Menu
דוקטור קיניאס דוזומז מומחה לכירורגיה לשיקום שייר בשיטת Choi DHI
שינוי בטא של גורם גדילה
שינוי בטא של גורם גדילה, המוכר בסימון TGF-β (Transforming Factor Beta) הינו ציטוקין (חלבון קטן המהווה את הבסיס לתקשורת בין תאי מערכת החיסון) רב תכליתי השייך למשפחת גורמי הגדילה.
מה כולל ה- TGF-β?
TGF-β כולל שלושה איזופורמים (חלבונים דומים שמקורם בגן בודד) שונים של יונקים – TGF-β 1, TGF-β 2 ו- TGF-β 3(כש- TGF-β 4זוהה אצל ציפורים ו- TGF-β 5 בצפרדעים) זאת לצד חלבוני איתות נוספים, כשאלו חלבונים המיוצרים על ידי שושלת תאי הדם הלבנים.
TGF-β 1 מכיל כ-390 חומצות אמינו, כש-TGF-β 2 ו- TGF-β 3מכילים, כל אחת, כ-412 חומצות אמינו. לצד זאת, לכל אחד מהאיזופורמים יש את הסיגנל N-terminal הכולל כ-20-30 חומצות אמינו שהם נדרשים להפריש מחוץ לתאים.
ה- TGF-βעצמו, שהוא "החלבון הבוגר" מתמזג בכדי לייצר חלבון פעיל של kDa 25 שלו מאפיינים מבניים שמורים. ל-TGF-β יש כתשעה שיירי ציסטאין (אחת מ-20 חומצות אמינו הנפוצות בטבע). שמונה מהם יוצרים קשרי דיסולפיד (קשר יחיד המתרחש בין שתי קבוצות תרכובות אורגניות) בתוך החלבון בעבור יצירת קשרי ציסטאין המאופיינים למשפחת ה-TGF-β, כשהציסטאין התשיעי יוצר קשר דיסולפידי עם הציסטאין התשיעי של TGF-β אחר בכדי ליצור דימר (מולקולה הבנויה מקומפלקס של מולקולות המורכבת משתי יחידות פשוטות יותר).
האזור הקיים בין הציסטאין החמישי והשישי מכיל את האזור השונה ביותר של חלבוני TGF-β כשהוא נחשף על פני החלבון ומעורב בקשירה לקולטן.
שיירים אחרים השמורים ב- TGF-βנמצאים על מנת ליצור מבנה משני וזאת באמצעות אינטראקציות הידרופוביות (תכונות של מולקולות לא קוטביות ליצור צברים בתמיסה מימית).
שלושת ה-TGF-βs הסמויים מסונתזים כמולקולות מבשרות המכילות אזור של פרופפטיד (שליח כימי) והומודימר. לאחר סנתוז שלו, ההומודימר TGF-β יוצר אינטראקציה עם הפפטיד LAP ומוביל לקומפלקס הנותר בתא עד שהוא נקשר לחלבון LTBP, מה שמוביל לקומפלקס רחב יותר המוכר בשם LLC אשר מופרש למטריצה חוץ תאית (רשת תלת ממדית המורכבת ממקרומולקולות חוץ תאיות ומינרלים, כגון קולגן ואנזימים המספקים תמיכה מבנית וביוכימית לתאים הסובבים).
בטרם הפרשת ה-LLC, ה- TGF-βמבוקע מהפרופפטיד ונותר מחובר אליו באמצעות קשרים לא קוולנטיים (מספר סוגי קשרים חלשים יחסית לקישור קוולנטי ולכן הן יכולות להיווצר ולהתנתק בקלות יחסית). לאחר הפרשתו ה- TGF-βנותר במטריקס החוץ תאי כקומפלקס שאינו מופעל והוא מכיל את חלבון ה-LTBP ואת הפפטיד LAP שצריכים לעבור עיבוד נוסף על מנת לבצע שחרור של TGF-β פעיל.
ההתקשרות של TGF-β ל-LTBP נעשית באמצעות קשר דיסולפיד. קשר המאפשר לו להישאר לא פעיל על ידי מניעת הקישור שלו לקולטנים שלו. בשל העובדה כי מנגנונים תאיים שונים דורשים רמות ברורות של איתותי TGF-β, הקומפלקס הלא פעיל של ציטוקין מאפשר הזדמנות לתיווך נכון של איתות TGF-β.
