TNF signalizacija javlja se putem dva receptora: TNFR1 i TNFR2. TNFR1 je konstitutivno eksprimiran na većini tipova ćelija, dok je TNFR2 ograničen prvenstveno na endotelne, epitelne i podskupine imunskih ćelija. Signalizacija TNF1 ima tendenciju da bude proupalna i apoptotska, dok je signalizacija TNFR2 protivupalna i podstiče ćelijsku proliferaciju. Suzbijanje signalizacije TNFR1 bilo je važno za liječenje autoimunske bolesti, dok signalizacija TNFR2 podstiče zacjeljivanje rana.
TNF-α postoji kao transmembranski oblik (mTNF-α) i kao topljivi oblik (sTNF-α). sTNF-α je rezultat enzimskog cijepanja mTNF-α. mTNF-α se uglavnom nalazi na monocitima/makrofazima, gdje stupa u interakciju s tkivnim receptorima, dodirom ćelija na ćeliju. sTNF-α se selektivno veže za TNFR1, dok se mTNF-α veže i za TNFR1 i za TNFR2. Vezivanje TNF-α za TNFR1 je ireverzibilno, dok je vezivanje za TNFR2 reverzibilno.
Pod imenom tasonermin, TNF se koristi kao imunostimulacijski lijek u liječenju određenih karcinoma. Lijekovi koji se suprotstavljaju djelovanju TNF-a koriste se u liječenju različitih upalnih bolesti, naprimjer reumatoidnog artritisa.
Određeni karcinomi mogu uzrokovati hiperprodukciju TNF-a. TNFsu paralele paratireoidnih hormona i u izazivanju sekundarne hiperkalcemije i u raku s kojim je povezana prekomerna proizvodnja.
Otkriće
Teoriju antitumorskog odgovora imunskog sistemain vivo otkrio je ljekar William B. Coley. u 1968, Gale A Granger sa Univerziteta Kalifornija, Irvine, prijavio citotoksični faktor kojeg proizvode limfociti i nazvao ga limfotoksin (LT). Zaslugu za ovo otkriće dijeli Nancy H. Ruddle sa Univerziteta Yale, koja je prijavila istu aktivnost u sekvenci leđa-leđa objavljenih u istom mjesecu. Nakon toga, 1975. Lloyd J. Old iz Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, New York, izvijestio je o drugom citotoksičnom faktoru kojegh proizvode makrofazi i nazvao ga faktor tumorske nekroze (TNF). Oba faktora su opisana na osnovu njihove sposobnosti da ubiju mišje fibrosarkomske ćelije L-929. Ovi koncepti su prošireni na sistemske bolesti 1981. godine, kada je Ian A. Clark, sa Australian National University, u saradnji sa Elizabeth Carswell iz Oldove grupe, radio na podacima iz doba sekvenciranja, obrazložio da prekomjerna proizvodnja TNF-a uzrokuje bolest malarija i trovanje endotoksinom.
cDNK kodirajući LT i TNF su klonirani u 1984 i otkriveno je da su slični. Vezivanje TNF -a za njegov receptor i njegovo pomicanje pomoću LT potvrdilo je funkcionalnu homologiju između dva faktora. Sekvencna i funkcionalna homologija TNF-a i LT-a dovela je do preimenovanja TNF-a u TNFα i LT u TNFβ. U 1985. Bruce A. Beutler i Anthony Cerami otkrili su da je kahektin (hormon koji inducira kaheksiju) zapravo TNF. Zatim su identificirali TNF kao posrednika u trovanju smrtonosnim endotoksinom.Kevin J. Tracey i Cerami otkrili su ključnu posredničku ulogu TNF-a u smrtonosnom sepsnom šoku i identificirali terapeutske učinke monoklonskih anti-TNF antitijela.
