CYTOKÍNY: VLASTNOSTI, TYPY, FUNKCIE, PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Cytokín alebo cytokíny sú proteíny alebo glykoproteíny rozpustné signalizačné produkovaný niekoľkými typmi buniek v tele, najmä buniek imunitného systému, ako leukocyty: neutrofily, monocyty, makrofágy a lymfocyty (B bunky a T-bunky).

Na rozdiel od iných špecifických väzbových faktorov pre receptory, ktoré spúšťajú dlhé a komplexné signalizačné kaskády, ktoré často zahŕňajú sekvencie proteínkináz (napríklad cyklická cesta AMP), vykazujú cytokíny priamejšie účinky.

Štruktúra rekombinantného ľudského cytokínu známeho ako interferón alfa (zdroj: Nevit Dilmen prostredníctvom Wikimedia Commons)

Tieto rozpustné faktory sa viažu na receptory, ktoré priamo aktivujú proteíny, ktoré majú priame funkcie v génovej transkripcii, pretože sú schopné vstúpiť do jadra a stimulovať transkripciu špecifického súboru génov.

Prvé cytokíny boli objavené pred viac ako 60 rokmi. Molekulárna charakterizácia mnohých z nich však bola pomerne neskoro. Prvými opísanými cytokínmi boli nervový rastový faktor, interferón a interleukín 1 (IL-1).

Názov "cytokín" je všeobecný pojem, v literatúre sa však rozlišuje bunka, ktorá ich produkuje. Existujú teda lymfokíny (produkované lymfocytmi), monokíny (produkované monocytmi), interleukíny (produkované leukocytom a pôsobiace na iné leukocyty), atď.

Obzvlášť sa vyskytujú u stavovcov, ale u niektorých bezstavovcov bola zistená ich existencia. Napríklad v tele cicavca môžu mať aditívne, synergické, antagonistické funkcie alebo sa môžu navzájom aktivovať.

Môžu mať autokrinný účinok, to znamená, že pôsobia na tej istej bunke, ktorá ich produkuje; alebo parakrinný systém, čo znamená, že sú produkované jedným typom buniek a pôsobia na ostatné okolo nich.

Charakteristiky a štruktúra

Všetky cytokíny sú „pleiotropné“, to znamená, že majú viac ako jednu funkciu vo viac ako jednom type bunky. Je to tak preto, že receptory, ktoré reagujú na tieto proteíny, sú exprimované v mnohých rôznych typoch buniek.

Zistilo sa, že medzi mnohými z nich existuje určitá funkčná redundancia, pretože niekoľko typov cytokínov môže mať konvergentné biologické účinky, a bolo navrhnuté, že to súvisí so sekvenčnou podobnosťou ich receptorov.

Rovnako ako mnoho poslov v bunkových signalizačných procesoch, cytokíny majú silné účinky pri veľmi nízkych koncentráciách, tak nízke, že sa môžu nachádzať v nanomolárnom a femtomolárnom rozsahu vďaka skutočnosti, že ich receptory s nimi extrémne súvisia.

Niektoré cytokíny fungujú ako súčasť „kaskády“ cytokínov. To znamená, že je bežné, že pôsobia synergicky a ich regulácia často závisí od iných inhibičných cytokínov a ďalších regulačných faktorov.

Expresia génov kódujúcich cytokíny

Niektoré cytokíny pochádzajú z génov konštitutívnej expresie, pretože je napríklad potrebné udržiavať konštantnú hematopoetickú hladinu.

Niektoré z týchto konštitutívne exprimujúcich proteínov sú erytropoetín, interleukín 6 (IL-6) a určité faktory stimulujúce rast kolónií buniek, ktoré prispievajú k diferenciácii mnohých bielych krviniek.

Iné cytokíny sa predsyntetizujú a ukladajú ako cytosolové granuly, membránové proteíny alebo komplexujú s väzbovými proteínmi na bunkový povrch alebo extracelulárnu matricu.

Mnoho molekulárnych stimulov pozitívne reguluje expresiu génov, ktoré kódujú cytokíny. Existuje niekoľko z týchto molekúl, ktoré zvyšujú génovú expresiu iných cytokínov, a existuje tiež veľa, ktoré majú inhibičné funkcie, ktoré obmedzujú pôsobenie iných cytokínov.

Kontrola pomocou spracovania

Funkcia cytokínov je tiež riadená spracovaním prekurzorových foriem týchto proteínov. Mnohé z nich sa pôvodne vyrábajú ako integrálne aktívne membránové proteíny, ktoré vyžadujú proteolytické štiepenie, aby sa stali rozpustnými faktormi.