המחקר מכיר ומגדיר ארבעה איזופורמים שונים של LTBP – LTBP-1,LTBP-2 , LTBP-3 ו-LTBP 4. מוטציה או שינוי של LAP או LTBP יכולים להוביל לאיתות TGF-β לא תקין ומכאן למצבים של סיבוכים נקודתיים ברקמות בהן נמצא TGF-β1. בנוסף, ההבדלים המבניים בתוך ה-LAP מספקים מתחמי TGF-β סמויים שונים שהם סלקטיביים לגירויים נקודתיים ומסוימים, כשאלו נוצרים על ידי מפעילים נקודתיים.
על אף חשיבותו של TGF-β בוויסות פעילויות תאיות משמעותיות, ידועים לחוקרים רק מספר מסוים של מסלולים להפעלת TGF-β, כשהמנגנון המלא מאחורי מסלולי ההפעלה עדיין אינו מוכר כולו.
חלק ממסלולי ההפעלה הידועים הם מסלולי הפעלה נקודתיים לתא או רקמה מסוימים, בעוד שחלקם נראים במספר סוגי תאים ורקמות. פרוטאזות, אינטגרינים, pH ומיני חמצן תגובתיים הם רק מיני מעט מהגורמים הידועים כיום שיכולים להפעיל TGF-β.
מחקרים הראו כי הפרעות של אותם גורמים מפעילים, שהזכרנו קודם, עלולים להוביל לרמות איתות TGF-β שאינן מווסתות ומכאן לגרום לסיבוכים של דלקות, הפרעות אוטואימוניות, פיברוזיס (תהליך פתולוגי של יצירת רקמת חיבור באיבר או ברקמה כחלק מניסיון של הגוף לתקן את עצמו מנזק הנגרם מחבלה, דלקת ועוד), סרטן וקטרקט.
קיימים תנאים חומציים המסוגלים לסנן את ה-LAP. טיפול במדיום עם pH קיצוני של 1.5 או לחלופין בקצהו השני – 12, יביא להפעלה רחבה ומשמעותית של TGF-β כפי שמציגים מבחני קולטני רדיו. מנגד, טיפול מתון בחומצה, ברמה של pH 4.5, הניב רק 20% עד 30% מההפעלה שהושגה על ידי pH 1.5.
המבנה של LAP חשוב ומשמעותי בשמירה על תפקודו. שינוי מבנה ה – LAP יכול להוביל להפרעה באינטראקציה בינו לבין הTGF-β ובכך לגרום להפעלתו. גורמים שעלולים לגרום לשינוי שכזה עשויים לכלול רדיקלים הידרוקסיל ממיני חמצן תגובתיים (ROS).
ה-TSP-1 (Tthrombospondin-1) הינו גליקופרוטאין (תרכובת של חלבון ושל פחמימה הקשורים בקשר כימי הדוק) מטרי תאי הנמצא בפלזמה של חולים.
רמות של TSP-1 עולות בתגובה לפציעה ובמהלך התפתחות הגוף. ה-TSP-1 מפעיל TGF-beta סמוי וזאת באמצעות אינטראקציות ישירות מול קומפלקס TGF-β סמוי ובכך מעורר סידור מחדש המונע ממנו להיקשר ל- TGF-βמבשיל.
ה-SMADs הינם מחלקה של חלבוני איתות תוך תאיים ומהווים גורמי שעתוק עבור משפחת TGF-β של מולקולות האיתות.
מסלול איתות ה-SMADs דומה, ברמה הרעיונית, למסלול העברת אותות Jak-STAT המתאפיין בהפעלה של קולטני ציטוקינים המעורבים, למשל, במסלול של החלפת איזוטופ תאי B.
ה-SMADs הם אינם מסלולי האיתות היחידים המווסתים על ידי TGF-β. חלבוני איתות שאינם SMAD יכולים גם הם ליזום איתות מקביל אשר משתף פעולה עם ה-SMADs או במקביל עם מסלולי איתות מרכזיים אחרים, כשאלו יכולים לכלול את משפחת חלבון קינאז המופעל על ידי מיטוגן (MAPK).
