CYTOKINER: FUNKTIONER, TYPER OG RECEPTORER - BIOLOGI - 2025

Den cytokin eller cytokiner er små signalproteiner (nogle forfattere henvise til disse som peptider), der regulerer mange biologiske funktioner, hvoraf mange er relateret til immunsystemet, hæmatopoiese, vævsreparation og cellulær proliferation.

Udtrykket "cytokin" grupperer et stort antal proteiner, der har meget forskellige strukturelle og funktionelle egenskaber, og betyder mere eller mindre "faktorer produceret af celler", da deres syntese ikke er begrænset til en enkelt type celle i kroppen.

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

Disse proteiner produceres og udskilles i høje koncentrationer af forskellige typer celler i dyr og kan påvirke celler i nærheden, hvilket er grunden til, at de siges at udøve "paracrine" signalfunktioner.

De kan også handle eksternt ved at inducere udskillelsen af ​​opløselige faktorer i blodbanen (endokrin eller systemisk funktion) og kan endda virke direkte på den celle, der syntetiserer dem (autokrin funktion).

Cytokiner ses som "symboler" på et specialiseret sprog, hvis betydning afhænger af den kontekst, i hvilken de udtrykkes og sendes fra et sted til et andet.

De første beskrevne cytokiner var lymfokiner, opløselige produkter produceret af lymfocytter som respons på polyklonale og specifikke antigener; disse repræsenterer en vigtig gruppe af immunresponsfaktorer.

Cytokin-funktioner

Cytokiner er opløselige glycoproteiner (de er ikke immunoglobulintype) af lille størrelse (op til 40 kDa), der produceres og frigives af forskellige typer celler i kroppen, de kan have lokale eller fjerntliggende handlinger, som de udøver i top- eller nanomolære koncentrationer.

Kommunikation i immunsystemet

Den mest bemærkelsesværdige funktion af cytokiner er deres deltagelse i kommunikation mellem de forskellige komponenter i immunsystemet og udveksling af information mellem disse komponenter og de andre celler i kroppen (intercellulær signalering).

Med andre ord afhænger praktisk talt alle immunfunktioner af den biologiske aktivitet af disse systemiske "messengers".

Cytokiner udviser en lang række immunologiske funktioner, både effektor og regulatoriske, og deres virkninger på niveau af væv og biologiske systemer i de fleste af de organismer, hvor de produceres, kan være ekstremt omfattende og komplekse.

De er så vigtige immunologiske effekter, at den type cytokin, der produceres under immunresponsen på en hvilken som helst stimulus, oprindeligt bestemmer, om responsen vil være cytotoksisk, humoral, cellulær eller allergisk.

Forsvar mod vira

De er dybt involveret i inflammatoriske processer og i forsvaret mod infektioner af viral oprindelse; de deltager i præsentationen af ​​antigener, i differentieringen af ​​knoglemarven, i aktivering og rekruttering af celler, i udtrykket af cellulære adhæsionsmolekyler osv.

Således deltager cytokiner ikke kun i kroppens immunforsvar, men også i "normale", fysiologiske og metaboliske processer, hvorved begge aspekter af det cellulære og organiske liv integreres.

Vækstfaktorer

Mange forfattere mener, at disse proteiner opfører sig som vækstfaktorer, da repræsentanter såsom tumornekrosefaktor (TNF), lymfokiner, interleukiner og interferoner (IFN'er) er aktivt relateret til spredning, død, differentiering og celleudvikling i forskellige kropskontekster.

Denne video viser en animation, hvor en makrofag indtager bakterier og senere frigiver cytokiner:

Cytokiner og hormoner?

Forskellige forskere laver en analogi mellem cytokiner og hormoner, men det er ikke helt korrekt af nogle vigtige grunde:

- Hormoner syntetiseres og frigives af meget specialiserede væv, mens cytokiner produceres af et stort antal forskellige celler i kroppen.

- Hormoner er det primære syntetiske produkt af de specialiserede celler, der producerer dem, mens cytokiner kun repræsenterer en lille mængde af de produkter, der er syntetiseret af en celle.

