CYTOKINY, ADHESIVNÍ MOLEKULY - klíčové molekuly pro mezibuněčnou komunikaci, buněčná migrace a mezibuněčná signalizace. Ústav imunologie LF UP

Transkript

1 CYTOKINY, ADHESIVNÍ MOLEKULY - klíčové molekuly pro mezibuněčnou komunikaci, buněčná migrace a mezibuněčná signalizace Ústav imunologie LF UP

2 Mezibuněčná komunikace základ fungování organizmů K zajištění fyziologických procesů musí spolu buňky komunikovat Komunikace (mezibuněčný kontakt, buněčná migrace a mezibuněčná signalizace): Cytokiny, chemokiny adhezivní molekuly (mechanismy mezibuněčného kontaktu) Počet buněk v lidském těle: v řádech bilionů ( ) - údaje se rozchází, počet imunitních buněk: 10 11

3 Co si odnesete z přednášky? Co jsou cytokiny, chemokiny, adhesivní molekuly? Jaká je funkce a dělení cytokinů, chemokiny, adhesivní molekuly? Jakou hrají cytokiny roli ve zdraví a nemoci? Receptory a antagonisté Intracelulární signalizace Cytokiny a jejich využití v terapii

4 Mezibuněčná komunikace -signalizující buňky secernují/expremují signální molekuly (exocytóza nebo difúze přes cytoplazmatickou membránu) -cílové buňky mají specifické receptory pro signální molekuly ( ligandy) Vznikají ligand receptorové komplexy

5 Cytokiny - historie Identifikace v 1960-letech (1957 Issacs a Lindenmannasi objevili solubilní faktor produkovaný buňkami po expozici inaktivovaným virem chřipky interferon) Supernatanty kultur lymfocytů indukce proliferace, diferenciace, zrání buněk. Aktivace lymfocytů s antigeny zvýšená aktivita supernatantů Aktivní při nízkých koncentracích těžko identifikovatelné

6 Co jsou to cytokiny? Skupina nízko-molekulárních proteinů a glykoproteinů (<30kD) Produkovány mnoha buněčnými populacemi jako odpověď na různé stimuli Působí na leukocyty i jiné buňky prostřednictvím povrchových receptorů jako tkáňové hormony Většinou sekretované, ale existují i membránové formy (nebo obojí) Aktivní v picomolárních množstvích Komunikace a přenos signálu od jedné buňky ke druhé

7 Charakteristika cytokinů 1. produkce cytokinů-nutný stimul (signal) 2. Většinou sekretovány (i membránové formy) 3. nízkomolekulární proteiny 4. účinné při nízkých koncentracích 5. vazba na receptory 6. Výsledek-biologický efekt (proliferace, diferenciace, aktivace atd)

8 Působení cytokinů Autokrinně-na receptor na buňku, která cytokin produkuje Parakrinně-na receptor buňce v těsné blízkosti Endokrinně- po transportu řečištěm působí na vzdálené tkáně/buňky Většina cytokinů působí autokrinně a/nebo parakrinně

9 Pleiotropní účinek cytokinů Působí na různé typy buněk

10 Redundance cytokinů Více cytokinů stejný efekt, jeden nahradí jiný

11 Synergie cytokinů Efekt kombinace vyšší než efekt jednotlivých cytokinů

12 Antagonismus cytokinů Jeden cytokin inhibuje druhý.

13 Kaskádová indukce Jeden cytokin indukuje tvorbu druhého

14 Cytokinová síť Koordinované spolupůsobení cytokinů Prozánětlivé Protizánětlivé Růstové faktory hemopoetických buněk Humorální imunita Buněčně zprostředkovaná imunita Antivirové účinky (IFN)

15 Role cytokinů Indukce a regulace interakcí mezi buňkami imunitního, zánětlivého a hematopoetického systému aktivace vrozené i specifické imunity kontrola vývoje a funkce buněk imunitního systému, zánětlivých a hematopoetických buněk ovlivňují proliferaci, diferenciaci a migraci buněk

16 Cytokiny dle funkce 1. Hematopoietiny (např. Interleukiny 1-37) 2. Interferony a, b, g (IFN-a ) 3. Chemokiny (IL-8 a příbuzné molekuly) 4. Transformující růstové faktory (TGF-a ) 5. Faktory nekrotizující nádory (TNF-a, b) 6. Faktory stimulující kolonie (G-CSF, M- CSF, GM-CSF) 7. Růstové faktory (SCF, EPO, FGF ) Zdroje: Lymfokiny (produkce leukocyty) Funkce: Chemokiny Intercelularní signalizace: Interleukiny známo více než 120 cytokinů