לתולעת הטפילית Heligmosomoides Polygyrus היכולת להפריש מולקולה המחקה את יכולתו של TGF-β אצל יונקים, להיקשר לקומפלקס TGFβR ולהפעיל מסלולי איתות במורד הזרם.
מולקולה מחקה זו, המכונה Hp-TGM, אינה חולקת הומולוגיה (דמיון של שני איברים ביצורים שאינם שייכים לאותו המין) של רצף ל-TGF-β והיא מופרשת על ידי אותה תולעת בצורה ביולוגית.
מולקולת החיקוי Hp-TGM מורכבת מחמישה תחומים. מחקרים בתחום הראו כי שלושת התחומים הראשונים נחשבים כמכריעים לאינטראקציה עם קומפלקס TGFβR, כאשר פונקציות עבור תחומים 4 ו-5 עדיין לא נחקרו מספיק בכדי להגיע למסקנות אודותן.
ה- Hp-TGM מראה כיום הבטחה כטיפול חדשני שכן הוא משרה פחות פיברוזיס (תהליך פתולוגי של יצירת רקמת חיבור באיבר או ברקמה כניסיון של הגוף לתקן את עצמו מנזק הנגרם מחבלה, דלקת ועוד) מאשר TGF-β in vivo.
TGF-β1 ממלא תפקיד באינדוקציה מתאי CD4+ T של שני תאי Treg המושרים (תאי iTreg), בעלי תפקיד רגולטורי וגם תאי Th17, המפרישים ציטוקינים פרו-דלקתיים.
TGF-β1 לבדו מזרז את ההתמיינות FOXP3 ו-Treg מתאי עוזר T. המנגנון להתמיינות זו אינו ידוע הן עבור תאי ויסות T המושרים והן עבור תאי ויסות T טבעיים. במחקרים שנערכו על עכברים, נראה שההשפעה של TGF-β1 תלוית גיל.
מחקרים נוספים הראו כי נטרול של TGF-β1 במבחנה מעכב את ההתמיינות של תאי T המסייעים לתאי Th17. תפקידו של TGF-β1 ביצירת תאי Th17 נוגד את המשגתו הדומיננטית שלו כציטוקין אנטי דלקתי. לצד זאת, השיתוף בין תאי חיסון דלקתיים ואנטי-דלקתיים מרמזת על כך שחוסר איזון בין שני סוגי התאים הללו יכול להיות קשר חשוב לעובדה כי מערכת החיסון מחליטה לתקוף את הגוף (מצב אוטואימוני).
הפעלה משותפת על ידי IL-6 מתאי דנדריטים (תאים השייכים למערכת החיסון שתפקידם העיקרי הוא בליעה של מיקרואורגניזמים מעוררי מחלות והצגתם של האנטיגנים ללימפוציטים ובייחוד לתאי T), המשמשת להפעלת גורם השעתוק STAT3, נדרשת בנוסף ל-TGF-β1 להתמיינות של תאי Th17.
עם זאת, המנגנון המולקולרי של בידול Th17 אינו מובן היטב לחוקרים. זאת מכיוון שתאי Th17 נבדלים משושלות Th1 ו-Th2 בכך שהוכח שהם מסוגלים לתפקודים מווסתים, כשזוהי עדות נוספת לתפקוד הוויסות של TGF-β1 במערכת החיסון.
ל-TGF-β יש בעיקר השפעות מעכבות על לימפוציטים B (סוג של תאי דם לבנים). המנגנון המדויק אינו ידוע, אך ישנן עדויות לכך ש-TGF-β מעכב שגשוג תאי B על ידי השראת גורם השעתוק Id3, השראת ביטוי של מעכב קינאז תלוי ציקלין 21 ודיכוי של גנים מווסתים מרכזיים אחרים, דוגמת c-myc ו-CD40.
מולקולת משטח מפתח יכולה לגרום לביטוי Smad7 כדי להפוך את עיכוב הצמיחה של תאי B המושרה על ידי TGF-β כשהוא זה שגם גם חוסם את ההפעלה של תאי B ומקדם מיתוג כיתה IgA בתאי B אנושיים.