- Udtrykket af hormonerne forekommer som svar på homeostatiske kontrolsignaler (hvoraf nogle afhænger af døgncyklussen), men på den anden side udtrykkes cytokiner kun, når de specifikt stimuleres af hændelser "skadelige" for cellelivet.

Typer af cytokiner

Mange cytokiner blev oprindeligt beskrevet i henhold til deres vigtigste biologiske funktioner, men i dag er de primært kendetegnet ved deres struktur, da de kan udøve en stor mangfoldighed af funktioner, der er vanskelige at sammenfatte i en kort epitel.

Imidlertid afhænger den aktuelle klassificering af disse proteiner af flere parametre: nogle er identificeret i henhold til den "numeriske rækkefølge" af deres opdagelse, i henhold til en vis funktionel aktivitet, i henhold til deres deltagelse i inflammatoriske responser, i henhold til dens primære cellulære oprindelse og i henhold til dens strukturelle lighed med andre beslægtede molekyler.

Således deler medlemmer af en "superfamilie" af cytokiner egenskaber, såsom sekvenshomologier, gensidige receptorsystemer, skønt ikke nødvendigvis strukturel lighed. Nogle familier er kendt:

- TNF-familien - TNF-receptorer (Tumor Necrosis Factor), der inkluderer immunregulerende cytokiner, såsom tumor nekrose faktor (TNF), lymfotoxiner og nogle cellulære ligander såsom CD40L (formidler aktivering af B- og T-lymfocytter) og FasL eller CD95 (fremmer programmeret celledød).

- IL-1 / IL-1-receptor (Interleukin) -familien, en gruppe, hvor cytokinerne IL-1p, IL-1a, IL-18, IL-33 og IL-36 klassificeres såvel som receptorantagonister, kendt som IL-1RA, IL-38 og den antiinflammatoriske cytokin IL-37 (formidler fysiologiske og forsvarsfunktioner).

- IL-1 / IL-1-receptorfamilien inkluderer også vejafgiftslignende receptorer (TLR), der fungerer som molekyler i det medfødte immunsystem til genkendelse af molekylære mønstre forbundet med arter mikrobiel.

Visse tekster af beslægtet videnskabelig litteratur grupperer cytokiner i henhold til deres produktionssted til "mononukleære fagocyt-afledte cytokiner" og "T-lymfocyt-afledte cytokiner". De adskiller dem også i forhold til de svar, de formidler: cytotoksisk (antiviral og anticancer), humoral, cellulær eller allergisk; ud over dem, der er immunsuppressive.

- I henhold til den inflammatoriske respons

Afhængigt af om de fremmer inflammatoriske reaktioner eller reaktioner klassificeres cytokiner til pro-inflammatoriske cytokiner og antiinflammatoriske cytokiner.

Pro-inflammatoriske cytokiner

Betændelse medieret af disse cytokiner består af en kaskade af ekspression af genprodukter, der normalt ikke udtrykkes i et sundt menneske.

Selvom visse endotoksiner og andre "inflammatoriske" produkter er i stand til at udløse ekspressionen af ​​disse "pro-inflammatoriske" gener, er cytokinerne IL-1 og TNF og endda IFN-y-interferon særlig effektive til deres stimulering som siges at være de vigtigste pro-inflammatoriske cytokiner.

Struktur af det humane beta-inferteron (Kilde: via Wikimedia Commons)

Uanset om den inflammatoriske proces blev udløst af infektion, traumer, iskæmi, aktiverede T-celler eller noget toksin, fungerer disse to molekyler synergistisk for at indlede kaskade af inflammatoriske mediatorer.

Antiinflammatoriske cytokiner

Disse proteiner blokerer tværtimod den inflammatoriske responsproces eller undertrykker den intensitet, hvormed den forekommer. En del af denne gruppe er interleukinerne IL-4, IL-10, IL-13 og transformerende vækstfaktor (TGF) -p (som blokerer produktionen af ​​IL-1 og TNF).

