Tümör nekroz faktörü alfa

Tümör nekroz faktörü (TNF, kaşeksin veya kaşektin; önceleri tümör nekroz faktörü alfa veya TNF-α olarak adlandırılıyordu); sistemik inflamasyonda yer alan bir hücre sinyal proteinidir (sitokindir) ve akut faz reaksiyonunu oluşturan sitokinlerden biridir. CD4+ lenfositler, NK hücreleri, nötrofiller, mast hücreleri, eozinofiller ve nöronlar gibi diğer birçok hücre tipi tarafından üretilebilmesine karşın, esas olarak aktif makrofajlarca üretilir. TNF, homolog bir TNF alanına sahip çeşitli transmembran proteinlerden oluşan TNF süper ailesinin bir üyesidir.
TNF'nin birincil rolü bağışıklık hücrelerinin düzenlenmesidir. Bir endojen pirojen olan TNF; ateşi, apoptotik hücre ölümünü, kaşeksiyi, inflamasyonu tetikleyebilir, tümörijenezi ve viral replikasyonu (virüs çoğalmasını) baskılayabilir ve IL-1 ile IL-6 üreten hücreler yoluyla sepsise yanıt verebilir. TNF üretiminin bozukluğu; Alzheimer hastalığı, kanser, majör depresyon, sedef hastalığı ve enflamatuvar bağırsak hastalığı (İBH) gibi çeşitli insan hastalıklarında rol oynamaktadır. Tartışmalı olmasına karşın depresyon ve İBH çalışmalarında güncel olarak artmış TNF düzeyleri ile ilişki kurulmuştur. Rekombinant TNF, tasonermin INN'nin altında bir immünostimülan olarak kullanılmaktadır. TNF, malignitenin düzenlenmesinde ektopik olarak üretilebilir ve hem aşırı üretiminin ilişkili olduğu kanserlerde ve hem de sekonder hiperkalsemi nedeninde paratiroit hormonununa paralellik gösterir.
Keşif
Bağışıklık sisteminin in vivo anti-tümöral yanıtı kuramı, doktor William B. Coley tarafından farkına varıldı. 1968'de, Irvine, Kaliforniya Üniversitesi'nden Gale A Granger, lenfositler tarafından üretilen sitotoksik bir etken bildirdi ve buna lenfotoksin (LT) adını verdi. Bu keşif için övgüyü, aynı etkinliği aynı ay içinde yayımlanmış art arda bir dizi makalede bildiren Yale Üniversitesi'nden Nancy H. Ruddle paylaşmaktadır. Daha sonra 1975'te New York Memorial Sloan-Kettering Cancer Center'dan Lloyd J. Old, makrofajlarca üretilen başka bir sitotoksik faktör bildirdi ve buna tümör nekroz faktörü (TNF) adını verdi. Her iki faktör, fare fibrosarkom L-929 hücrelerini öldürme yeteneklerine dayanarak tanımlanmıştır. Bu kavramlar, Old'un grubundan Elizabeth Carswell ile işbirliğinde Avustralya Ulusal Üniversitesi'nden Ian A. Clark sıtma hastalığı ve endotoksin zehirlenmesinde TNF'nin aşırı üretiminin gösterilmeye çalışıldığı dizileme (sekanslama) öncesi çağın verileriyle çalışıldığı 1981 yılındaki sistemik hastalıklara dek uzanmaktaydı.
LT ve TNF'yi kodlayan cDNA'lar 1984'te klonlanmıştır ve bunların benzer oldukları ortaya çıkmıştır. TNF'nin reseptörüne bağlanması ve LT ile yer değiştirmesi, iki faktör arasındaki fonksiyonel homolojiyi doğrulamıştır. TNF ve LT'nin ardışık ve işlevsel homolojisi, TNF'nin TNF-α olarak ve LT'nin TNFβ olarak yeniden adlandırılmasına yöneltmiştir. 1985 yılında Bruce A. Beutler ve Anthony Cerami, kaşektinin (kaşeksiyi tetikleyen bir hormon) aslında TNF olduğunu keşfettiler. Daha sonra TNF'yi ölümcül endotoksin zehirlenmesinin bir aracısı olduğunu saptadılar. Kevin J. Tracey ve Cerami, ölümcül septik şokta TNF'nin kilit aracı rolünü keşfettiler ve monoklonal anti-TNF antikorlarının terapötik etkilerini belirlediler. Daha yakın zamanlarda, Mark Mattson Laboratuvarı'nda yapılan araştırmalar TNF'nin, Mn-SOD ve Bcl-2 ekspresyonunu tetikleyen transkripsiyon faktörü NF-kappaB'nin etkinleşmesini kapsayan bir mekanizma ile nöronların ölümünü/apoptozunu önleyebileceğini göstermiştir.
