Hormony

Wykład 1

Hormony - transport:

• hydrofilne - bez transporterów

• lipofilne - wymagają białek transportujących w osoczu

• związane z białkiem transportowym stanowią rezerwuar hormonu w osoczu

• całkowite stężenie takiego hormonu zależy od: produkcji hormonu i stężenia białka wiążącego

• pomiędzy hormonem związanym a frakcją wolną ustala się stan równowagi

• przykłady białek wiążących: CBG, SHBG, TBG

• tylko hormon niezwiązany ma szansę połączyć się z receptorem; zanim dotrze do narządu docelowego może ulec inaktywacji lub aktywacji

Działanie:

• endokrynne - sekrecja hormonu do układu krążenia, odległe miejsce docelowe

• parakrynne - miejsce docelowe na sąsiedniej komórce

• autokrynne - miejsce docelowe na tej samej komórce

Odpowiedź na hormon:

• recepcja - wiązanie ligandu z receptorem

• transdukcja - modyfikacja konformacji receptora i aktywacja kaskady przenoszenia sygnału

• efekt: aktywacja enzymu, wzrost ekspresji genu itd. (zwykle wymagane duże wzmocnienie)

Receptory dla hormonów powiązane są z mediatorami działania. Mediatory działają na efektory będące miejscem docelowym odpowiedzi. Zwykle każdy hormon posiada kilka receptorów. Receptory sprzężone są z jednym lub więcej mediatorami. Mediatory oddziałują na jeden lub więcej efektor. Każdy hormon w efekcie wykazuje rozliczne działania.

Hormony:

• rozpuszczalne w wodzie - nie przechodzą przez błony biologiczne, więc mają receptory na powierzchni komórek

• lipofilne - łatwo dyfundują przez błonę, receptory mają w błonie, cytoplazmie i jądrze

Typy:

• białkowe lub polipeptydowe - duże cząsteczki, receptory błonowe; większość „klasycznych” hormonów

• synteza - rysunek

• pochodne aminokwasów - małe cząsteczki, receptory błonowe, rzadziej cytoplazmatyczne i jądrowe, np. katecholaminy i hormony tarczycy

• steroidowe i pochodne witaminy D - pochodne cholesterolu, małe lipofilne cząsteczki, receptory błonowe, cytoplazmatyczne i jądrowe, np. kortykosteroidy, hormony płciowe

• prostaglandyny - pochodne kwasów tłuszczowych, małe, receptory błonowe i cytoplazmatyczne

	Hormon peptydowy	Hormon steroidowy
Okres półtrwania	krótki	długi
Działanie	szybkie	wolne
Długość działania	krótkie	długie
Lokalizacja receptora	błona komórkowa	różna
Regulacja transdukcji	w dużym stopniu	niewielka
Wzmacnianie sygnału	duże	małe

Ogólna charakterystyka receptorów:

• specyficzne wiązanie z ligandem

• wysokie powinowactwo do ligandu

• możliwość wysycenia receptora (zależy od ilości receptorów)

• zdolność do transdukcji sygnału

• specyficzność komórkowa

Ilość ligandu związanego z receptorem zależy od:

• ilości cząsteczek ligandu asocjujących z receptorem w jednostce czasu

• ilości cząsteczek ligandu dysocjujących od receptora w jednostce czasu

W stanie równowagi w jednostce czasu tyle samo ligandu łączy się co oddysocjowuje. K_d określa powinowactwo liganda do receptora - im mniejsza wartość, tym powinowactwo większe.

Aktywacja receptora i odpowiedź komórki jest proporcjonalna do liczby związanych cząsteczek liganda. Zazwyczaj stężenie liganda wymagane do wysycenia 50% receptorów (K_d) jest mniejsze niż stężenie wymagane do wywołania 50% efektu biologicznego (ED₅₀).

Ilość związanego z receptorem liganda zależy od:

• ilości receptorów na powierzchni

• stężenia liganda

• powinowactwa liganda do receptora

Wiązanie ligand-receptor jest podobne do wiązania enzym-substrat i jest opisywane równaniem podobnym do równania Michaelisa-Menten.

