9. Cytokiny
- plejotropia - zdolność określonej cytokiny do oddziaływania na wiele różnych komórek i wywoływania wielu różnych efektów
- redundancja - zdolność wielu różnych cytokin do wywoływania takiego samego efektu
- działanie antagonistyczne - przeciwstawne
- działanie synergistyczne - sumowanie
- zdolność do indukowania sprzężeń zwrotnych - dodatnich i ujemnych
- niektóre cytokiny wytwarzane najpierw jako cząsteczki błonowe uczestniczące w bezpośredniej aktywacji komórek docelowych (TNF w formie błonowej, pod działaniem metaloproteinazy uwalniany do otoczenia)
- działanie autokrynowe - na komórki wydzielające
- działanie parakrynowe - na komórki w sąsiedztwie wydzielających
- działanie endokrynowe - do krwi i na komórki w innych narządach
- wytwarzane nie tylko przez komórki układu odpornościowego, niemniej określane mianem hormonów układu odpornościowego
- bardzo często wrażliwość limfocytów na cytokiny zależy od ich wcześniejszego rozpoznania antygenu przez TCR lub BCR, tak więc cytokiny nie działają na wszystkie komórki, ale na te, które rozpoznały antygen i są gotowe do pełnienia swojej efektorowej funkcji
- działanie wielu cytokin jest związane z ich lokalnym wydzielaniem, np. do synapsy immunologicznej (duże i efektywne miejscowe stężenie)
- trudno osiągnąć pożądany efekt terapeutyczny podając cytokiny, ich działanie sprawdzane in vitro, in vivo często występują reakcje zaskakujące, mogą np. jedne komórki pobudzać do proliferacji i różnicowania lub wywoływać apoptozę
Receptory dla cytokin
- cytokiny wywierają swoje działanie tylko poprzez receptory
- znamienną cechą receptorów jest to, że ich zewnątrzkomórkowe fragmenty zbudowane są z charakterystycznych domen, domeny te odpowiedzialne są za swoistość wiązania ligandów, ale mają również wpływ na sposób, w jaki przekazywane będą sygnały po związaniu cytokiny
- drugą charakterystyczną cechą jest obecność domen wewnątrzkomórkowych, które są odpowiedzialne za inicjowanie sygnałów w komórce
- część zewnątrzkomórkowa połączona z częścią wewnątrzkomórkową przez fragmenty transbłonowe
- receptory te można podzielić na pięć głównych klas:
I - receptory o budowie Ig-podobnej (Il-1, -18, PDGFR, MCSFR)
II - receptory cytokin klasy I (Il-2,-3,-4,-5,-6-7,-9,-12-15,-21, receptory dla hematopoetyn)
III - receptory dla cytokin klasy II (interferony i rodzina Il-10 - Il-10, -20, -22)
IV - receptory dla cząsteczek nadrodziny TNF
V - receptory sprzężone z białkami G (dla chemokin)
- receptory które tylko raz przenikają przez błonę komórkową muszą ulec polimeryzacji, procesy te są niezbędne do przekazywania sygnałów, cytokina pełni rolę spoiwa, umożliwiającego horyzontalne przemieszczanie się receptora w błonie
- dopiero w wyniku zbliżenia się do siebie cytoplazmatycznych odcinków receptorów dochodzi do zainicjowania przekazywania sygnałów na skutek wzajemnej fosforylacji tych odcinków lub białek z nimi związanych
- związanie się cytokin w błonie indukuje szlaki przekazywania sygnałów
- uczestniczą tu między innymi szlaki GTPaz i kinaz MAP, kinazy tyrozynowe z rodziny Src- i Tec-podobnych, kinazy 3-fosfatydyloinozytolu, większość jednak aktywuje szlak przekazywania sygnału za pomocą kinaz tyrozynowych JAK oraz białek STAT (po aktywacji tworzą dimery i przemieszczają się do jądra działając jako czynniki transkrypcyjne)
Interleukiny
Interleukina 1
pod tą nazwą kryją się dwie interleukiny - Il-1α (błonowa, działa na cząsteczki w najbliższym pobliżu) i Il-1β (większość właściwości biologicznych)
oprócz wspomnianych występuje wiele podobnych cytokin, które tworzą rodzinę Il-1
jest jednym z głównych regulatorów odpowiedzi immunologicznej i zapalnej, oddziałując na wszystkie prawie typy komórek
wydzielana jest głównie przez monocyty i makrofagi z różnych tkanek, a jednym z najefektywniejszych cynników indukujących jej uwolnienie są LPS i inne produkty mikroorganizmów aktywujące receptory PRR, inne cytokiny i fragmenty dopełniacza
prócz monocytów i makrofagów Il-1 mogą wydzielać: keratynocyty, chondrocyty, komórki Langerhansa, komórki gleju, komórki mezangium, komórki śródbłonka a nawet LimB i T
Il-1α i Il-1β są w 25% homologiczne i powstają w komórce z prekursorów w wyniku działania proteazy cysteinowej ICE zwanej kaspazą 1
Il-1α jest aktywna już jako prekursor
znaleziono 10 receptorów dla tych cytokin
Il-1R1 ma większe powinowactwo do Il-1α, a Il-1R2 ma większe powinowactwo do Il-1β
Il-1R1 znajduje się na większości komórek odpowiadających na Il-1, natomiast Il-1R2 występuje głównie na neutofilach, monocytach i LimB, nie przewodzi sygnału i zdaje się być receptorem wabikowym (wiążącym i unieczynniającym) obecnym również w formie rozpuszczalnej
cytoplazmatyczne odcinki receptorów rodziny Il-1 mają domeny TIR (Toll Il-1 receptor) znajdujące się również w receptorach Toll-podobnych
indukcja, ze współdziałaniem antygenu, wytwarzania Il-2 i indukcja ekspresji receptora dla Il-2
pobudza wytwarzanie IFN-γ przez LimT
pobudza wytwarzanie Il-6 przez makrofagi, komórki śródbłonka i fibroblasty