Gen
İnsan TNF geni 1985'te klonlanmıştır. Kromozom 6p21.3 ile eşleşir, yaklaşık 3 kilobaz içerir ve 4 ekson içerir. Son ekson, lenfotoksin alfa (LTA, bir zamanlar TNF-β olarak adlandırılmıştır) ile benzerlik gösterir. TNF'nin 3' translasyon olmayan bölgesi, AU açısından zengin öge içerir.
Yapı
TNF, öncelikle kararlı homotrimerlerde düzenlenmiş 233-amino asit-uzun tip II transmembran proteini olarak üretilir. Membranla birleştirilmiş formdan, çözünür homotrimerik sitokin (sTNF), metalloproteaz TNF alfa dönüştürücü enzim (ADAM17 olarak da adlandırılır) tarafından proteolitik bölünme yoluyla salınır. Çözünür 51 kDa trimerik sTNF, nanomolar aralığın altındaki konsantrasyonlarda çözünmeye ve dolayısıyla da biyoetkinliğini yitirme eğilimindedir. İnsan TNF'sinin salgılanan formu, üçgen bir piramit biçimini alır ve yaklaşık 17-kDa ağırlığındadır. Hem salgılanan hem de zara bağlı formlar biyolojik olarak etkindir, ancak her birinin özgül işlevleri tartışmalıdır. Ancak, her iki formun da örtüşümleri ve farklı biyolojik etkinlikleri vardır.
Ev faresi TNF'si ile insan TNF'si yapısal yönden farklıdır. 17 kilodalton (kDa) TNF protomerleri (185 amino asit uzunluğunda); TNF ailesi için tipik bir 'jöle silindir' β-yapı oluşturmuş antiparalel β P-iplikleri ile birlikte iki antiparalel β kıvrımlı katmandan oluşmuştur; aynı zamanda viral kapsid proteinlerinde de bulunmuştur.
Hücre sinyallenmesi
TNF, iki reseptörü bağlayabilir: TNFR1 (TNF reseptörü tip 1; CD120a; p55/60) ve TNFR2 (TNF reseptörü tip 2; CD120b; p75/80). TNFR1 55-kDa ve TNFR2 75-kDa'dır. TNFR1 çoğu dokuda dışa vurulur ve TNF'nin hem membrana bağlanmış hem de çözünür trimerik formları ile bütünüyle etkinleştirilebilirken, TNFR2 genel olarak bağışıklık sisteminin hücrelerinde bulunur ve TNF homotrimerinin membrana bağlı formuna yanıt verir. TNF sinyali ile ilgili çoğu bilgi TNFR1'den elde edildiğinden, TNFR2'nin rolü olasılıkla hafife alınmaktadır.
Kendi ligandlarıyla temasta TNF reseptörleri ayrıca, uçları TNF monomerleri arasında biçimlenen oluklara uyan trimerler oluşturur. Bu bağlanma, inhibitör protein SODD'nin hücre içi ölüm alanından ayrılmasına yol açan reseptörde üç boyutlu yapı değişikliğinin oluşmasına neden olur. Bu ayrışma, adaptör protein TRADD'nin, sonraki protein bağlanması için bir platform görevi gören ölüm alanına bağlanmasını sağlar. TRADD'nin bağlanmasını izleyen üç yol başlatılabilir.
NF-κB'nin etkinleştirilmesi: TRADD, TRAF2 ve RIP'yi devreye sokar. TRAF2 de çok bileşenli protein kinaz IKK'yi devreye sokar ve serin-treonin kinaz RIP'in bunu etkinleştirmesini sağlar. Normalde NF-κB'ye bağlanan ve yer değişimini inhibe eden inhibitör bir protein olan IκBα, IKK tarafından fosforile edilir ve daha sonra NF-κB salarak parçalanır. NF-κB, çekirdeğe yerleşen ve hücre sağ kalımını ve proliferasyonunu, enflamatuvar yanıt ve anti-apoptotik faktörlerde yer alan çok sayıda proteinin transkripsiyonuna aracılık eden heterodimerik bir transkripsiyon faktörüdür.
MAPK yollarının etkinleştirilmesi: Üç ana MAPK kaskadından, TNF; stresle ilişkili JNK grubunun güçlü bir biçimde etkinleşmesini tetikler, p38-MAPK'nin orta düzeyde yanıtına neden olur ve klasik ERK'lerin en az düzeyde etkinleşmesinden sorumludur. TRAF2/Rac, MLK2/MLK3, TAK1, MEKK1 ve ASK1'in JNK uyarıcı ters yönlü kinazlarını etkinleştirir (ya doğrudan ya da sırasıyla GCK'ler ve Trx yoluyla). SRC-Vav-Rac ekseni MLK2/MLK3'ü etkinleştirir ve bu kinazlar daha sonra JNK'yi etkinleştirirken MKK7'yi fosforiller. JNK çekirdeğe taşınır, c-Jun ve ATF2 gibi transkripsiyon faktörlerini etkinleştirir. JNK yolağı hücre farklılaşmasını, proliferasyonunu kapsar ve genellikle proapoptotiktir.
