NFAT - NFAT

O fator nuclear de células T ativadas ( NFAT ) é uma família de fatores de transcrição que demonstrou ser importante na resposta imune . Um ou mais membros da família NFAT são expressos na maioria das células do sistema imunológico. O NFAT também está envolvido no desenvolvimento dos sistemas cardíaco, músculo esquelético e nervoso. O NFAT foi descoberto pela primeira vez como um ativador para a transcrição de IL-2 em células T (como um regulador da resposta imune de células T), mas desde então descobriu-se que desempenha um papel importante na regulação de muitos outros sistemas do corpo. Os fatores de transcrição do NFAT estão envolvidos em muitos processos normais do corpo, bem como no desenvolvimento de várias doenças, como doenças inflamatórias intestinais e vários tipos de câncer. O NFAT também está sendo investigado como um alvo de drogas para vários distúrbios diferentes.

Membros da família

A família do fator de transcrição NFAT consiste em cinco membros NFATc1 , NFATc2 , NFATc3 , NFATc4 e NFAT5 . NFATc1 a NFATc4 são regulados pela sinalização de cálcio e são conhecidos como os membros clássicos da família NFAT. O NFAT5 é um membro descoberto mais recentemente da família NFAT que possui características especiais que o diferenciam de outros membros do NFAT.

A sinalização do cálcio é crítica para a ativação do NFATc1-4 porque a calmodulina (CaM), uma proteína sensora de cálcio bem conhecida, ativa a serina / treonina fosfatase calcineurina (CN). O CN ativado liga-se ao seu sítio de ligação localizado no domínio regulador N-terminal de NFATc1-4 e desfosforila rapidamente a região rica em serina (SRR) e as repetições SP que também estão presentes no N-terminal das proteínas NFAT. Essa desfosforilação resulta em uma mudança conformacional que expõe um sinal de localização nuclear que promove a translocação nuclear.

Por outro lado, o NFAT5 carece de uma parte crucial do domínio regulatório do terminal N que, no grupo acima mencionado, abriga o sítio de ligação CN essencial. Isso torna a ativação do NFAT5 completamente independente da sinalização de cálcio. É, no entanto, controlado por MAPK durante o estresse osmótico. Quando uma célula encontra um ambiente hipertônico, o NFAT5 é transportado para o núcleo, onde ativa a transcrição de vários genes osmoprotetores. Portanto, é expresso na medula renal, pele e olhos, mas também pode ser encontrado no timo e nos linfócitos ativados.

Sinalização e vinculação

Sinalização canônica

Embora a fosforilação e a desfosforilação sejam fundamentais para controlar a função do NFAT, mascarando e desmascarando os sinais de localização nuclear, conforme mostrado pelo alto número de locais de fosforilação no domínio regulatório do NFAT, essa desfosforilação não pode ocorrer sem um influxo de íons de cálcio.

A sinalização clássica depende da ativação do PLC por meio de diferentes receptores como o TCR ( PLCG1 ) ou o BCR ( PLCG2 ). Essa ativação leva à liberação de inositol-1,4,5-trifosfato (IP3) e diacilglicerol (DAG). O IP3 é especialmente importante para o influxo de cálcio porque se liga a um receptor IP3 localizado na membrana do RE . Isso causa um aumento curto e agudo na concentração de cálcio no citosol conforme os íons deixam o ER através do receptor IP3. No entanto, isso não é suficiente para ativar a sinalização NFAT. A liberação de íons de cálcio do ER é detectada pelas proteínas STIM , que são proteínas transmembrana do ER. Em circunstâncias normais, as proteínas STIM ligam-se aos íons de cálcio, mas se a maioria delas for liberada do ER, os íons ligados também serão liberados das proteínas STIM. Isso faz com que oligomerizem e, subsequentemente, interajam com ORAI1, que é uma proteína indispensável do complexo CRAC . Este complexo serve como um canal que permite seletivamente o influxo de íons de cálcio de fora de uma célula. Esse fenômeno é chamado de entrada de cálcio operada pela loja ( SOCE ). Apenas este influxo mais longo de íons de cálcio é capaz de ativar totalmente o NFAT por meio da desfosforilação mediada por CaM / CN, conforme indicado acima.

