NFAT

El factor nuclear de células T activadas ( NFAT ) es una familia de factores de transcripción que se ha demostrado que son importantes en la respuesta inmunitaria . Uno o más miembros de la familia NFAT se expresan en la mayoría de las células del sistema inmunitario. NFAT también está involucrado en el desarrollo de los sistemas cardíaco, muscular esquelético y nervioso. NFAT se descubrió por primera vez como un activador para la transcripción de IL-2 en células T (como regulador de la respuesta inmunitaria de las células T), pero desde entonces se ha descubierto que desempeña un papel importante en la regulación de muchos más sistemas corporales. ^[1] Los factores de transcripción NFAT están involucrados en muchos procesos corporales normales, así como en el desarrollo de varias enfermedades, como enfermedades inflamatorias del intestino y varios tipos de cáncer. NFAT también se está investigando como un objetivo farmacológico para varios trastornos diferentes.

La familia de factores de transcripción NFAT consta de cinco miembros: NFATc1 , NFATc2 , NFATc3 , NFATc4 y NFAT5 . ^[2] NFATc1 a NFATc4 están regulados por la señalización del calcio y se conocen como los miembros clásicos de la familia NFAT. NFAT5 es un miembro de la familia NFAT descubierto más recientemente que tiene características especiales que lo diferencian de otros miembros de NFAT. ^[3]

La señalización del calcio es fundamental para la activación de NFATc1-4 porque la calmodulina (CaM), una proteína sensora de calcio bien conocida, activa la serina/treonina fosfatasa calcineurina (CN). La CN activada se une a su sitio de unión ubicado en el dominio regulador N-terminal de NFATc1-4 y desfosforila rápidamente la región rica en serina (SRR) y las repeticiones SP que también están presentes en el extremo N-terminal de las proteínas NFAT. Esta desfosforilación da como resultado un cambio conformacional que expone una señal de localización nuclear que promueve la translocación nuclear. ^[4]

Por otra parte, NFAT5 carece de una parte crucial del dominio regulador N-terminal que en el grupo mencionado alberga el sitio de unión esencial de CN. Esto hace que la activación de NFAT5 sea completamente independiente de la señalización de calcio. Sin embargo, está controlada por MAPK durante el estrés osmótico . Cuando una célula encuentra un entorno hipertónico , NFAT5 se transporta al núcleo donde activa la transcripción de varios genes osmoprotectores. Por lo tanto, se expresa en la médula renal , la piel y los ojos, pero también se puede encontrar en el timo y en los linfocitos activados. ^[5]

Aunque la fosforilación y la desfosforilación son claves para controlar la función de NFAT al enmascarar y desenmascarar las señales de localización nuclear, como lo demuestra la gran cantidad de sitios de fosforilación en el dominio regulador de NFAT, esta desfosforilación no puede ocurrir sin una afluencia de iones de calcio. ^[1]

La señalización clásica se basa en la activación de la fosfolipasa C (PLC) a través de diferentes receptores como el receptor de células T (TCR) ( PLCG1 ^{[ cita requerida ]} ) o el receptor de células B (BCR) ( PLCG2 ^{[ cita requerida ]} ). Esta activación conduce a la liberación de inositol-1,4,5-trifosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG). El IP3 es especialmente importante para la entrada de calcio porque se une a un receptor de IP3 ubicado en la membrana del retículo endoplasmático (RE). Esto provoca un aumento brusco y breve de la concentración de calcio en el citosol a medida que los iones abandonan el RE a través del receptor de IP3. ^{[4] [6]} Sin embargo, esto no es suficiente para activar la señalización NFAT. La liberación de iones de calcio del RE es detectada por las proteínas STIM, que son proteínas transmembrana del RE. En circunstancias normales, las proteínas STIM se unen a los iones de calcio, pero si la mayoría de ellos se liberan del RE, los iones unidos también se liberan de las proteínas STIM. Esto hace que se oligomericen y posteriormente interactúen con ORAI1 , que es una proteína indispensable del complejo CRAC . Este complejo sirve como un canal que permite de forma selectiva la entrada de iones de calcio desde el exterior de una célula. Este fenómeno se denomina entrada de calcio operada por el almacén ( SOCE ). Solo esta entrada más prolongada de iones de calcio es capaz de activar completamente NFAT a través de la desfosforilación mediada por CaM/CN como se indicó anteriormente. ^{[4] [6]}