Der er også IL-6 - produceret af B-celler, T-celler og monocytter - og IL-11 - produceret af stromalceller og fibroblaster.

Baseret på ovenstående siges det, at udviklingen af ​​en sygdom (enten på kort eller lang sigt) i vid udstrækning afhænger af "balance" mellem virkningerne af pro-inflammatoriske og antiinflammatoriske cytokiner.

Visse undersøgelser antyder faktisk, at modtageligheden for visse sygdomme genetisk bestemmes af balancen i ekspressionen af ​​generne, der koder for de to typer cytokiner.

En patologisk tilstand skrider derefter frem, når antiinflammatoriske mediatorer tilvejebringer en kontrol, der ikke er tilstrækkelig til at blokere pro-inflammatorisk aktivitet (ved sygdomme kontrolleret af immunsystemet), eller når kontrol er overdrevet og ender med at hæmme immunresponsen, hvilket får værten til at have risikoen for en systemisk infektion.

Receivere

En væsentlig del af funktionen af ​​ethvert cytokin er dets interaktion og associering med et receptorpar (ligand-receptorinteraktion).

Nogle forfattere klassificerer cytokiner i henhold til den type receptor, som de binder sig til, hvilket kan være:

- Type I (af hæmatopoietin-familien)

- Type II (af interferonfamilien)

- Familien af ​​receptorer af TNF-proteiner (tumor nekrose faktor)

- IL-1 receptorer

- Receptorer for bompengetype

- IL-17-receptorer

- Tyrosinkinase-receptorer

- Familie med transformerende vækstfaktorreceptor serinkinaser

Type I (af hæmatopoietin-familien)

Hormoner (erythropoietin (EPO), thrombopoietin (TPO) og leptin) og cytokiner såsom granulocytkolonistimulerende faktorer (G-CSF'er), de stimulerende midler til makrofaggranulocytkolonier (GM-CSF'er) og interleukinerne IL-2 til IL-7, IL-9, IL-11 til IL-13, IL-15, IL-21, IL-23, IL-27, IL- 31 og IL-35.

Disse "type I" cytokiner er kendetegnet ved den lighed, de deler i deres sekvenser, da hver indeholder fire antiparallelle alfa-helixer med to forbindelser eller sløjfer, en kort og en lang, som er strukturelt "arrangeret" i en "up-up-konfiguration. ”Og“ ned-ned ”.

Type II (fra interferon-familien)

Disse receptorer er bundet af interferon IFN-a / ß, IFN-y, interleukiner IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, IL-26 og IL-28 til IL- 30.

De er heterodimerer sammensat af to underenheder kendt som IFNAR1 og IFNAR2, som deler lighed med nogle motivsekvenser i type I-receptorer. De arbejder hovedsageligt med antivirale cytokiner.

IL-1 og vejafgiftslignende receptorer (TLR)

De er forbundet med responser udløst af interleukin IL-1a / ß, IL-18, IL-33 og IL-36 til IL-38.

Transformerende vækstfaktorreceptor serinkinasefamilie

Denne familie af cytokinreceptorer er relateret til responsen fra proteinerne TGF-ß1, TGF-ß2 og TGF-ß3, der er produceret af T-celler, makrofager og andre celler i kroppen.

Referencer

1. Borish, LC, & Steinke, JW (2003). 2. Cytokiner og kemokiner. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 111 (2), S460-S475.
2. Cavaillon, JM (1994). Cytokiner og makrofager. Biomedicin & farmakoterapi, 48 (10), 445-453.
3. Dinarello, CA (2000). Proinflammatoriske cytokiner. Bryst, 118 (2), 503-508.
4. Nathan, C., & Sporn, M. (1991). Cytokiner i sammenhæng. Journal of cell biology, 113 (5), 981-986.
5. Opal, SM, & DePalo, VA (2000). Antiinflammatoriske cytokiner. Bryst, 117 (4), 1162-1172.
6. O'Shea, JJ, Gadina, M., & Siegel, RM (2019). Cytokiner og cytokinreceptorer. I klinisk immunologi (s. 127-155). Kun indholdsopbevaring !.