Sinalização alternativa

Embora SOCE seja o principal mecanismo de ativação da maioria das proteínas da família NFAT, elas também podem ser ativadas por uma via alternativa. Esta via foi testada até agora apenas para NFATc2. Nesta ativação alternativa, SOCE é insignificante, como mostrado pelo fato de que a ciclosporina (CsA), que inibe a desfosforilação mediada por CN, não anula esta via. A razão para isso é que ele é ativado por meio de IL7R, o que leva à fosforilação subsequente de uma única tirosina em NFAT mediada por Jnk3 quinase, um membro da subfamília de MAPK quinase.

Ligação de DNA

A importação nuclear de NFAT e sua exportação subsequente dependem do nível de cálcio dentro de uma célula. Se o nível de cálcio cair, as quinases exportadoras em um núcleo, como PKA , CK1 ou GSK-3β, refosforilam o NFAT. Isso faz com que o NFAT volte ao seu estado inativo e seja exportado de volta para o citosol, onde as quinases de manutenção finalizam a refosforilação para mantê-lo no estado inativado.

As proteínas NFAT têm fraca capacidade de ligação ao DNA. Portanto, para se ligar efetivamente ao DNA, as proteínas NFAT devem cooperar com outros fatores de transcrição residentes no núcleo, genericamente denominados NFATn. Esta importante característica dos fatores de transcrição NFAT permite a integração e detecção de coincidência de sinais de cálcio com outras vias de sinalização, como ras-MAPK ou PKC. Além disso, essa integração de sinalização está envolvida na expressão gênica específica de tecido durante o desenvolvimento. Uma tela de ncRNA sequências identificadas em EST projectos de sequenciação descoberto um 'repressor ncRNA do factor nuclear das células T activadas' chamado NRON .

Os promotores e intensificadores dependentes de NFAT tendem a ter 3-5 locais de ligação de NFAT, o que indica que são necessárias interações sinérgicas de ordem superior entre proteínas relevantes em um complexo cooperativo para a transcrição eficaz. A classe mais conhecida desses complexos é composta por NFAT e AP-1 ou outras proteínas bZIP. Este complexo NFAT: AP-1 liga-se aos sítios de ligação de DNA de proteínas da família Rel convencionais e está envolvido na transcrição de genes em células do sistema imunológico.

Função NFAT em diferentes tipos de células

Células T

A estimulação de TCR, como afirmado acima, causa a desfosforilação de NFAT, que em quase todos os tipos de células T então forma um complexo com AP-1 (exceto em Tregs). Este complexo, dependendo do contexto da citocina, então ativa os principais fatores de transcrição das distintas subpopulações de células T : T-bet para Th1 , GATA3 para Th2 , RORγ para Th17 e BATF para Tfh . As células T expressam quase todos os membros da família NFAT (exceto NFAT3). No entanto, nem todo NFAT tem o mesmo significado para cada subpopulação de células T.

Após a estimulação do TCR e após a ativação subsequente de T-bet em condições de citocina Th1, um complexo que consiste no fator de transcrição T-bet e NFAT estimula a produção de IFN-γ, a citocina mais proeminente das células Th1. A ativação de TCR também desencadeia, por meio do complexo NFAT: AP-1, a produção de NFAT2 / αA, que é uma isoforma curta de NFATc2 que não possui o domínio C-terminal e cumpre a função de um autoregulador porque aumenta ainda mais a ativação de todos os efetores T cel ls. Para a resposta Th1, o NFATc1 parece ser o mais indispensável, uma vez que o nocaute do NFATc1 em camundongos leva a uma resposta Th2 extremamente distorcida .