17 Buňky produkující a ovlivňované cytokiny Vrozená imunita Makrofágy Endoteliální buňky Epiteliální buňky Fibroblasty Specifická imunita T lymfocyty Makrofágy NK buňky produkce různými typy buněk, různé cílové buňky

18 Hlavní funkce cytokinů Hematopoéza (např. CSF, colony stimulating factor). Zánětlivé reakce (např. IL1, TNF). Chemotaxe (např. IL8, MIP1- macrophage inflammatory protein 1, BLC B-lymphocyte chemoatractant). Imunostimulace (např. IL12, IFNg). Imunosuprese (např. IL10). Angiogeneze (např. VEGF- vacsular endothelial growth factor). Embryogeneze (např. TGF-b, LT - lymphotoxin).

19 Hematopoéza SCF (Stem cell factor) GM-CSF (Granulocytemacrophage colony-stimulating factor) IL-3 IL-5 IL-7

20 SCF (Stem cell factor) - funkce

21 Figure 5 Regulační T-buňky (Tregs) Sakaguchi et al Cell 2008

22 Th1 Th2 subsets Aktivace Th1 imunitní odpovědi: IL-2, IL-12, IFN gama a TNF Aktivace Th2 imunitní odpovědi: IL-4, IL-5, IL-13

23 Role cytokinů u alergií a astma

24 Příklady významných cytokinů Aktivace T-lymfocytů: IL-2, IL-15, IL-12 Aktivace Th1 imunitní odpovědi: IL-2, IL-12, IFN gama a TNF Aktivace Th2 imunitní odpovědi: IL-4, IL-5, IL-13 Aktivace B: IL-4 (IL-5, IL-6) Aktivace NK: IL-12, IL-2 Aktivace makrofágů, exprese MHC: IFNgamma, TNF Diferenciace myeloidních buněk: G-CSF, M-CSF, GM- CSF, IL-3 Diferenciace kmenových buněk: SCF (IL-1, IL-3, IL-7) GM-CSF (faktor stimulující kolonie granulocytů a makrofágů) G-CSF (faktor stimulující kolonie granulocytů)

25

26 Interferony INF-α, β interferony - bílkovinné látky, produkované buňkami napadenými viry, vážou se na membrány napadených buněk => tyto buňky jsou rezistentní vůči virům inhibuje replikace virové RNA Inhibuje expresi virových receptorů Indukuje lytickou aktivitu NK buněk

27 Chemokiny Chemotaktické cytokiny 4 skupiny dle počtu a vzdálenosti cysteinů - Nejen migrace buněk - regenerace, reparace, - Sekrece kolagenu a mucinu a dalších

28 Chemokinové receptory a ligandy

29 Regulace chemokinové sítě Stone et al. Int J Mol Sci. 2017

30 Exprese na všech buňkách

31 Chemotaxe chemotaktické cytokiny

32

33 Receptory cytokinů Vazba ligandu na receptor Signální kaskáda Biologický efekt (chemotaxe, aktivace, proliferace, apoptóza, sekrece) Receptory na různých buňkách, i na buňkách endokrinního a nervového systému

34 Ligand - receptor Cytokin může působit pouze na buňku, která exprimuje receptor Aktivita cytokinu je cílená na danou buňku díky specifickému profilu cytokinových receptorů

35 Cytokinové receptory

36 Charakteristika receptorů Receptory složeny z několika podjednotek běžné signal-transducing subunits unikátní vysoce afinitní podjednotky unikátní vysoce afinitní podjednotky asociovány s aktivací cílových buněk Obvykle 2 podjednotky VAZEBNÁ a SIGNALIZAČNÍ (např. alfa jednotka-vazba cytokinu, beta-signaling, minoritní role ve vazbě cytokinu) Vazebná jednotka pro několik receptorů

37 Redundance Antagonismus

38 Klasifikace receptorů cytokinů Receptory typu I (rodina receptorů hematopoetinu) : IL2, IL3, IL4, IL5, IL6, IL7, IL9, IL13, IL15, GM-CSF (faktor stimulující kolonie granulocytů a makrofágů ) a G-CSF (faktor stimulující kolonie granulocytů) Receptory typu II - receptory interferonů Receptory pro TGF Receptory pro TNF Imunoglobulinová superrodina (IgSF) Receptory chemokinů

