CYTOKINY: FUNKCE, TYPY A RECEPTORY - BIOLOGIE - 2025

Cytokin nebo cytokiny jsou malé signalizační proteiny (někteří autoři se odkazují na tyto jako peptidy), které regulují řadu biologických funkcí, mnoho z nich souvisí s imunitním systémem, krvetvorby, reparaci tkání a buněčné proliferace.

Výraz "cytokin" sdružuje velké množství proteinů, které mají výrazně odlišné strukturální a funkční vlastnosti, a znamená více či méně "faktory produkované buňkami", protože jejich syntéza není omezena na jediný typ buňky v těle.

Proces uvolnění ciokinu (Zdroj: www.scientificaimations.com / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) přes Wikimedia Commons)

Tyto proteiny jsou produkovány a vylučovány ve vysokých koncentracích různými typy buněk u zvířat a mohou ovlivňovat okolní buňky, což je důvod, proč se říká, že vykonávají "parakrinní" signální funkce.

Mohou také působit na dálku tím, že indukují sekreci rozpustných faktorů do krevního řečiště (endokrinní nebo systémová funkce) a mohou dokonce působit přímo na buňku, která je syntetizuje (autokrinní funkce).

Cytokiny jsou považovány za „symboly“ specializovaného jazyka, jehož význam závisí na kontextu, ve kterém jsou vyjádřeny a zasílány z jednoho místa na druhé.

První popsané cytokiny byly lymfokiny, rozpustné produkty produkované lymfocyty v reakci na polyklonální a specifické antigeny; ty představují důležitou skupinu faktorů imunitní odpovědi.

Cytokinové funkce

Cytokiny jsou rozpustné glykoproteiny (nejsou typu imunoglobulinů) malé velikosti (do 40 kDa), které jsou produkovány a uvolňovány různými typy buněk v těle, mohou mít lokální nebo vzdálené působení, které vykazují v maximálních nebo nanomolárních koncentracích.

Komunikace v imunitním systému

Nejvýznamnější funkcí cytokinů je jejich účast na komunikaci mezi různými složkami imunitního systému a výměna informací mezi těmito složkami a ostatními buňkami těla (mezibuněčná signalizace).

Jinými slovy, prakticky všechny imunitní funkce závisí na biologické aktivitě těchto systémových „poslů“.

Cytokiny vykazují celou řadu imunologických funkcí, jak efektorových, tak regulačních, a jejich účinky na úrovni tkání a biologických systémů, ve většině organismů, kde jsou produkovány, mohou být extrémně rozsáhlé a složité.

Jsou tak důležitými imunologickými efektory, že typ cytokinu produkovaného během imunitní odpovědi na jakýkoli stimul zpočátku určuje, zda bude reakce cytotoxická, humorální, buněčná nebo alergická.

Obrana proti virům

Jsou hluboce zapojeni do zánětlivých procesů a v obraně proti infekcím virového původu; účastní se prezentace antigenů, diferenciace kostní dřeně, aktivace a náboru buněk, exprese molekul buněčné adheze atd.

Cytokiny se tedy podílejí nejen na imunitní obraně těla, ale také na „normálních“ fyziologických a metabolických procesech, čímž integrují jak aspekty buněčného, ​​tak organického života.

Růstové faktory

Mnoho autorů se domnívá, že tyto proteiny se chovají jako růstové faktory, protože zástupci, jako je faktor nekrózy nádorů (TNF), lymfokiny, interleukiny a interferony (IFN), se aktivně vztahují k buněčné proliferaci, smrti, diferenciaci a vývoji v různé kontexty těla.

Toto video ukazuje animaci, ve které makrofág napadá bakterie a později uvolňuje cytokiny:

Cytokiny a hormony?

Různí vědci vytvářejí analogii mezi cytokiny a hormony, ale to není zcela správné z několika důležitých důvodů:

- Hormony jsou syntetizovány a uvolňovány vysoce specializovanými tkáněmi, zatímco cytokiny jsou produkovány velkým množstvím různých buněk v těle.