Sob condições de estimulação Th2, GATA3 é ativado. Subseqüentemente, também interage com NFAT e desencadeia a produção de citocinas Th2 típicas como IL-4 , IL-5 e IL-13 . O NFATc2 parece ser o mais importante para a resposta mediada por Th2, uma vez que seu comprometimento diminui a quantidade das citocinas acima mencionadas e também diminui a quantidade de IgG1 e IgE . NFATc1 também desempenha um papel essencial, pois forma um complexo com GATA3, assim como NFATc2. Além disso, medeia a produção de citocinas Th2 indiretamente por meio da regulação de CRTh2 .

Em linha com a resposta Th1 e Th2, a estimulação de TCR sob condições Th17 induz a expressão de RORγ. Subsequentemente, liga-se ao NFAT e estimula a produção de citocinas específicas de Th17, como IL-17A , IL-17F , IL-21 , IL-22 . Na resposta Th17, provavelmente o NFATc2 desempenha um papel fundamental, uma vez que os camundongos com nocaute do NFATc2 mostram redução em RORγ, bem como em IL-17A, IL-17F e IL-21.

As células Treg são as únicas exceções à formação do complexo NFAT: AP-1, uma vez que, após sua estimulação com TCR, o NFAT se liga ao SMAD3 em vez de ao AP-1. Este complexo então ativa a transcrição FOXP3 , um regulador de gene mestre em Tregs. O complexo NFAT: FOXP3 regula então a produção de citocinas específicas de Treg. Existem duas populações principais de células Treg: células Treg naturais ( nTreg ) que se desenvolvem no Timo e células Treg ( iTreg ) induzidas que se desenvolvem a partir de células T CD4 + naive na periferia após sua estimulação. As células iTreg parecem ser altamente dependentes de NFATc1, 2 e 4, uma vez que a deleção de qualquer um desses genes ou sua combinação causa uma perda quase completa das células iTreg, mas não das células nTreg.

Em células Tfh, assim como em células Th1, Th2 e Th17, o complexo NFAT: AP-1 é formado. Posteriormente, este complexo ativa a transcrição de BATF, que também se liga ao NFAT e, juntamente com outras proteínas como IRF4, inicia a produção de moléculas Tfh indespensáveis: CXCR5 , ICOS , Bcl6 e IL-21 . As células Tfh expressam altos níveis de NFATc1 e especialmente NFATc2 e NFAT2 / αA que sugerem um papel importante de NFATc2. A deleção de NFATc2 em células T facilita um aumento do número de células Tfh e maior resposta do centro germinativo, provavelmente devido à desregulação de CXCR5 e diminuição do número de células T reguladoras foliculares (Tfr). Uma vez que os Tfh estão intimamente ligados à resposta humoral, qualquer defeito neles se projetará nas células B. Portanto, não é surpreendente que a ablação específica de linfócitos NFAT2 cause um defeito da proliferação mediada por BCR, mas se este fenótipo é causado por desregulação única de células Tfh ou B ou combinação de ambos é incerto.

Células B

Embora descoberto em células T, está se tornando mais óbvio que o NFAT também é expresso em diferentes tipos de células. Em células B, principalmente NFATc1 e após ativação, também NFATc2 e NFAT2 / αA são expressos e cumprem funções importantes como apresentação de antígeno, proliferação e apoptose . Embora o comprometimento da via do NFAT tenha consequências graves nas células T, nas células B elas parecem ser bastante leves. Se, por exemplo, um nocaute específico de células B de ambas as proteínas STIM for realizado, SOCE é completamente abolido e, portanto, a sinalização de NFAT também. Embora nessas células B nocaute a resposta humoral resultante seja muito semelhante às células B sem nocaute, a abolição completa do NFAT também trouxe uma diminuição na IL-10 . No entanto, alguns estudos sugerem um papel mais importante do NFAT nas células B e, portanto, este tópico ainda não é bem compreendido e justifica mais pesquisas.

