Kasvufaktorid

Kasvufaktorid on mitmesuguste rakkude poolt sekreteeritavad valgud, mis seonduvad retseptoritega kasvufaktoreid sekreteerivate rakkude pinnal (autokriinselt) või läheduses paiknevate rakkude pinnal (parakriinselt) ning seeläbi annavad impulsi vastavate rakkude kasvuks. Iga kasvufaktor seondub selektiivselt vaid teatud retseptoriga või retseptori paari kune mõne isotüübiga. Näiteks epidermaalne kasvufaktor EGF seondub retseptor-türosiinkinaasiga EGFR ehk ErbB1, kuid mitte struktuurselt sarnaste retseptoritega nagu ErbB2, ErbB3 või ErbB4.
Kasvufaktorid on olulised nii organismi arengu algetappidel kui hilisemas elus, näiteks kudede regenereerumise tagamiseks vigastuse järel või regulaarse kulumise käigus. Samas võib kasvufaktorite ja nende retseptorite anomaalne aktiivsus olla seotud ka mitmete haigustega.
Allpool vaadeldakse kasvufaktoreid eeskätt loomade ja konkreetsemalt imetajate organismi kontekstis; taimede puhul leiab teaduskirjanduses ka kasvufaktorite (ingl k "growth factors") mainimist, kuid nende ühendite kohta (auksiinid, giberelliinid jms) on õigem kasutada mõistet fütohormoonid.
Kasvufaktorite eristamine sarnase toimega biomolekulidest.
Termini kasvufaktor tähendusväli on lai nii eesti kui inglise keeles ning kattub osaliselt terminitega tsütokiin, mitogeen ja hormoon. Kuigi osad kasvufaktorid on tsütokiinid ja osad on hormoonid, on kõigil nendel mõistetel ka rida iseloomulikke tunnuseid:
Näiteid kasvufaktoritest ja nende retseptoritest.
Mitmeid kasvufaktoreid toodetakse kõigepealt suuremate prekursor-molekulidena, millest saadakse lühem aktiivne kasvufaktor teatud sidemete selektiivsel proteolüütilisel lagundamisel. Enamik kasvufaktorite retseptoritest kuulub retseptor-türosiinkinaaside klassi, kuigi teatud kasvufaktorid seonduvad tsütokiinide retseptoritega – viimased võivad omakorda omada aktiivsust Ser/Thr kinaasidena või esineda kompleksitena türosiinkinaaside perekonnaga JAK. Mõnevõrra erandlikeks kasvufaktoriteks on Hedgehog, mis seondub valguga Patched ning aktiveerib seeläbi G-valguga seotud retseptorit (GPCR) Smoothened, ja Wnt, mille retseptor Frizzled kuulub samuti GPCR alla.
Enim uuritud kasvufaktorid on toodud tabelis allpool:
Kasvufaktorite tootmine ja lokaalne toime.
Kasvufaktoreid võivad terves organismis toota väga erinevat tüüpi rakud. Sama kasvufaktorit võivad toota mitmed rakutüübid (see eristab kasvufaktoreid olulisel määral hormoonidest): näiteks FGF2 toodavad nii fibroblastid kui keratinotsüüdid, mastotsüüdid, endoteeli rakud, silelihaskoe rakud kui kondrotsüüdid. Samuti võib üks rakutüüp toota mitmeid kasvufaktoreid – nii toodavad erinevaid kasvufaktoreid makrofaagid ja vereliistakud. Kasvufaktori nimes sisalduv vihje teatud rakutüübile võib samas tähendada nii pigem sekreteerivaid rakke kui pigem neid rakke, millele kasvufaktor mõjub. Näiteks kasvufaktorit PDGF toodavad vereliistakud (kasvufaktori lühendis sisalduv P tuleneb ingliskeelsest "platelet"), kasvufaktorit NGF toodavad aga pigem immuunsüsteemi rakud, kuid selle oluliseks rolliks on neuriitide kasvu tagamine.
Täiskasvanute organismis käivitab kasvufaktorite tootmist koes sageli füüsiline vigastus, näiteks haav või luumurd. Kudede regeneratsiooni kontekstis on olulised mitmed kasvufaktorid, näiteks EGF, FGF, IGF1, PDGF, TGF beeta ning VEGF. Lisaks vastutab VEGF angiogeneesi ehk veresoonte tekke eest, mis toetab nii pehmete kudede kui luude paranemist. EGF, IGF1 ja TGF beeta mängivad täiskasvanu organismis olulist rolli ka eri koe kontekstides tüvirakkude niši alalhoidmises, võimaldades koe kiiret taastumist või regulaarset taastootmist (nt luuüdis, seedekulglas või munandites) uue rakkude diferentseerumise teel. Kasvufaktor IGF1 on lisaks tähtis anabolismi seisukohalt (sh lihaskoe kontekstis), mistõttu seda kasutatakse mõnikord ka dopinguna.
Mõned kasvufaktorid nagu Hedgehog ja Wnt on aga rohkem tuntud embrüo arengu kontekstis, kus nad osalevad organogeneesis. Neid kasvufaktoreid nimetatakse ka morfogeenideks ehk valkudeks, mis kujundavad organismi osade kuju. Viimane roll nõuab eriti rangelt, et kasvufaktori difusioon rakuvälises keskkonnas oleks ruumiliselt piiritletud – sel viisil kujunevad kontsentratsioonigradiendid, mis määravadki rakkude lokaalset kasvu või lokaalset apoptoosi.
