RECEPTORY CYTOKINŮ A PŘENOS SIGNÁLU Jana Novotná
Co jsou to cytokiny? Skupina proteinů a peptidů (glykopeptidů( glykopeptidů), vylučovaných živočišnými buňkami a ovlivňujících buněčný růst (též růstové faktory) které se účastní přenosu signálu od jedené buňky ke druhé. Působí parakrinně nebo autokrinně přes specifické buněčné receptory. Významnou skupinu tvoří lymfokiny (též interleukiny), bílkoviny uvolňované z aktivovaných buněk imunitního systému a koordinující imunitní odpověď organismu.
Cytokiny, stejně jako hormony, působí autokrinně krinně, parakrinně nebo endokrinně krinně.
Nomenklatura cytokinů Lymfokiny cytokiny, produkované aktivovanými T- lymphocyty, které řídí odpověď imunitího systému signalizací mezi imunokompetentními buňkami. Interleukiny cytokiny, jejichž cílové buňky jsou hlavně leukocyty. Chemokiny specifická třída cytokinů, které zprostředkovávají chemotaxi mezi buňkami, stimulují pohyb leukocytů a regulují jejich migraci z krve do tkání. Monokiny cytokiny, produkované hlavně mononukleárními buňkami jako jsou makrofágy.
Hlavní funkce cytokinů Hematopoesa (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, IFNγ). Imunosuprese (např. IL10). Angiogenese (např. VEGF- vacsular endothelial growth factor). Embryogenese (např. TGF-β, LT - lymphotoxin).
Clasifikace receptorů cytokonů Receptory typu I označované také jako rodina receptorů hematopoetinu : IL 2, IL 3, IL 4, IL 5, IL 6, IL7, IL 9, IL 13, IL 15, GM-CSF (faktor stimulující kolonie granulocytů a makrofágů ) a G-G CSF (faktor stimulující kolonie granulocytů) Receptory typu II označované také jako receptory interferonů Receptory transformujícího růstového faktor (TGF) Receptory pro tumory nekro rotisující faktor (TNF) Imunoglobulinováová superrodina rodina (IgSF IgSF) Receptory chemokinů (sedm transmembránových helikálních úseků)
Cytokinovéové receptory y typt ypu I Transmembránové receptory exprimované na vnějším porchu buňky. Jsou známé také pod názvem receptory hematopoetinu. Všechny mají stejný aminokyselinový motiv (WSXWS) v extracelulárním úseku poblíž buněčné membrány.
Imunoglobulinováová superrodina rodina (IgSF) Velká skupina receptorů na buněčných površích a rozpustných proteinů, účastní se procesů buněčného rozpoznávání, vazeb mezi buňkami nebo adhese. Receptory mají doménu strukturně podobnou imunoglobulinům (protilátkám). Všeobecně jsou spojeny s procesy v imunitním systému.
Receptor pro tumort umory nekrotisující factor TNF je dominantním cytokinem v procesu zánětu. Extracelulární doména receptoru pro TNF je bohatá na cystein. Receptor chemokinů Typická doména se sedmi transmembránovými úseky a charakteristickým motivem "DRY. Receptory většinou spojeny s G-proteinem. http://en.wikipedia wikipedia.org/.org/wiki/chemokine Chemokine_receptor
Receptor transformujícího růstového faktoru Receptor s tyrosinkinázovou aktivitou (P), extracelulární doména, vázající ligand (např. PDGF, růstový hormon, insulin, FGF, EPH ), po autofosforylaci se na intracelulární část receptoru váží adaptorové proteiny (GRB2 a SHC) a ty aktivují další efektory signalizační kaskády. RAS významný efektor kaskády, molekulární přepínač mezi zapnutým GTP-proteinem a vypnutým GDP-proteinem. RAS activita je positivně regulována guanosine exchange factors (GEFs), jako je SOS, a negativně GTPase-activating proteins (GAPs). další proteiny signalizační kaskády (RAF) vedou k expresi genu. www.nature.com/.../v2/n8/fig_tab/nrc866_f3.html
Stejná γ podjednotka některýh receptorů pro interleukiny γ podjednotka (zeleně), zprostředkovává intracelulární signalizaci a je společná pro různé IL.
Signalizace přes receptory cytokinů typu I a II Ligandem aktivovaný receptor (R) váže kinasu JAK (K). Následuje její fosforylace a fosforylace receptoru. Fosforylované místo je určeno pro zakotvení STAT (signal transducer and activator of transkription) (S). J AK katalyzuje fosforylaci tyrosinu na STAT, který se navázal na komplex receptorkinasa. Dvě molekuly STAT, poté, co jsou fosforylovány JAK, vytvoří aktivní dimer. STAT dimer se přemístí do jádra, váže se na specifickou část DNA v oblasti promotoru cílového genu a aktivuje jeho expresi.
Interferony (IFN) Proteinové hormony s antivirovou aktivitou. Regulují řadu biologických funkcí (inhibice proliferace, diferenciace, modulace imunitního systému, inhibice angiogeneze,kontrola buněčné proliferace). Jsou produkovány buňkami jako odpověď na různé podněty. Působení je zprostředkováno přes buněčné receptory. Aktivují přenos signálu. Jsou využívány k léčbě řady onemocnění (tumory, virové infekce, autoimunitní onemocnění, neurologické syndromy). Jsou efektivním farmakologickým přípravkem.