TGF-β גם משהה אפופטוזיס של תאי B לא בשלים או נחים. גם כאן המנגנון אינו ידוע, אך עשוי לחפוף למסלול האנטי-ריבוי שלו. עוד הוכח כי TGF-β מוריד את הגן c-myc כפי שהוא פועל בעיכוב שגשוג תאי B. עוד ידוע כי TGF-β הינו גורם המעכב NF-KB IKBa ואת הפעלת NF-κB (גורם שעתוק המווסת את ייצור ציטוקינים כמו (TNF-a.
ההסכמה הכללית בספרות המדעית היא ש-TGF-β מגרה מונוציטים (תאים השייכים למערכת החיסון, זורמים בדם ובולעים פתוגנים וידועים בעיקר כתאי-האם של המקרופאג'ים) במנוחה ומעכב את אותם מקרופאג'ים שכבר הופעלו על ידי המונוציטים.
עבור מונוציטים, הוכח כי TGF-β מתפקד כחומר כימו-מושך וכמגביר של תגובה דלקתית. לצד זאת, TGF-β הוכח גם כמפחית את ייצור הציטוקינים הדלקתיים במונוציטים מקרופאג'ים, זאת ככל הנראה על ידי העיכוב של NF-KB. סתירה זו עשויה לקרות למול העובדה שההשפעה של TGF-β הוכחה כתלויה מאוד בהקשר.
TGF-β ממלא תפקיד משמעותי גם בוויסות מחזור התא על ידי חסימת ההתקדמות דרך שלב TGF-β.
התא G1 גורם לסינתזה של חלבוני p15 ו-p21, כשאלו חוסמים את קומפלקס cyclin:CDK האחראי על זרחון של חלבון רטינובלסטומה (Rb). מכאן, TGF-β חוסם את התקדמות שלב ה-G1 של המחזור ומדכא את הביטוי של גן c-myc (גן המעורב בהתקדמות מחזור התא (G1.
בתאים נורמליים הTGF-β-, הפועל דרך מסלול האיתות שלו, עוצר את מחזור התא בשלב G1 כדי למנוע שגשוג, לעורר התמיינות או לקדם מוות של התאים.
בתאי סרטן רבים, חלקים ממסלול האיתות TGF-β עוברים מוטציה, אז ה-TGF-β אינו שולט יותר בתא ותאים סרטניים אלו מתרבים, כמו גם תאי הסטרומה שמסביב. שני התאים מגבירים את ייצור ה-TGF-β שלהם, הפועל על תאי הסטרומה שמסביב, תאי חיסון, תאי אנדותל ותאי שריר חלק, מוביל גורם לדיכוי חיסוני אנגיוגנזה (התהוות כלי דם חדשים) ובכך הופך את הסרטן לפולשני יותר.
TGF-β1 מעורב גם בתהליך של הפעלת תאי כבד (HSCs) כאשר עוצמת הפיברוזיס בכבד עומדת ביחס לעלייה ברמות TGF β. מחקרים הראו ש-ACTA2 קשור למסלול TGF β המשפר את תכונות ההתכווצות של HSCs המוביל לפיברוזיס בכבד.
TGF-β גם הופך תאי T אפקטורים, שבדרך כלל תוקפים סרטן בתגובה דלקתית (חיסונית), לתאי T מדכאים, אשר מכבים את התגובה הדלקתית. שלמות רקמה תקינה נשמרת על ידי אינטראקציות משוב בין סוגי תאים שונים המבטאים מולקולות הידבקות ומפרישות ציטוקינים. שיבוש מנגנוני משוב אלו בזמן סרטן פוגע ברקמה.
כשאיתות TGF-β אינו מצליח לשלוט בפעילות NF-κB בתאי סרטן, יש לכך לפחות שתי השפעות אפשריות: הראשונה, הוא מאפשר לגידול הממאיר להתמיד בנוכחות תאי חיסון מופעלים והאפשרות השנייה היא שהתא הסרטני מחזיק מעמד יותר מתאי חיסון מכיוון שהוא שורד בנוכחות מתווכים אפופטוטיים (מתווכחים של מוות תאי מתוכנן) ואנטי דלקתיים.
עוד נמצא כי חלבון קופסת המזלג 3 (FOXP3) כגורם שעתוק הינו סמן מולקולרי חיוני של תאי T (Treg) מווסתים. פולימורפיזם FOXP3 (rs3761548) עשוי להיות מעורב בהתקדמות הסרטן, כמו סרטן הקיבה למשל, זאת באמצעות השפעה על תפקוד Tregs והפרשת ציטוקינים אימונומודולטורים כגון IL-10, IL-35 ו-TGF-β.
