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REVISTA DA BIOLOGIA www.ib.usp.br/revista volume 4 junho de 2010 35

FATOR DE TRANSCRIO NUCLEAR KAPPA B NO SISTEMANERVOSO CENTRAL: DO FISIOLGICO AO PATOLGICO

Daiane Gil Franco

Departamento de Fisiologia, Instituto de Biocincias, USPRecebido 13out09 / Aceito 14jan10 / Publicao inicial 15abr10

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Resumo. Descoberto inicialmente em linfcitos T, o fator de transcrio nuclear kappa B (NF-kB) temsido descrito em todas as clulas de mamferos, regulando a expresso de diversos genes, principalmenteaqueles relacionados resposta imunolgica e inflamatria. No sistema nervoso central, a regulao daexpresso gnica pelo NF-kB de particular importncia j que este fator pode estar envolvido tanto emcondies fisiolgicas (sinapse, desenvolvimento e plasticidade neural) como em condies patolgicas queocasionam em morte celular. Nesta reviso vamos descrever as duas principais vias de ativao do NF-kBe a participao deste fator em diferentes processos do sistema nervoso central.

Palavras-chave: vias cannica e no-cannica, sobrevivncia celular, doenas neurodegenerativas

NUCLEAR TRANSCRIPTION FACTOR KAPPA B IN THE CENTRAL NERVOUS SYSTEM: FROMPHYSIOLOGICAL TO PATHOLOGICAL

Abstract. First discovered in T cells, the nuclear transcription factor kappa B (NF-kB) has been

described in all mammalian cells, regulating the expression of several genes, mainly those related toimmune response. In the central nervous system gene expression regulated by NF-kB is of particularimportance since it may be involved in both physiological conditions (synapse, development and neuralplasticity) and pathological conditions that result in cell death. In this review we describe the two main formsof NF-kB activation and the participation of this factor in different processes of central nervous system.

Keywords: canonical and non-canonical pathways, cell survival, neurodegenerative diseases

Os fatores de transcrio so protenas quese ligam ao promotor e ao enhancer dos genespromovendo uma coordenao da iniciao datranscrio gnica (Xiao, 2004). Nesta revisovamos destacar o papel do fator de transcrionuclear kappa B, NF-kB (do ingls, nuclear factor

kappa B) especificamente no sistema nervosocentral (SNC), dando nfase sua atuao emprocessos fisiolgicos ou fisiopatolgicos.

O fator de transcrio NF-B foi descobertoprimeiramente em linfcitos T (Nabel e Baltimore,1987) como um regulador da transcrio dacadeia leve da -imunoglobulina, mas estpresente em todas as clulas de mamferos. Opapel mais bem conhecido e estudado dessefator de transcrio se d na respostaimunolgica, na qual regula expresso de genesessenciais no processo inflamatrio e na defesacontra parasitas. Alm disso, tambm atua na

sobrevivncia e proliferao celular, apoptose efuncionamento do SNC (Xiao, 2004).A famlia do NF-B (ou famlia Rel) consiste

de cinco subunidades que incluem: p65 (RelA), c-Rel, RelB, p50 e p52. Esta famlia caracterizadapor conter uma poro N terminal bemconservada com cerca de 300 aminocidos (RHD Rel homology domain), a qual se subdivide emuma regio que se liga ao DNA e outradenominada de domnio de dimerizao. Nestaltima encontra-se um sinal de localizaonuclear (NLS). A regio C-terminal se difere entrecada subunidade, sendo que p65, c-Rel e RelB

contm um domnio de transativao (TAD),necessria para iniciar a atividade transcricional.As subunidades p50 e p52 so sintetizadas como

molculas grandes precursoras, p105 e p100,respectivamente (Meffert e Baltimore, 2005).

