CYTOKINER: KARAKTERISTIKA, TYPER, FUNKTIONER, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

Den cytokin eller cytokiner er proteiner eller opløselige glycoproteiner signaling produceres af flere celletyper i kroppen, især celler af immunsystemet som leukocytter: neutrofiler, monocytter, makrofager og lymfocytter (B-celler og T-celler).

I modsætning til andre specifikke receptorbindingsfaktorer, der udløser lange og komplekse signaleringskaskader, der ofte involverer proteinkinasesekvenser (for eksempel den cykliske AMP-vej), udøver cytokiner mere direkte effekter.

Struktur af det rekombinante humane cytokin kendt som Interferon alpha (Kilde: Nevit Dilmen via Wikimedia Commons)

Disse opløselige faktorer binder til receptorer, der direkte aktiverer proteiner, der har direkte funktioner i gentranskription, da de er i stand til at komme ind i kernen og stimulere transkriptionen af ​​et specifikt sæt gener.

De første cytokiner blev opdaget for mere end 60 år siden. Imidlertid var molekylær karakterisering af mange af dem ganske senere. Neural vækstfaktor, interferon og interleukin 1 (IL-1) var de første cytokiner, der blev beskrevet.

Navnet "cytokin" er et generelt udtryk, men i litteraturen sondres der med hensyn til cellen, der producerer dem. Der er således lymfokiner (produceret af lymfocytter), monokiner (produceret af monocytter), interleukiner (produceret af en leukocyt og virker på andre leukocytter) osv.

De er især rigelige i hvirveldyr, men deres eksistens er blevet bestemt i nogle hvirvelløse dyr. I et pattedyrs krop kan de for eksempel have additive, synergistiske, antagonistiske funktioner, eller de kan endda aktivere hinanden.

De kan have autokrin handling, det vil sige, de handler på den samme celle, der producerer dem; eller paracrine, hvilket betyder, at de produceres af en type celler og virker på andre omkring dem.

Egenskaber og struktur

Alle cytokiner er "pleiotropiske", det vil sige, de har mere end en funktion i mere end en type celle. Dette skyldes, at receptorer, der reagerer på disse proteiner, udtrykkes i mange forskellige typer celler.

Det er blevet bestemt, at der er en vis funktionel redundans mellem mange af dem, da adskillige typer cytokiner kan have konvergente biologiske virkninger, og det er blevet antydet, at dette er relateret til sekvenslighederne i deres receptorer.

Som mange budbringere i cellesignaleringsprocesser har cytokiner kraftfulde handlinger i meget lave koncentrationer, så lave, at de kan være i det nanomolære og femtomolære område takket være det faktum, at deres receptorer er ekstremt relateret til dem.

Nogle cytokiner fungerer som en del af en "kaskade" af cytokiner. Det er, at det er almindeligt for dem at handle i synergi, og deres regulering afhænger ofte af andre inhiberende cytokiner og yderligere regulerende faktorer.

Ekspression af cytokinkodende gener

Nogle cytokiner kommer fra gener med konstitutiv ekspression, da det for eksempel er nødvendigt at opretholde konstante hæmatopoietiske niveauer.

Nogle af disse konstitutivt eksprimerende proteiner er erythropoietin, interleukin 6 (IL-6) og visse cellekolonivækstimulerende faktorer, der bidrager til differentieringen af ​​mange hvide celler.

Andre cytokiner pre-syntetiseres og opbevares som cytosoliske granuler, membranproteiner eller kompliceres med bindende proteiner til celleoverfladen eller den ekstracellulære matrix.

Mange molekylære stimuli regulerer positivt ekspressionen af ​​gener, der koder for cytokiner. Der er nogle af disse molekyler, der øger genekspressionen af ​​andre cytokiner, og der er også mange, der har hæmmende funktioner, der begrænser virkningen af ​​andre cytokiner.

Kontrol ved behandling

Funktionen af ​​cytokiner styres også af behandlingen af ​​disse proteins forstadieformer. Mange af dem produceres oprindeligt som integrerede aktive membranproteiner, der kræver proteolytisk spaltning for at blive opløselige faktorer.

