Фактор роста нервов ( NGF ) представляет собой нейротрофический фактор и нейропептид, в первую очередь участвующий в регуляции роста, поддержания, пролиферации и выживания определенных нейронов-мишеней . Возможно, это прототип фактора роста , поскольку он был описан одним из первых. С тех пор, как он был впервые выделен лауреатами Нобелевской премии Ритой Леви-Монтальчини и Стэнли Коэном в 1956 году, были идентифицированы многочисленные биологические процессы с участием NGF, два из которых — выживание бета-клеток поджелудочной железы и регуляция иммунной системы .
При экспрессии NGF изначально находится в составе 7S комплекса массой 130 кДа из трех белков – альфа-NGF, бета-NGF и гамма-NGF (соотношение 2:1:2). Эту форму NGF также называют proNGF (предшественник NGF). Гамма-субъединица этого комплекса действует как сериновая протеаза и расщепляет N-конец бета-субъединицы, тем самым активируя белок в функциональный NGF.
Термин фактор роста нервов обычно относится к бета-субъединице белка 2,5S, 26 кДа, единственному компоненту комплекса 7S NGF, который является биологически активным (т.е. действует как сигнальная молекула).
Как следует из названия, NGF участвует в первую очередь в росте, а также поддержании, пролиферации и выживании нервных клеток (нейронов) и имеет решающее значение для выживания и поддержания симпатических и сенсорных нейронов , поскольку они подвергаются апоптозу в его отсутствие. [5] Однако несколько недавних исследований показывают, что NGF также участвует в путях, помимо тех, которые регулируют жизненный цикл нейронов.
NGF может управлять экспрессией таких генов, как bcl-2 , путем связывания с киназой А рецептора тропомиозина , которая стимулирует пролиферацию и выживание нейрона-мишени.
Высокое сродство связывания между proNGF, сортилином и p75NTR может привести либо к выживанию, либо к запрограммированной гибели клеток . Результаты исследования показывают, что нейроны верхних шейных ганглиев, которые экспрессируют как p75NTR, так и TrkA, погибают при лечении proNGF [6] , тогда как обработка этих же нейронов NGF приводит к выживанию и росту аксонов. Механизмы выживания и PCD опосредуются связыванием адаптерного белка с доменом смерти цитоплазматического хвоста p75NTR. Выживание происходит, когда рекрутированные цитоплазматические адаптерные белки облегчают передачу сигнала через членов рецептора фактора некроза опухоли, таких как TRAF6 , что приводит к высвобождению активатора транскрипции ядерного фактора κB ( NF-κB ). [7] NF-κB регулирует транскрипцию ядерных генов, способствуя выживанию клеток. Альтернативно, запрограммированная гибель клеток происходит, когда TRAF6 и фактор взаимодействия с рецептором нейротрофина (NRIF) рекрутируются для активации N-концевой киназы c-Jun (JNK); который фосфорилирует c-Jun. Активированный фактор транскрипции c-Jun регулирует ядерную транскрипцию через AP-1 , увеличивая транскрипцию проапоптотических генов. [7]
Имеются доказательства того, что бета-клетки поджелудочной железы экспрессируют как TrkA, так и p75NTR рецепторы NGF. Было показано, что прекращение действия NGF индуцирует апоптоз бета-клеток поджелудочной железы, а это означает, что NGF может играть решающую роль в поддержании и выживании бета-клеток поджелудочной железы. [8]
NGF играет решающую роль в регуляции как врожденного, так и приобретенного иммунитета. В процессе воспаления NGF высвобождается в высоких концентрациях тучными клетками и индуцирует рост аксонов в близлежащих ноцицептивных нейронах. Это приводит к усилению болевого восприятия в участках воспаления. При приобретенном иммунитете NGF продуцируется тимусом, а также клонами CD4+ Т-клеток , вызывая каскад созревания Т-клеток при инфекции. [9]
NGF в изобилии присутствует в семенной плазме. Недавние исследования показали, что он индуцирует овуляцию у некоторых млекопитающих, например, «индуцированные» овуляторы, такие как ламы. Удивительно, но исследования показали, что эти индуцированные животные также будут овулировать, когда используется сперма от запланированных или «спонтанных» овуляторов, таких как крупный рогатый скот. Его значение для человека неизвестно. Ранее в сперме его называли фактором, индуцирующим овуляцию (OIF), прежде чем в 2012 году он был идентифицирован как бета-NGF. [10]
NGF связывается по крайней мере с двумя классами рецепторов: киназой А рецептора тропомиозина (TrkA) и низкоаффинным рецептором NGF (LNGFR/p75NTR). Оба связаны с нейродегенеративными расстройствами .