Odpowiedź biologiczna zależy od:

• ilości dostępnego liganda

• ilości receptorów w komórce - komórki typowo posiadają 20 razy więcej receptorów niż ilość wymagana do maksymalnej aktywacji

• wysycenia receptora ligandem

• czynników wewnątrzkomórkowych wpływających na transdukcję sygnału

Receptory hormonów są zawsze białkami:

• jądrowe - dla estrogenów

• cytoplazmatyczne - dla większości hormonów steroidowych i hormonów tarczycy

• na powierzchni błony - dla hormonów polipeptydowych i katecholamin

Hormony rozpuszczalne w wodzie:

• receptor błonowy

• transdukcja sygnału

• wtórne przekaźniki: cAMP, cGMP, jony wapnia, DAG, IP₃

Hormony lipofilne:

• receptor cytoplazmatyczny lub jądrowy

• regulacja ekspresji genów

• inne efekty

Receptory jądrowe:

• Estrogeny - ER  i 

• Progesteron - PR

• Androgeny - AR

• Lipofilne hormony niesteroidowe:

• 1, 25-(OH)₂-D₃ - VDR

• kwas all-trans-retinowy - RAR ,  i γ

• kwas 9-cis-retinowy - RXR ,  i γ

• kwasy tłuszczowe - PPAR ,  i γ

• hormony tarczycy - TR  i 

• Receptory sieroce - brak znanego liganda

Wszystkie receptory jądrowe mają podobną budowę i składają się z następujących domen (angielska wiki):

• (A-B) - N-końcowa domena regulatorowa - zawiera fragment AF-1 (activation function 1), którego działanie jest niezależne od obecności ligandu. Aktywacja transkrypcji przez AF-1 jest normalnie bardzo słaba, ale współdziała on z AF-2 w domenie E.

• (C) - domena wiążąca DNA (DBD - DNA-binding domain) - wysoce konserwatywna domena dwóch palców cynkowych, które łączą się ze specyficznymi sekwencjami DNA nazywanymi elementami odpowiedzi na hormon (HRE - hormone response elements).

• (D) - domena łącznikowa - uważana za elastyczną domenę łączącą DBD z LBD.

• (E) - domena wiążąca ligand (LBD - ligand binding domain) - konserwatywna w sekwencji i strukturze, zbudowana z pięciu a-helis. Zawiera miejsce wiążące ligand oraz AF-2, którego działanie jest zależne od związanego ligandu.

• (F) - C-końcowa domena - wysoce zróżnicowana wśród receptorów jądrowych.

Dalej z wykładu:

A/B

• zmienna sekwencja i długość

• AF-1 - niezależna od liganda, tkankowo specyficzna i podatna na alternatywny splicing

F

• wysoce zmienna sekwencja i długość

• funkcje nieznane

Wykład 2

Hormony - receptory jądrowe - klasy:

Homodimery:

• receptory dla steroidów: GR, PR, ER, AR, MR

• łączą się z sekwencjami palindromowymi

Heterodimery:

• receptory dla h. tarczycy, retinoidów (RAR), wit. D (VDR) i PPAR w połączeniu z RXR

Różne:

• receptory sieroce

Receptory steroidowe: GR, PR, ER, AR, MR

• uważa się, że forma wolna występuje w cytoplazmie

• nieaktywne tworzą monomeryczne kompleksy z białkami opiekuńczymi

• wiązanie liganda (agonisty lub antagonisty) uwalnia je i wywołuje translokację jądrową

Receptory typu CAR (constitutively active receptor):

• postać wolna jest postacią aktywną

• receptory dla pochodnych steroidowych i ksenobiotyków

• występują agoniści i odwrotni agoniści receptorów

Receptory jądrowe - porównanie:

Receptory steroidowe	Heterodimery RXR
cytoplazmatyczne	jądrowe
przy braku liganda związane z HSP	nie wiążą się z HSP
wiązanie z DNA zależne od liganda	wiążą się z DNA w sposób zależny i niezależny od liganda
homodimery	heterodimery
zawierają powtórzenie i inwersję powtórzenia motywu w DNA	zawierają powtórzenia motywów w DNA

Regulacja ekspresji genu przez receptory jądrowe:

• zależna od liganda aktywacja ekspresji genu

• niezależna od liganda represja transkrypcji genu - spoczynkowe wiązanie korepresora

• RXR

• RAR

• VDR

• zależna od liganda transrepresja ekspresji genu:

• ER

• PR

Koaktywatory receptorów jądrowych:

• czynnik remodelingu chromatyny - kompleks Swi/Snf

• histonowa transferaza acetylowa (HAT):

• rodzina p160: SRC-1, GRIP-1, pCIP

• p300/CBP

• pCAF (p300/CBP-associated factor)

• białka aktywacyjne - TRAP/DRIP

Represja podstawowej ekspresji genów przez heterodimery RXR przy braku liganda:

• korepresory aktywowane przez receptory jądrowe:

• NCOR - korepresor receptorów jądrowych

• SMRT - mediator wyciszania dla receptorów retinoidów i hormonów tarczycy

• korepresory jako adaptory czynników deacetylujących:

• Sm3

• HDAC - deacetylaza histonowa

Terapeutyczne zastosowanie ligandów receptorów jądrowych:

Receptor	Zastosowanie
PPAR	Dyslipidemia, miażdżyca, zapalenie
PPARγ	Cukrzyca, nadwaga, nowotwory, zapalenie, osteoporoza
LXR	Dyslipidemia, cukrzyca, miażdżyca
VDR	Osteoporoza, łuszczyca, zapalenie, nowotwory, choroby nerek
GR	Zapalenie stawów, astma, immunosupresja, nadwaga, cukrzyca
PR	Antykoncepcja, nowotwory, osteoporoza
AR	Rak prostaty, osteoporoza
ER	Rak piersi, osteoporoza, CVD, choroba Alzheimera
ER	Rak prostaty, osteoporoza, CVD, nadwaga, choroba Alzheimera
RAR (, , γ)	Nowotwory, łuszczyca
RXR (, , γ)	Nowotwory, cukrzyca

Typy receptorów błonowych:

• receptory o aktywności kinazy tyrozynowej - katalityczne

• receptory powiązane z kinazami tyrozynowymi

• receptory o aktywności cyklazy guanylowej

• receptory będące transporterami - część to receptory jonotropowe

• receptory związane z białkami G - metabotropowe (receptory 7TM)

• receptory posiadające 7 motywów przezbłonowych

• receptor -adrenergiczny

Receptory o aktywności kinazy tyrozynowej:

• związanie z ligandem ujawnia aktywność kinazową receptora

• fosforylacji ulega białko - substrat receptora

• przykład: receptor dla insuliny

• domena pozakomórkowa - wiążąca ligand

• domena przezbłonowa

• domena wewnątrzcytoplazmatyczna (aktywność kinazy tyrozynowej)

Mechanizm aktywacji receptorów o aktywności kinazy tyrozynowej:

• cząsteczka sygnałowa łączy się z dwoma receptorami - agregacja receptorów i dimeryzacja

• tworzenie dimeru aktywuje wewnętrzną aktywność kinazy tyrozynowej

• fosforyluje ona wewnętrzne tyrozyny (transfosforylacja)

• w ten sposób aktywowany receptor jest rozpoznawany przez białka przekaźnikowe, co wywołuje zmianę ich konformacji

• aktywacja różnych dróg przekazywania sygnału

• nieprawidłowa agregacja i aktywacja bez ligandu - niektóre nowotwory

Receptory związane z kinazą tyrozynową:

• związanie z ligandem ujawnia aktywność związanej z receptorem kinazy (aktywacja enzymu)

• fosforylacji ulega białko - substrat kinazy tyrozynowej

• przykład: receptory hormonów wzrostu (GH), cytokin i prolaktyny

Kinazy białkowe:

• przenoszenie reszty fosforanowej na reszty białkowe: tyrozyny, treoniny, seryny

Receptorowe kinazy tyrozynowe (RTK):

• EGFR - epidermal growth factor receptor

• PDGFR - platelet-derived growth factor receptor

• FGFR - fibrobalst growth factor receptor

• IR - insulin receptor

Niereceptorowe kinazy tyrozynowe:

• SRC (Proto-oncogene tyrosine-protein kinase Src), ABL (Abl tyrosine kinase), FAK (focal adhesion kinase), Janus

• domena kinazowa

• jedna lub więcej domen regulatorowych (SH2, SH3, PH)

Receptory o aktywności cyklazy guanylowej:

• związanie z ligandem ujawnia aktywność cyklazową receptora

• powstaje cGMP

• aktywacja kinazy białkowej G (PKG)

• przykład: receptor ANP

Typy cyklaz guanylowych:

• błonowe - związane z receptorami

• domena zewnątrzbłonowa, transbłonowa

• domena homologiczna z cyklazą adenylową

• cytoplazmatyczne (rozpuszczalne) - hemoproteiny (hem jest sensorem NO, CO, O₂)

Receptory działające jak transportery:

• związanie z ligandem powoduje internalizację receptora wraz z ligandem

• ligand wewnątrzkomórkowy ujawnia swoją aktywność

• nie są to typowe receptory dla hormonów

• przykład: transferyna i żelazo

Receptory związane z białkiem G:

• największa grupa receptorów

• związane z białkami wiążącymi GDP (GTP-binding protein)

• białka te aktywują różne ścieżki sygnałowe

• przykład: receptory FSH, LH, TSH

• 7 domen przezbłonowych - -heliksy zbudowane z aminokwasów hydrofobowych i pętle wiążące poszczególne helisy mogące łączyć się mostkami disiarczkowymi

• domena wewnątrzycytoplazmatyczna ulega prenylacji

Typy białek G:

• heterotrimeryczne białka G (duże białka G)

• małe, błonowe białka G

• rodzina białek RAS (Rat sarcoma)

• masa 20-30 kDa

• do zakotwiczenia w błonie potrzebują prenylacji, farnezylacji, palmitoilacji, itd.

