רקע
Nuclear Factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells) NF-kB
המהווה
גורם שעתוק גנים (חלבון הנקשר לרצף DNA ספציפי, הנמצא לפני החלק המקודד של הגן, ובכך משפיע על שעתוק הגן לmRNA).
מורכב מחלבונים ממשפחת חלבונים שנקראים Rel, המשותף בינהם שכולם נקשרים לDNA ומהווים פקטורי שעתוק גנים (בסרטון שבקישור זה תוכלו לצפות בשחקנים נוספים ההכרחים בשעתוק גנים בנוסף לDNA וחלבון המשעתק- RNA פולימראז, קיימים חלבונים נוספים הנקראים פקטורי שעתוק).
NF-kB מורכב מחמישה סוגי חלבונים
: P100/P52, P105/P50, Rel B, c-Rel, Rel A.
כאשר צירופים של סוגים אלו, יוצרים סוגי קומפלקסים הטרודימרים או הומודימרים שונים של NF-kB , בעלי תיפקודים שונים.
בערך זה מוצג החלבון ,, אחד מהחלבונים המרכיבים את NFKB. החלבון שמוצג שמקורו מאדם גובש בשיטת קריסטלוגרפיה יחד עם מולקולת DNA קצרה. בסצנה שלפניכם מוצג מונומר (תת יחידה אחת) של חלבון זה ומולקולת ה DNA הקשורה אליו.
P50, בעל (מסומן בצבע צהוב) לקישור החלבון עם הDNA.
החלבון נתגלה ב 1986 כפעיל בעיקר בתאי B ובתאים לימפוציטים, תאי מערכת החיסונית.
בהמשך המחקר הסתבר שפעילות אקסוגנית (סיגנלים המעבירים מסרים מחוץ לתא אל פנים התא) גורמים לשיפעול NF-kB הנמצא בציטופלזמה של כל סוגי התאים בגוף, וכן זוהו אתרי קישור יעודים ל NF-kB בפרומוטורים (אזור קדם שיעתוק) של גנים רבים,
כיום ידוע כי P50 הוא גורם בקרה, פקטור שעתוק פליאוטרופי חשוב.
NF-kB אחראי לבקרת גנים שונים:
הפעלת תגובות חיסוניות ודלקתיות , בתגובות למצבי דחק וויסות תהליכי התרבות מהירה של תאים (פרוליפרציה) ותהליכי תמותת תאים מתוכננת (אפופטוזיס), גדילה, התמיינות והתפתחות תאים, התפתחות עוברית, פיזיולוגיה של העצם, העור ומערכת העצבים.
השראת הפעלה של NF-kB נצפתה גם בעקבות חשיפה למצבים פיזיקליים כמו קרינת גמא או קרינת UV.
כך, המצאות NF-Kb ופעילותו, חיונית לפעילות מגוונת הנגרמת כתוצאה מגירויים חיצוניים שונים ומהווה אלמנט מרכזי בתהליכים פיזיולוגיים ופתולוגיים מגוונים ובכל סוגי התאים.
באיור שלפניכם מוצגים גורמים סביבתיים שונים (סיגנלים), המבקרים את שפעול החלבון NF-kB (בצבע אדום) המאפשר תהליכים תוך תאיים המבקרים שעתוק גנים שונים (בצבע כחול).
מבנה החלבון
בסעיף זה נעסוק רק במבנה החלבון p50, משום שזה החלבון שגובש, אם כי נזכיר את תת היחידה השנייה
הקשורה אל החלבון, כתנאי הכרחי בבניית גורם השיעתוק.
במבנה שמוצג נראה העוטפות את הDNA (המסומן באדום).
כל חלבון בנוי משרשרת של חומצות אמיניות המכילה
,החלבונים מתקפלים ליצירת מבנה מרחבי יחודי לכל חלבון.
[בסרגל שלפניכם מוצגים צבעי הקצוות של החלבון , באדום הקצה הקרבוקסילי , בכחול הקצה האמיני, הצבעים האחרים מסמלים קרבה או ריחוק מקצוות אלה]
אורך החלבון P50 מורכב מ,
בסצנה שלפניכם מוצגת כל סוג של חומצת אמינו בצע אחר
ניתן לזהות במבנה השניוני של החלבון: מבני (Alpha Helix), מבני (Beta Sheet) , כאשר של P50 עם הDNA מורכב מחלבונים שמבנם לא מוגדר (המבנים של אתר הקישור מסומנים בצבע אדום) .
