CYTOKINER: EGENSKAPER, TYPER, FUNKSJONER, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

Den cytokin eller cytokiner er proteiner eller glykoproteiner oppløselige signal produsert av flere celletyper i kroppen, spesielt celler i immunsystemet som leukocytter: neutrofiler, monocytter, makrofager og lymfocytter (B-celler og T-celler).

I motsetning til andre spesifikke reseptorbindingsfaktorer som utløser lange og komplekse signaleringskaskader som ofte involverer proteinkinasesekvenser (for eksempel den sykliske AMP-banen), får cytokiner mer direkte effekter.

Struktur av det rekombinante humane cytokinet kjent som Interferon alpha (Kilde: Nevit Dilmen via Wikimedia Commons)

Disse oppløselige faktorene binder seg til reseptorer som direkte aktiverer proteiner som har direkte funksjoner i gentranskripsjon, siden de er i stand til å komme inn i kjernen og stimulere transkripsjonen av et spesifikt sett med gener.

De første cytokinene ble oppdaget for mer enn 60 år siden. Imidlertid var molekylkarakteriseringen til mange av dem ganske senere. Neural vekstfaktor, interferon og interleukin 1 (IL-1) var de første cytokinene som ble beskrevet.

Navnet "cytokin" er et generelt begrep, men i litteraturen skilles det om cellen som produserer dem. Således er det lymfokiner (produsert av lymfocytter), monokiner (produsert av monocytter), interleukiner (produsert av en leukocytt og virker på andre leukocytter), etc.

De er spesielt rikelig med virveldyr, men deres eksistens er blitt bestemt i noen virvelløse dyr. I kroppen av et pattedyr kan de for eksempel ha additive, synergistiske, antagonistiske funksjoner, eller de kan til og med aktivere hverandre.

De kan ha autokrin handling, det vil si at de virker på samme celle som produserer dem; eller paracrine, som betyr at de er produsert av en type celler og virker på andre rundt dem.

Kjennetegn og struktur

Alle cytokiner er "pleiotropiske", det vil si at de har mer enn en funksjon i mer enn en type celle. Dette er fordi reseptorene som reagerer på disse proteinene kommer til uttrykk i mange forskjellige typer celler.

Det er blitt bestemt at det er en viss funksjonell redundans mellom mange av dem, siden flere typer cytokiner kan ha konvergente biologiske effekter, og det har blitt antydet at dette er relatert til sekvenslikhetene i reseptorene deres.

Som mange budbringere i cellesignaliseringsprosesser, har cytokiner kraftige handlinger i veldig lave konsentrasjoner, så lave at de kan være i det nanomolare og femtomolare området, takket være det faktum at reseptorene deres er ekstremt relatert til dem.

Noen cytokiner fungerer som en del av en "kaskade" av cytokiner. Det vil si at det er vanlig at de opptrer i synergi, og reguleringen av dem avhenger ofte av andre hemmende cytokiner og tilleggsregulerende faktorer.

Uttrykk for cytokinkodende gener

Noen cytokiner kommer fra gener med konstitutivt uttrykk siden det for eksempel er nødvendig å opprettholde konstante hematopoietiske nivåer.

Noen av disse konstituerende uttrykkende proteiner er erytropoietin, interleukin 6 (IL-6) og visse cellekoloni-stimulerende faktorer som bidrar til differensiering av mange hvite celler.

Andre cytokiner blir pre-syntetisert og lagret som cytosoliske granuler, membranproteiner eller kompleksbundet med bindende proteiner til celleoverflaten eller til den ekstracellulære matrisen.

Mange molekylære stimuli regulerer positivt uttrykket av gener som koder for cytokiner. Det er noen av disse molekylene som øker genuttrykket til andre cytokiner, og det er også mange som har hemmende funksjoner som begrenser virkningen av andre cytokiner.

Kontroll ved behandling

Funksjonen til cytokiner styres også ved prosessering av forløperformene til disse proteinene. Mange av dem produseres opprinnelig som integrerte aktive membranproteiner som krever proteolytisk spaltning for å bli oppløselige faktorer.

Eksempler på cytokiner under denne typen produksjonskontroll er epidermal vekstfaktor EGF (fra den engelske "E pidermal G rowth F actor"), tumorvekstfaktoren TGF (fra den engelske "T umoral G rowth F actor"), interleukin 1β (IL-1β) og tumor nekrose faktor TNFα (fra den engelske "Tumor N ecrosis F actor").

Andre cytokiner skilles ut som inaktive forløpere som må bearbeides enzymatisk for å bli aktivert, og noen av enzymene som er ansvarlige for denne behandlingen av visse cytokiner involverer proteiner fra cysteinprotease-caspase-familien.

Strukturell oversikt

Cytokiner kan ha svært varierende vekter, så mye at området er definert mellom rundt 6 kDa og 70 kDa.

Disse proteinene har svært varierende strukturer, og kan bestå av fat med alfa-helikser, komplekse strukturer av parallelle eller antiparallelle ß-brett ark, etc.

typer

Det finnes flere typer familier av cytokiner, og antallet fortsetter å vokse med tanke på det store mangfoldet av proteiner med lignende funksjoner og egenskaper som oppdages hver dag i den vitenskapelige verden.