Białka RAS:

• białka RAC (-1, -2, -3) - Ras-related C3 botulinum toxin substrate

• białka Rho (Ras homolog gene family), Rab, Ran

• małe białka - ok. 21 kDa

• regulacja funkcji cytoszkieletu i proliferacji komórek

• częste mutacje w nowotworach

• aktywność GTPazy, działają jako dwustronne przełączniki

• zaangażowane w proliferację, różnicowanie, adhezję, apoptozę, migrację komórek

• udział w szeregu dróg przekazywania sygnału

• istotne w kaskadzie MAP/ERK (Mitogen-activated protein kinases, pierwotnie nazywane ERK, Extracellular signal-regulated kinases) - wzrost i podziały komórkowe

• podobne do podjednostek G heterotrimerycznych białek G

• włączone - w powiązaniu z GTP - wymaga białek indukujących wymianę GDP na GTP - GEF

• wyłączone - w powiązaniu z GDP - wymaga białek aktywujących hydrolizę GTP - GAP

• mutacja białek G lub białek z nimi związanych w 60-90% nowotworów

• istotny punkt uchwytu terapii

• inhibicja białek RAS - interferencja z procesami modyfikacji potranslacyjnej

Aktywacja receptorów związanych z białkami G:

• zmiana konformacji domen transbłonowych

• wymiana GDP na GTP podjednostki a białka G

• aktywacja podjednostki 

• dysocjacja aktywnej G z kompleksu G-γ

Typy kompleksów białek G:

• podjednostka G (20 różnych typów)

• Gs - stimulatory G

• Gi - inhibitory G

• Go - związana z receptorami sierocymi - orphan

• Gt - transducyna w siatkówce, aktywacja fosfodiesteraz cGMP

• podjednostki γ (4 różne typy)

Identyfikacja kompleksu białek G związanych z danym typem receptora:

• toksyna krztuśca - rozprzęganie białek G z receptorem (wrażliwe szczególnie podjednostki Gi)

• toksyna cholery - rozprzęganie białek G z receptorem (wrażliwe szczególnie podjednostki Gs, synteza dużych ilości cAMP)

Wtórne przekaźniki:

• amplifikacja sygnału z receptora - aktywacja cyklazy cAMP przez aktywowane białko G i aktywacja kinazy białkowej A przez cAMP

• szybka inaktywacja i usuwanie

• fosfodiesterazy (inhibitory: metyloksantyny - kofeina, teofilina i teobromina)

• fosfatazy białkowe

Receptory związane z białkami G generujące inne wtórne przekaźniki:

• metabolizm fosfolipidów

• trifosforan inozytolu (IP₃)

• diacyloglicerol (DAG)

• kwas arachidonowy

• aktywacja fosfolipazy C (PLC) przez aktywowaną podjednostkę G

• aktywacja receptora i fosfolipazy C

• odszczepienie IP i DAG

• DAG - aktywacja kinazy białkowej C

• IP

• wiązanie się z zależnymi od liganda kanałami wapniowymi wewnątrzkomórkowymi

• uwalnianie jonów wapnia

• wiązanie się wapnia z kalmoduliną

• aktywacja białek związanych z kalmoduliną, m. in. kinazy zależnej od kalmoduliny (CAM-PK)

• aktywacja PKC (protein kinase C)

Działanie DAG i PKC:

• DAG aktywuje PKC

• PKC fosforyluje reszty seryna/treonina, wpływając na aktywność białek

• PKC aktywuje czynnik transkrypcyjny AP-1

• heterodimer jun/fos

• wiąże się z miejscami wiązania AP-1  mechanizm podobny do CREB

• wpływ na transkrypcję genów

Białka zależne od kalmoduliny i jonów wapnia:

• fosfodiesterazy cyklicznych nukleotydów

• cyklaza cGMP i cAMP

• wapniowozależne ATPazy błonowe

• oksydaza NADPH

• kinaza lekkich łańcuchów miozyny

• fosfofruktokinaza

• kinaza fosforylazy glikogenowej

• kalmodulinozależna kinaza białkowa

• fosfolipaza A2

• eNOS

• tubulina, spektryna

Kinaza białkowa A:

• główny aktywator cAMP

• 2 jednostki regulatorowe związane z 2 jednostkami katalitycznymi

• związanie cAMP z domeną pseudosubstratową jednostki regulatorowej powoduje oddysocjowanie jednostki katalitycznej

• fosforylacja białek

CREB (cAMP response element-binding protein):

• element odpowiedzi na cAMP (CRE)

• CREB ulega fosforylacji przez PKA

• ufosforylowany dimeryzuje i łączy się z CRE

• wzrost ekspresji genów posiadających sekwencję regulatorową CRE

CREM (cAMP-responsive element modulator):

• modulator CRE

• podobny do CREB

• 4 izoformy powstające z jednego genu

• 3 z nich blokują ekspresję genów z CRE

• 1 jest antagonistą CRE

• regulacja ekspresji genów przez regulację syntezy poszczególnych izoform

• np. niedojrzałe spermatocyty syntetyzują antagonistę, a dojrzewające agonistę

Receptory 7TM i kanały jonowe:

• modulacja neurotransmisji

• działanie pośrednie na kanały jonowe

• efekty trwające od sekund do minut

• receptory serotoninowe, adrenergiczne i dopaminowe mózgu

Kanały wapniowe:

• wewnątrzkomórkowe stężenie Ca²⁺ - 100 nM

• zewnątrzkomórkowe stężenie Ca²⁺ - 1 mM

• stosunek stężeń: 10 000

Homeostaza - usuwanie ATPaza Ca²⁺, sekwestracja, wiązanie

Wzrost stężenia - po aktywacji do 1uM

Otwarcie kanałów - błona komórkowa; wewnątrzkomórkowe magazyny wapnia

Dwie klasy kanałów wapniowych:

• zależne od potencjału (VDCC - voltage-dependent calcium channel)

• bramkowane ligandem

VOC, SMOC, SOC, ROC, NCX

Receptory rianodynowe - Ry-1, -2, i -3

• głównie mięśnie szkieletowe, myocardium, neurony

• uwalnianie jonów wapnia z magazynów wewnątrzkomórkowych

• powiązane z kanałami wapniowymi zależnymi od potencjału (typ L) - receptor dla dihydropirydyny

• zjawisko CICR - calcium-induced calcium release

• mutacje Ry-1

• patogeneza (…)

• niektóre - miopatia - central core disease

• rabdomioliza wysiłkowa, okresowy atypowy paraliż

• mutacje Ry-2

• różnego typu arytmie, m. in. polimorficzna tachykardia komorowa zależna od katecholamin

• mutacje Ry-3

Kanały VDCC - aktywacja przy potencjale ujemnym lub zbliżonym do spoczynkowego:

• HVA (high-voltage activated) - typu L, N, P, Q, R

• LVA (low-voltage activated) - typu T

Kanały typu L:

• mięśnie szkieletowe

• 5 różnych podjednostek

• generacja potencjałów aktywacyjnych i transdukcja sygnału z błony komórkowej

• ekspresja: układ nerwowy (neurosekrecja), mięśnie gładkie i szkieletowe, sercowy, komórki endokrynne, nerki

Kanały typu N - sekrecja neurotransmiterów

Kanały typu P i Q:

• OUN

• potencjały aktywacyjne

• integracja neuronalna

• neurosekrecja

Kanały typu T:

• potencjały oscylacyjne neuronów

• funkcja rozrusznika

Inhibitory kanałów wapniowych:

• typu L - werapamil, diltiazem, nifedypina

• typu P i Q - gabapentyna

• typu T - mibefradil, leki przeciwpadaczkowe, fenytaina

Hormony naczyniowe:

• tlenek azotu

• prostacyklina

• endoteliny

• angiotensyna II

Droga endotelinowa, prostacyklinowa i szlak NO

Układ renina-angiotensyna

Angiotensyna II - wszystkie efekty modulowane przez receptor AT1:

• przerost serca i naczyń

• wazokonstrykcja

• retencja Na przez nerki

• wydzielanie aldosteronu

• wzrost pragnienia

• uwalnianie ADH

• układ współczulny - neuromodulacja

• wzrost siły skurczu serca

RA w terapii:

• leczenie nadciśnienia

• zapobieganie LVH - left ventricular hypertrophy

• zapobieganie nagłym zgonom sercowym i zgonom po zawale serca (MI)

• zwiększanie przeżycia pacjentów z nabytą niewydolnością serca

• ochrona przed progresją nefropatii i nefropatii cukrzycowej

Inhibitory:

• antagoniści ACE

• hamowanie powstawania AngII  spadek efektów AngII i aldosteronu

• hamowanie kininazy II  wzrost kinin

• antagoniści receptorów

• AT-1R  blokowanie efektów AngII

• AT-2R

W efekcie: działanie ochronne

Antagoniści receptora AT1 - sartany:

• losartan

• walsartan

• kandesartan

• telmisartan

Wykład 3 - Cytokiny

Cytokiny - grupa białek nieimmunoglobulinowych działających jako mediatory międzykomórkowe, szczególnie w regulacji procesów immunologicznych

• białka niskocząsteczkowe

• rola regulacyjna w układzie odpornościowym

• regulacja podziałów komórkowych

• bardzo duże powinowactwo do receptorów błonowych

• aktywne w ekstremalnie niskich stężeniach

• bardzo krótki okres półtrwania

Podział:

• monokiny - produkowane przez monocyty

• limfokiny - produkowane przez pobudzone komórki T, głównie limfocyty T pomocnicze

• interleukiny - różne cytokiny, oryginalnie uważano, że są produkowane tylko przez leukocyty i mediują interakcje między komórkami