בחלבון p50 ניתן לזהות מספר אתרים חשובים:
1.Rel Homolog Domain - RHD - אתר שמור בכל משפחת חלבוני Rel– מהווה אתר הקישור ל DNA.
אורכו 300 חומצות אמיניות. מאופיינים בשני אתרים מרוחקים הנקשרים לDNA , מבנה RHD כמן כנף של פרפר המתחלק לשני אזורים, קטן והשני גדול ממנו:
האתר הקטן יותר - (245-366 חומצות אמיניות) C-terminal מסומן בצבע אדום, יוצר את שטח המגע ומספר אינטראקציות
בין פוספט ל DNA.
האתר הגדול יותר (2-244 חומצות אמיניות )- N-terminal מסומן בצבע כחול, יוצר לולאת היכרות המגיבה עם בסיסי ה DNA.
- Proline (בצבע כחול עם הילה צהובה), מהווה תחילת ה RHD ותחילת הקצה האמיני.
2. אתר הקישור המעכב של NF-kB-
IkB הינו חלבון המעכב את שפעול החלבון NF-kB בציטופלזמה.
3. אתר מבני סלילי אלפא חלקי-
(מסומנים בצבע כחול) אינם חלק מרצף ההסכמה של חלבוני Rel, והם יוצרים מבנה קומפקטי של סלילי אלפא חלקי בתוך האתר.
הדיאגרמה שלפניכם, מתארת באופן סכמטי את האינטראקציות בין (בסצנה כל חומצה אמינית מסומנת בצבע שונה)
של החלבון p50 לבין 11 בסיסים DNA.
שימור אבולוציוני
הקומפלקס NF-kB, נמצא בתאים הומניים ונתגלה גם גם בתאי בעלי חיים ממחלקות שונות כמו: נבוביים כמו אלמוגים והידרה, ספוגיים, חרקים כמו תאי עשים, ייתוש וזבוב הפרות ועוד.
ריצוף הגנום של בעלי חיים אלה, מאפשר להשוות את מבנה החלבון בבעלי החיים השונים. השוואה זו גילתה שקיימים שינויים אבולוציוניים בחלבון NFKN.
וכן נמצא שקיימים לאורך כל סוגי המחלקות של בעלי החיים, האתרים השמורים מסומנים בצבע סגול כהה ואילו אתרים לא שמורים מסומנים בצבע כחול (ניתן להיעזר בתמונה המצורפת עם מדדי השמירה האבולוציונית בצבעים השונים), האתר השמור ביותר הוא אתר הקישור של החלבון NF-kB עם הDNA (אתר RDH).
NFkB מסלול מעבר אותות של
מעבר אותות בתא הוא תהליך שבו מומר סוג אחד של מולקולת אות לסוג/ים אחרים.
תהליך מעבר האותות כולל סדרת תגובות ביוכימיות, מהירות, המתווכות באמצעות אנזימים והפעלת שליחים שניוניים.
בסיום התהליך מתקבל שינוי או תגובה של מערכת או מספר מערכות בתא.
מסלול מעבר אותות בתא מאפשר בקרה
בשלבים השונים של המסלול.
משום היות החלבון פקטור שיעתוק של גנים רבים, המשופעל על ידי גירויים מגוונים בסביבה החיצונית של התא, לצורך שיפעולו
מתקיימים בתא מעגלי בקרה רבים המבוססים אל הולכת אותות תאיים.
שפעול החלבון NF-kB
כפקטור שיעתוק בתא, נעשה באמצעות מסלולי בקרת אותות המתקיימים הן בציטופלסמה והן בגרעין:
א. בציטופלסמה
חלבוני NF-kB
נמצאים בציטוזול שבציטופלזמה קשורים למולקולת חלבון מקבוצת
IkB's , IkB's מהווים מעכבים של NF-kB.
היחידות החלבוניות הבונות את ה NFkB
הן מולקולות גדולות (p105, p100 וכו').
בציטופלסמה, המצב הלא פעיל של NF-kB מושג הן בגלל אורך יחידות החלבון והן בגלל
קישור החלבונים לחלבון מעכב NF-kB.