wpływa na proliferację i różnicowanie LimB (wytwarzanie przeciwciał)
indukuje wzmożone wytwarzanie neutrofilów, monocytów powodując uwalnianie czynników stymulujących tworzenie kolonii G-CSF, GM-CSF, M-CSF, działa na nie chemotaktycznie
wzmaga uwalnianie histaminy przez bazofile, degranulację eozynofilów i wytwarzanie prostaglandyn (pobudza syntezę fosfolipazy A2 uwalniając arachidonian z błony komórkowej)
oddziałując na śródbłonek wzmaga jego przepuszczalność
indukuje aktywność prokoagulacyjną (zwiększa syntezę inhibitora aktywatora plazminogenu)
stymuluje wytwarzanie PAF, NO
wzmaga przyleganie limfocytów i neutrofilów do komórek śródbłonka (zwiększona ekspresja selektyny E, ICAM-1 i VCAM-1)
podwyższa temperaturę ciała (ośrodek termoregulacji)
indukuje senność i jadłowstręt
bierze udział we wczesnych etapach dojrzewania tymocytów
wpływa na czynność komórek dendrytycznych
proliferacja fibroblastów i synowiocytów błony maziowej
synteza białek ostrej fazy w wątrobie
resorbcja i przebudowa kości
katabolizm w komórkach mięśniowych
wzmaga wytwarzanie hormonu adrenokortykotropowego ACTH
monocyty wytwarzają antagonistę receptora dla Il-1 (Il-1Ra), który może brać udział w regulacji zwrotnej
Interleukina 2
uwalniane przede wszystkim przez LimTh (głównie Th1) rozpoznające antygen, ale w mniejszym stopniu także przez LimTc
ekspresję Il-2 wzmaga sygnał kostymulujący przekazywany przez CD28 (w pobudzonym LimTh wzrasta ekspresja Il)
najważniejszą funkcją jest regulacja aktywności Lim i ochrona przez autoimmunizacją
leki immunosupresyjne hamują jej wytwarzanie!
jest czynnikiem aktywującym LimTreg, najważniejszy ich czynnik wzrostu!
może również pobudzać proliferację LimTc CD8+ szczególnie tych, które rozpoznają antygen
różnicowanie LimT w kierunku cytotoksycznych
prolifercja i różnicowanie LimB w kooperacji z Il-4 i Il-5
czynnik wzrostu dla LimTh i komórek NK
indukuje wytwarzanie samej siebie, INF-γ, Il-6 i GM-CSF
receptory dla Il-2 (Il-2R) występują nie tylko na olbrzymiej większości aktywowanych LimT i B ale także na pobudzonych monocytach
istnieją trzy formy receptorów:
funkcjonalny receptor o dużym powinowactwie z łańcuchów α,β i γ
funkcjonalny receptor i pośrednim powinowactwie złożony z łańcucha β i γ
niefunkcjonalny receptor o małym powinowactwie zbudowany z łańcucha α
receptor Il-2R o dużym powinowactwie występuje tylko na pobudzonych Lim T i B i na około 10% spoczynkowych NK
najważniejszą rolę w przekazywaniu sygnału odgrywa łańcuch β
bierze udział w wygaszaniu reakcji immunologicznej po wyeliminowaniu antygenu (aktywacja LimTreg)
działając na LimT indukuje ekspresję CTLA-4 (przerywa przekazywanie sygnałów przez TCR) i FasL (bezpośrednio indukuje apoptozę komórek szczególnie aktywowanych LimTh)
Interleukina 3
uwalniane głównie przez aktywowane LimT
czynnik stymulujący krwiotworzenie i oddziałujący na różne linie komórek krwiotwórczych
podobieństwo działania Il-3, GM-CSF i Il-5 wynika między innymi z podobieństwa receptorów dla nich
w przeciwieństwie do GM-CSF wytwarzana daleko od miejsca krwiotworzenia - spotęgowanie tego procesu w sytuacji wzmożonej reaktywności immunologicznej
czynnik wzrostu komórek tucznych i bazofilów
Interleukina 4
wytwarzana głównie przez pobudzone antygenem lub mitogenem LimTh (głównie Th2), limfocyty NKT, komórki tuczne i bazofile
receptory dla Il-4 znajdują się na Lim T i B, komórkach tucznych, monocytach, makrofagach, fobroblastach, komórkach krwiotwórczych i wielu innych
LimB - wzrost proliferacji i wytwarzania IgE (autoimmunizacja) i IgG4, ekspresja cz.MHC I i II, CD80 i CD23
LimT - proliferacja, indukcja różnicowania w kierunku LimTh2, wytwarzanie GM-CSF i G-CSF, cytotoksyczność
komórki tuczne, eozynofile, fibroblasty - proliferacja
monocyty i makrofagi - aktywacja, ekspresja cz.MHC I i II, CD23, wytwarzanie M-CSF i G-CSF, fagocytoza, cytotoksyczność
krwiotworzenie - granulopoeza, erytropoeza
Interleukina 5
wytwarzana głównie przez LimTh2 i występuje w postaci dimerów
udział w indukowaniu wzrostu i różnicowania eozynofilów
w mniejszym stopniu wpływa również na powstawanie LimB, Tc i bazofilów
pobudza komórki tuczne do uwalniania histaminy
Interleukina 6
wytwarzana przed wszystkim przez monocyty i makrofagi, ale także fibroblasty, komórki śródbłonka, Lim T i B, keratynocyty i chondrocyty
głównym czynnikiem indukującym jej działanie jest Il-1 a także interferony, TNF, LPS i wirusy
Il-6 hamuje zwrotnie wydzielanie TNF
należy do grupy cytokin o podobnym działaniu, których receptory różnią się łańcuchem α ale mają ten sam łańcuch β przenoszący sygnał do wnętrza komórek, do rodziny tej należą między innymi Il-6, Il-11, LIF (leukemia inhibitory factor), OSM (onkostatyna M)
rozpuszczalny receptor dla Il-6 (sIL-6R) wzmaga działanie Il-6 wiążąc się z nią a następnie z obecnym w błonie komórkowej przenoszącym sygnał łańcuchem β - gp130 (wchodzi w skład wszystkich receptorów rodziny Il-6)
LimB - stymuluje końcowe różnicowanie w kierunku komórek uwalniających immunoglobuliny różnych klas, nie działa na limfocyty spoczynkowe, ale pobudzone np. Il-4 a szczególnie na LimB które znalazły się już pod wpływem Il-5
