CYTOKINY: FUNKCJE, TYPY I RECEPTORY - BIOLOGIA - 2026

Cytokin lub cytokiny są małe białka sygnałowe (niektórzy autorzy odnoszą się do nich jako peptydy), które regulują wiele funkcji biologicznych, wiele z nich związanych z układem odpornościowym, hematopoezy, naprawy tkanek i proliferacji komórkowej.

Termin „cytokina” obejmuje razem dużą liczbę białek, które mają bardzo różne cechy strukturalne i funkcjonalne, i oznacza mniej więcej „czynniki wytwarzane przez komórki”, ponieważ ich synteza nie jest ograniczona do jednego typu komórki w organizmie.

Proces wydawania Ciokine (źródło: www.scientificaimations.com / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Białka te są wytwarzane i wydzielane w dużych stężeniach przez różne typy komórek zwierząt i mogą wpływać na pobliskie komórki, dlatego mówi się, że pełnią one „parakrynne” funkcje sygnalizacyjne.

Mogą również działać zdalnie, indukując wydzielanie rozpuszczalnych czynników do krwiobiegu (funkcja endokrynologiczna lub ogólnoustrojowa), a nawet mogą działać bezpośrednio na komórkę, która je syntetyzuje (funkcja autokrynna).

Cytokiny są postrzegane jako „symbole” wyspecjalizowanego języka, którego znaczenie zależy od kontekstu, w jakim są wyrażane i przesyłane z jednego miejsca do drugiego.

Pierwszymi opisanymi cytokinami były limfokiny, rozpuszczalne produkty wytwarzane przez limfocyty w odpowiedzi na poliklonalne i specyficzne antygeny; stanowią one ważną grupę czynników odpowiedzi immunologicznej.

Funkcje cytokin

Cytokiny to rozpuszczalne glikoproteiny (nie są typu immunoglobulin) o niewielkich rozmiarach (do 40 kDa), które są produkowane i uwalniane przez różne typy komórek w organizmie, mogą mieć lokalne lub zdalne działania, które wywierają w szczytowych lub nanomolowych stężeniach.

Komunikacja w układzie odpornościowym

Najbardziej godną uwagi funkcją cytokin jest ich udział w komunikacji między różnymi składnikami układu odpornościowego i wymianie informacji pomiędzy tymi składnikami a innymi komórkami organizmu (sygnalizacja międzykomórkowa).

Innymi słowy, praktycznie wszystkie funkcje odpornościowe zależą od aktywności biologicznej tych systemowych „posłańców”.

Cytokiny wykazują szeroki zakres funkcji immunologicznych, zarówno efektorowych, jak i regulatorowych, a ich działanie na poziomie tkanek i układów biologicznych, w większości organizmów, w których są produkowane, może być niezwykle rozległe i złożone.

Są tak ważnymi efektorami immunologicznymi, że rodzaj cytokiny wytwarzanej podczas odpowiedzi immunologicznej na jakikolwiek bodziec początkowo określa, czy odpowiedź będzie cytotoksyczna, humoralna, komórkowa czy alergiczna.

Ochrona przed wirusami

Są głęboko zaangażowani w procesy zapalne i obronę przed infekcjami pochodzenia wirusowego; uczestniczą w prezentacji antygenów, w różnicowaniu szpiku kostnego, w aktywacji i rekrutacji komórek, w ekspresji cząsteczek adhezji komórkowej itp.

Zatem cytokiny nie tylko uczestniczą w obronie immunologicznej organizmu, ale także w „normalnych” procesach fizjologicznych i metabolicznych, integrując tym samym oba aspekty życia komórkowego i organicznego.

Czynniki wzrostowe

Wielu autorów uważa, że ​​białka te zachowują się jak czynniki wzrostu, ponieważ przedstawiciele tacy jak czynnik martwicy nowotworu (TNF), limfokiny, interleukiny i interferony (IFN) są aktywnie związane z proliferacją, śmiercią, różnicowaniem i rozwojem komórek różne konteksty ciała.

Ten film przedstawia animację, w której makrofag połyka bakterie, a później uwalnia cytokiny:

Cytokiny i hormony?

Różni naukowcy dokonują analogii między cytokinami i hormonami, ale nie jest to całkowicie poprawne z kilku ważnych powodów:

- Hormony są syntetyzowane i uwalniane przez wysoce wyspecjalizowane tkanki, podczas gdy cytokiny są wytwarzane przez wiele różnych komórek organizmu.