Aunque SOCE es el principal mecanismo de activación de la mayoría de las proteínas de la familia NFAT, también pueden activarse por una vía alternativa. Esta vía hasta ahora sólo se había probado para NFATc2. En esta activación alternativa, SOCE es insignificante, como lo demuestra el hecho de que la ciclosporina (CsA), que inhibe la desfosforilación mediada por CN, no anula esta vía. La razón de esto es que se activa a través de IL7R , lo que conduce a la fosforilación posterior de una sola tirosina en NFAT mediada por la quinasa Jnk3 , un miembro de la subfamilia de quinasas MAPK. ^[6]

La importación nuclear de NFAT y su posterior exportación dependen del nivel de calcio dentro de una célula. Si el nivel de calcio disminuye, las quinasas exportadoras en un núcleo como PKA , CK1 o GSK-3β refosforilan NFAT. Esto hace que NFAT vuelva a su estado inactivo y se exporte de nuevo al citosol, donde las quinasas de mantenimiento terminan la refosforilación para mantenerlo en el estado inactivo. ^{[4] [7]}

Las proteínas NFAT tienen una capacidad débil para unirse al ADN. ^[8] Por lo tanto, para unirse eficazmente al ADN, las proteínas NFAT deben cooperar con otros factores de transcripción residentes nucleares denominados genéricamente NFATn. ^[9] Esta importante característica de los factores de transcripción NFAT permite la integración y la detección de coincidencias de señales de calcio con otras vías de señalización como ras-MAPK o PKC. Además, esta integración de la señalización está involucrada en la expresión génica específica de tejido durante el desarrollo. Un análisis de secuencias de ncRNA identificadas en proyectos de secuenciación EST ^{[10] [11]} descubrió un "represor de ncRNA del factor nuclear de células T activadas" llamado NRON . ^[12]

Los promotores y potenciadores dependientes de NFAT tienden a tener de 3 a 5 sitios de unión de NFAT, lo que indica que se necesitan interacciones sinérgicas de orden superior entre las proteínas relevantes en un complejo cooperativo para una transcripción eficaz. La clase más conocida de estos complejos está compuesta por NFAT y AP-1 u otras proteínas bZIP . Este complejo NFAT:AP-1 se une a los sitios de unión al ADN de las proteínas convencionales de la familia Rel y está involucrado en la transcripción génica en las células inmunes. ^{[13] [3]}

La estimulación del receptor de células T (TCR) provoca la desfosforilación de NFAT, que en casi todos los tipos de células T forma un complejo con AP-1 (excepto en las células Treg). Este complejo, dependiendo del contexto de la citocina , activa los factores de transcripción clave de las distintas subpoblaciones de células T: T-bet para Th1 , GATA3 para Th2 , RORγ para Th17 y BATF para Tfh . Las células T expresan casi todos los miembros de la familia NFAT (excepto NFAT3). Sin embargo, no todos los NFAT tienen la misma importancia para cada subpoblación de células T. ^{[5] [6]}

Tras la estimulación del TCR y la posterior activación de T-bet en condiciones de citocinas Th1, un complejo que consta del factor de transcripción T-bet y NFAT estimula la producción de IFN-γ, la citocina más importante de las células Th1. La activación del TCR también desencadena, a través del complejo NFAT:AP-1, la producción de NFAT2/αA, que es una isoforma corta de NFATc2 que carece del dominio C-terminal y cumple una función de autorregulador porque mejora aún más la activación de todas las células T efectoras . ^{[6] [5] Para la respuesta Th1, NFATc1 parece ser el más indispensable, ya que la eliminación de NFATc1 en ratones conduce a una respuesta} Th2 extremadamente sesgada . ^[5]