wraz z Il-1 uczestniczy w aktywacji LimT rozpoznających antygen
obok Il-1, TNF i interferonów jest jednym z czynników podwyższający temperaturę ciała
jest czynnikiem wzrostu dla LimB, niestety i dla niektórych szpiczaków człowieka
wzmaga reakcje ostrej fazy
wpływa na krwiotworzenie
pobudza wzrost komórek śródbłonka
wzmaga resorpcje kości
Interleukina 7
wytwarzana głównie przez komórki zrębowe narządów limfatycznych np. szpiku i grasicy
wybitna rola w limfopoezie (limfopoetyna)
ważny czynnik wzrostu i różnicowania zarówno tymocytów jak i limfocytów pro- i pre-B
synergistycznie z Il-6 stymuluje proliferację LimT i obok Il-2 i Il-4 jest jednym z czynników różnicowania LimTc
działa również na monocyty indukując w nich wytwarzanie cytokin prozapalnych
bardzo podobną budowę ma limfopoetyna zrębu grasicy (TSLP) która wiąże się z receptorem zbudowanym z łańcucha α receptora dla Il-7 (Il-7Rα)
TSLP produkowana przez komórki nabłonkowe, bardzo silnie aktywuje niedojrzałe komórki dendrytyczne, zwiększając w nich ekspresję CD80, CD86, OX40L oraz chemokin ale (w odróżnieniu od aktywacji przez TLR) nie indukuje w nich wytwarzania cytokin Il-12, TNF, Il-1β, Il-6
TSLP wytwarzana w dużych ilościach w chorobach alergicznych
TSLP wytwarzana przez komórki nabłonkowe grasicy i ciałek Hassala pobudza grasicze komórki dendrytyczne do przekształcania autoreaktywnych LimT w naturalne komórki regulatorowe (LimTreg)
Interleukina 8
CXCL8 należy do chemokin
Interleukina 9
wytwarzana przez pobudzone LimT, głównie LimTh2
stymuluje wzrost komórek krwiotwórczych układu czerwonokrwinkowego
stymuluje wzrost komórek tucznych odpowiadających na Il-3
tymocytów płodowych odpowiadających na Il-2
niektórych LimT pomocniczych
reguluje odpowiedź przeciwpasożytniczą
Interleukina 10
strukturalnie przypomina interferony
wytwarzana głównie przez pobudzone LimT szczególnie Th2, ale także LimB, monocyty, makrofagi i keratynocyty
hamuje odpowiedź immunologiczną typu komórkowego i odpowiedź zapalną
hamuje wytwarzanie cytokin przez LimTh1 szczególnie IFN-γ i Il-2
hamje powstawanie LimTh1 pobudzonych przez antygen
hamuje wytwarzanie przez monocyty i makrofagi cytokin, a także reaktywnych związków tlenowych i NO
hamuje ekspresję cz.MHC II na monocytach i zmniejsza zdolność tych komórek do prezentacji antygenów
stymuluje wytwarzanie antagonisty receptora dla Il-1
homologi Il-10 - Il-19, -20, -22, -24, -26
gen BCRF1 wirusa EBV jest bardzo podobny do genu dla Il-10 a wirusowe białko (wirokina) ma właściwości zbliżone do Il-10, hamuje ono odpowiedź immunologiczną
Interleukina 11
wytwarzana przez komórki zrębowe narządów krwiotwórczych
w skład receptora dla Il-11 wchodzi łańcuch gp130
wraz z Il-3 i trombopoetyną stymuluje powstawanie kolonii megakariocytowych i płytek krwi
stymuluje powstawanie kolonii granulocytów i makrofagów
łącznie z erytropoetyną pobudza tworzenie się kolonii erytroblastycznych
wzmaga wytwarzanie przeciwciał przez LimB
zwiększa syntezę białek ostrej fazy
hamuje syntezę cytokin prozapalnych przez makrofagi
hamuje aktywność lipazy lipoproteinowej i różnicowanie adipocytów
zwiększa wchłanianie żelaza w przewodzie pokarmowym
wpływa na różnicowanie neuronów
Interleukina 12
wytwarzana szczególnie przez APCs (komórki dendrytyczne i makrofagi, lecz nie przez LimB)
mogą ją również wydzielać keratynocyty, granulocyty i komórki tuczne
jej wytwarzanie pobudzają przede wszystkim składniki ścian komórkowych bakterii
biologicznie aktywna jest heterodimerem składającym się z podjednostek p35 i p40
podjednostka p40 może tworzyć homodimer o właściwościach antagonistycznych do Il-12 (hamowanie odrzucania przeszczepów allogenicznych, leczenie chorób autoimmunizacyjnych)
stymuluje proliferację, aktywację i cytotoksyczność LimT i komórk NK oraz wytwarzanie przez nie IFN-γ i TNF
indukuje powstawanie LimTh1 oraz wzmaga ich aktywność i proliferację
pobudza wytwarzanie niektórych podklas przeciwciał IgG oraz hamuje wytwarzanie IgE
stymuluje niektóre procesy krwiotworzenia in vitro
hamuje powstawanie naczyń (angiogenezę) - działanie przeciwnowotworowe
Interleukina 13
wydzielana głównie przez pobudzone LimTh2, także przez LimTc, komórki NK i komórki tuczne
działanie podobne do Il-4
działa głównie na monocyty i LimB, nie działa na LimT
wzmaga proliferację pobudzonych LimB i zmianę klasy syntetyzowanych przeciwciał na IgE i IgG4
regulacja odpowiedzi przeciwpasożytniczej
Interleukina 14
nie istnieje
Interleukina 15
wytwarzana głównie przez komórki dendrytyczne, pobudzone monocyty i makrofagi oraz fibroblasty
ekspresja w łożysku i mięśniach poprzecznie prążkowanych
wiąże się z podjednostkami receptora dla Il-2 - podobne działanie
działa raczej jako cząsteczka prezentowana limfocytowi przez komórkę dendrytyczną w synapsie immunologicznej
rola w różnicowaniu się komórek progenitorowych krwiotowrzenia w kierunku komórek NK
waży czynnik wzrostu dla LimT pamięci
pobudza cytotoksyczność i proliferację LimTc
zwiększa wydzielanie wielu cytokin przez komórki NK