As subunidades do NF-B se homo ouheterodimerizam para formar dmeros ativadores(p50-p65) ou repressores (p50-p50 e p52-p52).Estes se encontram no citoplasma da maioria das

clulas, complexados com as protenas inibitriasda famlia appa Bs - Inhibitory kappa B: IB,IB, IB, IkB-R, IB (p105), IB (p100) eBcl-3. O heterodmero p50-p65 comumenteutilizado como sinnimo de p50-p65 por ser omais abundante da famlia do NF-B e em suamaioria est associado ao IB (Malek et al.,2007).

Existem duas vias descritas para a ativaodo fator de transcrio nuclear NF-kB: clssica(via cannica) e alternativa (via no-cannica)(Figura. 1). A via clssica a mais comum e estassociada expresso de genes relacionados

inflamao, resposta imunolgica inata, anti-apoptose e sobrevivncia celular (Xiao, 2004).J a via alternativa est associada expressode genes que atuam no desenvolvimento emanuteno de rgos linfides secundrios(linfonodos, bao, tonsilas e placas de Peyer)(Alcamo e col., 2002).

Na via clssica (Figura 1), para que hajaativao do NF-B, o IB fosforilado no resduode serina pelo complexo de protena quinase IKK.Essa fosforilao o sinal para a ubiquitinao eposterior degradao do IB pelo proteassoma.No citoplasma um conjunto de protenas

adaptadoras e ancoradoras (TRAFs, MyD88 eTIRAP) e quinases (RIP, IRAK) formam umcomplexo quando h um estmulo, facilitando o

Reviso:


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recrutamento da IKK. Aps a degradao do IBos dmeros do NF-B (por ex. p50-p65) soliberados e migram para o ncleo onde atuarona regulao da transcrio de genes especficos(Kaltschmidt e col., 2005).

O complexo IKK contm duas subunidadescatalticas denominadas IKK (IKK1) e IKK

(IKK2) e uma subunidade no catalticadenominada NEMO (do ingls NF-B essentialmodulator). Existem diversas combinaes entreas subunidades do IKK, podendo ser homo ouheterodmeros de IKK ou IKK, associados ouno ao NEMO (Mercurio e col., 1999). O maiscomumente encontrado IKK-IKK-NEMO(Scheidereit, 2006).

Esta via ativada por uma variedade desinais inflamatrios, incluindo citocinas pr-inflamatrias e endotoxinas bacterianas, que levaa ativao do complexo IKK. Este fosforila o IBem uma maneira dependente de IKK-NEMO. ONEMO uma subunidade regulatria docomplexo IKK que possui um domnio MOD (doingls minimal oligomerization domain) e umdomnio de ligao ubiquitina (UDB, do inglsubiquitin-binding domain) associado ao MOD,essencial para a ativao do processo.

Aparentemente, o IKKno participa da viaclssica, apesar de estar ligado ao NEMO.Contudo, Solt e May (2008) pressupem que possvel que o IKK-NEMO atue nesta viaclssica de ativao do NF-B. Para corroboraressa hiptese, fibroblastos embrionrios demurinos deficientes em algumas subunidades do

complexo IKK foram estimulados com TNF oucom IL-1 (interleucina 1). Ambas citocinas foramcapazes de induzir a degradao de IB emfibroblastos selvagens e em IKK-/-, mas no emclulas deficientes em NEMO. Por outro lado,TNF no induziu a degradao de IB emclulas deficientes em IKK, mas IL-1 induziu a

degradao de IB

e a migrao do NF-B (p50-p65) para o ncleo nestas clulas. Estes dados

sugerem que IL-1 e TNF ativam por diferentesmeios o NF-B e, dependendo do sinal que dado no incio da cascata de sinalizao atravsda ativao da protena NEMO, dado um perfildiferente de ativao.

A via no-cannica (Figura 1) ativada pelo

conjunto de receptores da famla do TNF (doingls tumor necrosis factor), que incluemreceptores de linfotoxina (LTR), BAFF (B cell-activating factor receptor), RANK (receptoractivator of NF-B) e CD40L (Ramakrishnan ecol., 2004). Esta ativao mediada pela quinaseNIK (do ingls NF-B-inducing kinase) quesinaliza para o homodmero IKKfosforilar a p100que est associada RelB. Este um sinal paraque a p100 seja ubiquitinada e degradada. Oproteassoma degrada somente a poro C-terminal, deixando a poro N-terminal paraformar o peptdeo p52. O dmero formado p52-RelB desloca-se para o ncleo ativando aexpresso de genes especficos nos rgoslinfides (Xiao, 2004).