Kasvufaktorite autokriinset ja parakriinset (st lokaalset) toimet tagavad mitmed mehhanismid. Näiteks jääb osa EGF molekulidest ankurdatuks sekreteeriva raku membraani külge, mistõttu kasvufaktor ei pääsegi rakkudevahelisse alasse. Samuti aitavad difusiooni piiramisele kaasa translatsioonijärgsed modifikatsioonid: nt Hedgehog N-terminaalsele osale kinnitatakse sekreteerimisel nii kolesterooli- kui palmitiinhappe jääk, mis samuti soodustavad valgu vastastikmõju membraaniga ja vähendavad tõenäosust valgu difundeerumiseks sekreteerivast rakust väga kaugele. FGF puhul tekivad aga rakuvälisesse maatriksisse kasvufaktori lokaalsed reservuaarid kasvufaktorit siduvate abivalkude (heparaansulfaat-proteoglükaanide) toimel. Hiljutised uuringud on lisaks näidanud, et mitmeid kasvufaktoreid (sh FGF2, VEGF, mõned Wnt isotüübid) sekreteeritakse suuremate ekstratsellulaarsete vesiikulite koosseisus, mille levik rakkudevahelises ruumis on piiratud juba vesiikulite arvestatavate mõõtmete tõttu.
Seos patoloogiliste seisunditega ja kasutatavad teraapiad.
Vähkkasvajad.
Vähkkasvajatele on omane kasvufaktorite ja/või nende retseptorite ületootmine ning anomaalne aktiivsus. Sellega võib kaasneda amplifikatsioon kasvufaktorit või kasvufaktori retseptorit kodeeriva geeni tasandil või aktiveerivad (ingl k "gain-of-function") mutatsioonid vastavates geenides. Näiteks esineb FGF ja FGFR raja aktiveerimist kusepõie, rinna ja endomeetriumi pahaloomuliste kasvajate korral, IGF1 ja IGF1R raja aktiveerimist rinna-, munasarja- ja eesnäärmevähis ning VEGF ja VEGFR raja aktiveerimist pankrease- ja soolevähis. Samas ei ole konkreetsed kasvufaktorid eriti kasvaja paikme osas spetsiifilised ning sihtmärkteraapia määramisel haigele tuvastatakse biopsiaproovi DNA sekvereerimise teel konkreetses kasvajas või metastaasis esinevad geneetilised muutused, sealhulgas mitmete kasvufaktorite ja nende retseptorite geenides.
Vähendamaks kasvufaktorite algatatud radade aktiivsust, mis kindlustavad vähkkasvajate vohamist, on vähiravis kasutusel mitmed inhibiitorid, mis blokeerivad rada enamasti kasvufaktori retseptori tasemel. Tegemist võib olla nii väikese molekulmassiga hüdrofoobsete inhibiitoritega, mis läbivad rakumembraani ja seostuvad retseptori kinaasidomeeniga (nt EGFR inhibiitor gefitiniib), kui inhibeerivate antikehadega, mis blokeerivad retseptorit rakuvälises keskkonnas (nt EGFR-vastane antikeha tsetuksimab). Samuti on vähiravis kasutusel antikehad, mis seostuvad kasvufaktori endaga (nt VEGF-vastane antikeha bevatsisumab). Uudse ravistrateegiana on võetud kasutusele ka nn libaretseptorid (ingl k "decoy receptor"): näiteks raviaine aflibertsiib on kunstlikult disainitud valk, mis suudab siduda kasvufaktorit VEGF ja seega konkureerida organismisisese retseptoriga. Samas võib vastusena kasutatud teraapiale kujuneda resistentsus, mille puhul esineb nii korraga mitme kasvufaktori signaaliraja anomaalne võimendamine kui täiendavate mutatsioonide teke samas signaalirajas, mis kokkuvõttes võimaldavad vähirakkudel ravimi juuresolekul ellu jääda.
Kroonilised põletikud.
Põletikuliste protsesside puhul esineb erinevate kasvufaktorite nii üle- kui alatootmine, kusjuures alati ei ole teada, kas kasvufaktorite anomaalne hulk on haiguse põhjus või tagajärg. Nii on näidatud, et kopsuvigastusega kaasnev hüpoksia stimuleerib kasvufaktorite FGF2, FGF7 ja VEGF tootmist, mis võivad aidata kaasa koe paremale ellujäämisele. Samas TNF alfa ja TGF beeta kõrgenenud taset bronhide loputusvedelikus seostatakse kopsude fibroosiga, mida need kasvufaktorid võivad käivitada. Mõnikord võivad patoloogilist muutust küll tingida ka aktiveerivad või inativeerivad mutatsioonid kasvufaktori signaalirajaga seotud geenides. Nii on näidatud, et mutatsioonid TGF beeta, NGF, Hedgehog ja BMP (luu morfogeneetiline valk, ingl k "bone morphogenic protein") signaaliradades on seotud mitme haigustega, mis mõjutavad luid ja liigeseid.
Kroonilise põletikuga seotud haiguste ravis kasutatakse samuti nii kasvufaktoritele endile mõeldud antikehi kui kasvufaktorite retseptoritele mõeldud inhibiitoreid. Näiteks TNF alfa-vastane antikeha adalimumab on kasutusel ägeda reumatoidartriidi ravis ning interleukiinide 12 ja 23 vastane antikeha ustekinumab Crohni tõve ja haavandilise koliidi ravis. Antireumaatilise kasutusega väikese molekulmassiga inhibiitorid on aga sageli suunatud proteiinkinaasi JAK vastu, mis vahendab mitmete tsütokiinide käivitatud radu. Paljud nendest ravimitest on aga üsna kallid ning seetõttu kasutusel vaid juhtumite korral, kus muud ravivõtted ei toimi.