Príkladmi cytokínov pod týmto typom kontroly výroby sú epidermálny rastový faktor EGF (z anglického „E pidermálneho G radu H. F“), nádorový rastový faktor TGF (z anglického „T umorálneho G radu G F“), interleukínu 1 p (IL-1 p) a faktoru nekrózy nádorov TNFa (od anglického „Herec N Erosros F F“).

Iné cytokíny sa vylučujú ako neaktívne prekurzory, ktoré sa musia enzymaticky spracovávať, aby sa aktivovali, a niektoré z enzýmov zodpovedných za toto spracovanie určitých cytokínov zahŕňajú proteíny z kaspázovej rodiny cysteínových proteáz.

Štrukturálny prehľad

Cytokíny môžu mať vysoko variabilné hmotnosti, natoľko, že rozsah bol definovaný medzi približne 6 kDa a 70 kDa.

Tieto proteíny majú vysoko variabilné štruktúry a môžu sa skladať z sudov alfa helixov, komplexných štruktúr rovnobežných alebo antiparalelných ß-skladaných listov atď.

druhy

Existuje niekoľko typov rodín cytokínov a ich počet neustále rastie vzhľadom na veľkú rozmanitosť proteínov s podobnými funkciami a charakteristikami, ktoré sa každý deň objavujú vo vedeckom svete.

Jeho nomenklatúra nie je zďaleka systematická, pretože jej identifikácia bola založená na rôznych parametroch: jej pôvode, počiatočnej biologickej skúške, ktorá ju definovala, a jej funkciách.

Súčasný konsenzus pri klasifikácii cytokínov je v podstate založený na štruktúre ich receptorových proteínov, ktoré sú obsiahnuté v malom počte rodín s vysoko konzervatívnymi charakteristikami. Existuje teda šesť rodín cytokínových receptorov, ktoré sú zoskupené podľa podobnosti v sekvencii ich cytosolických častí:

1. Receptory typu I (receptory hematopoetínu): zahŕňajú cytokíny interleukín 6R a 12R (IL-6R a IL-12R) a ďalšie faktory podieľajúce sa na stimulácii tvorby bunkových kolónií. Majú účinok na aktiváciu B a T buniek.
2. Receptory typu II (interferónové receptory): Tieto cytokíny majú antivírusové funkcie a receptory súvisia s fibronektínovým proteínom.
3. Receptory TNF (tumor nekrotizujúci faktor, anglický „herec N ekrózy F T. T“): sú to „prozápalové“ cytokíny, medzi ktorými sú faktory známe ako p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 a ďalšie.
4. Receptory podobné Toll / IL-1: Táto rodina obsahuje veľa prozápalových interleukínov a jej receptory majú vo svojich extracelulárnych segmentoch vo všeobecnosti oblasti bohaté na leucín.
5. Receptory tyrozínkinázy: v tejto rodine je veľa cytokínov s funkciami rastových faktorov, ako sú rastové faktory nádorov (TGF) a ďalšie proteíny, ktoré podporujú tvorbu bunkových kolónií.
6. Receptory chemokínov: Cytokíny tejto rodiny majú v podstate chemotaktické funkcie a ich receptory majú viac ako 6 transmembránových segmentov.

Receptory pre cytokíny môžu byť rozpustné alebo sa môžu viazať na membránu. Rozpustné receptory môžu regulovať aktivitu týchto proteínov pôsobením ako agonistov alebo antagonistov v signalizačnom procese.

Mnoho cytokínov využíva rozpustné receptory, vrátane rôznych typov interleukínov (IL), nervových rastových faktorov (NGF), nádorových rastových faktorov (TGF) a ďalších.

Vlastnosti

Je dôležité pamätať na to, že cytokíny fungujú ako chemické prenášače medzi bunkami, ale nie presne ako molekulárne efektory, pretože sú potrebné na aktiváciu alebo inhibíciu funkcie špecifických efektorov.

Jednou z "zjednocujúcich" funkčných charakteristík medzi cytokínmi je ich účasť na obrane tela, ktorá je zhrnutá ako "regulácia imunitného systému", čo je zvlášť dôležité pre cicavce a mnoho ďalších zvierat.

Zúčastňujú sa na kontrole hematopoetického vývoja, na medzibunkových komunikačných procesoch a na reakciách tela proti infekčným agensom a zápalovým stimulom.