- Hormony jsou primárním syntetickým produktem specializovaných buněk, které je produkují, zatímco cytokiny představují pouze malé množství produktů syntetizovaných buňkou.

- K expresi hormonů dochází v reakci na homeostatické kontrolní signály (některé z nich závisí na cirkadiánním cyklu), ale cytokiny jsou na druhé straně exprimovány pouze tehdy, jsou-li specificky stimulovány událostmi „škodlivými“ pro buněčný život.

Typy cytokinů

Mnoho cytokinů bylo původně popsáno podle jejich hlavních biologických funkcí, ale dnes se vyznačují hlavně svou strukturou, protože mohou vykonávat velkou rozmanitost funkcí, které je obtížné shrnout v krátkém epithetu.

Současná klasifikace těchto proteinů však závisí na několika parametrech: některé byly identifikovány podle „číselného pořadí“ jejich objevu, podle určité funkční aktivity, podle jejich účasti na zánětlivých reakcích, podle jeho primární buněčný původ a podle strukturální podobnosti s jinými příbuznými molekulami.

Členové „nadrodiny“ cytokinů tedy sdílejí charakteristiky, jako jsou sekvenční homologie, reciproční receptorové systémy atd., I když ne nutně strukturální podobnost. Některé rodiny jsou známy:

- rodina TNF - receptory TNF (faktor nádorové nekrózy), který zahrnuje imunoregulační cytokiny, jako je faktor nekrózy nádorů (TNF), lymfotoxiny a některé buněčné ligandy, jako je CD40L (zprostředkovává aktivaci B a T lymfocytů) a FasL nebo CD95 (podporuje programovanou buněčnou smrt).

- rodina receptorů IL-1 / IL-1 (Interleukin), skupina, do které jsou klasifikovány cytokiny IL-lp, IL-la, IL-18, IL-33 a IL-36, jakož i antagonisté receptorů, známý jako IL-1RA, IL-38 a protizánětlivý cytokin IL-37 (zprostředkovává fyziologické a obranné funkce).

- Rodina receptorů IL-1 / IL-1 také zahrnuje Toll-like receptory (TLR), které fungují jako molekuly vrozeného imunitního systému pro rozpoznávání molekulárních vzorců spojených s druhy mikrobiální.

Některé texty související vědecké literatury seskupují cytokiny podle místa produkce do „cytokinů odvozených od mononukleárních fagocytů“ a „cytokinů odvozených od T lymfocytů“. Také je oddělují ve vztahu k reakcím, které zprostředkovávají: cytotoxické (antivirové a protirakovinné), humorální, buněčné nebo alergické; kromě těch, které jsou imunosupresivní.

- Podle zánětlivé reakce

V závislosti na tom, zda podporují zánětlivé reakce nebo reakce, jsou cytokiny klasifikovány na prozánětlivé cytokiny a protizánětlivé cytokiny.

Prozánětlivé cytokiny

Zánět zprostředkovaný těmito cytokiny sestává z kaskády exprese genových produktů, které obvykle nejsou exprimovány u zdravého člověka.

Ačkoli určité endotoxiny a další „zánětlivé“ produkty jsou schopné spustit expresi těchto „prozánětlivých“ genů, cytokiny IL-1 a TNF, a dokonce i interferon IFN-y, jsou při stimulaci zvláště účinné, a proto které jsou považovány za hlavní prozánětlivé cytokiny.

Struktura lidského beta inferteronu (Zdroj: přes Wikimedia Commons)

Bez ohledu na to, zda byl zánětlivý proces spuštěn infekcí, traumatem, ischemií, aktivovanými T buňkami nebo nějakým toxinem, tyto dvě molekuly působí synergicky a iniciují kaskádu zánětlivých mediátorů.

Protizánětlivé cytokiny

Tyto proteiny naopak blokují proces zánětlivé reakce nebo potlačují intenzitu, se kterou se vyskytuje. Součástí této skupiny jsou interleukiny IL-4, IL-10, IL-13 a transformující růstový faktor (TGF) -β (který blokuje produkci IL-1 a TNF).

