oCYTOKINY (z gr. citos - komórka i kinesia - ruch) to małe antygenowo, rozpuszczalne, nieswoiste cząsteczki białkowe (często glikoproteiny lub peptydy) za pomocą których komórki nawzajem wpływają na siebie. Regulują reakcje odpowiedzi immunologicznej, reakcje zapalne i procesy naprawy tkanek.
oCytokiny tworzą sieć złożonych połączeń między komórkami.
*Cytokiny regulują ważne procesy biologiczne. Cytokiny SA to białka ( najczęściej glikoproteiny ) o stosunkowo niskiej masie cząsteczkowej, często złożone z jednego łańcucha. Regulują wszystkie ważne procesy biologiczne – wzrost komórki, jej aktywację, proces zapalenia, odporność, naprawę tkanek, włóknienie i morfogenezę. Niektóre cytokiny są także czynnikami chemotaktycznymi dla określonych typów komórek i noszą nazwę „chemokin” .Pomimo, iż cytokiny określa się jako „rodzinę”, jest to pojęcie bardziej czynnościowe niż strukturalne; białka te bowiem nie są spokrewnione chemicznie.
oNajpierw cytokiny nazywano limfokinami (uwalniane przez limfocyty) lub monokinami (wytwarzane przez komórki linii mieloidalnej).
oNastępnie został wprowadzony termin „interleukiny” w nadziei usystematyzowania (umożliwiają komunikację leukocytów między sobą)
oNajbardziej celne – „cytokiny”.
*
Termin „limfokiny” pierwotnie odnosił się do mediatorów uwalnianych przez limfocyty. Termin „interleukiny” był wprowadzony w nadziei, że przez ponumerowanie tych mediatorów ( interlukina-1, interleukina-2 itd.), powstanie uniwersalna nomenklatura. Jest to mylące, ponieważ oznacza, że to mediatory działają tylko jako sygnały pomiędzy krwinkami białymi: chociaż wiele z nich naprawdę wykazuje te czynność, większość posiada również funkcje, które całkowicie pomijają leukocyty. Najlepsze terminy to „cytokiny”, gdyż można go użyć w odniesieniu do każdego mediatora działającego jako sygnał pomiędzy komórkami jakiegokolwiek typu.
Dużo zamieszania wokół nomenklatury wynika z faktu, że cytokiny są wielofunkcjonalne. Tak więc wiele cytokin zostało odkrytych niezależnie w kilku różnych laboratoriach, pracujących z całkowicie różnymi układami doświadczalnymi.
Diagram u dołu przedstawia historię odkryć interleukin. Przedstawiono daty sklonowania genów kodujących poszczególne interleukiny
GŁÓWNE WŁAŚCIWOŚCI BIOLOGICZNE :
oUwalnianie cytokin zachodzi szybko (prawie natychmiast po zadziałaniu bodźca) i jest samoograniczające, a ilość uwalnianych cytokin jest proporcjonalna do siły bodźca działającego na komórkę
oPoszczególne cytokiny są produkowane i uwalniane przez wiele różnych rodzajów komórek (przykładowo: niemal wszystkie komórki organizmu mogą produkować i uwalniać TNF α, wiele typów komórek uwalnia IL-1).
oCytokiny działają na wiele rodzajów komórek posiadających receptory błonowe dla cytokin (jedna cytokina może działać na wiele rodzajów komórek, które posiadają w błonie komórkowej receptor dla tej cytokiny) – efekt plejotropowy.
oRóżne cytokiny mogą z różnym powinowactwem wiązać się do jednego typu receptora w obrębie rodziny receptorów i wywoływać taki sam efekt pobudzenia komórki – redundancja.
oCytokiny pełnią wiele różnych i niepowiązanych funkcji, często nakładających się na siebie i wzajemnie antagonistycznych lub synergicznych. Wykazują również działanie w układach pętli sprzężeń zwrotnych.
*Przykładem antagonistycznego działania jest również Il-4 i IfN Gamma na podukcje IGE.
Niektóre cytokiny, np. Il-2 i INF gamma dziłają synergistycznie aby zwiększyć aktywację komórki.
oWykazują działanie kaskadowe. Cytokiny współdziałają ze sobą (jedna cytokina jest „jednym słowem w zdaniu wielokrotnie złożonym”).
*Cytokiny nie działają pojedyńczo in vivo. Być może każdą cytokinę powinno się rozważać jako pojedyńcze słowo w zdaniu cytokin. Każda komórka odpowiada na całe zdanie i może być ważne nawet następstwo na ekspozyji na te mediatory.
oDo tych efektów należy jeszcze dodać możliwość działania cytokin na komórkę je wytwarzającą (działanie autokrynowe), na inną komórkę położoną w pobliżu (parakrynowe) oraz na oddalone komórki organizmu poprzez układ krwionośny (endokrynowe).
