O factor de célula nai ou factor de célula troncal, abreviado como SCF (do inglés stem cell factor), tamén chamado ligando KIT (KITLG), ou KL, é unha citocina que se une ao receptor c-KIT (CD117). O SCF pode encontrarse en forma de proteína transmembrana ou como proteína soluble. Esta citocina xoga un importante papel na hematopoese (formación de células sanguíneas), espermatoxénese e melanoxénese.
Produción
O xene que codifica o factor de célula nai (SCF) encóntrase no locus Sl do cromosoma 10 do rato e no cromosoma 12 (12q22-12q24) en humanos.[1] As formas soluble e transmembrana da proteína orixínanse por empalme alternativo do mesmo transcrito de ARN,[2][3]
Figura 1: O empalme alternativo do mesmo transcrito de ARN orixina as formas soluble e transmembrna do factor de célula nai (SCF).
A forma soluble do SCF contén un sitio de clivaxe proteolítica no exón 6 do xene. A clivaxe nese sitio permite que se libere a porción extracelular da proteína. A forma transmembrana do SCF orixínase por un empalme alternativo no que se exclúe o exón 6 (Figura 1). Ambas as forms do SCF únense a c-KIT e son bioloxicamente activas.
Os SCF soluble e transmembrana prodúcenos os fibroblastos e células endoteliais. O SCF soluble ten un peso molecular de 18,5 KDa e forma un dímero. Detéctase no soro sanguíneo humano normal nunha concentración de 3,3 ng/mL.[4]
Papel no desenvolvemento embrionario
O SCF exerce un importante papel na hematopoese durante o desenvolvemento embrionario. Os sitios do corpo onde ten lugar a hematopoese, como o fígado fetal e a medula ósea, expresan o SCF. Os ratos que non expresan o SCF morren no útero de anemia grave. Os ratos que non expresan o receptor de SCF (c-KIT) tamén morren de anemia.[5] O SCF pode servir como sinal guía que dirixe as células nai hematopoéticas (HSC, do inglés hematopoietic stem cells) ao seu nicho de célula nai (o microambiente no cal residen as células nai), e xoga un importante papel no mantemento das HSC. Os mutantes puntuais non letais no receptor c-KIT poden causar anemia, diminuír a fertilidade e a pigmentación.[6]
Durante o desenvolvemento a presenza de SCF tamén desempeña un importante papel na localización dos melanocitos, as células que producen a melanina e controlan a pigmentación. Na melanoxénese, os melanoblastos migran desde a crista neural ás localizacións apropiadas da epiderme. Os melanoblastos expresan o receptor KIT e crese que o SCF guía estas células para que cheguen ás súas localizacións finais. O SCF tamén regula a supervivencia e proliferación de melanocitos completamente diferenciados en adultos.[7]
Na espermatoxénese, c-KIT exprésase en células xerminais primordiais e espermatogonias.[8] Tamén se expresa nas células xerminais primordiais das femias. O SCF exprésase ao longo das vías que as células xerminais usan para alcanzar os seus destinos finais no corpo, así como en ditos destinos finais. Igual que cos melanoblastos, isto axuda as células a chegar aos lugares apropiados no corpo.[5]
Papel na hematopoese
O SCF desempeña unha función na regulación das HSC no mesmo nicho de célula nai na medula ósea. O SCF incrementa a supervivencia de HSC in vitro e contribúe á autorrenovación e mantemento de ditas células in vivo. As HSC en todos os estadios de desenvolvemento expresan os mesmos niveis de receptor para o SCF (c-KIT).[9] As células estromáticas que rodean as HSC son un compoñente do nicho das células nai, e liberan diversos ligandos, incluíndo o SCF.
Figura 2: Diagrama dunha célula nai hematopoética (HSC) dentro do seu nicho. Encóntranse ao lado das células estromáticas que segregan ligandos, como o propio factor de célula nai (SCF).