En condiciones de estimulación Th2, GATA3 se activa. Posteriormente, también interactúa con NFAT y desencadena la producción de citocinas típicas de Th2 como IL-4 , IL-5 e IL-13 . NFATc2 parece ser el más importante para la respuesta mediada por Th2, ya que su deterioro reduce la cantidad de las citocinas mencionadas anteriormente y también disminuye la cantidad de IgG1 e IgE . NFATc1 también juega un papel esencial, ya que forma un complejo con GATA3 al igual que NFATc2. Además, media la producción de citocinas Th2 indirectamente a través de la regulación de CRTh2 . ^[5]

En consonancia con la respuesta Th1 y Th2, la estimulación del TCR en condiciones Th17 provoca la expresión de RORγ. Posteriormente se une a NFAT y estimula la producción de citocinas específicas de Th17 como IL-17A , IL-17F , IL-21 e IL-22 . En la respuesta Th17, probablemente NFATc2 desempeña un papel clave, ya que los ratones con knock out de NFATc2 muestran una reducción en RORγ, así como en IL-17A, IL-17F e IL-21.

Las células Treg son las únicas excepciones a la formación del complejo NFAT:AP-1, ya que después de su estimulación con TCR, NFAT se une a SMAD3 en lugar de AP-1. Este complejo luego activa la transcripción de FOXP3 , un gen regulador maestro en Tregs. El complejo NFAT:FOXP3 luego regula la producción de citocinas específicas de Treg. Hay dos poblaciones principales de células Treg: células Treg naturales ( nTreg ) que se desarrollan en el timo y células Treg inducidas ( iTreg ) que se desarrollan a partir de células T CD4+ vírgenes en la periferia después de su estimulación. Las células iTreg parecen ser altamente dependientes de NFATc1, 2 y 4, ya que la eliminación de cualquiera de estos genes o su combinación causa casi una pérdida completa de células iTreg pero no de células nTreg. ^{[5] [6]}

En las células Tfh, al igual que en las células Th1, Th2 y Th17, se forma el complejo NFAT:AP-1. Este complejo activa posteriormente la transcripción de BATF, que luego también se une a NFAT y, junto con otras proteínas como IRF4, comienza la producción de moléculas indispensables para Tfh: CXCR5 , ICOS , Bcl6 e IL-21 . Las células Tfh expresan altos niveles de NFATc1 y especialmente NFATc2 y NFAT2/αA, lo que sugiere un papel importante de NFATc2. La eliminación de NFATc2 en las células T facilita un mayor número de células Tfh y una mayor respuesta del centro germinal, probablemente debido a la desregulación de CXCR5 y la disminución del número de células T reguladoras foliculares (Tfr). ^[5] Dado que las Tfh están estrechamente conectadas con la respuesta humoral, cualquier defecto en ellas se proyectará a las células B. Por lo tanto, no es sorprendente que la ablación específica de los linfocitos NFAT2 cause un defecto en la proliferación mediada por BCR, pero no está claro si este fenotipo es causado únicamente por la desregulación de Tfh o células B o por una combinación de ambas. ^[14]

Aunque se ha descubierto en las células T, cada vez es más evidente que NFAT también se expresa en diferentes tipos de células. En las células B, se expresan principalmente NFATc1 y, tras la activación, también NFATc2 y NFAT2/αA, que cumplen funciones importantes como la presentación de antígenos, la proliferación y la apoptosis ^[7] . Aunque el deterioro de la vía NFAT tiene graves consecuencias en las células T, en las células B parecen ser más bien leves. Si, por ejemplo, se lleva a cabo una inactivación específica de ambas proteínas STIM en las células B, se elimina por completo SOCE y, por tanto, también la señalización NFAT. Aunque en estas células B inactivadas la respuesta humoral resultante es muy similar a la de las células B sin inactivación, la abolición completa de NFAT también provocó una disminución de IL-10 ^[6] . Sin embargo, algunos estudios sugieren un papel más importante de NFAT en las células B y, por tanto, este tema todavía no se entiende bien ^[14] y justifica una mayor investigación.