TNF se prvenstveno proizvodi kao 233 aminokiseline dugi transmembranski protein tipa II raspoređen u stabilne homotrimere. Iz ovog membranski integriranog oblika, oslobađa se rastvorljivi homotrimerni citokin (sTNF), proteolitskim cijepanjem pomoću enzima koji pretvara TNF alfa-metaloproteazu (TACE, također zvana ADAM17). Rastvorljivi trimerni sTNF od 51 kDa ima tendenciju disocijacije pri koncentracijama ispod nanomolarnog raspona, čime se gubi njegova bioaktivnost. Izlučeni oblik ljudskog TNF-a poprima oblik trokutaste piramide i teži oko 17 kDa. I izlučeni i membranski vezani oblici su biološki aktivni, iako su specifične funkcije svakog od njih kontroverzne. No, oba oblika imaju preklapajuće i različite biološke aktivnosti.
TNF može vezati dva receptora, TNFR1 (TNF receptor tip 1; CD120a; p55/60) i TNFR2 (TNF receptor tip 2; CD120b; p75/80). TNFR1 je 55 kDa, a TNFR2 75 kDa. TNFR1 je eksprimiran u većini tkiva i može se u potpunosti aktivirati i membranski vezanim i rastvorljivim trimernim oblicima TNF-a, dok se TNFR2 obično nalazi u ćelijama imunskog sistema i reagira na membranski vezan oblik TNF homotrimer. Kako je većina informacija o TNF-signalizaciji izvedena iz TNFR1, uloga TNFR2 je vjerojatno potcijenjena. Barem djelomično jer TNFR2 nema unutarćelijski domen smrti, pokazuje neuroprotektivna svojstva.
Nakon kontakta sa svojim ligandom, TNF receptori također formiraju trimere, čiji se vrhovi uklapaju u utore formirane između TNF monomera. Ovo vezivanje uzrokuje konformacijsku promjenu u receptoru, što dovodi do disocijacije inhibitornog proteina SODD iz domena unutaćelijske smrti. Ova disocijacija omogućava adapterskom proteinuTRADD da se veže za domen smrti, služeći kao platforma za kasnije vezivanje proteina. Nakon vezanja TRADD-a, mogu se pokrenuti tri puta.
Aktiviranje NF-κB: TRADD regrutira TRAF2 i RIP. TRAF2 zauzvrat regrutira višekomponentni protein kinazaIKK, omogućavajući serin-treonin kinazama RIP da ga aktivira. Inhibitorni protein, IκBα, koji se normalno veže za NF-κB i inhibira njegovu translokaciju, fosforiliranjem pomoću IKK-a, a zatim se razgrađuje, oslobađajući NF-κB. NF-κB je heterodimerni transkripcijski faktor koji se translocira u jedro i posreduje u transkripciji velikog broja proteina uključenih u preživljavanje i proliferaciju ćelija, upalni odgovor i apoptotski faktori.
Indukcija signalizacije ćelijske smrti: Kao i svi članovi superporodice TNFR koji sadrže domen smrti, TNFR1 je uključen u signalizaciju smrti. Međutim, ćelijska smrt inducirana TNF-om ima samo manju ulogu u usporedbi s njenom snažnom funkcijom u upalnom procesu. Njegova sposobnost izazivanja smrti je slaba u poređenju s drugim članovima porodice (kao što je Fas) i često je prikrivena anti-apoptotskim efektima NF-κB. Ipak, TRADD veže FADD, koji zatim regrutuje cistein-proteazukaspazu-8. Visoka koncentracija kaspaze-8 inducira njenu autoproteolitsku aktivaciju i naknadno cijepanje efektora kaspaza, što dovodi do ćelijske apoptoze.
Nebrojeni i često sukobljeni efekti posredovani gore navedenim putevima ukazuju na postojanje opsežnog unakrsnog uticaja. Naprimjer, NF-κB pojačava transkripciju C-FLIP, Bcl-2 i cIAP1 / cIAP2, inhibitornih proteina koji ometaju signalizaciju smrti . S druge strane, aktivirane kaspaze cijepaju nekoliko komponenti puta NF-κB, uključujući RIP, IKK i podjedinice samog NF-κB. Drugi faktori, poput tipa ćelije, istovremene stimulacije drugih citokina ili količine reaktivnih vrsta kisika (ROS) mogu promijeniti ravnotežu u korist jednog ili drugog puta. Takva komplicirana signalizacija osigurava da, kad god se TNF oslobodi, različite ćelije s izrazito različitim funkcijama i stanjima mogu na odgovarajući način reagirati na upalu. Faktori tumorske nekroze alfa i keratin 17mogu
biti povezani u slučaju oralne submukozne fibroze,
Postoje i dokazi da signalizacija TNF-α izaziva nizvodne epigenetičke modifikacije koje rezultiraju trajnim poboljšanjem proupalnih odgovora u ćelijama.
