 83, 835-839. The nucler receptor superfamily

26. J.Massegue et al., Trends in cell biology, 1997, 7, 187-191. TGF-b signalling through the Smad pathway.

27. M.G. Myers, X.J. Sun and M.F. White, TIBS, 1994, Vol. 19, July, 289-293. IRS-1 signaling system.

28. U. Siebenlist, G. Franzoso and K. Brown, Annu.Rev.Cell Biol 1994, 10, 405-455. Stucture, regulation and function of NFk B.

29. G. Superti-Furga and S.A. Courtneidge, BioEssays 1995,17, 321-330. Structure-function relationship in Src family and related protein tyrosine kinases,.

30. C.S. Reiss and T. Komatsu, J.Virology 1998, 72, 4547-4551. Does NO play a critical role in  viral infections?

31. L.Van Aelst and C.D’Souza-Schorey, Genes & Development 1997, 11,2295-2322. Rho GTPases and signaling networks.

32. S. Watanabe and K. Arai, Cur.Op.Genet.& Dev. 1996, 6, 5587-596. Roles of the JAK-STAT system in signal transductio via cytokine receptors.

33. Weiss and C.S. Tailor, Cell, 1995, 82, 531-533. Retrovirus receptors.

34. M. Whitman, Genes & development, 1998, 12, 2445-2462. Smads and early developmental signaling by the TGFb superfamily.

SISUKORDTAGASI