La anergia de las células T se induce por condiciones de estimulación subóptimas cuando, por ejemplo, el TCR se estimula sin señales coestimuladoras apropiadas. Debido a la falta de coestimulación, AP-1 está ausente y se forma un complejo NFAT:NFAT. Este complejo activa genes asociados a la anergia como las ligasas de ubiquitina E3 ( Cbl-b , ITCH y GRAIL ), la diacilglicerol quinasa α (DGKα) y la caspasa 3 que promueven la inducción de la anergia de las células T. ^{[6] [8]} Similar a la anergia de las células T es el agotamiento de las células T que también es causado por la formación alterada del complejo NFAT:AP-1 pero la inducción subyacente del estado de agotamiento es a través de la estimulación crónica en lugar de una estimulación subóptima. Tanto en la anergia como en el agotamiento, NFATc1 parece desempeñar un papel clave. Por el contrario, NFATc2 junto con NFAT2/αA son necesarios para revertir el estado de anergia o agotamiento. ^[6]

Se ha descubierto que la vía de señalización calcineurina/NFAT dependiente de Ca2 ⁺ es importante para el crecimiento neuronal y la guía axonal durante el desarrollo de los vertebrados. Cada clase diferente de NFAT contribuye a diferentes pasos en el desarrollo neuronal. NFAT trabaja con la señalización neurotrófica para regular el crecimiento axonal en varias poblaciones neuronales. Además, los complejos de transcripción de NFAT integran el crecimiento neuronal con señales de guía como la netrina para facilitar la formación de nuevas sinapsis, lo que ayuda a construir circuitos neuronales en el cerebro. NFAT es un actor importante conocido tanto en el sistema nervioso en desarrollo como en el adulto. ^[15]

La NFAT desempeña un papel en la regulación de la inflamación de la enfermedad inflamatoria intestinal (EII). En el gen que codifica LRRK2 (quinasa 2 rica en leucina repetida), se encontró un locus de susceptibilidad para la EII. ^[16] La quinasa LRRK2 es un inhibidor de la variedad NFATc2 , por lo que en ratones que carecían de LRRK2, se encontró una mayor activación de NFATc2 en los macrófagos. ^[16] Esto condujo a un aumento de las citocinas dependientes de NFAT que desencadenan ataques graves de colitis.

La NFAT también desempeña un papel en la artritis reumatoide (AR), una enfermedad autoinmune que tiene un fuerte componente proinflamatorio. El TNF-α , una citocina proinflamatoria, activa la vía calcineurina-NFAT en los macrófagos . Además, la inhibición de la vía mTOR disminuye la inflamación y la erosión de las articulaciones, por lo que la interacción conocida entre la vía mTOR y la NFAT presenta una clave para el proceso inflamatorio de la AR. ^[1]

Debido a su papel esencial en la producción de la citocina proliferativa de células T IL-2, la señalización de NFAT es un objetivo farmacológico importante para la inducción de la inmunosupresión . Los inhibidores de CN , que previenen la activación de NFAT, incluyendo CsA y tacrolimus (FK506), se utilizan en el tratamiento de la artritis reumatoide , esclerosis múltiple , enfermedad de Crohn y colitis ulcerosa ^[17] y para prevenir el rechazo de trasplantes de órganos . ^[18] Sin embargo, existe una toxicidad asociada con estos fármacos debido a su capacidad para inhibir CN en células no inmunes, lo que limita su uso en otras situaciones que pueden requerir terapia con medicamentos inmunosupresores, incluyendo alergia e inflamación. ^[13] Hay otros compuestos que se dirigen directamente a NFAT, en lugar de dirigirse a la actividad fosfatasa de la calcineurina, que pueden tener amplios efectos inmunosupresores pero carecen de la toxicidad de CsA y FK506. Debido a que las proteínas NFAT individuales existen en tipos de células específicos o afectan genes específicos, puede ser posible inhibir las funciones de las proteínas NFAT individuales para lograr un efecto inmunológico aún más selectivo. ^[13]