No SNC membros da famlia do NF-Bso ativados em funo de uma neuropatologia e

Figura 1 Vias de sinalizao do NF-kB. Esquerda, via clssica (via cannica) e direita via alternativa(no-cannica). A via clssica dependente de NEMO, enquanto que, na via alternativa a subunidadep100 degradada pelo proteassoma para dar origem a p52 (baseado em Xiao, 2004).


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de apoptose, mas tambm tem se mostrado queestes fatores de transcrio podem participar daregulao de atividades neurais no-patolgicas,como sinalizaes sinpticas envolvidas noaprendizado e na memria.

O fator de transcrio NF-B expressono sistema nervoso central e no perifrico, tanto

por neurnio quanto por clulas da glia. Diversosdmeros j foram descritos no SNC, porm osmais comuns so p50-p65 e p50-p50 (ONeill eKaltschmidt, 1997). Em condies no-patolgicas a ativao do NF-B pode estarenvolvida na plasticidade, desenvolvimento neurale na atividade sinptica.

Uma grande variedade de estmulos queativam NF-B no sistema imunolgico tambmpodem atuar no SNC como, por exemplo:citocinas (TNF e IL-1), lipopolissacardeo debactrias gram-negativas (LPS), infeces virais eestresse oxidativo. Outros estmulos so

especficos do SNC como a protena precursora-amilide (APP), peptdeo -amilide (A) e ofator de crescimento neural (NGF, do ingls nervegrowth factor) (Tabela 1). Pouco se sabe dosgenes que so ativados pelo NF-B no SNC;alguns deles descritos so: molculas de adesode clulas neuronais, sintase de xido ntricoinduzida (iNOS), PPA, receptores -opiide eprotena quinase II dependente de Ca2+-calmodulina (CaMKII)(Barger e Mattson, 1996).

Schmidt-Ullrich e colaboradores em 1996,utilizando camundongos transgnicos quepossuam um constructo de um gene reprter

lacZ associado diversos promotoresdependentes da atividade do NF-B,demonstraram que h uma diferena no padrode expresso do fator de transcrio no SNC,tanto temporal quanto espacial. No foiobservada diferena na expresso do NF-Bdurante o desenvolvimento embrionrio no diazero aps o nascimento. A primeira expresso doNF-B observada se d no primeiro dia aps onascimento no colculo superior e inferior. Nocrtex foi observada expresso no 6o. dia, nocerebelo no 8o. dia e no hipocampo apenas nofinal da segunda semana. A expresso no

cerebelo mais proeminente no lobo posterior doque no anterior. Esses resultados sugerem que aatividade do NF-B inicia-se tardiamente nodesenvolvimento ontogentico dos mamferos.

A forma do NF-B associada ao IB podeser encontrada na regio sinptica, no citoplasmae nos dendritos (stios ps-sinpticos) deneurnios do crtex, do hipocampo e do cerebelo.A quantidade do NF-B na forma ativa encontradono ncleo pode variar durante o desenvolvimentoe como resultado da atividade sinptica (ONeill eKaltschmidt, 1997).