39 Receptory chemokinů

40 Chemokinové receptory migrace leukocytů

41 Receptory - Signální dráhy Receptory většinou asociovány s intracelulárními enzymy (proteinkinázy fosforylují další proteiny) Vazba cytokinu: -agregace receptorů -přiblížení a vzájemná fosforylace asociovaných kináz, a tím jejich aktivace -fosforylace specifických substrátů -spuštění signalizační kaskády

42 Receptor Ligandy (chemokiny) Exprese na buňkách CCR1 RANTES, MIP-1a, MCP-3, MCP-4 MF, aktivované T, neutrofily, bazofily CCR2 MCP-2, -3, -4, -5 MF, aktivované T, bazofily CCR3 CCR4 Eotaxin, eotaxin-2, MCP-2, -3, -4 TARC, MDC, RANTES, MIP-1a, MCP-1 Eosinofily, aktivované T (TH2), bazofily Aktivované T (TH2), bazofily CCR5 RANTES, MIP-1a, MIP-1b MF, aktivované T (TH1) CCR7 6Ckine, MIP-3b DC, T, B CCR8 I-309 Aktivované T (TH2), NK CCR9 TECK DC, thymocyty CCR10 CTACK T (kožní) CCR11 MCP-1 různé buňky CXCR1 IL-8, GCP-2 Neutrofily, NK CXCR2 IL-8, GCP-2, GRO, ENA-78, NAP-2 Neutrofily, NK CXCR3 IP-10, Mig, I-TAC Aktivované T (TH1), NK CXCR4 SDF-1 MF, T CXCR5 BLC B CX3CR1 Fractalkine MF, aktivované T, NK XCR1 Lymfotaktin a, b Aktivované T, NK

43 Viry napodobují cytokiny a receptory

44 Regulace cytokinů cílená léčba solubilní antagonisté receptorů cirkulující solubilní receptor Cirkulující protilátka (blokující ligand) inhibitory kináz Inhibitory transkripčních faktorů

45 Cílená anti-cytokinová terapie Mechanizmy: 1) Antigonista cytokinových receptorů (IL-1 receptor antagonist IL-1Ra) 2) Solubilní cytokinové receptory 3) Anti-cytokine antibodies

46 Terapeutické využití cytokinů Tumor necrosis factor (TNF) -Pro-zánětlivý cytokin produkován zejména monocyty a lymfocyty -aktivuje endoteliální buňky k adhezi buněk - Aktivuje lymfocyty k produkci cytokinů -iniciace cytokinové kaskády -rozvoj zánětlivé reakce Nízké koncentrace aktivace leukocytů a endoteliálních buněk k adhezi (lokální zánět) Zvýšené koncentrace - Systémový efekt ZÁNĚT (low grade) Vysoké koncentrace septický šok

47 Terapie s anti-tnf protilátkami (např. Infliximab-protilátka, Etanercept-circulating receptor) reumatoidní arthritida Crohnova nemoc sarkoidóza další autoimunitní a zánětlivé nemoci

48 Revmatoidní artritida B cell Macrophage T cell Synoviocyte Increased cytokine production (IL-1, IL-6) Increased inflammation Cytokines Increased adhesion molecules Cell migration into joints Increased production of MMP Tissue remodeling

49 Komplikace léčby anti-tnf

50

51 Chemokiny - regulátory interginů

52 Adherentní spoje buňka - mimobuněčná matrix (ECM) Specializované oblasti membrány - fokální kontakty nebo adhezívní plaky (kde končí svazky aktinových vláken) Integriny - transmembránové vazebné buněčné receptorů pro matrix -zprostředkovávají adhezi - slouží jako spoj mezi matrix a svazky aktinu v placích. - Tvoří heterodimery (řetězce alfa a beta) Hemidesmosomy - spojují bazální povrch epiteliálních buněk s bazální laminou. Integrinový receptor

53 Selektiny

54 Struktura a funkce selektinů

55 Naivní T buňky migrují do LU

56 zralé T buňky buněčná interakce

57

58 Poruchy adheze zprostředkované E- cadherinem mohou vést k uvolnění buněk z tkáně Význam pro vznik nádorových metastáz

59 Shrnutí - cytokiny Komunikace mezi buňkami Stimul - Cytokin Receptor - vazba efekt Promiskuitní, redundantní, synergie, sítě Ve zdraví i nemoci Využití k cílené biologické léčbě