Nükleer Faktör Kappa B (NF-κB) Yolağı ve IκB Kinaz (IKK) İnhibitörleri
Şevval Özkaya - Moleküler Biyoloji ve Genetik, Fen Bilimleri Enstitüsü, Necmettin Erbakan Üniversitesi
Çevreyi algılama ve uyum sağlama yeteneği yaşam için çok önemlidir. Çok hücreli organizmalar için, dış değişikliklere cevap verme yeteneği sadece hayatta kalmak için değil, aynı zamanda normal gelişim ve fizyoloji için de gereklidir. Sinyal olayları hücresel fonksiyonu doğrudan değiştirebilmesine rağmen genellikle sinyalleme hem geçici hem de sürekli değişiklikler üretmek amacıyla transkripsiyonel yanıtları değiştirmek için hareket etmektedir. Gen ekspresyonundaki hızlı fakat geçici değişikliklere NF-κB gibi indüklenebilir transkripsiyon faktörleri aracılık etmektedir. Son 25 yıldır NF-κB (Nükleer Faktör Kappa B), indüklenebilir transkripsiyon faktörleri için bir paradigma olarak hizmet etmiştir ve sinyal olaylarının gen ekspresyonunu ve fizyolojisini nasıl etkilediğine dair çok sayıda fikir vermiştir [1].
NF-κB, bağışıklık sisteminde önemli ve evrimsel olarak korunmuş bir role sahiptir. Bağışıklık sistemindeki rolünün yanı sıra, NF-κB hücre sağkalımını, farklılaşmasını ve çoğalmasını etkileyen gen ekspresyon olaylarını etkileyen geniş çapta role sahiptir. Fizyoloji üzerindeki bu kadar geniş etkilerin bir sonucu olarak NF-κB'nin fonksiyonunun bozulması çok sayıda hastalık da dahil olmak üzere ciddi sonuçlara yol açabilir [2]. NF-κB’nin keşfinden sonra enflamasyon ve bağışıklıkta önemli bir transkripsiyon faktörü olarak, aktive edildiği sinyal yollarını aydınlatmak için büyük çabalar sarf edilmiştir. Çok geçmeden, NF-κB aktivitesinin sadece tümör nekrozis faktör alfa (TNFα) veya interlökin 1 (IL-1) gibi inflamatuar sitokinler tarafından değil, aynı zamanda lipopolisakkaritler gibi bakteriyel hücre duvarı bileşenleri, virüsler ve hatta gama(γ) veya UV ışınlaması gibi fiziksel stres koşullarının tetiklediği tespit edilmiştir. Ana tetikleyicileri algılayan reseptörlerin ve bu sinyalleri hücre içinde ileten ve modüle eden bileşenlerin ayrıntılı olarak aydınlatılması çok sayıda araştırma grubunun çalışması ile uzun yıllar almıştır [3].
Çeşitli hücresel uyaranlarla aktive edilebilen NF-kB proteini, sitoplazmada bulunmaktadır ve değişken nükleo-sitoplazmik hücre altı lokalizasyonunu gösteren üç proteinin (klasik NF-κB, v-Rel ve Dorsal) tesadüfen keşfedilmesinden bu yana yaklaşık 20 yıl geçmiştir [4]. NF-κB transkripsiyon faktörü ailesi, sırasıyla NFKB1, NFKB2, RELA, REL ve RELB tarafından kodlanan ve DNA bağlanması, homo ve hetero dimerizasyondan sorumlu bir N-terminal Rel homoloji alanını (RHD) paylaşan p50 (NF-kB1), p52 (NF-kB2), p65 (RelA), c-Rel ve RelB olmak üzere beş üyeden oluşmaktadır [5]. Tüm üyelerde N-terminal Rel homoloji domain (RHD) bulunmaktadır. RHD bir nükleer lokalizasyon dizisi içerir ve diziye özgü DNA bağlanmasından, dimerizasyondan ve IκB inhibitör proteinlerinde bulunan ankirin tekrar motifleriyle etkileşimden sorumludur. 'κB inhibitörü' (IκB) proteinleri arasında IκBα (κB inhibitörü alfa), IκBβ(κB inhibitörü beta), IκBγ (κB inhibitörü gama), IκBε (κB inhibitörü epsilon), BcL-3 (B-hücre lenfoma 3), p105 ve p100 öncülleri ve Drosophila protein Cactus bulunur. Bunlar arasında, IκBα, IκBβ ve IκBε, NF-κB 'nin en önemli düzenleyicileridir. NF-κB dimerleri, 5'-GGGRNWYYCC-3' (N, herhangi bir baz; R, purin; W, adenin veya timin; Y, pirimidin) içeren hedef genlerin promotorları veya hızlandırıcıları (enhancer) içindeki κB bölgelerine bağlanarak yardımcı aktivatörlerin ve yardımcı baskılayıcıların da katkılarıyla hedef genlerinin transkripsiyonunu düzenler. Güçlü transkripsiyon aktivasyon alanı (TAD) sadece p65, c-Rel ve RelB üyelerinde bulunur. TAD'lerin olmaması nedeniyle, p50 veya p52'nin dimerleri sadece transkripsiyonel baskıya aracılık edebilir. Uyarılmamış hücrelerde, NF-κB'nin homo- veya heterodimerleri inhibitörlerine bağlanır ve IκB proteinleri sitoplazmada sekestre edilir. NF-κB proteinleri aktive olduktan sonra, çekirdeğe tarnsloke olarak hedef gen transkripsiyonu üzerinde hem olumlu hem de olumsuz etkiler gösterebilir [6].