הוכח כי שחפת והזיהום Mycobacterium tuberculosis, גורמים לרמות מוגברות של TGF-β פעיל בתוך הריאות.
בשל המגוון הרחב של ההשפעות המדכאות של TGF-β על תאי מערכת החיסון, מודלים ממוחשבים חזו שחסימת TGF-β עשויה לשפר את התגובות החיסוניות ואת תוצאת הזיהום.
מחקרים שנעשו על בעלי חיים הראו ש-TGF-β פוגע בתגובות החיסון וביטול איתות TGF-β מביא לתגובה מוגברת של תאי T ולעומס חיידקים נמוך יותר. מכאן המסקנה כי טיפולים החוסמים TGF-β יכולים להיות בעלי פוטנציאל בשיפור הטיפול כנגד שחפת.
בהקשר של מחלות לב, מחקר שנערך בבעלי חיים הראה שכולסטרול מדכא את ההיענות של תאים קרדיווסקולריים (התאים הנוגעים למערכת בלב וכלי הדם) ל-TGF-β ואיכויות ההגנה שלו. בכך, מתאפשר לטרשת עורקים ומחלות לב להתפתח, בעוד שסטטינים, קבוצת תרופות המורידות את רמות הכולסטרול, עשויות לשפר את היענות תאי הלב וכלי הדם לפעולות הגנה.
חוקרים סבורים כי איתות TGF-β ממלא תפקיד מרכזי בפעילותה של תסמונת מרפן – מחלה המאופיינת בגובה לא פרופורציונלי, Arachnodactyly, Ectopia Lentis וסיבוכים לבביים כגון צניחת מסתם מיטרלי והגדלה של אבי העורקים.
מחקרים הוכיחו שניתן להקל על הפנוטיפ (תכונה גנטית באורגניזם) של תסמונת מרפן על ידי הוספת אנטגוניסט TGF-β בניסוי שכלל עכברים. הדבר מצביע על כך שלמרות שהתסמינים של תסמונת מרפן עשויים להיראות תואמים להפרעה ברקמת החיבור, המנגנון קשור בסבירות גבוהה יותר להפחתת ספיגה של TGF-β על ידי גן הפיברילין.
פועלו של TGF-β בהקשר של טרשת נפוצה
תאי וויסות T מושרים (iTreg), מעוררים על ידי TGF-β בנוכחות IL-2, דיכוי התפתחותה של EAE, המהווה מודל של טרשת נפוצה (MS) זאת גם באמצעות תגובה בתיווך FOXP3 ו-IL-10 . הדבר מצביע על תפקיד אפשרי הקיים עבור TGF-β ו-iTreg בוויסות ובטיפול נגד טרשת נפוצה.
ירידה של TGF-β נצפתה בחולים שאובחנו עם טרשת נפוצה. ניתן להסביר את תפקידו של TGF-β בטרשת נפוצה בוויסות אפופטוזיס של תאי Th17, כשרמות של TGF-β יורדות, הן אינן מסוגלות לגרום לאפופטוזיס של תאי Th17.
הירידה ברמות ה-TGF-β מובילה לעלייה בתאי Th17 ובהמשך לעלייה ברמות TNFα. כתוצאה מכך, מתרחשת דה-מיילינציה (אובדן המעטפת המכסה את סיבי העצב. קשורה למחלות שונות ויכולה להשפיע על מערכת העצבים ההיקפית והמרכזית )של נוירונים. בנוסף, נצפה TGF-β גם כגורם לצמיחת אוליגודנדרוציטים (תאים המייצרים מעטפת מיאלין). מכאן, שירידה ברמות ה-TGF-β במהלך טרשת נפוצה עשויה גם למנוע מיילינציה מחדש של נוירונים.
חוקרים גילו כי ריכוזים גבוהים יותר של TGF-β נמצאו בדם ובנוזל השדרה של חולים עם מחלת אלצהיימר בהשוואה לנבדקים בריאים. ממצא זה מצביע על תפקיד אפשרי במפל הנוירודגנרטיבי (נוגע לתופעות ומחלות של ניוון המוח) המוביל לתסמינים ולפתולוגיה של מחלת האלצהיימר.
