CITOKINI: KARAKTERISTIKE, VRSTE, FUNKCIJE, PRIMJERI - BIOLOGIJA

Citokin ili citokini su proteini ili glikoproteini topljivi signalizaciju dobiven s nekoliko tipova stanica u tijelu, posebno stanice imunološkog sustava u leukocitima: neutrofili, monociti, makrofagi i limfociti (B-stanice i T-stanice).

Za razliku od drugih specifičnih faktora vezivanja receptora koji pokreću duge i složene kaskade signala koje često uključuju sekvence proteina kinaza (na primjer ciklički AMP put), citokini imaju više izravnih učinaka.

Struktura rekombinantnog ljudskog citokina poznatog kao Interferon alfa (Izvor: Nevit Dilmen via Wikimedia Commons)

Ti se topivi čimbenici vežu na receptore koji izravno aktiviraju proteine koji imaju izravnu funkciju u transkripciji gena, jer su sposobni ući u jezgro i stimulirati transkripciju određenog skupa gena.

Prvi citokini otkriveni su prije više od 60 godina. Međutim, molekularna karakterizacija mnogih od njih bila je nešto kasnije. Neuralni faktor rasta, interferon i interleukin 1 (IL-1) bili su prvi opisani citokini.

Naziv "citokin" općeniti je pojam, ali u literaturi se razlikuju stanice koje ih proizvode. Dakle, postoje limfokini (proizvedeni od limfocita), monokini (proizvedeni monocitima), interleukini (proizvedeni od leukocita i koji djeluju na ostale leukocite) itd.

Osobito su obilne u kralježnjaka, ali njihovo postojanje utvrđeno je kod nekih beskralješnjaka. Na primjer, u tijelu sisavca oni mogu imati aditivne, sinergističke, antagonističke funkcije ili se mogu međusobno čak aktivirati.

Mogu imati autokrino djelovanje, odnosno djeluju na istu stanicu koja ih proizvodi; ili parakrin, što znači da ih proizvodi jedna vrsta stanica i djeluju na druge oko njih.

Karakteristike i struktura

Svi citokini su "pleiotropni", odnosno imaju više funkcija u više stanica. To je zato što se receptori koji reagiraju na ove proteine eksprimiraju u mnogo različitih vrsta stanica.

Utvrđeno je da postoji neko funkcionalno suvišno stanje između mnogih njih, budući da nekoliko vrsta citokina može imati konvergentne biološke učinke, pa se pretpostavlja da je to povezano s sličnošću sekvenci u njihovim receptorima.

Kao i mnogi glasnici u staničnim signalnim procesima, citokini imaju snažna djelovanja u vrlo niskim koncentracijama, toliko niskim da mogu biti u nanomolarnom i femtomolarnom rasponu zahvaljujući činjenici da su njihovi receptori izuzetno povezani s njima.

Neki citokini djeluju kao dio "kaskade" citokina. Odnosno, uobičajeno je da djeluju u sinergiji, a njihova regulacija često ovisi o drugim inhibitornim citokinima i dodatnim regulatornim čimbenicima.

Ekspresija gena za kodiranje citokina

Neki citokini potiču iz gena konstitutivne ekspresije jer je, primjerice, potrebno održavati konstantnu razinu hematopoeze.

Neki od tih konstitutivno ekspresivnih proteina su eritropoetin, interleukin 6 (IL-6) i određeni faktori koji stimuliraju rast staničnih kolonija koji doprinose diferencijaciji mnogih bijelih stanica.

Ostali citokini unaprijed su sintetizirani i pohranjeni kao citosolne granule, membranski proteini ili su složeni s vezivnim proteinima na staničnoj površini ili izvanstaničnom matriksu.

Mnogi molekularni podražaji pozitivno reguliraju ekspresiju gena koji kodiraju citokine. Postoje neke od ovih molekula koje povećavaju ekspresiju gena drugih citokina, a postoje i mnoge koje imaju inhibitorne funkcije koje ograničavaju djelovanje drugih citokina.

Kontrola obradom

Funkcija citokina također se kontrolira preradom oblika prekursora ovih proteina. Mnogi od njih u početku se proizvode kao integralni proteini aktivne membrane kojima je potrebno proteolitičko cijepanje da bi postali topljivi čimbenici.

