Wykład 8 - CYTOKINY
- małe cząsteczki wydzielane przez aktywowane komórki.
Funkcje - wywierają efekt biologiczny na komórkę, która je wydzieliła i przekazują informację między komórkami.
Jedna cytokina może wykazywać różne efekty biologiczne na wiele różnych kom (plejotropia)
Różne cytokiny mogą wywierać taki sam efekt (redundancja)
Wiele różnych komórek wydziela cytokiny, ale każdy rodzaj kom syntetyzuje tylko pewną ich liczbę.
Indukują podziały, różnicowanie kom, chemotaksję, aktywację, aktywność cytotoksyczną.
Niektóre mają podobną aktywność biologiczną (są synergistyczne), inne przeciwstawną (antagonistyczne), po wydzieleniu ich przez komórki aktywowane określonym rodzajem stymulatora.
Końcowy efekt działania wydzielanych cytokin jest wypadkową pojedynczych aktywności.
Mogą wpływać na funkcję profesjonalnych komórek prezentujących antygen (APC), zwiększając ich efektywność.
Stosowanie cytokin może być pomocnicze w szczepieniach i kierowaniu odpowiedzi immunologicznej w stronę limfocytów Th1 i Th2.
Są zdolne do indukowania kaskad sprzężeń zwrotnych dodatnich i ujemnych
Niektóre cytokiny wytwarzane są początkowo jako cząsteczki błonowe, uczestniczące w bezpośredniej aktywacji kom. Docelowych
Mogą działać na te same kom (autokrynowo), na kom znajdujące się w najbliższym sąsiedztwie (parakrynowo) lub na kom znajdujące się w innych narządach (endokrynowo).
Wrażliwość limfocytów na cytokiny zależy od uprzedniego rozpoznania Ag (przez TCR czy BCR). Ponadto działanie wielu cytokin związane jest z ich lokalnym wydzielaniem.
Receptory dla cytokin
Cechy charakterystyczne:
Zewnątrzkom domeny odpowiedzialne są za swoistość ligandów, ale mają też wpływ na sposób, w jaki przekazywane będą sygnały po związaniu cytokiny
Domeny wewnątrzkom są odpowiedzialne za bezpośrednie inicjowanie sygnałów w kom
Część zewnątrzkom jest połączona z wewnątrzkom odcinkiem cytoplazma przez fragmenty transbłonowe receptora
Dzielimy na 5 typów:
receptory o budowie immunoglobulinopodobnej
receptory cytokin klasy 1 (hematopoetyn)
receptory dla cytokin klasy 2 (interferonów)
receptory dla cząsteczek nadrodziny TNF
receptory sprzężone z białkami Gi (chemokin)
obecność w obrębie podrodzin wspólnych podjednostek przekazujących sygnał do wnętrza kom jest mechanizmem odpowiedzialnym za redundancję np. IL-2 i IL-5.
Przekazywanie sygnału z receptorów dla cytokin - związanie się cytokin z receptorami w błonie kom prowadzi do uaktywnienia w kom szlaków przekazywania sygnałów. Uczestniczą tu m.in.:
szlaki GTPaz
kinaz MAP
kinazy tyrozynowe z rodziny Src- i Tec-podobnych oraz PI-3K
Aktywowane są w różny sposób w zależności od cytokiny. Większość jednak aktywuje szlak przekazywania sygnału z pomocą kinaz tyrozynowych JAK (Janus kinases) i białek STAT (signal transducers and activators of transcription).
Podział cytokin.
Monokiny - wydzielane przez komórki linii mieloidalnej (monocyty i makrofagi). Działają lokalnie i systemowo i konieczne do prawidłowej obrony organizmu. Są też cytokinami prozapalnymi - ważne mediatory zapalenia. W szczególności przez działanie odpowiedniego stymulatora, którym może być fagocytoza bakterii G(-) i wynikająca z tego aktywacja przez LPS, makrofagi wydzielają IL-1, IL-6, IL-8, IL-12 i TNF-α. IL-1, TNF-α i IL-6 wykazują aktywności biologiczne:
*podwyższają temp ciała i zwiększają aktywację limfoc, co prowadzi do zmniejszenia replikacji patogenów i wzrostu specyficznej odpowiedzi immunol;
*mobilizują neutrofile do fagocytozy;
indukują uwalnianie białek ostrej fazy (CRP, MBP), co prowadzi do aktywacji dopełniacza i opsonizacji.