Ölüm sinyalinin tetiklenmesi: TNFR süper ailesinin tüm ölüm etki alanı içeren üyeleri gibi TNFR1 de ölüm sinyallenmesinde yer alır. Bununla birlikte, TNF'nin neden olduğu hücre ölümü, enflamatuvar süreçteki baskın işlevleriyle karşılaştırıldığında oldukça küçük bir rolü vardır. Ölüme neden olan yeteneği diğer aile üyelerine (Fas gibi) oranla zayıftır ve genellikle NF-κB'nin anti-apoptotik etkileri ile maskelenir. Bununla birlikte TRADD, FADD'ı bağlarken daha sonra sistein proteaz kaspaz 8'i devreye sokar. Yüksek bir kaspaz-8 yoğunluğu, otoproteolitik etkinleşmesini ve sonrasında etkileyici kaspazların yarılmasını tetikleyerek hücre apoptozuna yol açar.
Yukarıdaki yolların aracılık ettiği sayısız ve sıklıkla çelişen etkiler, geniş çaplı çapraz iletişimin varlığını gösterir. Örneğin NF-KB; Cı-FLIP, Bcl-2 ve cIAP1/cIAP2, ölüm sinyallenmesinde müdahale eden inhibitör proteinlerin transkripsiyonunu arttırır. Öte yandan, etkinleştirilmiş kaspazlar RIP, IKK ve NF-κB'nin alt birimleri de içinde olmak üzere NF-κB yolunun çeşitli bileşenlerini ayırır. Hücre tipi, diğer sitokinlerin eş zamanlı uyarılmasını veya reaktif oksijen türlerinin (ROS) miktarı gibi başka etkenler dengeyi bir yol veya diğeri lehine değiştirebilir. Böyle karmaşık sinyallenme bunu sağlama altına alır, TNF salındığında çok farklı işlevlere ve koşullara sahip olan çeşitli hücrelerin inflamasyona uygun biçimde yanıt verebilmesini sağlar. Hayvan modellerinde TNF, seçici olarak otoreaktif T hücrelerini öldürür.
Farelerde yapılan çalışmalarda TNF'nin sınıf 1 MHC (major histokompabilite kompleksi, MHK) antijenlerinin fare astrositlerindeki ekspresyonunu tetiklediği gösterilmiştir. Sıçanlarda yapılan başka bir çalışmada TNF'nin sıçan nöronlarında TNFR1 üzerinden sınıf 1 MHC'nin ekspresyonunu tetiklediği gösterilmiştir. İnsan iskelet kaslarında sınıf 2 MHC'lerin ekspresyonunu düzenlediği gösterilmiştir.
Enzim düzenlenmesi
Bu protein allosterik düzenlenmenin morfein modelini kullanabilir.
Fizyoloji
TNF'nin önceleri yalnızca makrofajlar tarafından üretildiği düşünülmekteydi; ancak lenfoid hücreler, mast hücreleri, endotelyal hücreler, kardiyak miyositler, yağ dokusu, fibroblastlar ve nöronlar da içinde olmak üzere çok çeşitli hücre tipleri tarafından da üretilebilir. Lipopolisakkarit, diğer bakteriyel ürünler ve İnterlökin-1'e (IL-1) yanıt olarak büyük miktarlarda TNF salınır. Deride mast hücreleri, enflamatuvar uyaran (örn. LPS) üzerine salınabilen, önceden oluşturulmuş TNF'nin baskın kaynağı gibi görünmektedir.
Genellikle IL-1 ve İnterlökin-6 (IL-6) ile birlikte çeşitli organ sistemleri üzerinde bir dizi etkisi vardır:
Hipotalamusta :
Kortikotropin salgılatıcı hormonun (CRH) salınmasını uyararak hipotalamik-hipofiz-adrenal eksenin uyarılması
İştahı bastırmak
Ateş
Karaciğerde: C-reaktif protein ve diğer bazı aracılarda bir artışa yol açan akut faz yanıtını uyarmak. Ayrıca insülin sinyalini bozan insülin reseptör substratı-1'in (IRS-1) serin-fosforilasyonunu kolaylaştırarak insülin direncini tetikler.
Nötrofiller için güçlü bir kemo-çekici (kemoatraktant) ve endotelyal hücreler üzerinde yapışma moleküllerinin ekspresyonunu kolaylaştırarak nötrofillerin göç etmesine yardımcı olur.