pobudza proliferację i wytwarzanie przeciwciał (z wyjątkiem IgE i IgG4) przez aktywowane LimB
uczestniczy wraz z Il-3 w różnicowaniu i proliferacji komórek tucznych
wpływ anaboliczny - zwiększa masę mięśni poprzecznie prążkowanych, pobudza angiogenezę
Interleukina 16
określana jako czynnik chemotaktyczny dla limfocytów
w płynach ustrojowych jako homotetramer
receptorem dla niej jest cząsteczka CD4
wytwarzana głównie przez LimTc i LimTh
działając na LimT zwiększa ekspresję receptora dla Il-2 i cz.MHC II
Interleukina 17
kilka podobnych do siebie cząsteczek A-F
wytwarzana przez aktywowane LimT szczególnie Th
pobudzają komórki nabłonkowe, śródbłonkowe i fibroblasty do wytwarzania innych cytokin
współdziałając z innymi cytokinami wzmagają wydzielanie GM-CSF
działają na makrofagi pobudzają je do wytwarzania wielu cytokin
wzmagają dojrzewanie komórek dendrytycznych
wzmaga wytwarzanie neutrofilów
Interleukina 18
strukturalnie podobne do Il-1, funkcjonalnie do Il-12
wytwarzana szczególnie przez makrofagi, ale również przez keratynocyty, komórki nabłonka i osteoblasty
wytwarzana jako prekursor, uaktywnia ją kaspaza 1
działa na różne populacje LimT i komórki NK
indukuje wytwarzanie IFN-γ (jeszcze silniej niż Il-12) i Il-2
wzmaga cytotoksyczność LimTc, komórek NK i LimTh
działając na komórki NK, bazofile i komórki tuczne może również indukować uwalnianie Il-4 i Il-13
wiąże się z dwoma receptorami -Il-18Rα (Il-1R5)- wiązanie i IL-18Rβ (Il-1R7) - przekazywanie sygnałów
receptory te funkcjonalnie i strukturalnie odpowiadają receptorom dla Il-1
ponadto zidentyfikowano rozpuszczalne białko wiążące Il-18 (prawdopodobnie receptor pułapka)
Interleukina 19
homolog Il-10 wytwarzany przez monocyty i makrofagi stymulowane LPS
Interleukina 20
homolog Il-10 wytwarzany przez keratynocyty
Interleukina 21
należy obok Il-2, -4, -7, -9, 15 do hematopoetyn
LimB wraz z Il-7 - proliferacja, wytwarzanie IgG1, IgG3
LimB wraz z Il-4 - spadek proliferacji, spadek wydzielania IgE
LimT aktywowany - wzrost proliferacji
komórki NK - wzrost proliferacji i cytotoksyczności
Interleukina 22
homolog Il-10 wytwarzany przez LimT i komórki tuczne
Interleukina 23-33
Czynniki krwiotwórcze
GM-CSF (granulocyte-macrophage colony stimulating factor) - czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów
działa nie tylko na komórki prekursorowe szeregu granulocyto-makrofagowego, ale również na dojrzałe komórki efektorowe tej linii
zwiększa właściwości fagocytarne
zwiększa wytwarzanie cytokin Il-1, Il-6, G-CSF, TNF
zwiększa ekspresję cząsteczek adhezyjnych
zwiększa poziom receptorów dla fragmentów Fc przeciwciał
wpływa na funkcję dojrzałych limfocytów
działając z innymi cytokinami wzmaga cytotoksyczność komórek NK
G-CSF (granulocyte colony stimulating factor) - czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów
wpływa na wytwarzanie neutrofilów w szpiku
rutynowo stosowany w celu wyrównania neutropenii po intensywnej chemioterapii lub radioterapii
może przyspieszać regenerację układu krwiotwórczego po przeszczepieniu szpiku kostnego
M-CSF (macrophage colony stimulating factor) - czynnik stymulujący tworzenie kolonii makrofagów
działa przede wszystkim na monocyty, makrofagi oraz ich komórki progenitorowe
zwiększa właściwości żerne tych komórek
stymuluje wytwarzanie cytokin TNF, INF, Il-1, G-CSF
SCF (stem cell factor) - czynnik komórek macierzystych
cytokina wpływająca na bardzo młode, multipotencjalne komórki macierzyste krwiotworzenia
czynnik wzrostu komórek tucznych i melanocytów
wchodzi w szereg interakcji z innymi czynnikami krwiotwórczymi
Ligand Flt3 (Flt3L)
działa na bardzo wczesne komórki krwiotwórcze
czynnik dojrzewania komórek dendrytycznych
aktywuje cytotoksyczność limfocytów i wykazuje działanie przeciwnowotworowe
erytropoetyna
pobudza tworzenie erytrocytów w szpiku
trombopoetyna
wpływa na dojrzewanie megakariocytów w szpiku, produkcję płytek krwi
Interferony
- wytwarzane i uwalniane w odpowiedzi na zakażenie wirusowe
- wiodąca role w odpowiedzi przeciwwirusowej
Rodzaje interferonów
- interferony typu I α, β, ε, ω, κ wytwarzane przez plazmacytoidalne komórki dendrytyczne (α i ω), keratynocyty (κ) lub fibroblasty (β), interferon ε wytwarzany jest w łożysku
- interferon typu II - interferon γ wytwarzany jest przez LimT traktowane antygenami, cytokinami lub mitogenami, przez komórki NK traktowane cytokinami lub komórki NKT oraz w niewielkich ilościach przez aktywowane makrofagi
- niedawno wykryto interferony typu III - trzy interleukiny
- organizm ludzki wytwarza 13 rodzajó INF-α i po jednym rodzaju pozostałych interferonów
Powstawanie interferonów
- interferony α i β są wytwarzane głównie w wyniku zakażenia komórek przez wirusy
- najważniejszymi receptorami pobudzającymi ich syntezę są wewnątrzkomórkowe TLR (wewnątrz wyspecjalizowanych komórek, głównie dendrytycznych), helikazy RNA oraz białka NODD-LRR (wewnątrz wszystkich komórek organizmu), receptory te pobudzane są przez wirusowe kwasy nukleinowe
- syntezę interferonów typu I stymulują również cytokiny Il-1, Il-2, TNF