• chemokiny - cytokiny o działaniu chemotaktycznym

• ponad 50 różnych substancji produkowanych przez leukocyty i inne komórki

• działają chemotaktycznie w miejscu zapalenia

• ukierunkowują limfocyty do miejsca, w którym są potrzebne

• interferony - mediatory odpowiedzi wirusowej

• czynniki wzrostu kolonii - regulacja wzrostu i różnicowania komórek

Cytokiny działają podobnie jak hormony - działanie układowe, wpływ na procesy zapalne, reakcje ostrofazowe, gojenie ran

W przeciwieństwie do klasycznych hormonów:

• nie są syntetyzowane przez wyspecjalizowane komórki endokrynne

• nie są syntetyzowane w wyspecjalizowanych gruczołach endokrynnych i nie posiadają jednego określonego źródła

We krwi występują w bardzo niskich stężeniach, co wymaga specyficznych metod oznaczania:

• ultraczułe metody ELISA - TNF, IL-6

• RT-PCR

Posiadają bardzo krótki okres półtrwania:

• mało wygodne jako markery kliniczne

• często oznacza się nie cytokinę, lecz białko efektorowe (np. CRP)

Cytokiny rozpuszczalne i związane:

• oprócz cytokiny wolnej istnieją często w postaci związanej z błoną, ECM lub białkiem warunkującym latencję (np. TGF-)

• uwalniane z kompleksów przez metaloproteinazy macierzy (MMP)

• istotny etap regulacji aktywności

• te same proteazy mogą je inaktywować, np. TACE

Właściwości:

• produkowane przez komórki związane z naturalną i specyficzną odpornością

• pośredniczą i regulują procesy immunologiczne i zapalne

• wydzielanie jest krótkotrwałe i ograniczone

• ta sama cytokina jest produkowana przez różne komórki docelowe (efekt plejotropowy)

• różne cytokiny mają podobne działanie (są redundantne) - jest to efekt istnienia dimerycznych lub trimerycznych receptorów, posiadających wspólną podjednostkę; podział receptorów na rodziny; efekt ten może być także mediowany przesłuchem pomiędzy ścieżkami sygnałowymi (cross-talk)

Synteza:

• zwykle nie są magazynowane w komórce

• przechowywane w postaci preformowanej są tylko niektóre, np. TGF- i PDGF w ziarnistościach płytek krwi

• synteza następuje na skutek krótkotrwałego pobudzenia ekspresji genu

• mRNA ma krótki okres półtrwania

• produkowane są tylko wtedy, kiedy są potrzebne - w wyniku aktywacji komórki

Wpływ cytokin na inne cytokiny:

• antagonistyczny

• addycyjny

• supraaddycyjny (synergistyczny)

Mechanizm działania:

• autokrynny - na tą samą komórkę

• parakrynny - na sąsiednie komórki

• endokrynny - na odległe komórki poprzez układ krążenia

Odpowiedź na cytokiny: zwykle wolna, wymaga syntezy nowego mRNA i białka

Mogą być podzielone ze względu na funkcje:

1. Mediatory i regulatory nieswoistej odpowiedzi

• TNF - tumor necrosis factor

• Interleukina 1 (IL-1)

• Chemokiny

• Interleukina 10

• Interferon γ - ING-γ

2. Mediatory i regulatory swoistej odpowiedzi

• IL-2

• IL-4

• IL-5

• IL-10

• INF-γ

3. Stymulatory hematopoezy

• IL-3

• CSFs - colony stimulating factors

Regulacja odpowiedzi immunologicznej - w zależności od antygenu aktywowane są różne drogi:

• aktywacja Th1 - ułatwia odporność zależną od komórek

• aktywacja Th2 - ułatwia odporność humoralną

W odpowiedzi na infekcję wirusową lub bakteryjną makrofagi wydzielają:

• IL-1

• IL-6

• TNF-a

Cytokiny te nazwane są endogennymi pirogenami:

• gorączka

• działanie chemotaktyczne w stosunku do neutrofili

• aktywacja ostrej fazy (np. CRP)

Komórki zakażone wirusami:

• produkcja ? i ?

• działanie antywirusowe, indukcja MHC-1, aktywacja NK

Receptory cytokin:

• cytokiny mogą współdzielić receptory

• w efekcie defekt syntezy pojedynczej cytokiny zazwyczaj nie prowadzi do poważnych konsekwencji

• receptory są heterodimerami lub heterotrimerami

• posiadają wspólne podjednostki receptorowe

• defekt wspólnej podjednostki wyłącza działanie szeregu cytokin

• prowadzi to do poważnych konsekwencji, np. mutacja podjednostki receptorowej γ wywołuje sprzężony z chromosomem X ciężki złożony zespół niedoboru odporności

