3.4
Транскрипционный фактор NF-κB был открыт в 1986 году в лаборатории нобелевского лауреата профессора Дэвида Балтимора благодаря его взаимодействию с эн…
Белки NF-κB являются факторами транскрипции, которые участвуют во многих важнейших клеточных функциях, таких как активация иммунных клеток, клеточная адгезия, антимикробный ответ и регуляция клеточного цикла.
В состоянии покоя NF-κB существует в виде гетеродимера, непосредственно связанного с ингибирующим белком под названием IκBɑ. IκBɑ подавляет активность NF-κB в качестве активатора транскрипции.
NF-κB-зависимый сигнальный путь активируется при связывании соответствующего лиганда с соответствующим рецептором клеточной поверхности на клетке-мишени.
Например, этот путь может быть запущен путем связывания фактора некроза опухоли-ɑ с рецептором TNF, связывания интерлейкина 1 с рецептором IL1 или связывания патогенов с толл-подобными рецепторами.
Это связывание лиганд-рецептор приводит к активации белкового комплекса, IκB киназы, состоящего из трех субъединиц: ɑ, β и γ.
Затем активированная киназа фосфорилирует белок IkB, что приводит к его убиквитинации.
Затем помеченный белок IκB подвергается немедленной деградации в протеасоме.
В результате димер NF-κB высвобождается из IκB и освобождается для его транслокации в ядро, где он может активировать экспрессию ряда генов-мишеней.
Одним из генов-мишеней, активируемых NF-κB, является ген, кодирующий белок IκBɑ. При увеличении экспрессии IκBɑ помогает регулировать NF-κB-зависимый сигнальный путь через петлю отрицательной обратной связи.
NF-κB-зависимый сигнальный путь управляет широким спектром биологических процессов, включая врожденный и адаптивный иммунитет и воспалительные стрессовые реакции.
Из-за своей ключевой роли в иммунных, а также воспалительных реакциях у животных, нарушение регуляции NF-κB может привести к различным видам рака, а также к некоторым воспалительным заболеваниям, таким как артрит и астма.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is NF-κB and what are its main cellular functions?
NF-κB is a transcription factor that regulates expression of over 100 genes essential for immune and inflammatory responses. It controls crucial cellular functions including immune cell activation, cell adhesion, antimicrobial response, and cell cycle regulation. NF-κB also regulates cell proliferation, apoptosis, and plays diverse roles in the nervous system such as learning and memory.
Q2: How does IκBα regulate NF-κB activity in resting cells?
In resting cells, NF-κB exists as a heterodimer bound to the inhibitory protein IκBα, which suppresses its transcriptional activity. IκBα masks the nuclear localization signals of NF-κB, keeping it inactive in the cytoplasm. This inhibitory mechanism prevents NF-κB from entering the nucleus and activating target genes until an appropriate signal is received.
Q3: What triggers activation of the NF-κB signaling pathway?
The NF-κB pathway activates when ligands bind to cell-surface receptors, such as tumor necrosis factor-α binding to TNF receptor, interleukin-1 binding to IL1 receptor, or pathogens binding to toll-like receptors. These ligand-receptor interactions activate the IκB kinase complex, which phosphorylates IκBα, leading to its ubiquitination and proteasomal degradation, releasing NF-κB for nuclear translocation.
Q4: What happens to NF-κB after IκBα is degraded?
Once IκBα is degraded in the proteasome, the NF-κB dimer is released and free to translocate to the nucleus. In the nucleus, NF-κB acts as a transcriptional activator, binding to DNA and activating expression of target genes. This allows the cell to mount appropriate physiological responses to external stimuli such as pathogens or reactive oxygen species.
Q5: How does NF-κB regulate itself through negative feedback?
NF-κB activates the gene encoding IκBα protein as one of its target genes. Upon increased expression, newly synthesized IκBα binds to NF-κB in the nucleus, causing it to exit and return to the cytoplasm. This negative feedback loop prevents excessive NF-κB signaling and helps maintain cellular homeostasis by limiting the duration and intensity of the immune response.
Q6: What diseases result from dysregulation of NF-κB signaling?
Dysregulation of NF-κB can lead to various cancers and inflammatory diseases such as arthritis and asthma. Additionally, pathogens like HIV, HPV, and Yersinia pestis exploit or interfere with the NF-κB signaling pathway to evade host defense mechanisms. Because of its diverse roles in animals, the NF-κB signaling pathway and associated diseases make it an excellent therapeutic target.
Q7: Why is NF-κB considered a central mediator of immune responses?
NF-κB regulates expression of genes essential for both innate and adaptive immune responses as well as inflammatory stress responses. It controls activation of immune cells, antimicrobial defenses, and inflammatory signaling. Since its discovery in 1986, over three decades of research has revealed that NF-κB coordinates multiple aspects of immune defense, making it central to how animals respond to pathogens and cellular stress.