Na drugim tkivima: povećanje insulinska rezistencije. TNF fosforilira ostatke serinskih receptora insulina, blokirajući transdukciju signala.
U metabolizmu i unosu hrane: regulira percepciju gorkog okusa.
Lokalno povećanje koncentracije TNF -a uzrokovat će kardinalne znakove upale: vrućinu, oteklinu, crvenilo, bol i gubitak funkcije.
Dok visoke koncentracije TNF-a izazivaju simptome slične šoku, produžena izloženost niskim koncentracijama TNF-a može rezultirati kaheksijom, sindromom trošenja. Ovo se može naći, naprimjer, kod pacijenata sa kancerom.
Said et al. pokazali su da TNF uzrokuje IL-10-ovisnu inhibiciju ekspanzije i funkcije CD4 T-ćelija, reguliranjem povećane razine PD-1 na monocitima, što dovodi do proizvodnje IL-10 u monocitima, nakon vezivanja PD-1 za PD-L.
Istraživanje Pedersena et al. ukazuje da je povećanje TNF-a kao odgovora na sepsu inhibiranog proizvodnjom miokina induciranih vježbom. Da bi se ispitalo izaziva li akutna vježba pravi protivupalni odgovor, uspostavljen je model „upale niskog stupnja“ u kojem je niska doza endotoksinaE. coli primijenjena na zdrave dobrovoljce, koji su randomizirani na odmor ili vježbanje prije primjene endotoksina. Kod ispitanika u mirovanju, endotoksin je inducirao dva do tri puta povećanje cirkulirajućeg nivoa TNF-a. Nasuprot tome, kada su ispitanici izveli tri sata vožnje na ergometru i primili endotoksinski bolus nakon 2,5 sata, odgovor na TNF bio je potpuno prigušen. Ova studija pruža neke dokaze da akutna vježba može spriječiti proizvodnju TNF -a.
S druge strane, neki pacijenti liječeni inhibitorima TNF-a imaju pogoršanje svoje bolesti ili novi početak autoimunosti. Čini se da TNF ima i imunosupresivni aspekt. Jedno objašnjenje mogućeg mehanizma je ovo zapažanje da TNF ima pozitivan učinak na regulatorne T-ćelije (Tregs), zbog svog vezivanja za receptor 2 faktora nekroze tumora (TNFR2).
Anti-TNF terapija pokazala je samo skromne efekte u terapiji raka. Liječenje karcinoma bubrežnih ćerlija infliksimabom rezultiralo je produženom stabilizacijom bolesti kod određenih pacijenata. Etanercept je testiran za liječenje pacijenata s rakom dojke i rakom jajnika, koji pokazuju produženu stabilizaciju bolesti kod određenih pacijenata, putem snižavanja IL-6 i CCL2 . S druge strane, dodavanje infliximaba ili etanercepta u gemcitabin za liječenje pacijenata s uznapredovalim rakom gušterače nije povezano s razlikama u učinkovitosti u usporedbi s placebom.
Zato što se LTα više ne naziva TNFβ, TNFα, kao prethodni simbol gena, sada se jednostavno naziva TNF, kako je prikazano u bazi podataka HGNC (HUGO odbor za nomenklaturu gena).
^Szondy Z, Pallai A (2017). "Transmembrane TNF-alpha reverse signaling leading to TGF-beta production is selectively activated by TNF targeting molecules: Therapeutic implications". Pharmacological Research. 115: 124–132. doi:10.1016/j.phrs.2016.11.025. PMID27888159.