Primjeri citokina pod ovom vrstom kontrole proizvodnje su epidermalni faktor rasta EGF (od engleskog „E pidermal G rowth F act“), faktor rasta tumora TGF (od engleskog „T umoralni G redak F akter“), interleukin 1β (IL-1β) i faktor nekroze tumora TNFα (od engleskog "Tumor N ecrosis F act").

Ostali citokini se izlučuju kao neaktivni prekursori koji se moraju enzimski obrađivati kako bi se aktivirali, a neki enzimi odgovorni za ovu obradu određenih citokina uključuju proteine iz porodice cistein proteaza kaspaza.

Strukturni pregled

Citokini mogu imati vrlo promjenjivu težinu, tako da je raspon definiran između oko 6 kDa i 70 kDa.

Ovi proteini posjeduju vrlo promjenjive strukture, pa se mogu sastojati od alfa-spiralnih bačvi, složenih struktura paralelnih ili antiparalnih β presavijenih listova itd.

vrste

Postoji nekoliko vrsta obitelji citokina, a broj i dalje raste s obzirom na veliku raznolikost proteina sa sličnim funkcijama i karakteristikama koje se svakodnevno otkrivaju u znanstvenom svijetu.

Njegova nomenklatura je daleko od bilo kakvog sustavnog odnosa, budući da se njezina identifikacija temeljila na različitim parametrima: podrijetlu, početnom biološkom ispitivanju koje ga je definiralo i njegovim funkcijama, među ostalim.

Postojeći konsenzus za klasifikaciju citokina u osnovi se temelji na strukturi njihovih receptorskih proteina koji su sadržani u malom broju obitelji s vrlo očuvanim karakteristikama. Dakle, postoji šest obitelji citokinskih receptora koji su grupirani prema sličnosti u slijedu njihovih citosolnih dijelova:

Receptori tipa I (hematopoetinski receptori): uključuju citokine interleukin 6R i 12 R (IL-6R i IL-12R) i ostale čimbenike koji sudjeluju u stimulaciji formiranja staničnih kolonija. Oni imaju svoj učinak na aktivaciju B i T stanica.
Receptori tipa II (interferonski receptori): Ovi citokini imaju antivirusne funkcije i receptori su povezani s fibronektinskim proteinima.
TNF receptori (Tumor Necrosis Factor, engleski "T umor N ecrosis F act"): su "proupalni" citokini među kojima su faktori poznati kao p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 i drugi.
Toll / IL-1 receptori: Ova obitelj ima mnogo protuupalnih interleukina, a njeni receptori općenito imaju regije bogate leucinom u svojim izvanćelijskim segmentima.
Receptori tirozin kinaze: u ovoj obitelji postoji mnogo citokina s funkcijama faktora rasta, poput faktora rasta tumora (TGF) i drugih proteina koji potiču stvaranje staničnih kolonija.
Receptori hemokina: citokini ove obitelji imaju u osnovi kemotaktičke funkcije i njihovi receptori imaju više od 6 transmembranskih segmenata.

Receptori za citokine mogu biti topljivi ili vezani za membranu. Topljivi receptori mogu regulirati aktivnost tih proteina, djelujući kao agonisti ili antagonisti u procesu signalizacije.

Mnogi citokini koriste topljive receptore, uključujući različite vrste interleukina (IL), živčane faktore rasta (NGF), faktore rasta tumora (TGF) i druge.

Značajke

Važno je zapamtiti da citokini djeluju kao kemijski glasnici između stanica, ali ne baš kao molekularni efektori, jer su neophodni za aktiviranje ili inhibiranje funkcije specifičnih efektora.

Jedna od "objedinjujućih" funkcionalnih karakteristika citokina je njihovo sudjelovanje u obrani tijela, što je sažeto kao "regulacija imunološkog sustava", što je posebno važno za sisavce i mnoge druge životinje.

Sudjeluju u kontroli razvoja hematopoeze, u međućelijskim komunikacijskim procesima i u reakcijama tijela na zarazne uzročnike i upalne podražaje.