- głównym źródłem INF-α we krwi są plazmacytoidalne komórki dendrytyczne, receptory TLR pobudzane niezależnie od tego czy pochłonięty przez nie wirus jest w stanie je zakazić (duże znaczenie - białka wirusowe hamują wytwarzanie interferonów)
- komórki dendrytyczne ulegają pobudzeniu nawet przez niewielkie ilości kwasów nukleinowych wirusa uwolnionych z komórek zakażonych wirusem ulegających apoptozie
- syntezę interferonów pobudza również endotoksyna i kontakt z niektórymi bakteriami i pierwotniakami
- interferon γ wytwarzany przez LimT i komórki NK pobudzone Il-2, -12, -15, -18, -21
- LimT w zależności od pobudzenia antygenem, mitogenem lub wirusem mogą wytwarzać INF-γ lub interferony typu I
- komórki traktowane interferonem wytwarzają go w wyniku stymulacji więcej niż te nietraktowane
Receptory dla interferonów
- heterodimery złożone z dwóch różnych podjednostek
- INF-α, -β i -ω wiążą się z tym samym receptorem złożonym z podjednostek IFNAR1 i IFNAR2
- INF-γ wiąże się z innym receptorem w skład którego wchodzą podjednostki IFNGR1 oraz IFNGR2
- działanie interferonów związane z aktywowaniem wielu genów zwanych stymulowanymi przez interferon (ISG)
- aktywują one kinazy tyrozynowe JAK, które fosforylują białka STAT, które łączą się w homo- lub heterodimery i przechodzą do jądra i aktywują ekspresję genów docelowych
- wśród kilkuset genów których syntezę stymulują interferony warto wymienić geny kodujące: cz.MHC I i II, łańcuch In uczestniczący w ekspresji cz.MHC II, receptor dla fragmentu Fc IgG (FcγRI), chemokiny IP10 i MIG, podjednostkę oksydazy NADPH komórek żernych, indukowaną syntazę tlenku azotu (iNOS), kinazę białkową R i białko Mx
Działanie przeciwwirusowe
- nie wykazują bezpośredniego działania przeciwwirusowego, ale oddziałują na komórki indukując w nich powstawanie czynników przeciwwirusowych i stanu gotowości przeciwwirusowej
- INF alfa i beta działają przeciwwirusowo znacznie efektywniej niż INF gamma, w dodatku efekt INF gamma zależy od indukowanego przez niego INF alfa
- interferony pobudzają między innymi syntezę syntetazy oligoizoadenylanowej (wiele enzymów)
- w obecności dwuniciowego RNA indukują powstanie oligonukleotydów adenylanowych (-oligoA), aktywują one z kolei endorybonukleazę RNazę L (rozkłada wirusowe RNA)
- aktywują kinazę białkową R, hamuje ona translację komórek i tym samym translację i syntezę białek wirusowych (działa tylko w komórkach zakażonych wirusami o podwójnym RNA)
- aktywują gen Mx, jej produkt GTPaza z rodziny dynamin blokuje transport wirusowych rybonuklein (wirus grypy i wirusy RNA)
- aktywują ekspresję kilku izoform deaminazy adenozynowej (ADA), które deaminują adenozyny w obrębie dwuniciowego RNA
- indukują syntezę APOBEC3 (deaminaza cytozyny) - mutuje DNA wirusa, który staje się podatny na komórkowe nukleazy
- indukują również ekspresję białka p53 - strażnika genomu (indukcja apoptozy zakażonych komórek)
- w wypadu niektórych wirusów interferon hamuje ich wiązanie z komórkami, penetrację a także uwalnianie nukleokapsydu z otoczki
- niektóre wirusy w różny sposób unieczynniają działanie interferonów
- przeciwwirusowe działanie interferonów zależy również od ich wpływu pobudzającego na układ odpornościowy
Wpływ na układ odpornościowy
- nasilają cytotoksyczność LimTc, komórek K, komórek NK
- wzmagają ekspresję cz.MHC
- wzmagają ekspresję niektórych cząsteczek i receptorów powierzchniowych np. CD80, FcR
- aktywują makrofagi
- wzmagają fagocytozę
- indukują wytwarzanie cytokin Il-1, Il-6, TNF, CCL10, CCL9
- jeśli chodzi o działanie na układ odpornościowy to INF-γ jest znacznie aktywniejszy od INF-α, -β
- ułatwia różnicowanie LimTc a także potęguje ADCC, za którą odpowiedzialne są komórki K (zależy od wzmożonej ekspresji FcR na komórkach K)
- skuteczny aktywator cytotoksyczności komórek NK, makrofagów, wzmagają działanie cytotoksyczne TNF
- wszystkie interferony wzmagają ekspresję cz.MHC I, a INF-γ czyni to dodatkowo w stosunku do cz.MHC II oraz kostymulującej cząsteczki CD80, najsilniejszy aktywator ich ekspresji
- stymulują również prezentację krzyżową antygenów (wybitne nasilenie prezentacji antygenów LimT)
- zwiększają syntezę antygenów związanych z nowotworem, obecnych na komórkach nowotworowych (łatwiejsze do rozpoznania i bardziej wrażliwe na atak)
- wrażliwość komórek nowotworowych na cytotoksyczne działanie komórek NK koreluje negatywnie z poziomem ekspresji cz.MHC (wirusy poprzez INF zwiększają ekspresję MHC, zmniejszają podatność na działanie komórek NK)
- najsilniejszy aktywator makrofagów - INF-γ, aktywowane przez niego makrofagi nabierają właściwości cytotoksycznych, skuteczniej też fagocytują, są zatrzymywane w miejscu gdzie działa INF i wydzielają reaktywne związki tlenowe, TNF, Il-1 i inne
- INF-γ wraz z innymi cytokinami uczestniczy w różnicowaniu LimB w kierunku komórke uwalniających przeciwciała biorące udział w immunofagocytozie ADCC
Wpływ na proliferację i różnicowanie komórek
- hamują proliferację i indukują różnicowanie wielu komórek