IL1 aktywuje śródbłonek naczyń i przygotowuje go do chemotaksji neutrofilów i indukuje syntezę IL6.
IL8 - aktywność chemotaktyczna w stosunku do neutrofilów, aktywuje wiązanie przez integryny, co ułatwia integrację neutrofilów i migrację do tkanek.
TNFα, podobnie jak IL1 aktywuje śródbłonek naczyń i zwiększa jego przepuszczalność. Aktywuje makrofagi i pobudza w nich wytwarzanie NO.
TNFα jest wytwarzany przez monocyty i makrofagi i niektóre limfocyty T.
IL12 wytwarzana przez limfoc B aktywuje komórki NK, które wytwarzają IFNγ niezbędny do różnicowania limfocytów Th0 w Th1.
Limfokiny - cytokiny wydzielane przez limfocyty, a niektóre przez komórki mieloidalne. Pełnią funkcję czynników wzrostu dla limfocytów lub wpływa na typ odpowiedzi immunol.
IL-2 syntetyzowana przez limfoc jako autokrynny czynnik wzrostu konieczny do proliferacji limfoc T, Th0, Th1 i CTL.
Podczas aktywacji limfoc przez interakcje kompleksu receptorowego dla antygenu limfoc T z peptydem prezentowanym przez MHC następuje synteza i wydzielanie IL-2 i jej jednoczesne wiązanie przez receptory na tym samym limfocycie. Przy braku IL-2 lub receptorów dla niej limfoc T antygenowo swoiste nie proliferują i nie rozwija się odp immunol.
IL-3 bierze udział we wzroście i różnicowaniu komórek podczas hematopoezy w wyniku działania z innymi cytokininami.
IL-4 wytwarzana przez limfoc Th2 i komórki tuczne jest czynnikiem wzrostu i różnicowania limfoc T i B oraz powoduje zmianę klasy wytwarzanych Ig na IgE. IL-4 wpływa na przemianę limfoc Th0 na Th2 oraz hamuje odp limfoc Th1.
IL-5 - wytwarzana przez Th2 i kom tuczne, aktywuje limfoc B i produkcję przeciwciał IgA, działa na różnicowanie i wzrost eozynofilów.
IL-10 wytwarzana przez Th2 i makrofagi, aktywuje limfoc B, pobudza odp limfoc Th2 a hamuje Th1.
Interferony- wytwarzane przez różne kom pod wpływem infekcji wirusowych.
Są 2 grupy:
typu I (IFNα i β),
typuII(IFN γ).
IFNα i β wytwarzane przez wiele różnych kom w odp na zakażenia wirusami. W kom niezakażonych indukują powstawanie czynników przeciwwirusowych, hamują proliferację kom, wzmagają aktywność cytotoksyczna kom NK i modulują ekspresję cząsteczek MHC na kom.
Receptory są takie same dla obu i są na większości kom jądrzastych.
Związanie przez powierzchniowe receptory interferonów α i β powoduje hamowanie replikacji wirusów przez zablokowanie translacji białek wirusowych i syntezę białek hamujących.
Interferony te poprzez indukcję ekspresji MHC klasy I pobudzają odpowiedz antygenowo swoistych cytotoksycznych limfoc CD8+ przeciwko kom zakażonym wirusami. Produjcja MHC kl I chroni kom niezakażone przed atakiem NK.
Dzaiłanie IFNα i β jest rozległe i niespecyficzne.
IFNγ jest wytwarzana w przebiegu odp immunol nabytej.
Bierze udział w regulacji i rozwoju odporności swoistej i aktywacji makrofagów, monocytów i neutrofilów.