Pretože sa bežne vyskytujú v nízkych koncentráciách, kvantifikácia koncentrácie cytokínov v tkanivách alebo telesných tekutinách sa používa ako biomarker na predikciu vývoja chorôb a na sledovanie účinkov liekov, ktoré sa podávajú pacientom. chorých pacientov.

Všeobecne sa používajú ako markery zápalových ochorení, vrátane rejekcie implantátu, Alzheimerovej choroby, astmy, artériosklerózy, rakoviny hrubého čreva a iných druhov rakoviny všeobecne, depresie, niektorých ochorení srdca a vírusov, Parkinsonovej choroby, sepsa, poškodenie pečene atď.

Kde sa nachádzajú?

Väčšina cytokínov je vylučovaná bunkami. Iné môžu byť exprimované v plazmatickej membráne a niektoré z nich zostávajú v tom, čo by sa dalo považovať za „rezervu“ v priestore tvorenom extracelulárnou matricou.

Ako fungujú?

Cytokíny, ako bolo uvedené, majú účinky in vivo, ktoré závisia od prostredia, v ktorom sa nachádzajú. K jeho pôsobeniu dochádza prostredníctvom signalizačných kaskád a interakčných sietí, ktoré zahŕňajú iné cytokíny a ďalšie faktory rôznej chemickej povahy.

Zvyčajne sa zúčastňujú interakcie s receptorom, ktorý má cieľový proteín, ktorý je aktivovaný alebo inhibovaný po jeho spojení, ktorý má schopnosť pôsobiť priamo alebo nepriamo ako transkripčný faktor na konkrétne gény.

Príklady niektorých cytokínov

IL-1 alebo interleukín 1

Je známy aj ako faktor aktivujúci lymfocyty (LAF), endogénny pyrogén (EP), endogénny mediátor leukocytov (EML), katabolín alebo faktor mononukleárnych buniek (MCF).

Má veľa biologických funkcií na mnohých typoch buniek, najmä na B, T bunkách a monocytoch. Vyvoláva hypotenziu, horúčku, stratu hmotnosti a ďalšie reakcie. Je vylučovaný monocytmi, tkanivovými makrofágmi, Langerhansovými bunkami, dendritickými bunkami, lymfoidnými bunkami a mnohými ďalšími.

IL-3

Má ďalšie názvy, ako je rastový faktor žírnych buniek (MCGF), faktor stimulujúci viac kolónií (multi-CSF), rastový faktor hematopoetických buniek (HCGF) a ďalšie.

Má rozhodujúcu úlohu pri stimulácii tvorby kolónií erytrocytov, megakaryocytov, neutrofilov, eozinofilov, bazofilov, žírnych buniek a ďalších buniek monocytárnych línií.

Syntetizuje sa primárne prostredníctvom aktivovaných T buniek, žírnych buniek a eozinofilov.

angiostatin

Je odvodený od plazminogénu a je to cytokín inhibítora angiogenézy, ktorý mu dodáva funkciu silného blokátora neovaskularizácie a rastu nádorových metastáz in vivo. Je generovaný proteolytickým štiepením plazminogénu sprostredkovaným prítomnosťou rakoviny.

Epidermálny rastový faktor

Pôsobí tak, že stimuluje rast epitelových buniek, urýchľuje vznik zubov a otváranie očí u myší. Okrem toho pôsobí pri inhibícii sekrécie žalúdočnej kyseliny a podieľa sa na hojení rán.

Referencie

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Esenciálna bunková biológia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Dinarello, C. (2000). Protizápalové cytokíny. CHEST, 118 (2), 503 - 508.
3. Fitzgerald, K., O'Neill, L., Gearing, A., & Callard, R. (2001). The Cytokine FactsBook (2. vydanie). Dundee, Škótsko: Academic Press FactsBook Series.
4. Keelan, JA, Blumenstein, M., Helliwell, RJA, Sato, TA, Marvin, KW a Mitchell, MD (2003). Cytokíny, prostaglandíny a pôrod - prehľad. Placenta, 17, S33-S46.
5. Stenken, JA, a Poschenrieder, AJ (2015). Bioanalytická chémia cytokínov - prehľad. Analytica Chimica Acta, 1, 95 - 115.
6. Vilcek, J., & Feldmann, M. (2004). Historický prehľad: Cytokíny ako terapeutiká a ciele terapeutík. TRENDS in Pharmacological Sciences, 25 (4), 201–209.
7. Zhang, J., & An, J. (2007). Cytokíny, zápal a bolesť. Int. Anesthesiol. Clin. , 45 (2), 27 - 37.