Existují také IL-6 - produkované B buňkami, T buňkami a monocyty - a IL-11 - produkované stromálními buňkami a fibroblasty.

Na základě výše uvedeného se uvádí, že vývoj nemoci (krátkodobé nebo dlouhodobé) do značné míry závisí na „rovnováze“ mezi účinky prozánětlivých a protizánětlivých cytokinů.

Ve skutečnosti některé výzkumy naznačují, že citlivost na určitá onemocnění je geneticky určena rovnováhou v expresi genů kódujících dva typy cytokinů.

Patologický stav pak progreduje, když protizánětlivé mediátory poskytují kontrolu, která není dostatečná pro blokování prozánětlivé aktivity (u onemocnění kontrolovaných imunitním systémem) nebo když je kontrola přehnaná a končí inhibicí imunitní reakce, což způsobí, že hostitel má riziko systémové infekce.

Přijímače

Nezbytnou součástí funkce jakéhokoli cytokinu je jeho interakce a asociace s párem receptorů (interakce ligand-receptor).

Někteří autoři klasifikují cytokiny podle typu receptoru, ke kterému se váží, což může být:

- typ I (z rodiny hematopoetinů)

- typ II (z rodiny interferonů)

- Rodina receptorů TNF proteinů (faktor nekrózy nádorů)

- receptory IL-1

- Receptory mýtného

- receptory IL-17

- receptory tyrosinkinázy

- Rodina serin kináz receptoru transformujícího růstového faktoru

Typ I (z rodiny hematopoetinů)

Hormony (erytropoetin (EPO), trombopoetin (TPO) a leptin) a cytokiny, jako jsou faktory stimulující kolonie granulocytů (G-CSF), stimulační látky kolonie granulocytů makrofágů (GM-CSF) a interleukiny IL-2 na IL-7, IL-9, IL-11 na IL-13, IL-15, IL-21, IL-23, IL-27, IL- 31 a IL-35.

Tyto cytokiny typu I jsou charakterizovány podobností, kterou sdílejí ve svých sekvencích, protože každý obsahuje čtyři antiparalelní alfa helixy se dvěma spoji nebo smyčkami, jeden krátký a jeden dlouhý, které jsou strukturně "uspořádány" v "up-up konfiguraci". „A„ dolů-dolů “.

Typ II (z rodiny interferonů)

Tyto receptory jsou vázány interferonem IFN-a / P, IFN-y, interleukiny IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, IL-26 a IL-28 na IL- 30.

Jsou to heterodimery složené ze dvou podjednotek známých jako IFNAR1 a IFNAR2, které sdílejí podobnost s některými sekvencemi motivů v receptorech typu I. Pracují hlavně s antivirovými cytokiny.

Receptory IL-1 a Toll (TLR)

Jsou spojeny s odpověďmi vyvolanými interleukinem IL-la / β, IL-18, IL-33 a IL-36 na IL-38.

Serin kinázová rodina transformujících růstových faktorů

Tato rodina cytokinových receptorů souvisí s reakcí proteinů TGF-P1, TGF-P2 a TGF-P3, které jsou produkovány T buňkami, makrofágy a dalšími buňkami v těle.

Reference

1. Borish, LC, a Steinke, JW (2003). 2. Cytokiny a chemokiny. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 111 (2), S460-S475.
2. Cavaillon, JM (1994). Cytokiny a makrofágy. Biomedicine & farmaktherapy, 48 (10), 445-453.
3. Dinarello, CA (2000). Prozánětlivé cytokiny. Chest, 118 (2), 503-508.
4. Nathan, C., & Sporn, M. (1991). Cytokiny v kontextu. The Journal of Cell Biology, 113 (5), 981-986.
5. Opal, SM a DePalo, VA (2000). Protizánětlivé cytokiny. Chest, 117 (4), 1162-1172.
6. O'Shea, JJ, Gadina, M., & Siegel, RM (2019). Cytokiny a receptory cytokinů. V Clinical imunology (pp. 127-155). Pouze úložiště obsahu!