Makrofajlarda: Fagositozu ve IL-1 oksidanların ve inflamatuvar lipit Prostaglandin E2'nin (PGE 2) üretimini uyarır.
Diğer dokularda: Artan insülin direnci. TNF, insülin reseptörü serin kalıntılarını fosforiller, sinyal iletimini engeller.
Metabolizma ve besin alımı üzerinde: Acı tat algısını düzenler.
TNF konsantrasyonundaki yerel bir artış, enflamasyonun ana belirtilerinin ortaya çıkmasına neden olacaktır: Isı, şişme, kızarıklık, ağrı ve işlev kaybı.
Yüksek TNF konsantrasyonları şok benzeri semptomlara neden olurken, düşük TNF konsantrasyonlarına uzun süre maruz kalmak, tüketen bir sendrom olan kaşeksiyle sonuçlanabilir. Bu durum örneğin kanser hastalarında bulunabilir.
Said ve ark., TNF'nin, PD-1'in PD-L ile bağlanması sonrasında monositler tarafından IL-10 üretimine yol açan monositler üzerinde PD-1 düzeylerini yukarı regüle ederek CD4 T hücresi genişlemesinin IL-10'a bağlı inhibisyonuna ve görev yapmasına neden olduğunu göstermişlerdir.
Pedersen ve ark., sepsis yanıtında TNF artışının egzersize bağlı miyokin üretimi tarafından baskılandığını gösterir. Akut egzersizin gerçek bir anti-enflamatuvar yanıtı tetikleyip tetiklemediğini incelemek için, daha önce dinlenmeye veya egzersize rastgelelikle dağıtılan sağlıklı gönüllülere düşük dozda E. coli endotoksin uygulamasıyla bir tür 'düşük dereceli inflamasyon' modeli oluşturulmuştur. Dinlenen deneklerde endotoksin, dolaşımdaki TNF düzeylerinde 2 ila 3 kat artışa neden olmuştur. Buna karşılık, denekler 3 saat ergometre döngüsü gerçekleştirdiğinde ve 2.5 saatte endotoksin bolusu aldığında deneklerde TNF yanıtı bütünüyle baskılanmıştır. Bu çalışma, akut egzersizin TNF üretimini engelleyebileceğine ilişkin bazı kanıtlar sunmaktadır.
Farmakoloji
TNF, romatoid artrit, ankilozan spondilit, inflamatuvar bağırsak hastalığı, sedef hastalığı, hidradenit süpürativa ve refrakter astım gibi otoimmün bozukluklarla ilişkili klinik sorunların çoğuna neden olan enflamatuvar yanıtı kolaylaştırır. Bu bozukluklar bazen bir TNF inhibitörü kullanılarak tedavi edilir. Bu inhibisyon, adalimumab (Humira), sertolizumab pegol (Cimzia), doğrudan TNF'ye bağlanan infliksimab (Remicade) gibi bir monoklonal antikorla veya TNF'ye TNFR'den daha fazla ilgi ile bağlanan etanersept (Enbrel) gibi tuzak reseptör füzyon proteiniyle başarılabilir.
Öte yandan TNF inhibitörleri ile tedavi edilen bazı hastalar, hastalıklarının şiddetlenmesine veya yeni otoimmünitenin başlamasına neden olur. TNF'nin de immünosüpresif bir yönü var gibi görünmektedir. Olası bir mekanizma için bir açıklama, TNF'nin Tümör nekroz faktörü reseptörü 2'ye (TNFR2) bağlanması nedeniyle, düzenleyici T hücreleri (Treg'ler) üzerinde olumlu bir etkiye sahip olduğudur.
Anti-TNF tedavisi, kanser tedavisinde ancak ılımlı etkiler göstermiştir. Renal hücreli karsinomun infliksimab ile tedavisi, bazı hastalarda hastalığın uzun süreli dengesinin sağlanması ile sonuçlanmıştır. Etanersept, IL-6 ve CCL2'nin aşağı regülasyonu yoluyla bazı hastalarda hastalığın uzun süreli dengesinin sağlanmasını gösteren meme kanseri ve yumurtalık kanseri olan hastaların tedavisi için sınanmıştır. Öte yandan, ilerlemiş pankreas kanseri olan hastaların tedavisi için gemsitabine infliksimab veya etanersept eklenmesi, plasebo ile karşılaştırıldığında etkinlikteki farklılıklarla bir ilişkisi kurulamamıştır.
Etkileşimler
TNF'nin TNFRSF1A ile etkileşime girdiği gösterilmiştir.
Terminoloji
LTα artık TNFβ olarak anılmadığından dolayı önceki gen sembolü olarak TNF-α, HGNC (HUGO Gen Adlandırma Komitesi) veritabanında gösterildiği gibi artık basitçe TNF olarak adlandırılmaktadır.