Na medula ósea as HSC e as células proxenitoras hematopoéticas están adxacentes a células estromáticas, como fibroblastos e osteoblastos (Figura 2). Estas HSC prmanecen no nicho adheríndose a proteínas da matriz extracelular e ás propias células estromáticas. O SCF incrementa a adhesión e así pode xogar un importante papel para asegurar que as HSC permanecen no nicho.[5]
Unha pequena porcentaxe de HSC abandona regularmente a medula ósea para entrar na circulación sanguínea e despos torna aos seus nichos na medula ósea.[10] Pénsase que os gradientes de concentración de SCF, xunto coa quimiocinaSDF-1, permiten que a HSC encontre o seu camiño de volta cara ao nicho.[11]
No rato adulto, a inxección do anticorpo ACK2 anti-KIT, que se une e inactiva o receptor c-Kit, orixina graves problemas na hematopoese. Causa un significativo decrecemento no número de HSC e outras células proxenitoras hematopoéticas na medula ósea.[12] Isto suxire que o SCF e c-Kit xoga un importante papel na función hematopoética na idade adulta. O SCF tamén incrementa a supervivencia de varios tipos de células proxenitoras hematopoéticas, como proxenitores dos megacariocitos, in vitro.[13] Ademais, funciona con outras citocinas apoiando o crecemento de colonias de BFU-E, CFU-GM e CFU-GEMM4. As células proxenitoras hematopoéticas migran cara á zona do gradiente onde hai maior concentración de SCF in vitro, o que indica que o SCF está implicado na quimiotaxe nestas células.
As HSC fetais son máis sensibles ao SCF que as HSC de adultos. De feito, as HSC fetais en cultivo celular son 6 veces máis sensibles ao SCF que as HSC adultas baseándose na concentración que permite unha supervivencia máxima.[14]
Expresión en mastocitos
Os mastocitos son as únicas células hematopoéticas diferenciadas terminalmente que expresan o receptor c-Kit. Os ratos con mutacións en SCF ou c-Kit teñen graves defectos na produción de mastocitos, e presentan niveis de menos do 1% dos niveis normais de mastocitos. Inversamente, a inxección de SCF multiplica por cen a cantidade de mastocitos preto do sitio de inxección. Ademais, o SCF promove a adhesión de mastocitos, migración, proliferación e supervivencia.[15] Tamén promove a liberación de histamina e triptase, que están implicadas na resposta alérxica.
Formas soluble e transmembrana
Cómpre a presenza de tanto as formas solubles coma as transmembrana do SCF para a función hematopoética normal.[2][16] Os ratos que producen o SCF soluble pero non o SCF transmembrana padecen anemia, son estériles e carecen de pigmentación. Isto suxire que o SCF transmembrana xoga un papel especial in vivo separado do da forma soluble.
Figura 3: expresión de c-Kit en células hematopoéticas
O SCF únese ao receptor c-KIT (CD 117), unha receptor tirosina quinase.[17] c-Kit exprésase en HSC, mastocitos, melanocitos, e células xerminais. Tamén se expresan en células proxenitoras hematopoéticas incluíndo eritroblastos, mieloblastos e megacariocitos. Porén, coa excepción dos mastocitos, a expresión diminúe a medida que estas células hematopoéticas van madurando e o c-KIT xa non se expresa cando as células están completamente diferenciadas (Figura 3). A unión de SCF a c-KIT causa que o receptor se homodimerice e se autofosforile en residos de tirosina. A activación de c-Kit causa a activación de múltiples fervenzas de sinalización, como as vías RAS/ERK, PI3-quinase, Src quinase e JAK/STAT.[17]
Importancia clínica
O SCF pode utilizarse xunto con outras citocinas para cultivar células nai hematopoéticas e células proxenitoras hematopoéticas. A expansión destas células ex-vivo (fóra do corpo) podería ser un avance no transplante de medula ósea, no cal as HSC se transfiren a un paciente para restablecer a formación de sangue.[9] Un dos problemas de inxectar SCF con propósitos terapéuticos é que o SCF activa os mastocitos. A inxección do SCF causa síntomas similares á alerxia e á proliferación de mastocitos e melanocitos.[5]
A sobreexpresión específica de cardiomiocitos do SCF transmembrana promove a migración de células nai e mellora a función cardíaca e a supervivencia animal despois dun infarto de miocardio.[18]
↑Geissler EN, Liao M, Brook JD, Martin FH, Zsebo KM, Housman DE, Galli SJ (March 1991). "Stem cell factor (SCF), a novel hematopoietic growth factor and ligand for c-kit tyrosine kinase receptor, maps on human chromosome 12 between 12q14.3 and 12qter". Somat. Cell Mol. Genet.17 (2): 207–14. PMID1707188. doi:10.1007/BF01232978.