- ze względu na swe działanie antyproliferacyjne są inhibitorami krwiotworzenia
- INF-γ stymuluje różnicowanie komórek szeregu mieloidalnego w kierunku monocytów
- może stymulować wytwarzanie jednych klas przeciwciał przez LimB a hamować wytwarzanie innych
Zastosowania terapeutyczne
- stosowane w terapii chorób nowotworowych:
białaczki włochatokomórkowej
przewlekłej białaczki szpikowej
szpiczaka
czerniaka złośliwego
raka nerki
raka pęcherza (podanie dopęcherzowe)
raka jajnika (podanie dootrzewnowe)
- działanie przeciwnowotworowe bezpośrednie - hamowanie proliferacji i pobudzanie różnicowania i pośrednie - wzmożone wytwarzanie cytokin przeciwnowotworowych
- IFN-α - leczenie wirusowego zapalenia wątroby typu B, C i D, a także w zakażeniach ludzkim wirusem brodawczaka HPV
- INF-γ u ludzi z przewlekłą chorobą ziarniniakową
Chemokiny
- cytokiny podobne do siebie pod względem budowy, działające chemotaktycznie, a często również aktywująco na różne populacje leukocytów
- odznaczają się relatywnie małą masą cząsteczkową
- odgrywają ważną rolę w:
reakcjach zapalnych
odporności przeciwzakaźnej
krwiotworzeniu
limfopoezie
odpowiedzi przeciwnowotworowej
mechanizmie odrzucania przeszczepów
- biorą udział w aktywacji, proliferacji i różnicowaniu leukocytów
- regulują angiogenezę czy tworzenie przerzutów nowotworowych
- ze względu na liczbę cystein i liczbę aminokwasów pomiędzy dwoma pierwszymi cysteinami wyróżnia się:
chemokiny C (jeden mostek cysteinowy)
chemokiny CC (dwa mostki cysteinowe
chemokiny CXC (dwa mostki cysteinowe, jeden aminokwas pomiędzy pierwszymi dwoma cysteinami)
chemokiny CX3C (dwa mostki cysteinowe, trzy aminokwasy pomiędzy pierwszymi dwoma cysteinami)
- podział ze względu na właściwości fizjologiczne:
chemokiny prozapalne (indukowane, wytwarzane w trakcie reakcji zapalnych)
chemokiny limfoidalne (konstytutywne lub homeostatyczne, wytwarzane stale, regulują krążenie populacji limfocytów, sterują migracją komórek dendrytycznych z tkanek obwodowych do obwodowych narządów limfatycznych, kontrolują przemieszczanie się dojrzałych tymocytów etc)
- głównym źródłem wielu chemokin są monocyty i makrofagi, ale niemal każda komórka może wytwarzać chemokiny, wytwarzanie tych cząsteczek zwiększa się po aktywacji, jest też indukowane przez cytokiny prozapalne
chemokiny C: limfotaktyna
chemokiny CC: RANTES, eotaksyny, MCP, MIP
chemokiny CXC: Il-8, GRO-α, ENA-78
chemokiny CX3C: fraktalkina
- receptory dla chemokin: rodopsynopodobne receptory związane z białkiem G, przechodzące siedmiokrotnie przez błonę komórkową
- CXCR4 obok cząsteczki CD4 korecetor dla tak zwanych T-tropowych szczepów wirusa HIV
- niektóre chemokiny wpływają na procesy mielopoezy i limfopoezy, CCL3 i CCL4 wpływają na różnicowanie granulocytów i monocytów
- CXCL12 - czynnik wzrostu limfocytów pro-B, wraz z Il-7 bardzo silnie pobudza proliferację prekursorów LimB
- regulowanie migracji leukocytów do odpowiednich mikrośrodowisk narządów krwiotwórczych, dojrzewanie w tych narządach wiąże się z utratą wrażliwości na chemokiny działające na mniej zróżnicowane komórki (utrata receptora lub jego desensytyzacja)
- chemokiny biorą udział w aktywacji mechanizmów efektorowych odporności przeciwzakaźnej, CXCL8 (Il-8) zwiększa fagocytozę i bakteriobójcza działanie neutrofilów, a CCL2 i CCL3 aktywują monocyty, z kolei eozynofile aktywowane są przez eotaksyny, CCL3 i CCL5 (RANTES)
Nadrodzina cząsteczek czynnika martwicy nowotworu
- o przynależności do tej grupy decydują podobieństwa w budowie
- cząsteczki nadrodziny TNF wiążą się z receptorami które również charakteryzują się dużą homologią, i tworzą nadrodzinę receptorów dla cząsteczek TNF-podobnych
- do nadrodziny należą 22 cząsteczki, receptorów jest ponad 30
- cząsteczki nadrodziny TNF ulegają ekspresji w niemal każdej komórce człowieka i uczestniczą w regulacji niezwykle różnorodnych procesów
TNF i limfotoksyny
- TNF-α - TNF (czynnik martwicy nowotworu, kachektyna)
- TNF-β - limfotoksyna α (LT-α)
- nowa limfotoksyna - limfotoksyna β (LT-β)
- TNF - homotrimer wytwarzany początkowo jako integralne białko błonowe typu II, w wyniku działania metaloproteinazy TACE (TNF alpha converting enzyme) uwalniany jest do środowiska
- LT-α nie ma postaci błonowej, jest homotrimerem (łańcuchy α) bezpośrednio wydzielanym przez limfocyty
- LT-β - forma błonowa, jest heterotrimerem złożonym z łańcuchów α i β w różnej kombinacji (2αβ, α2β)
- TNF wytwarzany przede wszystkim przez monocyty i makrofagi
- głównym źródłem obu limfotoksyn są natomiast limfocyty
- najsilniejszym bodźcem do wytwarzania TNF jest LPS ścian bakteryjnych, w mniejszym stopniu GM-CSF, M-CSF oraz sam TNF
- w obecności IFN-γ wydzielanie TNF jest jeszcze bardziej wzmagane
- w zakażeniach bakteryjnych (LPS) wydzielane duże ilości TNF i cytokin (głównie Il-1) - wstrząs septyczny, niewydolność wielonarządowa i śmierć
- w stanach przewlekłych długotrwałe wytwarzanie TNF prowadzi do kacheksji
- patogenną rolę TNF wykazano również w schorzeniach autoimmunizacyjnych, w odrzucaniu przeszczepów, w reakcji GVH (graft versus host) oraz w przebiegu AIDS