Estmulo Tipo celular Efeito

Neurnios Preveno de apoptose

Astrcitos Preveno de apoptoseTNF

Microglia Produo de citocinas

Glutamato NeurniosPlasticidade sinptica e

preveno de apoptose

NGF Neurnios Preveno de apoptose

Estresseoxidative

Vrios Preveno de apoptose

Peptdeo ANeurnios e

Microgila

Resposta ao estresse e

neuroproteo

APP Neurnios Neuroproteo

A aplicao do neurotransmissorexcitatrio, glutamato e do agonistaglutamatrgico NMDA (do ingls N-methyl-D-aspartate) em clulas granulares de cerebelo capaz de ativar a translocao do NF-B aoncleo. E a utilizao de antagonistas dereceptores excitatrios diminui a ativaosinptica basal do fator de transcrio (Guerrini ecol., 1995). O glutamato pode ativar o fator detranscrio NF-B em preparaes de

compartimentos sinpticos atravs de uma viadependente de Ca2+. De fato, o aumento do Ca2+intracelular causado pelo uso de ionforo paraCa2+ suficiente para ativar a translocao doNF-B ao ncleo (Meffert e col., 2003). A ativaodo NF-B pelo glutamato parece ser relevantecomo um sinal transdutor durante a atividadesinptica e plasticidade neural em uma situaofisiolgica normal. Foi demonstrado que no s aestimulao de alta frequncia in vivo nohipocampo de rato, que tipicamente induzpotenciao de longo prazo (LTP do ingls long-term potentiation), como tambm a estimulao

de baixa frequncia causa um aumento daexpresso do RNAm das subunidades do NF-Bp65 e p50. Desta forma, a atividade do NF-Bpode ser modulada pelo aumento da ativaosinptica. A expresso de outros genes como c-fos, jun-B e zif/268 no apresentam este aumentoaps o estmulo de baixa frequncia, indicandoque o NF-B deve ser um transdutor de sinaldurante a atividade sinptica neural normal(Meberg e col., 1996).

Tabela 1 Exemplos de estmulos que ativam NF-B no sistema nervoso central (Baseado emMattson e Camandola, 2001).


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No h dvidas quanto importncia doNF-B na atividade sinptica, porm, se este fatorest presente em regies distantes do ncleo(sinapses e dendritos), como possvel que esteconsiga translocar para o ncleo sem serrecrutado pelo IB? A resposta para estequestionamento ainda um mistrio. Existem

evidncias de que o NF-B possa translocar deregies distantes para o ncleo, porm o

mecanismo ainda no conhecido (Meffert eBaltimore, 2005).

Se o NF-B atua na atividade sinptica,ento qual seu papel fisiolgico nocomportamento de mamferos? Existemevidncias de que o NF-B participa dosprocessos de memria e aprendizagem. Emcamundongos que no expressam a subunidadep65 do NF-B o aprendizado da localizaoespacial prejudicado (Meffert e col., 2003). Aausncia da subunidade p50 tambm leva a uma

diminuio do aprendizado, porm de uma formamenos severa. possvel que o fator detranscrio NF-B possua um papel positivo namemria e no aprendizado (Meffert e Baltimore,2005). Os estudos de cognio so feitos comanimais knock outpara p50 ou p65 ou, ainda, quesuper-expressam repressores da via do NF-B.Apesar disso, os animais chegam vida adultacom desenvolvimento normal do SNC, semalteraes na sobrevivncia celular (Fridmacher ecol., 2003).

A expresso constitutiva do NF-B mantida por diferentes neurotransmissores, como

glutamato, dopamina, noradrenalina, fatorneurotrfico derivado do crebro, citocinasneurotrficas, entre outros. Em situaesfisiolgicas, o complexo do NF-B atua namanuteno da sobrevivncia celular e promoveo crescimento de processos neurais durante odesenvolvimento. A reduo da atividade do NF-B por agentes que bloqueiam a via ou utilizandoformas superrepressoras do IB inibe ocrescimento de dendritos e neuritos (Pizzi eSpano, 2006). A inibio da ligao do NF-B aoDNA tambm causa danos clula por reduzir aregulao de genes anti-apoptticos como Bcl-2,

Bcl-XL and Bfl-1/A1 (Bhakar e col., 2002).A neuroproteo associada ao NF-B foiprimeiramente associada neuroproteo doTNF (Tabela 1). Fernyhough e colaboradores(2005) mostraram que a ativao do complexo doNF-B essencial para sobrevivncia deneurnios sensoriais ativados com TNF. Noentanto, essa relao nem sempre verdadeira.Clulas granulares de cerebelo que possuemuma ativao basal do NF-B apresentaram umacurva de sobrevivncia em forma de U invertidoquando ativadas por TNF. Kaltschmidt ecolaboradores (2005) propem um modelo para

explicar a dualidade do NF-B quanto sobrevivncia celular (Figura 2). Outros trabalhosque reproduzem modelos experimentais em

condies patolgicas que afetam neurniosapresentam resultados controversos.