- Hormony są głównym produktem syntetycznym wyspecjalizowanych komórek, które je wytwarzają, podczas gdy cytokiny stanowią jedynie niewielką ilość produktów syntetyzowanych przez komórkę.

- Ekspresja hormonów następuje w odpowiedzi na homeostatyczne sygnały kontrolne (niektóre z nich zależą od cyklu okołodobowego), ale cytokiny ulegają ekspresji tylko wtedy, gdy są specyficznie stymulowane przez zdarzenia „szkodliwe” dla życia komórki.

Rodzaje cytokin

Wiele cytokin zostało początkowo opisanych zgodnie z ich głównymi funkcjami biologicznymi, ale dziś charakteryzują się one głównie strukturą, ponieważ mogą pełnić bardzo różnorodne funkcje, które trudno podsumować krótkim epitetem.

Jednak obecna klasyfikacja tych białek zależy od kilku parametrów: niektóre zostały zidentyfikowane zgodnie z „kolejnością numeryczną” ich odkrycia, według pewnej aktywności funkcjonalnej, według ich udziału w odpowiedziach zapalnych, zgodnie z jego pierwotne pochodzenie komórkowe i zgodnie z podobieństwem strukturalnym do innych pokrewnych cząsteczek.

Tak więc członkowie „nadrodziny” cytokin mają wspólne cechy, takie jak homologie sekwencji, wzajemne systemy receptorów itp., Chociaż niekoniecznie podobieństwo strukturalne. Niektóre rodziny są znane:

- Rodzina TNF - receptory TNF (czynnik martwicy nowotworu), która obejmuje cytokiny immunoregulacyjne, takie jak czynnik martwicy nowotworów (TNF), limfotoksyny i niektóre ligandy komórkowe, takie jak CD40L (pośredniczy w aktywacji limfocytów B i T ) i FasL lub CD95 (promuje programowaną śmierć komórki).

- Rodzina receptorów IL-1 / IL-1 (Interleukin), grupa, do której sklasyfikowano cytokiny IL-1β, IL-1α, IL-18, IL-33 i IL-36, a także antagonistów receptorów, znany jako IL-1RA, IL-38 i cytokina przeciwzapalna IL-37 (pośredniczy w funkcjach fizjologicznych i obronnych).

- Rodzina receptorów IL-1 / IL-1 obejmuje również receptory Toll-like (TLR), które działają jako cząsteczki wrodzonego układu odpornościowego w rozpoznawaniu wzorców molekularnych związanych z gatunkami mikrobiologiczny.

Niektóre teksty pokrewnej literatury naukowej grupują cytokiny według miejsca ich produkcji na „cytokiny pochodzące z jednojądrzastych fagocytów” i „cytokiny pochodzące z limfocytów T”. Oddzielają je również pod względem odpowiedzi, w których pośredniczą: cytotoksyczne (przeciwwirusowe i przeciwnowotworowe), humoralne, komórkowe lub alergiczne; oprócz tych, które są immunosupresyjne.

- Zgodnie z odpowiedzią zapalną

W zależności od tego, czy promują reakcje lub odpowiedzi zapalne, cytokiny dzieli się na cytokiny prozapalne i cytokiny przeciwzapalne.

Cytokiny prozapalne

Zapalenie, w którym pośredniczą te cytokiny, składa się z kaskady ekspresji produktów genowych, które zwykle nie są wyrażane u zdrowego człowieka.

Chociaż niektóre endotoksyny i inne produkty „zapalne” są zdolne do wyzwalania ekspresji tych genów „prozapalnych”, cytokiny IL-1 i TNF, a nawet interferon IFN-γ, są szczególnie skuteczne w ich stymulacji, dlatego też które są uważane za główne cytokiny prozapalne.

Struktura ludzkiego beta inferteronu (źródło: za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Niezależnie od tego, czy proces zapalny został wywołany przez infekcję, uraz, niedokrwienie, aktywowane limfocyty T czy jakąś toksynę, te dwie cząsteczki działają synergistycznie, inicjując kaskadę mediatorów zapalenia.

Cytokiny przeciwzapalne

Wręcz przeciwnie, białka te blokują proces odpowiedzi zapalnej lub tłumią intensywność, z jaką ona zachodzi. Częścią tej grupy są interleukiny IL-4, IL-10, IL-13 oraz transformujący czynnik wzrostu (TGF) -β (który blokuje produkcję IL-1 i TNF).