Budući da se obično nalaze u niskim koncentracijama, kvantifikacija koncentracije citokina u tkivima ili tjelesnim tekućinama koristi se kao biomarker za predviđanje napretka bolesti i praćenje učinaka lijekova koji se daju pacijentima. bolesni bolesnici.

Općenito se koriste kao markeri upalnih bolesti, uključujući odbacivanje implantata, Alzheimerovu bolest, astmu, arteriosklerozu, rak debelog crijeva i druge karcinome općenito, depresiju, neke bolesti srca i virusa, Parkinsonove bolesti, sepsa, oštećenje jetre itd.

Gdje su pronađeni?

Većina citokina izlučuje stanice. Drugi se mogu izraziti u plazma membrani, a ima i onih koji ostaju u onome što bi se moglo smatrati "rezervom" u prostoru koji sadrži ekstracelularni matriks.

Kako djeluju?

Kao što je spomenuto, citokini imaju in vivo učinke koji ovise o okolini u kojoj se nalaze. Njegovo djelovanje događa se putem signalnih kaskada i interakcijskih mreža koje uključuju druge citokine i druge čimbenike različite kemijske prirode.

Obično sudjeluju u interakciji s receptorom koji ima ciljni protein koji se aktivira ili inhibira nakon njegove povezanosti, a koji ima sposobnost da djeluje izravno ili neizravno kao faktor transkripcije na određene gene.

Primjeri nekih citokina

IL-1 ili interleukin 1

Poznat je i kao faktor koji aktivira limfocite (LAF), endogeni pirogen (EP), endogeni leukocitni mediator (EML), katabolin ili mononuklearni ćelijski faktor (MCF).

Ima mnoge biološke funkcije na mnogim tipovima stanica, posebno B, T i monocitima. Potiče hipotenziju, vrućicu, gubitak težine i druge reakcije. Izlučuju ga monociti, tkivni makrofagi, Langerhansove stanice, dendritičke stanice, limfoidne stanice i mnogi drugi.

IL-3

Ima druga imena poput faktora rasta mastocita (MCGF), faktora stimuliranja višestrukih kolonija (multi-CSF), faktora rasta hematopoetskih stanica (HCGF) i drugih.

Ima važne funkcije u poticanju stvaranja u koloni eritrocita, megakariocita, neutrofila, eozinofila, bazofila, mastocita i ostalih stanica monocitnih rodova.

Sintetizira se prvenstveno aktiviranim T stanicama, mastocitima i eozinofilima.

angiostatin

Nastaje iz plazminogena i citokin je inhibitorom angiogeneze, što mu daje moćan blokator neovaskularizacije i rasta metastaza tumora in vivo. Nastaje proteolitičkim cijepanjem plazminogena posredovanim prisutnošću karcinoma.

Faktor rasta epiderme

Djeluje tako što stimulira rast epitelnih stanica, ubrzava nastanak zuba i otvaranje očiju kod miševa. Uz to, djeluje u inhibiranju izlučivanja želučane kiseline i sudjeluje u zacjeljivanju rana.

Reference

Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Bitna stanična biologija. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
Dinarello, C. (2000). Proupalni citokini. ŠESTA, 118 (2), 503–508.
Fitzgerald, K., O'Neill, L., Gearing, A., & Callard, R. (2001). Knjiga o citokinima (2. izd.). Dundee, Škotska: Serija akademskog tiska.
Keelan, JA, Blumenstein, M., Helliwell, RJA, Sato, TA, Marvin, KW, i Mitchell, MD (2003). Citokini, prostaglandini i rodivanje - pregled. Placenta, 17, S33-S46.
Stenken, JA, & Poschenrieder, AJ (2015). Bioanalitička kemija citokina - pregled. Analytica Chimica Acta, 1, 95–115.
Vilcek, J., i Feldmann, M. (2004). Povijesni pregled: Citokini kao terapeutici i meta terapeutika. TRENDI iz farmakoloških znanosti, 25 (4), 201–209.
Zhang, J., & An, J. (2007). Citokini, upala i bol. Int anesteziol. Clin., 45 (2), 27–37.

CITOKINI: KARAKTERISTIKE, VRSTE, FUNKCIJE, PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2026