Klasifikace interferonů a jejich receptorů Dělení podle schopnosti vázat se na určitý typ receptoru Interferony I typu mají sedm tříd IFN-α, IFN-β, IFN-ε, IFN ο, IFN-δ and IFN-τ Hlavní složka přirozeného imunitního systému. Obrana proti virovým infekcím. Jejich produkce je indukovaná virovým podnětem. Interferon II typu tvoří pouze IFN-γ IFN-γ je součástí imunitní odpovědi. Produkován určitými aktivovanými T buňkami a NK buňkami (přirozenými zabíječi). Odpověď na antigen (včetně virového antigenu) nebo odpověď na mitogen stimulující lymfocyty.
Interferony I typu Induktorem je dvojvláknová RNA vznikající přepisem vlastním genomu viru, polypeptidy a cytokiny. Receptory IFN I jsou exprimovány na mnoha buněčných typech. IFN-α, IFN-β produkují hlavně leukocyty, resp. fibroblasty jako odpověď na infekci virem nebo bakteriemi. Intreferon-γ Je produkován určitými aktivovanými T buňkami (TH1) a NK buňkami na podnět IL-2 a IL-12. Vazba IFN-γ na jeho receptor zvyšuje expresi MHC typu I na všech somatických buňkách. Může také aktivovat makrofágy, neutrofily a NK buňky.
Funkce interferonů Zahajují a regulují řadu funkcí: Antivirová odpověď. Antiproliferativní aktivita (schopnost zastavit buněčný růst) využití k léčbě rakoviny. Kontrola apoptózy. Imunomodulační schopnosti (IFN-γ je hlavní činitel modulující imunitní odpověď, hlavní antivirový cytokin).
Přenos signálu signální transdukce - jako odpověď na interferon Biologická aktivita IFN-α, IFN-β a IFN-γ: vazba na specifický receptor na povrchu buňky aktivace signální dráhy známé jako JAK/STAT* (aktivace transkripce cílového genu, který se normálně vyskytuje jen na velmi nízké úrovni a nebo je klidový). *JAK/STAT rodina tyrosinkináz, jejichž hlavní funkcí je fosforylace receptorů pro cytokiny a růstové faktory. STAT přenašeč signálů a aktivátor transkripce (protein aktivující transkripční faktor jako odpověď na vazbu extracelulární signální sloučeniny na povrchový buněčný receptor).
Receptor pro IFN-γ Exprese receptoru pro IFN-γ na povrchu téměř všech buněčných typů. Receptory s vysokou afinitou jsou na T- a B- lymfocytech, NK buňkách, monocytech, makrofágách, fibroblastech, neutrofilech, endoteliálních buňkách a hladkých svalových buňkách (na lidských fibroblastech je asi 2500 IFN-γ receptorů). Receptory se na povrchu buněk exprimují pouze jako odpověď na podnět daný antigenem na buňkách, které mají lymfiodní původ (přirození zabíječi NK buňky, makrofágy a některé T buňky.
Řetězec IFN-γR1 - glykoprotein, 90 kda, 472 aminokyselinových zbytků (228 AK zbytků umístěno extracelulárně, transmembránová doména má 24 AK zbytků, 220 AK zbytků je umístěno intracelulárně). Řetězec IFN- γr2 glykoprotein, 62 kda, 315 AK zbytků (226 AK zbytků je umístěno extracelulárně, transmembránová doména má 23 AK zbytků, 65 AK zbytků je umístěno intracelulárně). Ligand (IFN γ) se váže pouze na extracelulární část řetězce IFN-γR1 (v nepřítomnosti IFN-γR1 se IFN-γ na IFN-γR2 část nemůže vázat). Receptor pro IFN-γ
Dimer IFN-γ se váže na dva IFN-γR1 řetězce Přenos signálu se uskutečňuje přes sérii fosforylací tyrosinových zbytků. Vrcholí aktivací STAT a jeho přemístěním do jádra. Indukuje se syntéza nové mrna. 1. Po navázání IFN-γ se JAK kinázy zkříženě fosforylují. 2. Fosforylované aktivují Tyr 457 na každém řetězci IFN-γR1, to slouží k upevnění STAT. 3. STAT je fosforylován JAK kinázou. 4. Fosforylovaný STAT se uvolní a jako transkripční faktor je přemístěn do jádra, aktivuje IFN-γ regulované geny.
Receptory I typu, IFN-α/β Receptor IFN-α/β má jeden pár řetězců - IFN-αR1 a IFN-αR2. IFN-αR1 má 530 aminokyselinových zbytků (409 AK zbytků jsou umístěny extracelulárně,100 AK zbytků je umístěno intracelulárně). IFN-αR2 má 486 AK zbytků (217 AK zbytků extracelulárně, 251 AK zbytků intracelulárně). Receptor má schopnost vázat mnoho různých ligandů (všechny podtypy IFN-α a IFN-β a jiné IFN typu I).
Receptory I typu, IFN-α/β Interferonový ligand se nejprve váže na IFN-αR1 a pak na IFN-αR2, což komplex stabilizuje. Jak1 vázaná na cytoplasmatickou část IFN-αR1 a Tyk2 na IFN-αR2 se navzájem fosforylují. Fosforylované Jak1 a Tyk2 fosforylují STAT1 a STAT2, vytvoří se heterodimer. Fosforylofané STAT dimery se uvolní z vazby, asociují s p48 a jsou přemístěny do jádra, kde aktivují transkripci genů.
Účinek a význam přenosu signálu přes IFN-γ receptory Vyvolání imunitní reakce. Antibakteriální účinek (aktivace neutrofilů, NK buněk, a makrofágů, zvyšují schopnost buněk rozpoznat, zabít a strávit cizorodé buňky a bakterie). Jejich normální exprese je významná v prevenci při rozvoji rakoviny. Účinek a význam přenosu signálu přes IFN-α/β receptory Obrana proti virům, před jejich replikací.