Когда NGF связывается с рецептором TrkA, он запускает гомодимеризацию рецептора, что, в свою очередь, вызывает аутофосфорилирование сегмента тирозинкиназы. [11] Рецептор киназы А тропомиозинового рецептора имеет пять внеклеточных доменов, а пятый домен достаточен для связывания NGF. [12] После связывания комплекс подвергается эндоцитозу и активирует программу транскрипции NGF по двум основным путям: пути Ras/MAPK и пути PI3K/Akt . [11] Связывание NGF с TrkA также приводит к активации сигнальных путей PI 3-киназы , ras и PLC . [13] Альтернативно, рецептор p75NTR может образовывать гетеродимер с TrkA, который имеет более высокое сродство и специфичность к NGF.
Исследования показывают, что NGF циркулирует по всему организму через плазму крови и важен для общего поддержания гомеостаза . [14]
Связывающее взаимодействие между NGF и рецептором TrkA облегчает димеризацию рецептора и фосфорилирование остатка тирозина цитоплазматического хвоста соседними рецепторами Trk. [15] Сайты фосфорилирования рецептора Trk действуют как сайты стыковки адаптерного белка Shc, которые подвергаются фосфорилированию с помощью рецептора TrkA. [7] Как только цитоплазматический адаптерный белок (Shc) фосфорилируется цитоплазматическим хвостом рецептора, выживание клеток инициируется несколькими внутриклеточными путями.
Один из основных путей приводит к активации серин/треониновой киназы Akt . Этот путь начинается с рецепторного комплекса Trk — рекрутирования второго адаптерного белка, называемого белком-2, связанным с фактором роста-рецептором ( Grb2 ), вместе со стыковочным белком, называемым Grb2-ассоциированным связующим-1 ( GAB1 ). [7] Впоследствии активируется киназа фосфатидилинозитол-3 ( PI3K ), что приводит к активации киназы Akt. [7] Результаты исследования показали, что блокирование активности PI3K или Akt приводит к гибели симпатических нейронов в культуре, независимо от присутствия NGF. [16] Однако, если какая-либо из киназ конститутивно активна, нейроны выживают даже без NGF. [16]
Второй путь, способствующий выживанию клеток, происходит за счет активации митоген-активируемой протеинкиназы ( MAPK ) киназы. В этом пути рекрутирование фактора обмена гуаниновых нуклеотидов адаптерными и стыковочными белками приводит к активации мембраносвязанного G-белка, известного как Ras . [7] Фактор обмена гуаниновых нуклеотидов опосредует активацию Ras посредством процесса обмена GDP-GTP. Активный белок Ras фосфорилирует несколько белков, а также серин/треониновую киназу Raf . [7] Raf, в свою очередь, активирует каскад MAPK, способствуя активации рибосомальной киназы s6 (RSK) и регуляции транскрипции. [7]
И Akt, и RSK, компоненты путей PI3K-Akt и MAPK соответственно, фосфорилируют фактор транскрипции белка, связывающего элемент ответа циклического АМФ ( CREB ). [7] Фосфорилированный CREB транслоцируется в ядро и опосредует повышенную экспрессию антиапоптотических белков, [7] способствуя тем самым выживанию клеток, опосредованному NGF. Однако в отсутствие NGF экспрессия проапоптотических белков увеличивается, когда активация транскрипционных факторов, способствующих гибели клеток, таких как c-Jun, не подавляется вышеупомянутыми путями выживания клеток, опосредованными NGF. [7]
Рита Леви-Монтальчини и Стэнли Коэн открыли NGF в 1950-х годах, будучи преподавателями Вашингтонского университета в Сент-Луисе . Критическое открытие было сделано Леви-Монтальчини и Гертой Мейер в Институте биофизики Карлоса Шагаса Фильо Федерального университета Рио-де-Жанейро в 1952 году. Их публикация в 1954 году [17] стала окончательным доказательством существования белка. [18] [19] Леви-Монтальчини позже заметил:
Опухоль дала первый намек на свое существование в Сент-Луисе, но именно в Рио-де-Жанейро она проявила себя, причем сделала это театрально и величественно, как будто подстегиваемая яркой атмосферой этого взрывного и буйного проявления. жизни – это Карнавал в Рио. [20]
Однако его открытие, наряду с открытием других нейротрофинов, не получило широкого признания до 1986 года, когда оно было удостоено Нобелевской премии по физиологии и медицине. [21] [22] [23]
Исследования 1971 года определили первичную структуру NGF. В конечном итоге это привело к открытию гена NGF.
NGF в изобилии присутствует в семенной плазме. Недавние исследования показали, что он вызывает овуляцию у некоторых млекопитающих. [24] Факторы роста нервов (NGF) были первоначально обнаружены благодаря их действию во время развития, но теперь известно, что NGF участвует в этой функции на протяжении всей жизни животного. [25]
Было показано, что фактор роста нервов взаимодействует с киназой А рецептора тропомиозина . [26]