RECEPTORY DLA CYTOKIN
oZnamienną cechą receptorów dla cytokin jest to, że ich zewnątrzkomórkowe fragmenty zbudowane są z charakterystycznych domen.
oDrugą charakterystyczną cechą receptorów dla cytokin jest obecność domen wewnątrzkomórkowych, które są bezpośrednio odpowiedzialne za inicjowanie sygnałów w komórce.
Receptory te można podzielić na 5 różnych typów:
oreceptory o budowie Ig-podobnej
oreceptory cytokin klasy I ( receptory dla hematopoetyn)
oreceptory dla cytokin klasy II ( receptory dla interferonów ) oraz rodziny IL-10
oreceptory dla cząstek nadrodziny TNF
oreceptory sprzężone z białkami G ( dla chemokin ).
*Typ I charakteryzuje immunogluobulinopodobna struktura zewnątrzbłonowej domeny, Typ II wykazuje obecność cysteiny w domenie pozakomórkowej oraz tryptofanu i seryny (IIA) oraz dodatkowo domeny immunoglobulinopodobnej (typ IIB)
Typ III receptorów interleukin cechuje podobna struktura jak typ II ale bez tryptofanu i seryny
oReceptory, które tylko raz przenikają błonę komórkową, muszą ulec di- lub trimeryzacji, zanim rozpoczną przekazywanie sygnałów. Dopiero wówczas w wyniku zbliżenia się do siebie cytoplazmatycznych odcinków receptorów, dochodzi do zainicjowania przekazywania sygnałów na skutek wzajemnej fosforylacji tych odcinków lub białek z nimi związanych.
oMożliwość tworzenia heterodimerów - redundancja
oReceptory, które wielokrotnie przechodzą przez błonę komórkową – receptory związane z białkami G - mają postać a-helisy siedmiokrotnie przebijającej błonę. Po związaniu ligandu z zewnątrzkomórkową częścią receptora dochodzi do zmiany konformacji jego części wewnątrzkomórkowej, co umożliwia oddziaływanie z białkiem G
*ma mianowicie postać a-helisy siedmiokrotnie przebijającej dwuwarstwową błonę białkowo-lipidową. Po związaniu się substancji sygnalizacyjnej z zewnątrzkomórkową częścią receptora dochodzi do zmiany konformacji jego części wewnątrzkomórkowej, co umożliwia oddziaływanie z białkiem G. Najbardziej znanym receptorem o takiej budowie jest receptor b2, lecz podobnie zbudowane są też inne receptory adrenergiczne, większość cholinergicznych, receptory histaminowe i wiele innych.
Wszystkie białka G mają podobnie, jak receptory z nimi związane identyczny plan budowy i tworzą rodzinę trójpodjednostkowych, homologicznych białek wiążących i hydrolizujących GTP. Złożone są mianowicie z 3 podjednostek: a, b i g. Klasyfikacja białek G zaproponowana przez Heplera i Gilmana oparta jest na właściwościach podjednostki a. Zgodnie z tym podziałem wyróżnia się cztery typy białek G: Gs, Gi, Gq i G12.
Nie wdając się w szczegółowe różnice pomiędzy tymi typami stwierdzić można, że podjednostka a w stanie niepobudzonym połączona jest z cząsteczką GDP, co powoduje, że białko G jako całość jest nieaktywne (o czym była mowa w poprzedniej części tego opracowania). Związanie ligandu przez receptor prowadzi do wymiany cząsteczki GDP na GTP. Powoduje to rozpad białka G na dwie składowe – kompleksy a-GTP i bg, które mogą swobodnie dyfundować w płaszczyźnie błony komórkowej. Oba powstałe kompleksy, które są aktywne, oddziaływać mogą z kolei z innymi cząsteczkami białkowymi, rozlokowanymi w błonie komórkowej, a te przenoszą sygnał jeszcze dalej do ostatecznych miejsc przeznaczenia, tworząc opisywane w poprzednim odcinku kaskady sygnalizacyjne.