IFNγ jest wytwarzany przez limfoc Th1 i kom NK. Limfoc Th1 wytwarzają IFNγ pod wpływem antygenu prezentowanego przez MHC.
Wydzielony IFN działa lokalnie i systemowo. We wczesnym stadium odp immunol swoistej pobudza powstawanie limfoc Th1 z Th0.
Chemokiny - grupa 50 małych cytokin o podobnych właściwościach.
Uczestniczą w chemotaksji leukocytów (limfoc, monocytów i neutrofilów).
Wytwarzane przez monocyty, makrofagi, kom śródbłonka, płytki krwi, neutrofile, limfoc T, keratynocyty i fibroblasty.
Podzielono je na 4 grupy ze względu na umiejscowienie reszt cysteiny.
*I grupa-CC - chemokiny te mają 2 sąsiadujące ze sobą reszty cysteiny.
*grupaII-CXC- 2 reszty cysteinowe przedzielone innym aa.
*III grupa-zawiera tylko 1 cysteine.
*IV grupa- 2 cysteiny przedzielone 3 innymi aa.
Większość chemokin CC ma aktywność chemotaktyczną w stosunku do monocytów i pobudza je do migracji do tkanek gdzie przekształcają się w makrofagi. CXC np. IL-8 są chemotaktyczne dla neutrofilów i pobudzają je do migracji do tkanek.
Niektóre chemokiny są chemotaktyczne dla limfoc T.
Chemokiny mogą też aktywować komórki, by skuteczniej mogły walczyć z czynnikiem infekcyjnym, bądź uszkadzającym tkanki.
Receptory dla chemokin są integralnymi białkami błonowymi 7 - krotnie przechodzącymi przez błonę. Są białkami G, które przekazują sygnał od receptora. Występują one na komórkach należących do określonej populacji i różne chemokiny wywierają efekt selektywny.
IL8 i MCP1 wiążą do cząsteczek proteoglikanu komórek śródbłonka lub matrix zewnątrzkomórkowej. Następnie wiążą neutrofile krwi lub monocyty, zwalniają ich przepływ i zmuszają do migracji przez gradient stężenia chemokiny w kierunku jej źródła.
Inne cytokiny -
GM - CSF stymulują tworzenie kolonii granulocytów i monocytów, należą do cytokin odpowiedzialnych za rozwój, różnicowanie i ekspansję komórek linii mieloidalnej,
nadają im kierunek rozwoju prowadzący do monocytów/ makrofagów oraz granulocytów.
Czynniki te znalazły zastosowanie kliniczne w stanach chorobowych, gdzie należy pobudzić do rozwoju mieloidalną populację komórek efektorowych niezbędną do walki z patogenem.
TGFβ syntetyzowane przez monocyty, makrofagi, limfoc T i chondrocyty. Jest czynnikiem hamującym aktywację makrofagów i proliferację limfoc T i B. ma aktywność cytotoksyczną. Uwolnione z nich patogeny są zabijane przez makrofagi.
CYTOKINY W KLINICE.
Zastosowanie cytokin w leczeniu. Wiele cytokin ma zdolność wzmacniania odp imminol na infekcję i nowotwory, w tym IL2 (rak nerki), IFNγ (przewlekła choroba ziarniakowa) i IFNα (niektóre infekcje). Do leczenia stanów niedoboru odporności stosowane są IFNγ i G-CSF w przypadku zmniejszenia liczby granulocytów u pacjentów z chorobą nowotworową po chemoterapii. GCSF powoduje różnicowanie komórek macierzystych szpiku w dojrzałe granulocyty, niezbędne w obronie organizmu przed infekcjami.
Receptory dla cytokin jako cel - cytokiny prozapalne (TNFα i IL1) są odpowiedzialne za utrzymanie chronicznego stanu zapalnego w chorobach autoimmunizacyjnych. Do leczenia tych schorzeń zastosowano przeciwciała przeciwko receptorom lub rozpuszczalne receptory dla cytokin (np. w terapii reumatoidalnego zapalenia stawów).