Eksempler på cytokiner under denne type produktionskontrol er epidermal vækstfaktor EGF (fra den engelske "E pidermal G rowth F actor"), tumorvækstfaktoren TGF (fra den engelske "T umoral G rowth F actor"), interleukin 1β (IL-1β) og tumor nekrose faktor TNFa (fra den engelske "Tumor N ecrosis F-aktør").

Andre cytokiner udskilles som inaktive forstadier, der skal bearbejdes enzymatisk for at aktivere, og nogle af de enzymer, der er ansvarlige for denne behandling af visse cytokiner, involverer proteiner fra cysteinprotease-caspase-familien.

Strukturel oversigt

Cytokiner kan have meget varierende vægte, så meget, at området er defineret mellem ca. 6 kDa og 70 kDa.

Disse proteiner har meget varierende strukturer og kan bestå af tønder med alfa-helikser, komplekse strukturer af parallelle eller antiparallelle ß-foldede ark osv.

typer

Der er flere typer af familier af cytokiner, og antallet fortsætter med at vokse i betragtning af den store mangfoldighed af proteiner med lignende funktioner og egenskaber, der opdages hver dag i den videnskabelige verden.

Dens nomenklatur er langt fra ethvert systematisk forhold, da identifikationen er baseret på forskellige parametre: dets oprindelse, den indledende bioassay, der definerede den og dens funktioner, blandt andre.

Den aktuelle konsensus for klassificering af cytokiner er i det væsentlige baseret på strukturen af ​​deres receptorproteiner, som er indeholdt i et lille antal familier med stærkt konserverede karakteristika. Der er således seks familier af cytokinreceptorer, der er grupperet i overensstemmelse med lighederne i sekvensen af ​​deres cytosoliske dele:

1. Type I-receptorer (hæmatopoietinreceptorer): inkluderer cytokiner interleukin 6R og 12R (IL-6R og IL-12R) og andre faktorer, der er involveret i stimuleringen af ​​cellekolonidannelse. De har deres virkning på aktiveringen af ​​B- og T-celler.
2. Type II-receptorer (interferonreceptorer): Disse cytokiner har antivirale funktioner, og receptorerne er relateret til fibronectinproteinet.
3. Receptorer TNF (Tumor Necrosis Factor, engelsk "T umor N ecrosis F-aktør"): De er "pro-inflammatoriske" cytokiner, blandt hvilke faktorer der er kendt som p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 og andre.
4. Afgift / IL-1-lignende receptorer: Denne familie har mange proinflammatoriske interleukiner, og dets receptorer har generelt leucin-gentagelsesrige regioner i deres ekstracellulære segmenter.
5. Tyrosinkinase-receptorer: I denne familie er der mange cytokiner med funktioner af vækstfaktorer såsom tumorvækstfaktorer (TGF) og andre proteiner, der fremmer dannelsen af ​​cellekolonier.
6. Kemokinreceptorer: cytokinerne i denne familie har i det væsentlige kemotaktiske funktioner, og deres receptorer har mere end 6 transmembrane segmenter.

Receptorer for cytokiner kan være opløselige eller membranbundne. Opløselige receptorer kan regulere aktiviteten af ​​disse proteiner ved at fungere som agonister eller antagonister i signalprocessen.

Mange cytokiner anvender opløselige receptorer, herunder forskellige typer interleukiner (IL), neurale vækstfaktorer (NGF), tumorvækstfaktorer (TGF) og andre.

Funktioner

Det er vigtigt at huske, at cytokiner fungerer som kemiske budbringere mellem celler, men ikke nøjagtigt som molekylære effektorer, da de er nødvendige for at aktivere eller hæmme funktionen af ​​specifikke effektorer.

Et af de "samlende" funktionelle egenskaber blandt cytokiner er deres deltagelse i forsvaret af kroppen, som er opsummeret som "regulering af immunsystemet", hvilket er især vigtigt for pattedyr og mange andre dyr.

De deltager i kontrollen af ​​hæmatopoietisk udvikling, i intercellulære kommunikationsprocesser og i kroppens reaktioner mod infektiøse stoffer og inflammatoriske stimuli.