Um bom exemplo dessa dualidade daatividade do NF-B na isquemia. Sabe-se que oefeito do pr-condicionamento da isquemia

protetor e mediado pelo NF-B. No entanto,quando uma isquemia severa acontece, o NF-Bcontribui para o dano cerebral por ativar genesrelacionados a apoptose. O mecanismo de aopelo qual o NF-B capaz de gerar um efeito ououtro, ainda necessita de mais estudos. Umareviso recente de Ridder e Schawninger (2009)aponta quatro possveis explicaes da dualidadedo NF-B:

1. O efeito da especificidade celular. Oefeito de uma forte reao inflamatria controladapela ativao do NF-B na microglia ou em outrasclulas inflamatrias pode sobrepor um possvel

efeito anti-apopttico do NF-B em neurnios.Alm disso, a natureza do estmulo fundamentalpara definir a atividade do NF-B.

2. A cintica de ativao do NF-B. Umaativao transiente pode levar a expresso degenes anti-apoptticos, enquanto que umaativao sustentada pode levar a induo de umconjunto de genes pr-apoptticos.

3. Possivelmente as cinco subunidades doNF-B exercem efeitos distintos na sobrevivnciacelular. Existem evidncias de que a p65 e a cRelpossuem efeitos contrrios, sendo pr e anti-apopttica, respectivamente.

4. No apenas o NF-B, mas todos oselementos presentes na sua via de ativao so

Figura 2 Modelo de homeostase do NF-B. Aativao sinptica parece ser o sinal permanenteda ativao do NF-B em neurnios. Umaperturbao dessa ativao fisiolgica pode serpatolgica resultando na morte celular. Asubunidade p65 promove, em condiesfisiolgicas a sobrevivncia celular. Sobcondies fisiopatolgicas a subunidade p65pode se associar a complexos co-repressores degenes anti-apoptticos (Baseado em Kaltschmidte col.,2005).


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possveis candidatos que modulam o efeito finaldo fator de transcrio.

Para Grilli e Memo (1999) o NF-B responsvel pelo incio da acelerao de vriosprocessos neurodegenerativos como nasdoenas de Parkinson (DP), doena de Alzheimer(DA) e infeces virais. Muitos estudos clnicos ou

utilizando modelos experimentais descrevem umaumento da atividade do NF-B em condiesneuropatolgicas.

Anlise de imuno-histoqumica em secesde crebros de pacientes com DA revelaram quea subunidade p65 do NF-B estava ativadasomente nas reas afetadas pela doena, ondehavia deposio do peptdeo A (Terai e col.,1996). Sabe-se que o peptdeo A um potenteativador do NF-B (Tabela 1). interessantenotar que a DA se caracteriza pelo aumento dacitocinas pr-inflamatria IL-1 e da citotoxidadeprovocada pelo glutamato, ambos capazes de

modular a atividade do NF-B (Grilli e Memo,1999).Por fim, o fator de transcrio NF-B no

SNC atua tanto em condies de injria eestresse, modulando processos inflamatrios e deapoptose, como tambm est presenteconstitutivamente em neurnios participando defunes fisiolgicas do SNC, como sinapse,desenvolvimento e plasticidade neural. Protenasenvolvidas na via de sinalizao do NF-kB, sopotenciais alvos para intervenes teraputicasem doenas neurolgicas, bem como em casosde dficit de aprendizado e de memria.

Agradecimentos. Prof e Dr LucileMaria Floeter-Winter e ao Dr Eduardo KojiTamura pela reviso crtica dessa reviso.

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