↑ 2,02,1Flanagan JG, Chan DC, Leder P (March 1991). "Transmembrane form of the kit ligand growth factor is determined by alternative splicing and is missing in the Sld mutant". Cell64 (5): 1025–35. PMID1705866. doi:10.1016/0092-8674(91)90326-t.
↑Anderson DM, Williams DE, Tushinski R, Gimpel S, Eisenman J, Cannizzaro LA, Aronson M, Croce CM, Huebner K, Cosman D (August 1991). "Alternate splicing of mRNAs encoding human mast cell growth factor and localization of the gene to chromosome 12q22-q24". Cell Growth Differ.2 (8): 373–8. PMID1724381.
↑Wehrle-Haller B (June 2003). "The role of Kit-ligand in melanocyte development and epidermal homeostasis". Pigment Cell Res.16 (3): 287–96. PMID12753403. doi:10.1034/j.1600-0749.2003.00055.x.
↑Rossi P, Sette C, Dolci S, Geremia R (October 2000). "Role of c-kit in mammalian spermatogenesis". J. Endocrinol. Invest.23 (9): 609–15. PMID11079457. doi:10.1007/bf03343784.
↑ 9,09,1Kent D, Copley M, Benz C, Dykstra B, Bowie M, Eaves C (April 2008). "Regulation of hematopoietic stem cells by the steel factor/KIT signaling pathway". Clin. Cancer Res.14 (7): 1926–30. PMID18381929. doi:10.1158/1078-0432.CCR-07-5134.
↑Méndez-Ferrer S, Lucas D, Battista M, Frenette PS (March 2008). "Haematopoietic stem cell release is regulated by circadian oscillations". Nature452 (7186): 442–7. PMID18256599. doi:10.1038/nature06685.
↑Nervi B, Link DC, DiPersio JF (October 2006). "Cytoknes and hematopoietic stem cell mobilization". J. Cell. Biochem.99 (3): 690–705. PMID16888804. doi:10.1002/jcb.21043.
↑Lev S, Yarden Y, Givol D (May 1992). "A recombinant ectodomain of the receptor for the stem cell factor (SCF) retains ligand-induced receptor dimerization and antagonizes SCF-stimulated cellular responses". J. Biol. Chem.267 (15): 10866–73. PMID1375232.
↑Blechman JM, Lev S, Brizzi MF, Leitner O, Pegoraro L, Givol D, Yarden Y (Feb 1993). "Soluble c-kit proteins and antireceptor monoclonal antibodies confine the binding site of the stem cell factor". J. Biol. Chem.268 (6): 4399–406. PMID7680037.
Andrews RG, Briddell RA, Appelbaum FR, McNiece IK (1994). "Stimulation of hematopoiesis in vivo by stem cell factor". Curr. Opin. Hematol.1 (3): 187–96. PMID9371281.
Mroczko B, Szmitkowski M (2004). "Hematopoietic cytokines as tumor markers". Clin. Chem. Lab. Med.42 (12): 1347–54. PMID15576295. doi:10.1515/CCLM.2004.253.