Anergia e exaustão de células T

A anergia das células T é induzida por condições de estimulação subótimas quando, por exemplo, o TCR é estimulado sem sinais coestimuladores apropriados. Devido à falta de coestimulação, AP-1 está ausente e um complexo NFAT: NFAT é formado. Este complexo ativa genes associados à anergia como E3 ubiquitina ligases ( Cbl-b , ITCH e GRAIL ), diacilglicerol quinase α (DGKα) e caspase 3 que promovem a indução de anergia de células T. Semelhante à anergia das células T é a exaustão das células T, que também é causada pela formação prejudicada do complexo NFAT: AP-1, mas a indução subjacente do estado de exaustão é por meio de estimulação crônica em vez de estimulação subótima. Tanto na anergia quanto na exaustão, o NFATc1 parece desempenhar um papel fundamental. Por outro lado, o NFATc2 junto com o NFAT2 / αA são necessários para reverter o estado de anergia ou exaustão.

Sinalização NFAT no desenvolvimento neural

Descobriu-se que a via de sinalização da calcineurina / NFAT dependente de Ca ²⁺ é importante no crescimento neuronal e na orientação do axônio durante o desenvolvimento dos vertebrados. Cada classe diferente de NFAT contribui para diferentes etapas do desenvolvimento neural. O NFAT funciona com a sinalização neurotrófica para regular o crescimento de axônios em várias populações neuronais. Além disso, os complexos de transcrição NFAT integram o crescimento neuronal com pistas de orientação, como a netrina, para facilitar a formação de novas sinapses, ajudando a construir circuitos neurais no cérebro. O NFAT é um importante agente conhecido tanto no sistema nervoso em desenvolvimento quanto no adulto.

Significado clínico

Inflamação

O NFAT desempenha um papel na regulação da inflamação da doença inflamatória intestinal (DII). No gene que codifica LRRK2 (quinase 2 de repetição rica em leucina), foi encontrado um locus de suscetibilidade para IBD. A quinase LRRK2 é um inibidor da variedade NFATc2 , portanto, em camundongos sem LRRK2, o aumento da ativação de NFATc2 foi encontrado em macrófagos. Isso levou a um aumento nas citocinas dependentes de NFAT que desencadeiam ataques graves de colite.

O NFAT também desempenha um papel na Artrite Reumatóide (AR), uma doença autoimune que tem um forte componente pró-inflamatório. O TNF-α , uma citocina pró-inflamatória, ativa a via da calcineurina-NFAT em macrófagos . Além disso, a inibição da via mTOR diminui a inflamação e a erosão das articulações, portanto, a interação conhecida entre a via mTOR e o NFAT apresenta uma chave para o processo inflamatório da AR.

Como alvo de drogas

Devido ao seu papel essencial na produção da citocina proliferativa de células T IL-2, a sinalização do NFAT é um importante alvo farmacológico para a indução de imunossupressão . Os inibidores de CN , que previnem a ativação de NFAT, incluindo CsA e tacrolimus (FK506), são usados ​​no tratamento de artrite reumatóide , esclerose múltipla , doença de Crohn e colite ulcerativa e para prevenir a rejeição de transplantes de órgãos . No entanto, existe uma toxicidade associada a esses medicamentos devido à sua capacidade de inibir NC em células não imunes, o que limita seu uso em outras situações que podem exigir terapia medicamentosa imunossupressora, incluindo alergia e inflamação. Existem outros compostos que têm como alvo o NFAT diretamente, em oposição ao alvo da atividade da fosfatase da calcineurina, que podem ter amplos efeitos imunossupressores, mas não apresentam a toxicidade de CsA e FK506. Como as proteínas NFAT individuais existem em tipos de células específicos ou afetam genes específicos, pode ser possível inibir as funções das proteínas NFAT individuais para um efeito imunológico ainda mais seletivo.

Referências