NFκB dimerleri, IκB düzenleyicileri ve IKK (IκB Kinaz) kompleksleri arasındaki etkileşimlerle tanımlanan NFκB sinyal sistemi, bir dizi uyarana cevap verir ve ligand-reseptör etkileşimi üzerine alınan spesifik sinyale uygun farklı hücresel sonuçlar harekete geçirilir. En sık bilinen NF-κB yolakları, kanonik ve kanonik olmayan yollardır. Kanonik NF-κB yolağı TNF-a ve interlökin-1 (IL-1), T- ve B-hücresi mitojenleri, bakteriyel liposakarit (LPS), viral proteinler ve fiziksel ve kimyasal stres gibi uyaranlar tarafından aktive edilir. Kanonik olmayan NF-κB yolunun aktivasyonu ise az sayıda TNF reseptörü süper aile üyesi aracılığıyla gerçekleştirilir [7]. Kanonikal NFκB yolu, IKKα, IKKβ ve IKKγ/NEMO'dan oluşan IKK (IkB kinaz) kinaz kompleksinin aktivitesine bağlıdır. IKK kompleksinin aktivasyonu üzerine IKKβ alt birimi, NFκB ile ilişkili IkBα'yı doğrudan fosforile ederek proteazomal degredasyonuna ve p65/p50 heterodimerinin salınmasına yol açar. Serbest kalan NFκB daha sonra çekirdeğe yer değiştirir ve gen transkripsiyonunu düzenler. NFκB aktivasyonunun kanonik olmayan yolu, NFκB indükleyici kinaza (NIK) bağlı bir şekilde IKKa homodimer aktivasyonuna dayanmaktadır. Aktive edilmiş IKKα daha sonra p100'ü fosforile eder ve p100'ün kısmi işlenmesini ve p52 verimini destekler. Sonuç olarak p52(RelB) dimeri çekirdeğe transloke olur ve hedef genlerinin transkripsiyonunu düzenler [8].
Şekil 1: NFκB sinyal yolağı [9].
İnhibitör kappa B kinaz-beta (IKK-β) kinaz aktivitesinin modülasyonu, kardiyovasküler hastalıklara (CVD'ler) karşı korumada etkin bir rol oynayan iltihabın önlenmesi için faydalı olabilir. Gıda ve bitkilerdeki fitokimyasallar, IKK-β'yı inhibe ederek kardiyovasküler hastalıklar için umut verici koruyucu ajanlardır fakat bu fotokimyasalların etkinliği, güvenliği ve anti-inflamatuar aktivitesi hakkında daha fazla deneysel doğrulama hala gereklidir. Yapılan çalışmalar sonucunda Diosgenin ve Ginsenoside Re, en umut verici IKK-β inhibitörleri olarak tespit edilmiştir [10]. NF-κB sinyalinin bloke edilmesi bağışıklığı tehlikeye atabilir. Kanser gelişiminin yanı sıra, mikroplar tarafından nihai enfeksiyon veya fiziksel ve kimyasal hasarlar gibi çok sayıda başka faktör vücuda zarar verebilir. Sonuç olarak NF-κB inhibitörlerinin sistemik uygulanması bağışıklık fonksiyonunu bozabilir. Bundan dolayı dikkate alınması gereken önemli faktör, dozların ve ilaç takviminin dikkatli bir şekilde optimize edilmesidir [9]. IKK inhibitörü olan BMS‑345541, prostat kanseri hücrelerinin in vitro büyümesini, invazyonunu ve migrasyonunu önemli ölçüde bastırmanın yanı sıra hücre apoptozunu indükler. IKK inhibitörleri, gelecekte ileri prostat kanseri ile başa çıkmak için yeni terapötik ajanlar olarak potansiyele sahiptir [11]. Bay 65–1942 (Bileşik A), geniş anti-inflamatuar ve antikanser aktivite gösteren, oldukça seçici bir başka IKKβ inhibitörüdür [12]. 2020 yılında yayınlanan bir makale IKK16'nın etkisi yoluyla IκB kinaz kompleksinin seçici inhibisyonunun, endotoksine maruz kalmanın neden olduğu akut inflamatuar yanıtı azaltarak LPS (lipopolisakkarit)'nin neden olduğu çoklu organ işlev bozukluğuna karşı koruyucu bir rol oynadığına dair kanıtlar sunmaktadır. Fakat bu spesifik IKK inhibitörünün bakteriyel ajanlara maruziyetten kaynaklanan inflamatuar süreçlerdeki gerçek rolünü anlamak için daha kapsamlı çalışmalara ihtiyaç vardır [13].