- TNF odpowiedzialny również częściowo za insulinooporność w przebiegu cukrzycy, powstawanie zmian miażdżycowych i niewydolność krążenia, zapalenie trzustki, alkoholowe uszkodzenie wątroby i wiele innych nieprawidłowości
- TNF wytwarzany również choć w mniejszych ilościach przez keratynocyty, fibroblasty, neutrofile, komórki tuczne oraz limfocyty T i B (swoiste rozpoznanie antygenu w obecności Il-2)
- geny dla TNF i obu limfotoksyn leżą jako jedyne wśród cytokin w obrębie locus MHC III, między HLA-B a HLA-DR
- region promotorowy genu dla TNF obejmuje sekwencje docelowe dla wielu czynników transkrypcyjnych głównie NF-κB i AP-1
- na komórkach istnieją dwa typy receptorów dla TNF - TNFR1 oraz TNFR2, różniące się masą, stopniem glikozylacji, powinowactwem do TNF oraz budową głównie części wewnątrzkomórkowej
- oba receptory przekazują komórce odmienne sygnały
- obok TNF oba receptory wiążą również cząsteczki zawierające LT-α (homotrimer)
- heterotrimer łączy się natomiast z receptorem dla limfotoksyn LT-βR, receptor ten może być dodatkowo aktywowany przez inną cytokinę z tej podrodziny - LIGHT
- receptory dla TNF występują na niemal każdej komórce jądrzastej - niezwykła wielokierunkowość działania TNF
- TNFR2 wiąże głownie postać błonową TNF, TNFR1 wiąże z podobnym powinowactwem zarówno postać błonową jak i rozpuszczalną
- wewnątrzkomórkowa część TNFR1 zawiera około 70-aminokwasową domenę określaną jako domena śmierci (death domain DD), domena śmierci obecna jest również na wewnątrzkomórkowych odcinkach innych receptorów dla cząsteczek nadrodziny TNF indukujących apoptozę: Fas, DR2, DR3, TRAIL-R1, TRAIL-R2, DR6, domena śmierci jest odpowiedzialna za aktywację dwóch niezależnych i przeciwstawnych szlaków w komórce: jeden prowadzi do apoptozy, drugi do aktywacji NF-κB i indukcji ekspresji kilkudziesięciu genów
- część cytoplazmatyczna TNFR2 wiąże się bezpośrednio z TRAF1 i TRAF2 (białka adaptorowe, nieenzymatyczne) i wiążą się z różnymi białkami i enzymami uczestniczącymi w przekazywaniu sygnałów
- TNF uruchamia w komórce również inne szlaki obejmujące kinazy białkowe A i C, prowadzące między innymi do aktywacji czynników transkrypcyjnych NF-AT i AP-1
- jednym z najwcześniejszych sygnałów inicjowanych przez TNF jest aktywacja sfingomielinazy, która rozkłada sfingomielinę błony komórkowej z wytworzeniem ceramidu, inicjującego również apoptozę i aktywację NF-κB
- w przebiegu niektórych chorób autoimmunizacyjnych, u pacjentów z nowotworami, w trakcie reakcji ostrego odrzucania przeszczepu oraz w AIDS obserwuje się zwiększone stężenie rozpuszczalnych receptorów dla TNF, białka te w małej ilości, wiążąc TNF wzmagają jego działanie (stabilizacja aktywnego trimeru i zapobieganie dysocjacji), w dużych stężeniach hamują TNF, uniemożliwiając wiązanie się z receptorami błonowymi
- efekty biologiczne TNF zależą w dużym stopniu od intensywności jego wydzielania
- gwałtowne wydzielanie dużych ilości TNF prowadzi do:
wystąpienia objawów wstrząsu
wzrostu wydzielania hormonów katabolicznych
zespołu przesiąkania włośniczkowego
ostrej niewydolności oddechowej
martwicy w obrębie przewodu pokarmowego
krwotoku w obrębie nadnerczy
rozsianego wykrzepiania wewnątrznaczyniowego
wysokiej gorączki
- z kolei przewlekłe wydzielanie niewielkich ilości TNF powoduje:
utratę masy ciała
jadłowstręt
katabolizm białek i lipidów
powiększenie wątroby i śledziony
insulinooporność
zmiany zapalne w ścianie wewnętrznej tętnic prowadzące między innymi do zmian miażdżycopodobnych
- TNF wraz z innymi cytokinami może wzmagać proliferację i różnicowanie LimB, a także z Il-2 i Il-6 proliferację LimT
- może również stymulować z Il-2 proliferację i cytotoksyczność komórek NK a także powstawanie komórek LAK i LimTc
- działa chemotaktycznie na monocyty i neutrofile oraz aktywuje je podobnie jak makrofagi
- wzmaga cytotoksyczność monocytów i makrofagów będąc zarazem jednym z mediatorów ich cytotoksyczności
- aktywuje neutrofile, zwiększa ich właściwości fagocytarne i przyspiesza ich uwalnianie ze szpiku
- stymuluje wytwarzanie przez neutrofile reaktywnych związków tlenowych, wzmaga ich właściwości bakteriobójcze i cytotoksyczne
- jest ważnym elementem odporności przeciwzakaźnej
- indukuje uwalnianie wielu cytokin: INF-γ, Il-1, Il-6, GM-CSF, G-CSF, M-CSF, PDGF, NGF, EGF, PAF oraz prostaglandyn i leukotrienów
- indukuje ekspresję cz.MHC I i wspólnie z INF-γ również cz.MHC II
- działanie przeciwnowotworowe:
bezpośrednie oddziaływanie na komórki nowotworowe
indukowanie zmian w naczyniach krwionośnych nowotworu (indukuje tworzenie skrzepów, przyleganie neutrofilów, monocytów i limfocytów do śródbłonka - cz.adhezyjne, zwiększa przepuszczalność śródbłonka i uszkadza jego komórki)
pobudzenie przeciwnowotworowej odpowiedzi immunologicznej
indukowanie apoptozy
hamowanie proliferacji
indukowanie różnicowania
wykazuje synergizm z INF-γ
działanie przeciwnowotworowe TNF wzmagają Il-1, Il-2 i Il-12
- zastosowanie kliniczne przeciwnowotworowe jest gorsze niż stosowanie historycznych toksyn Coleya!