Nadrodzina receptorów immunoglobulinowych: IL-1R, TLR

• domena immunoglobulinowa

• powtórzenia bogate w leucynę

• domena TLR - toll-like receptor

Rodzina receptorów dla hematopoetyn

Rodzina receptorów dla TNF: TNF, FasL, CD40L…

Ścieżki sygnałowe:

cytokina  wiązanie receptor błonowy  transdukcja kaskada kinaz  aktywacja  regulacja transkrypcji, wzrost stężenia Ca²⁺

Ścieżki:

• ścieżka NFB

• ścieżka JAK/STAT

• ścieżka sygnałowa chemokin

• cross-talk pomiędzy ścieżkami

NFB:

Nuclear Factor  B

• tworzy dimery

• sekwestrowany w cytoplazmie przez IB

Induktory:

• cytokiny: IL-1, TNF…

• bakteryjne - lipopolisacharyd (LPS)

• wirusowe: retrowirusy, dsRNA

Receptory aktywujące:

• receptory dla IL-1

• toll-like receptors (TLR)

• receptory dla TNF

TNF-:

• 1985 r. - sklonowanie genu i transkrypcja u E. coli

• gen: 3 kbp, 3 introny, duża homologia z TNF

• ostatni egzon koduje 80% białka, 56% homologia z TNF-

• oba geny (TNF- i TNF-) oddalone od siebie o ok. 2bp

• pozycja 6p21.3

• położenie w genomie obok genów układu MHC (HLA-DR, A, DP)

• podobne położenie w genomie myszy

• nieznane znaczenie takiego położenia

• syntetyzowany jako pre-białko o masie 26 kDa (związane z błoną komórkową, do jego aktywacji konieczna jest proteoliza i odszczepienie od błony)

• w surowicy homotrimer o masie 51 kDa

• ponad 12 różnych receptorów m. in.:

• TNFR1 - aktywacja NFB, zawiera „domenę śmierci”

• TNFR2 - hamowanie odpowiedzi na TNFR1, przekazywanie TNF do TNFR1, odpowiedź na LPS

• synteza głównie w aktywowanych makrofagach i komórkach T

• najważniejszy mediator odpowiedzi na LPS

• indukuje syntezę: CSF, IFN-γ, IL-6, IL-8 i chemokin

• rekrutacja neutrofilów i makrofagów do miejsca zapalenia

• stymulacja syntezy ICMA-1 i VCAM-1 (intercellular adhesion molecule, vascular cell adhesion protein or molecule)

• stymulacja syntezy chemokin przez makrofagi i komórki EC

• pirogen działający bezpośrednio lub przez IL-1

• znaczenie w patogenezie: RZS, łuszczycy i gruźlicy

Interleukina 1:

• IL-1 i IL-1

• produkcja przez aktywowane makrofagi, limfocyty, keratynocyty i fibroblasty

• aktywuje NFB

• pomaga w aktywacji limfocytów T

• synteza indukowana zapaleniem, uszkodzeniem lub infekcją

• działa prozapalnie

• tworzenie i remodeling kości

• regulacja apetytu

• główny pirogen

• udział w sekrecji insuliny, modulacji osi IGF/GH

• indukcja MMP, m. in. kolagenazy

• wzrost syntezy prostaglandyn

• indukcja iNOS i wzrost syntezy NO

• wzrost syntezy chemokin, np. MCP-1 (monocyte chemotactic protein)

• indukcja ICAM-1, VCAM-1, E-selektyny

Interleukina 2:

• dojrzała cytokina ma 133 aminokwasy

• synteza - głównie aktywowane mitogenem limfocyty CD4+

• początkowo nazywana czynnikiem wzrostu komórek T (TCGF)

• synteza przez transformowane komórki T i B, białaczkowe, LAK (lymphokine-activated killer cell) i NK

• nie jest syntetyzowana przez komórki niestymulowane

• indukuje progresję cyklu komórkowego

• umożliwia rozrost klonalny aktywowanych limfocytów T

• na proces ten wpływa także prolaktyna

• hamowanie biosyntezy m. in. przez glikokortykoidy - indukcja apoptozy limfocytów

• z wiekiem wpływ IL-2 na komórki T zmniejsza się

• uszkadza barierę krew-mózg, co umożliwia przenikanie do mózgu

• wywołuje tam: uczucie zmęczenia, dezorientację, depresję

• efekty są często obserwowane u osób otrzymujących rekombinowaną IL-2

• inne działania

• wzrost syntezy immunoglobulin (łańcucha J)

• proliferacja komórek B (wymaga IL-4)

• nasila działanie komórek NK

• główny regulator odpowiedzi immunologicznej

• zastosowanie

• terapia nowotworów - rak nerki, czerniak złośliwy

• leki immunosupresyjne - antagoniści ścieżki sygnałowej (sirolimus), inhibitory wydzielania (glikokortykoidy), inhibitory transkrypcji IL-2 (cyklosporyna)

Interleukina 6:

• interleukina o niezwykle plejotropowym działaniu

• funkcje pro- i przeciwzapalne

• modulacja resorpcji kostnej

• aktywator hematopoezy

• induktor rozwoju plazmocytów

• syntetyzowana przez różne komórki: synowiocyty, adipocyty, osteoblasty, komórki EC pod wpływem endotelin, monocyty, keratynocyty, komórki pigmentowe siatkówki

• synteza wymaga wcześniejszej stymulacji komórki

• synteza CRP zależy głównie od IL-6

• stąd CRP jest czułym markerem syntezy IL-6

• wykorzystywany jako marker zapalenia i uszkodzenia naczyń

• tocilizumab - przeciwciało przeciwko IL-6R

• jeżeli stężenie tocilizumabu > 1g/ml - stężenie CRP równe zeru

• w efekcie CRP może być czułym markerem kompletnej blokady działania IL-6 in vivo

• IL-6 indukuje syntezę hepcydyny i SAA (serum amyloid A protein)

• wysokie stężęnia hepcydyny blokują ferroportynę 1 w makrofagach, hepatocytach i enterocytach

• niskie stężenie żelaza - patogeneza anemii towarzyszącym stanom zapalnym

• przewlekłe wysokie stężenie SAA - rozwój amyloidozy

Cytokiny i kości

• estrogeny działają hamująco na aktywację limfocytów T i syntezę przez nie cytokin prozapalnych

• estrogeny hamują kościoresorpcję

• brak estrogenów  wzmożona synteza IL-1, IL-6, TNF-, M-CSF

• wzrost na prekursorach osteoklastów receptora chemokinowego CCR2

• nadmierna odpowiedź na M-CSF i nadekspresja receptora RANK (Receptor Activator of Nuclear Factor  B)

• nadwrażliwość prekursorów osteoklastów na RANKL

• receptor-pułapka dla RANKL

• osteoprotegeryna - OPG

• produkowana przez osteoblasty

• działa parakrynnie

• zmniejsza kościoresorpcję, różnicowanie i przeżycie osteoklastów

• równowaga RANKL/RANK/OPG jest kluczowa dla remodelingu kości

• z drugiej strony: IL-1, IL-6 i TNF-a wywołują nadekspresję RANKL w osteoblastach i komórkach podścieliska

• efekt  zwiększone różnicowanie w kierunku osteoblastów, nasilenie ich aktywności i wzrost kościoresorpcji

Znaczenie:

• przerzuty nowotworowe

• lokalna synteza cytokin indukujących kościoresorpcję

• np. szpiczak

• możliwość zastosowania jako terapia antyresorpcyjna

• rekombinowana osteoprotegeryna

• przeciwciało przeciwko RANKL - denosumab

Czynniki stymulujące wzrost kolonii - CSF

• GM-CSF

• G-CSF

• M-CSF

• Epo

• IL-3

• IL-6

Cytokiny układu hematopoetycznego:

• erytropoetyna (EPO)  erytrocyty

• G-CSF, GM-CSF  granulocyty

• GM-CSF, M-CSF  monocyty

• interleukina 7  limfocyty

Produkowane przez komórki T, makrofagi, komórki śródbłonka, fibroblasty

• GM-CSF wpływa na rozwój komórek progenitorowych w szpiku

• M-CSF wpływa na rozwój monocytów/makrofagów

• G-CSF stymuluje rozwój PMN (polymorphonuclear leukocytes)

GM-CSF:

• wpływa na linię granulocytową, monocytową i eozynofilową

• wzrost proliferacji innych komórek, w tym nabłonka i osteoklastów

• synteza przez aktywowane monocyty/makrofagi, śródbłonek, limfocyty i fibroblasty

• receptory na komórkach szpikowych, monocytach, PMN, eozynofilach, bazofilach i komórkach dendrytycznych

G-CSF:

• wpływa na linię granulocytową

• synteza przez aktywowane monocyty/makrofagi (LPS, TNF), śródbłonek (IL-1) i fibroblasty

• receptory na komórkach szpikowych, monocytach, PMN

M-CSF

• wpływa na linię monocytową

• synteza przez aktywowane monocyty/makrofagi i fibroblasty

• receptory na komórkach szpikowych, monocytach/makrofagach

Czynniki wzrostu:

• growth factors

• wczesny rozwój

• różnicowanie tkanek

• naprawa uszkodzeń i gojenie ran

• regulacja odpowiedzi immunologicznej

• mediatory innych hormonów

• proliferacja

• różnicowanie

• chemotaksja

• śmierć komórki

• migracja komórek

PDGF - platelet-derived growth factor

NGF - nerve growth factor

HGF - hepatocyte growth factor

IGF - insulin-like growth factor

FGF - fibroblast growth factor

VEGF - vascular endothelial growth factor

Większość stymuluje wzrost

6

---