Da de normalt findes i lave koncentrationer, anvendes kvantificeringen af ​​koncentrationen af ​​cytokiner i væv eller kropsvæsker som en biomarkør til forudsigelse af sygdomens fremskridt og til overvågning af virkningen af ​​medikamenter administreret til patienter. syge patienter.

Generelt bruges de som markører for inflammatoriske sygdomme, herunder implantatafstødninger, Alzheimers, astma, arteriosklerose, tyktarmscancer og andre kræftformer generelt, depression, nogle hjerte- og virussygdomme, Parkinsons, sepsis, leverskade osv.

Hvor findes de?

De fleste af cytokiner udskilles af celler. Andre kan udtrykkes i plasmamembranen, og der er nogle, der forbliver i, hvad der kan betragtes som en "reserve" i det rum, der består af den ekstracellulære matrix.

Hvordan fungerer de?

Cytokiner har som nævnt in vivo-effekter, der afhænger af miljøet, hvor de findes. Dens handling sker gennem signalering af kaskader og interaktionsnetværk, der involverer andre cytokiner og andre faktorer af forskellig kemisk karakter.

De deltager normalt i interaktionen med en receptor, der har et målprotein, der aktiveres eller hæmmes efter dets associering, som har evnen til at virke direkte eller indirekte som en transkriptionel faktor på bestemte gener.

Eksempler på nogle cytokiner

IL-1 eller interleukin 1

Det er også kendt som lymfocytaktiverende faktor (LAF), endogen pyrogen (EP), endogen leukocytformidler (EML), catabolin eller mononukleær cellefaktor (MCF).

Det har mange biologiske funktioner på mange celletyper, især B-, T-celler og monocytter. Det inducerer hypotension, feber, vægttab og andre reaktioner. Det udskilles af monocytter, vævsmakrofager, Langerhans-celler, dendritiske celler, lymfoide celler og mange andre.

IL-3

Det har andre navne, såsom mastcellevækstfaktor (MCGF), multiple kolonistimulerende faktor (multi-CSF), hæmatopoietisk cellevækstfaktor (HCGF) og andre.

Det har vigtige funktioner i stimulering af dannelsen af ​​kolonier af erythrocytter, megakaryocytter, neutrofiler, eosinofiler, basofiler, mastceller og andre celler fra monocytiske linjer.

Det syntetiseres primært af aktiverede T-celler, mastceller og eosinofiler.

angiostatin

Det er afledt af plasminogen og er en angiogeneseinhibitor cytokin, der giver det fungerer som en potent blokerer for neovaskularisering og væksten af ​​tumormetastaser in vivo. Det genereres ved den proteolytiske spaltning af plasminogen medieret ved tilstedeværelsen af ​​kræftformer.

Epidermal vækstfaktor

Det virker ved at stimulere væksten af ​​epitelceller, fremskynder fremkomsten af ​​tænder og åbningen af ​​øjnene hos mus. Derudover fungerer det i hæmning af mavesyresekretion og er involveret i sårheling.

Referencer

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Væsentlig cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Dinarello, C. (2000). Proinflammatoriske cytokiner. CHEST, 118 (2), 503–508.
3. Fitzgerald, K., O'Neill, L., Gearing, A., & Callard, R. (2001). The Cytokine FactsBook (2. udgave). Dundee, Skotland: Academic Press FactsBook Series.
4. Keelan, JA, Blumenstein, M., Helliwell, RJA, Sato, TA, Marvin, KW, & Mitchell, MD (2003). Cytokiner, prostaglandiner og fødsel - en gennemgang. Placenta, 17, S33-S46.
5. Stenken, JA, & Poschenrieder, AJ (2015). Bioanalytisk kemi af cytokiner - En gennemgang. Analytica Chimica Acta, 1, 95–115.
6. Vilcek, J., & Feldmann, M. (2004). Historisk gennemgang: Cytokiner som terapeutiske mål og terapeutiske mål. TRENDS in Pharmacological Sciences, 25 (4), 201–209.
7. Zhang, J., & An, J. (2007). Cytokiner, betændelse og smerter. Int. Anæstesiol. Clin., 45 (2), 27–37.