- w bardzo wielu chorobach nowotworowych i autoimmunizacyjnych wzrasta stężenie TNF we krwi!
- w chorobach tych blokuje się TNF stosując przeciwciała monoklonalne blokujące TNF albo rozpuszczalne receptory dla TNF połączone z IgG
- ponieważ LT-α wiąże się z TNFR1 i TNFR2 jej właściwości są zbliżone do TNF (wytwarzana jednak miejscowo w małych stężeniach, efekty biologiczne ograniczone), wiąże się też z innymi receptorami wywołując unikatowe efekty
- wydaje się że podstawową funkcją limfotoksyn jest udział w rozwoju swoistej odpowiedzi immunologicznej w obwodowych narządach limfatycznych
- limfotoksyny wytwarzane przez LimB indukują dojrzewanie komórek dendrytycznych grudek
FasL
- należy do nadrodziny TNF
- podobnie jak TNF jest wytwarzanej jako integralne białko błonowe i może zostać uwolnione do otoczenia przez metaloproteinazy
- większość właściwości przypisywana jednak cząsteczce powierzchniowej
- w największych ilościach wytwarzany przez LimT i komórki NK, ale obecny również na komórkach narządów uprzywilejowanych immunologicznie
- w limfocytach FasL może być gromadzony w specjalnych lizosomach wydzielniczych, które po aktywacji komórek przemieszczane są do błony komórkowej
- jedną z podstawowych funkcji FasL jest indukowanie apoptozy komórek docelowych z receptorami Fas na swojej powierzchni (komórki zakażone wirusami lub nowotworowe - nowotworowe mogą same posiadać FasL i uśmiercać LimT!)
- FasL uczestniczy również w negatywnej regulacji odpowiedzi immunologicznej, na aktywowanych LimT pojawiają się receptory Fas, w wyniku apotpozy indukowanej przez FasL dochodzi do wygaszenia odpowiedzi immunologicznej (eliminacja niepotrzebnych klonów)
- chroni również oko i jądro przed naciekami w przebiegu infekcji niektórymi wirusami!
- receptor dla FasL - Fas jest integralnym białkiem błonowym, w wyniku alternatywnego cięcia i składania powstaje forma rozpuszczalna
- niedawno zidentyfikowano również receptor „wabik” DcR3 (niektóre komórki nowotworowe go mają i stają się częściowo niewrażliwe na działania FasL)
TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand)
- najbardziej zbliżony budową do FasL
- posiada zdolność do indukowania apoptozy komórek z receptorami
- indukuje apoptozę aktywowanych LimT
- bierze udział w eliminacji zakażonych komórek przez LimTc i makrofagi
- indukuje również apoptozę komórek nowotworowych
- większość prawidłowych komórek oporna na TRAIL (wyjątek to astrocyty i hepatocyty)
- istnieje 5 receptorów dla TRAIL:
receptory śmierci TRAILR1 i TRAILR2 - sygnał do apoptozy
błonowe receptory wabiki TRAILR3 i TRAILR4
rozpuszczalne białko wiążące TRAIL - osteoprotegryna
Inne
MIF - czynnik zahamowania migracji makrofagów
- stymuluje wytwarzanie przez makrofagi H2O2, NO, Il-1, Il-6, TNF
- wzmaga ekspresję cz.MHC II na makrofagach i pobudza je do zabijania mikroorganizmów, a także komórek nowotworowych
- bierze udział w rozwoju nadwrażliwości typu późnego
- stymuluje proliferację LimT synergistycznie z Il-2
- wytwarzany głównie przez monocyty i makrofagi
- blokuje działanie przeciwzapalne glikokortykosteroidów
TGF-β - transformujący czynnik wzrostu beta
- występuje w trzech odmianach i jest wytwarzany przez makrofagi, neutrofile, płytki krwi i limfocyty
- działa przede wszystkim hamująco na proliferację LimB i T oraz komórek NK
- zwiększa wydzielanie wielu cytokin
- hamuje ekspresję cz.MHC II i powstawanie LimTc
- stymuluje powstawanie naczyń, bierze udział w procesie gojenia się ran i procesach naprawczych, zwiększając wytwarzanie białe macierzy pozakomórkowej
- należy do czynników zwrotnie regulujących odpowiedź immunologiczną, wydzielany przez pobudzone LimT i B
- wzmaga wytwarzanie IgA (przełączanie klas)
- hamuje wydzielanie IgM i IgG
- działa chemotaktycznie na monocyty, neutrofile i LimT