PRZEKAZYWANIE SYGNAŁU
oAktywowanie szlaku przekazywania sygnału za pomocą kinaz tyrozynowych JAK (Janus kinases) oraz białek STAT (signal transducers and activators of transcription)
oWiele receptorów ma zdolność aktywacji także innych szlaków: między innymi szlaki GTPaz i kinaz MAP, kinazy tyrozynowe z rodziny Src- i Tec – podobnych oraz kinazy 3-fosfatydyloinozytolu
*STAT po aktywacji po aktywacji komórki tworzą dimery i przemieszczają się do jądra działając jako czynniki transkrypcyjne. Związanie się cytokin z receptorami w błonie komórkowej prowadzi do uaktywnienia w komórce szlaków przekazywania sygnału. Uczestniczą tu między innymi szlaki GTPaz i kinaz MAP, kinazy tyrozynowe z rodziny Src- i Tec – podobnych oraz kinazy 3-fosfatydyloinozytolu. Jednakże ogromna większość cytokin ma wspólna cechę aktywowania szlaku przekazywania sygnału za pomocą kinaz tyrozynowych oraz białek STAT. Te ostatnie po aktywacji komórki tworzą dimery i przemieszczają się do jądra działając jako czynniki transkrypcyjne.
INHIBICJA CYTOKIN
oMożliwe 3 drogi in vivo.
Trzy typy inhibitora cytokin.
1. Cząsteczki homologiczne do cytokin i zdolne do wiązania z jej receptorem bez doprowadzenia do transdukcji sygnału, działają jak konkurencyjne inhibitory. Gen dla inhibitora IL-1 tego typu został sklonowany. Hamująco działać mogą również odmiany glikozylacji różnych mediatorów.
2. Domeny wewnątrzkomórkowe receptorów TNF i IL-1 mogą ulec złuszczeniu. Wiążą swoją cytokinę w fazie płynnej i w ten sposób uniemożliwiają jej dostęp do receptorów na błonach komórkowych.
3. Inne mediatory, działające przez zupełnie inne receptory, mogą wywierać przeciwstawne efekty na komórkę.
PODZIAŁ CYTOKIN:
IL-1 – cała rodzina, obejmująca 10 cząsteczek
oPoprzednie nazwy: pirogen endogenny, czynnik
aktywujący limf. B i T, czynnik aktywujący osteoklasty
Wydzielana głównie przez monocyty i makrofagi, a jednym z najefektywniejszych induktorów jej wydzielania jest LPS
Zakres działania (Większość opisywanych właściwości dotyczy IL-1b):
nSynteza IL-2 i IL-2R przez limfocyty T :
· Pobudzanie wytwarzania IFN-g przez limf. T i IL-6 przez makrofagi, kom. śródbłonka i fibroblasty
· Wpływ na proliferację i wytwarzanie przeciwciał przez limfocyty B
· Wydzielanie przez różne komórki CSF
· Rozwój reakcji zapalnej: chemotaksja neutrofilów i monocytów, uwalnianie histaminy przez bazofile, degranulacja eozynofilów i produkcja prostaglandyn, wzrost przepuszczalności śródbłonka
· OUN: Wzrost temp. ciała, senność, jadłowstręt
· Pobudzanie syntezy białek ostrej fazy w wątrobie
IL-2 – zwana poprzednio czynnikiem wzrostowym limfocytów T
oUwalniana przede wszystkim przez limfocyty Th (głównie Th1), a w mniejszym stopniu przez limfocyty cytotoksyczne, które rozpoznały antygen poprzez TCR
oEkspresja jest wzmagana przez sygnał kostymulujący z CD28
Funkcje:
· Pobudzanie proliferacji limfocytów T cytotoksycznych CD8+, szczególnie tych które niedawno rozpoznały antygen
· Czynnik wzrostu dla Th, komórek NK, Treg
· Indukuje wydzielanie cytokin: IFN-g, limfotoksyn, IL-2 i IL-6
· Proliferacja i różnicowanie limfocytów B w kooperacji z IL-4 i IL-5
· IL-2 jest jednym z kluczowych mediatorów w chorobach z autoagresji
IL-3:
· Szpik – stymuluje krwiotworzenie, potęguje ten proces w sytuacjach wzmożone reaktywności immunologicznej
· Bazofile i eozynofile – aktywacja i proliferacja,
IL-4 – pierwotnie nazywana czynnikiem stymulującym limf. B, wytwarzana przez limfocyty Th (głównie Th2):
· Limfocyty B – proliferacja, różnicowanie, ekspresja cz. MHC I i II,
· Odporność przeciwpasożytnicza (IgE),
· Proliferacja kom tucznych,
· Th0 → Th2,
IL-5 – wytwarzana przez limfocyty Th (głównie Th2)
•Uwalnianie histaminy z komórki tucznej,
•Wytwarzanie przeciwciał przez limf B,
•Profileracja i różnicowanie bazofili i eozynofili, działanie chemotaktyczne
...
ludi.lg