Referanslar:
M.S. Hayden, S. Ghosh, NF-κB, the first quarter-century: Remarkable progress and outstanding questions, Genes and Development. 26 (2012) 203-234. doi:10.1101/gad.183434.111.
T.D. Gilmore, Introduction to NF-κB: Players, pathways, perspectives, Oncogene. 25 (2006) 6680-6684. doi:10.1038/sj.onc.1209954.
M. Mussbacher, M. Salzmann, C. Brostjan, B. Hoesel, C. Schoergenhofer, H. Datler, P. Hohensinner, J. Basílio, P. Petzelbauer, A. Assinger, J.A. Schmid, Cell type specific roles of nf-kb linking inflamation and thrombosis, Frontiers in Immunology. 10 (2019). doi:10.3389/fimmu.2019.00085.
M.R. Zinatizadeh, B. Schock, G.M. Chalbatani, P.K. Zarandi, S.A. Jalali, S.R. Miri, The Nuclear Factor Kappa B (NF-kB) signaling in cancer development and immune diseases, Genes and Diseases. 8 (2021) 287-297. doi:10.1016/j.gendis.2020.06.005.
M.S. Hayden, S. Ghosh, Shared Principles in NF-κB Signaling, Cell. 132 (2008) 344-362. doi:10.1016/j.cell.2008.01.020.
Q. Zhang, M.J. Lenardo, D. Baltimore, 30 Years of NF-κB: A Blossoming of Relevance to Human Pathobiology, Cell. 168 (2017) 37-57. doi:10.1016/j.cell.2016.12.012.
H. Yu, L. Lin, Z. Zhang, H. Zhang, H. Hu, Targeting NF-κB pathway for the therapy of diseases: mechanism and clinical study, Signal Transduction and Targeted Therapy. 5 (2020). doi:10.1038/s41392-020-00312-6.
W. Wang, A.M. Mani, Z.-H. Wu, DNA damage-induced nuclear factor-kappa B activation and its roles in cancer progression, Journal of Cancer Metastasis and Treatment. 3 (2017) 45. doi:10.20517/2394-4722.2017.03.
R.R. Rasmi, K.M. Sakthivel, C. Guruvayoorappan, NF-κB inhibitors in treatment and prevention of lung cancer, Biomedicine and Pharmacotherapy. 130 (2020). doi:10.1016/j.biopha.2020.110569.
F. Hua, L. Shi, P. Zhou, Phytochemicals as potential IKK-β inhibitor for the treatment of cardiovascular diseases in plant preservation: terpenoids, alkaloids, and quinones, Inflammopharmacology. 28 (2020) 83-93. doi:10.1007/s10787-019-00640-2.
H. Ping, F. Yang, M. Wang, Y. Niu, N. Xing, IKK inhibitor suppresses epithelial-mesenchymal transition and induces cell death in prostate cancer, Oncology Reports. 36 (2016) 1658-1664. doi:10.3892/or.2016.4915.
J.K. Durand, A.S. Baldwin, Targeting IKK and NF-κB for Therapy, içinde: Advances in Protein Chemistry and Structural Biology, Academic Press Inc., 2017: ss. 77-115. doi:10.1016/bs.apcsb.2016.11.006.
Â. Amaro-Leal, L. Shvachiy, R. Pinto, V. Geraldes, I. Rocha, H. Mota-Filipe, Therapeutic effects of IkB kinase inhibitor during systemic inflammation, International Immunopharmacology. 84 (2020). doi:10.1016/j.intimp.2020.106509.