בעקבות רצף אותות (סיגנלים) תאיים, מתרחש תהליך שיפעול, אשר במהלכו אנזים מסוג קינאז IKK
.מבצע פוספורילציה (זירחון) ליחידות החלבון,
תהליך זה מוביל לחיתוך החלבון המעכב ולחיתוך מולקולות החלבון הגדולות למולקולות קטנות יותר.
החלבון שהתנתק מסומן ועובר פירוק בפרוטאוזום והחלבון הערוך ("הבוגר") הבנוי ממולקולות קטנות יותר, יכול להיכנס לגרעין התא.
(כך למשל, מ
p105
נוצרת מולקולה p50).
ב. בגרעין
p50, חלבון מונומר המהווה תת יחידה של
NF-kB.
תת יחידה זו נקשרת ל DNA
יחד עם תת יחידת חלבון נוספת שנקראת RelA.
שתי תת היחידות הקשורות ל DNA
יוצרות מבנה הטרודימר .
משום שרק החלבון p50
גובש, לא ניתן לראות בסצנה את שתי תת היחידות אלא רק את p50
קשור ל DNA פעמיים.
כך, לא ניתן לראות גם את קשרי המימן הנוצרים בין שני חלבונים אלה.
תת יחידות החלבון במצב ההומודימרי אינן יכולות להוות גורם שיעתוק, כאשר כל אחת בנפרד קשורה ל DNA.
p50 בלבד הקשור לאתר הפרומוטור עשוי להיות גורם מעקב שיעתוק.
בקרת שיעתוק בגרעין יכולה להיות:
על ידי קישור חלבון אחד, הומודימר, לאתר הפרומוטור, או לניתוק ההטרודימר הקשור.
בקרת שיעתוק מרכיבי החלבון NF-kB
ו/או שיעתוק כל אחד מחלבוני הבקרה או האנזימים הקשורים בשיפעול NF-kB:
NF-kB, IKB's, ו IKK's
לחקר הסרטן NF-kB הקשר בין
העשרה:
בקרה תקינה (רגוליציה) של מסלולי שפעול NF-kB
חיונית מאוד לביטוי, להתפתחות ולתפקוד תקין של תאים רבים.
הפרעה בתהליכי בקרה של מסלולים אלה נצפית במחלות התפתחותיות רבות, והבולטת שבהן היא מחלת הסרטן.
מחלת הסרטן עשויה להופיע בעקבות גורמים רבים בהם שינויים במיקרוסביבה הגורמים לתגובה דלקתית בתאים וכן, מוטציות אונקוגניות שונות.
תפקיד חלבון ה NF-kB
בהתפתחות התהליך הסרטני בתאים משך את תשומת הלב המחקרית.
התפתחות התאים הסרטניים בהקשר לפעילות NFkB
בתאים מתבטאת בארבע מנגנונים עיקריים:
1. עידוד פרוליפרציה של תאים (חלוקת תאים)
ו/או מניעת תהליכי תמותת תאים (תהליכים אפופטוטיים)
2. עידוד אנגיוגנזה - הווצרות כלי דם המובילים חומרי הזנה וחמצן לאזור
הגידול הסרטני.
3. עידוד מטסטזיס, של תאי אפיתל ברמות שונות:
תאי האפיתל מאבדים את יכולת ההדבקות שלהם (אדהזיה) ורוכשים בכך תכונות של תאים נודדים.
4. שינויים בתהליכים מטבוליים של התאים הסרטניים
מנגנון משוב חיובי שגורם לקליטה מוגברת של גלוקוז, שמורה על קצב גבוה של תהליכי גליקוליזה המשפעלים מסלולי NFkB
ושינויים הגורמים לתאי מערכת החיסון לא לטפל בתאים הסרטניים.
אחד מגורמי הבקרה המווסתים פעילות NF-kB
היא נוכחות חלבון p53.
דף התלמיד
מקורות מידע
1. ;Müller CW, Rey FA, Sodeoka M, Verdine GL, Harrison SC (January 1995). "Structure of the NF-kappa B p50 homodimer bound to DNA". Nature.
2. https://www.creative-diagnostics.com/The-NF-kB-Signaling-Pathway.htm
3. The NF-kappaB family of transcription factors and its regulation.
4. The complexity of NF-κB signaling in inflammation and cancer