Istnieje również IL-6 - wytwarzana przez limfocyty B, limfocyty T i monocyty - oraz IL-11 - wytwarzana przez komórki zrębowe i fibroblasty.

W związku z powyższym stwierdza się, że rozwój choroby (w krótkim lub długim okresie) zależy w dużej mierze od „równowagi” między działaniem cytokin prozapalnych i przeciwzapalnych.

W rzeczywistości niektóre badania sugerują, że podatność na niektóre choroby jest genetycznie determinowana przez równowagę w ekspresji genów kodujących dwa typy cytokin.

Stan patologiczny postępuje zatem, gdy mediatory przeciwzapalne zapewniają kontrolę, która nie jest wystarczająca do blokowania aktywności prozapalnej (w chorobach kontrolowanych przez układ odpornościowy) lub gdy kontrola jest przesadzona i kończy się zahamowaniem odpowiedzi immunologicznej, powodując, że gospodarz ma ryzyko infekcji ogólnoustrojowej.

Odbiorcy

Istotną częścią funkcji każdej cytokiny jest jej interakcja i powiązanie z parą receptora (interakcja ligand-receptor).

Niektórzy autorzy klasyfikują cytokiny według typu receptora, z którym się wiążą, którymi mogą być:

- Typ I (z rodziny hematopoetyny)

- Typ II (z rodziny interferonów)

- rodzina receptorów białek TNF (czynnik martwicy nowotworów)

- receptory IL-1

- Receptory płatne

- receptory IL-17

- Receptory kinazy tyrozynowej

- Rodzina kinaz serynowych receptora transformującego czynnika wzrostu

Typ I (z rodziny hematopoetyny)

Hormony (erytropoetyna (EPO), trombopoetyna (TPO) i leptyna) i cytokiny, takie jak czynniki stymulujące tworzenie kolonii granulocytów (G-CSF), czynniki stymulujące kolonie granulocytów makrofagów (GM-CSF) i interleukiny IL-2 do IL-7, IL-9, IL-11 do IL-13, IL-15, IL-21, IL-23, IL-27, IL- 31 i IL-35.

Te cytokiny „typu I” charakteryzują się podobieństwem, jakie dzielą w swoich sekwencjach, ponieważ każda zawiera cztery antyrównoległe helisy alfa z dwoma połączeniami lub pętlami, jednym krótkim i jednym długim, które są strukturalnie „ułożone” w konfiguracji „góra-up”. ”I„ w dół ”.

Typ II (z rodziny interferonów)

Te receptory są wiązane przez interferon IFN-α / β, IFN-γ, interleukiny IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, IL-26 i IL-28 z IL- 30.

Są to heterodimery złożone z dwóch podjednostek zwanych IFNAR1 i IFNAR2, które mają podobieństwo z niektórymi sekwencjami motywów w receptorach typu I. Działają głównie z cytokinami przeciwwirusowymi.

IL-1 i receptory Toll-like (TLR)

Są one związane z odpowiedziami wyzwalanymi przez interleukinę IL-1α / β, IL-18, IL-33 i IL-36 na IL-38.

Rodzina kinaz serynowych receptora transformującego czynnika wzrostu

Ta rodzina receptorów cytokin jest związana z odpowiedzią białek TGF-β1, TGF-β2 i TGF-β3, które są wytwarzane przez limfocyty T, makrofagi i inne komórki organizmu.

Bibliografia

1. Borish, LC i Steinke, JW (2003). 2. Cytokiny i chemokiny. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 111 (2), S460-S475.
2. Cavaillon, JM (1994). Cytokiny i makrofagi. Biomedycyna i farmakoterapia, 48 (10), 445-453.
3. Dinarello, Kalifornia (2000). Cytokiny prozapalne. Klatka piersiowa, 118 (2), 503-508.
4. Nathan, C. i Sporn, M. (1991). Cytokiny w kontekście. The Journal of cell biology, 113 (5), 981-986.
5. Opal, SM i DePalo, VA (2000). Cytokiny przeciwzapalne. Skrzynia, 117 (4), 1162-1172.
6. O'Shea, JJ, Gadina, M. i Siegel, RM (2019). Cytokiny i receptory cytokin. W immunologii klinicznej (str. 127-155). Tylko repozytorium treści!