Lev S, Yarden Y, Givol D (1992). "A recombinant ectodomain of the receptor for the stem cell factor (SCF) retains ligand-induced receptor dimerization and antagonizes SCF-stimulated cellular responses". J. Biol. Chem.267 (15): 10866–73. PMID1375232.
Toyota M, Hinoda Y, Itoh F, Tsujisaki M, Imai K, Yachi A (1992). "Expression of two types of kit ligand mRNAs in human tumor cells". Int. J. Hematol.55 (3): 301–4. PMID1379846.
Lu HS, Clogston CL, Wypych J, Parker VP, Lee TD, Swiderek K, Baltera RF, Patel AC, Chang DC, Brankow DW (1992). "Post-translational processing of membrane-associated recombinant human stem cell factor expressed in Chinese hamster ovary cells". Arch. Biochem. Biophys.298 (1): 150–8. PMID1381905. doi:10.1016/0003-9861(92)90106-7.
Sharkey A, Jones DS, Brown KD, Smith SK (1992). "Expression of messenger RNA for kit-ligand in human placenta: localization by in situ hybridization and identification of alternatively spliced variants". Mol. Endocrinol.6 (8): 1235–41. PMID1383693. doi:10.1210/mend.6.8.1383693.
Mathew S, Murty VV, Hunziker W, Chaganti RS (1992). "Subregional mapping of 13 single-copy genes on the long arm of chromosome 12 by fluorescence in situ hybridization". Genomics14 (3): 775–9. PMID1427906. doi:10.1016/S0888-7543(05)80184-3.
Geissler EN, Liao M, Brook JD, Martin FH, Zsebo KM, Housman DE, Galli SJ (1991). "Stem cell factor (SCF), a novel hematopoietic growth factor and ligand for c-kit tyrosine kinase receptor, maps on human chromosome 12 between 12q14.3 and 12qter". Somat. Cell Mol. Genet.17 (2): 207–14. PMID1707188. doi:10.1007/BF01232978.
Anderson DM, Williams DE, Tushinski R, Gimpel S, Eisenman J, Cannizzaro LA, Aronson M, Croce CM, Huebner K, Cosman D (1991). "Alternate splicing of mRNAs encoding human mast cell growth factor and localization of the gene to chromosome 12q22-q24". Cell Growth Differ.2 (8): 373–8. PMID1724381.
Martin FH, Suggs SV, Langley KE, Lu HS, Ting J, Okino KH, Morris CF, McNiece IK, Jacobsen FW, Mendiaz EA (1990). "Primary structure and functional expression of rat and human stem cell factor DNAs". Cell63 (1): 203–11. PMID2208279. doi:10.1016/0092-8674(90)90301-T.
Ramenghi U, Ruggieri L, Dianzani I, Rosso C, Brizzi MF, Camaschella C, Pietsch T, Saglio G (1994). "Human peripheral blood granulocytes and myeloid leukemic cell lines express both transcripts encoding for stem cell factor". Stem Cells12 (5): 521–6. PMID7528592. doi:10.1002/stem.5530120508.
Saito S, Enomoto M, Sakakura S, Ishii Y, Sudo T, Ichijo M (1994). "Localization of stem cell factor (SCF) and c-kit mRNA in human placental tissue and biological effects of SCF on DNA synthesis in primary cultured cytotrophoblasts". Biochem. Biophys. Res. Commun.205 (3): 1762–9. PMID7529021. doi:10.1006/bbrc.1994.2873.
Laitinen M, Rutanen EM, Ritvos O (1995). "Expression of c-kit ligand messenger ribonucleic acids in human ovaries and regulation of their steady state levels by gonadotropins in cultured granulosa-luteal cells". Endocrinology136 (10): 4407–14. PMID7545103. doi:10.1210/endo.136.10.7545103.
Blechman JM, Lev S, Brizzi MF, Leitner O, Pegoraro L, Givol D, Yarden Y (1993). "Soluble c-kit proteins and antireceptor monoclonal antibodies confine the binding site of the stem cell factor". J. Biol. Chem.268 (6): 4399–406. PMID7680037.