^Dowlati Y, Herrmann N, Swardfager W, Liu H, Sham L, Reim EK, Lanctôt KL (2010). "A meta-analysis of cytokines in major depression". Biol Psychiatry. 67 (5): 446–457. doi:10.1016/j.biopsych.2009.09.033. PMID20015486. S2CID230209.
^Victor FC, Gottlieb AB (2002). "TNF-alpha and apoptosis: implications for the pathogenesis and treatment of psoriasis". J Drugs Dermatol. 1 (3): 264–75. PMID12851985.
^Clark IA (juli 1982). "Suggested importance of monokines in pathophysiology of endotoxin shock and malaria". Klin. Wochenschr. 60 (14): 756–8. doi:10.1007/BF01716573. PMID6181289. S2CID26446784.
^Kriegler M, Perez C, DeFay K, Albert I, Lu SD (1988). "A novel form of TNF/cachectin is a cell surface cytotoxic transmembrane protein: ramifications for the complex physiology of TNF". Cell. 53 (1): 45–53. doi:10.1016/0092-8674(88)90486-2. PMID3349526. S2CID31789769.
^Tang P, Klostergaard J (1996). "Human pro-tumor necrosis factor is a homotrimer". Biochemistry. 35 (25): 8216–25. doi:10.1021/bi952182t. PMID8679576.
^Black RA, Rauch CT, Kozlosky CJ, Peschon JJ, Slack JL, Wolfson MF, Castner BJ, Stocking KL, Reddy P, Srinivasan S, Nelson N, Boiani N, Schooley KA, Gerhart M, Davis R, Fitzner JN, Johnson RS, Paxton RJ, March CJ, Cerretti DP (1997). "A metalloproteinase disintegrin that releases tumour-necrosis factor-alpha from cells". Nature. 385 (6618): 729–33. Bibcode:1997Natur.385..729B. doi:10.1038/385729a0. PMID9034190. S2CID4251053.
^Olszewski MB, Groot AJ, Dastych J, Knol EF (maj 2007). "TNF trafficking to human mast cell granules: mature chain-dependent endocytosis". J. Immunol. 178 (9): 5701–9. doi:10.4049/jimmunol.178.9.5701. PMID17442953. In human cells, contrary to results previously obtained in a rodent model, TNF seems not to be glycosylated and, thus, trafficking is carbohydrate independent. In an effort to localize the amino acid motif responsible for granule targeting, we constructed additional fusion proteins and analyzed their trafficking, concluding that granule-targeting sequences are localized in the mature chain of TNF and that the cytoplasmic tail is expendable for endocytotic sorting of this cytokine, thus excluding direct interactions with intracellular adaptor proteins
^Theiss. A. L. et al. 2005. Tumor necrosis factor (TNF) alpha increases collagen accumulation and proliferation in intestinal myofibrobasts via TNF Receptor 2. The Journal of Biological Chemistry. 2005. Available at: http://www.jbc.org/content/280/43/36099.long Accessed: 21/10/14
^Gaur U, Aggarwal BB (2003). "Regulation of proliferation, survival and apoptosis by members of the TNF superfamily". Biochem. Pharmacol. 66 (8): 1403–8. doi:10.1016/S0006-2952(03)00490-8. PMID14555214.
^Ghada A. Abd El Latif, Tumor necrosis factor alpha and keratin 17 expression in oral submucous fibrosis in rat model, E.D.J. Vol. 65, (1) Pp 277-288; 2019. DOI: 10.21608/edj.2015.71414
^Qi S, Li Y, Dai Z, Xiang M, Wang G, Wang L, Wang Z (decembar 2019). "Uhrf1-Mediated Tnf-α Gene Methylation Controls Proinflammatory Macrophages in Experimental Colitis Resembling Inflammatory Bowel Disease". Journal of Immunology. 203 (11): 3045–3053. doi:10.4049/jimmunol.1900467. PMID31611260.
^Song M, Fang F, Dai X, Yu L, Fang M, Xu Y (mart 2017). "MKL1 is an epigenetic mediator of TNF-α-induced proinflammatory transcription in macrophages by interacting with ASH2". FEBS Letters. 591 (6): 934–945. doi:10.1002/1873-3468.12601. PMID28218970.