Nomenklaturen er langt fra noe systematisk forhold, siden identifikasjonen har vært basert på forskjellige parametere: dens opprinnelse, den første bioanalysen som definerte den og dens funksjoner, blant andre.

Den nåværende konsensus for klassifisering av cytokiner er i hovedsak basert på strukturen til reseptorproteinene deres, som er inneholdt i et lite antall familier med svært konserverte egenskaper. Det er således seks familier av cytokinreseptorer som er gruppert i henhold til likhetene i sekvensen av deres cytosoliske deler:

1. Type I reseptorer (hematopoietin reseptorer): inkluderer cytokiner interleukin 6R og 12R (IL-6R og IL-12R) og andre faktorer som er involvert i stimulering av cellekolonidannelse. De har sin effekt på aktiveringen av B- og T-celler.
2. Type II reseptorer (interferon reseptorer): Disse cytokinene har antivirale funksjoner, og reseptorene er relatert til fibronektinproteinet.
3. TNF-reseptorer (Tumor Necrosis Factor, engelsk "T umor N ecrosis F actor"): er "pro-inflammatoriske" cytokiner, blant dem er faktorer kjent som p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 og andre.
4. Bompenger / IL-1-lignende reseptorer: Denne familien har mange proinflammatoriske interleukiner, og reseptorene har generelt leucin-repeterende regioner i sine ekstracellulære segmenter.
5. Tyrosinkinasereseptorer: i denne familien er det mange cytokiner med funksjoner av vekstfaktorer som tumorvekstfaktorer (TGF) og andre proteiner som fremmer dannelsen av cellekolonier.
6. Kjemokinreseptorer: cytokinene i denne familien har i hovedsak kjemotaktiske funksjoner, og reseptorene deres har mer enn 6 transmembrane segmenter.

Reseptorer for cytokiner kan være løselig eller membranbundet. Oppløselige reseptorer kan regulere aktiviteten til disse proteiner ved å fungere som agonister eller antagonister i signaliseringsprosessen.

Mange cytokiner benytter løselige reseptorer, inkludert forskjellige typer interleukiner (IL), nevrale vekstfaktorer (NGF), tumorvekstfaktorer (TGF) og andre.

Egenskaper

Det er viktig å huske at cytokiner fungerer som kjemiske budbringere mellom celler, men ikke akkurat som molekylære effekter, siden de er nødvendige for å aktivere eller hemme funksjonen til spesifikke effektorer.

Et av de "samlende" funksjonelle egenskapene blant cytokiner er deres deltakelse i kroppens forsvar, som er oppsummert som "reguleringen av immunforsvaret", som er spesielt viktig for pattedyr og mange andre dyr.

De deltar i kontrollen av hematopoietisk utvikling, i intercellulære kommunikasjonsprosesser og i kroppens respons mot smittestoffer og inflammatoriske stimuli.

Siden de normalt finnes i lave konsentrasjoner, blir kvantifiseringen av konsentrasjonen av cytokiner i vev eller kroppsvæsker brukt som en biomarkør for å predikere sykdomsprogresjon og overvåke effekten av medisiner administrert til pasienter. syke pasienter.

Generelt brukes de som markører for inflammatoriske sykdommer, inkludert avstøt av implantater, Alzheimers, astma, arteriosklerose, tykktarmskreft og andre kreftformer generelt, depresjon, noen hjerte- og virussykdommer, Parkinson, sepsis, leverskade, etc.

Hvor blir de funnet?

De fleste cytokiner skilles ut av celler. Andre kan uttrykkes i plasmamembranen, og det er noen som forblir i det som kan betraktes som en "reserve" i rommet som består av den ekstracellulære matrisen.

Hvordan fungerer de?

Cytokiner har som nevnt in vivo-effekter som er avhengig av miljøet der de finnes. Handlingen skjer gjennom signalering av kaskader og interaksjonsnettverk som involverer andre cytokiner og andre faktorer av forskjellig kjemisk art.

De deltar vanligvis i interaksjonen med en reseptor som har et målprotein som blir aktivert eller hemmet etter dets tilknytning, som har evnen til å virke direkte eller indirekte som en transkripsjonsfaktor på bestemte gener.

Eksempler på noen cytokiner

IL-1 eller interleukin 1

Det er også kjent som lymfocyttaktiverende faktor (LAF), endogen pyrogen (EP), endogen leukocyttmediator (EML), katabolin eller mononukleær cellefaktor (MCF).

Det har mange biologiske funksjoner på mange celletyper, spesielt B-, T-celler og monocytter. Det induserer hypotensjon, feber, vekttap og andre responser. Det skilles ut av monocytter, vevsmakrofager, Langerhans-celler, dendritiske celler, lymfoide celler og mange andre.

IL-3-

Den har andre navn som mastcellevekstfaktor (MCGF), multippel kolonistimulerende faktor (multi-CSF), hematopoietisk cellevekstfaktor (HCGF) og andre.

Det har viktige funksjoner i stimulering av kolonidannelsen av erytrocytter, megakaryocytter, nøytrofiler, eosinofiler, basofiler, mastceller og andre celler fra monocytiske linjer.

Det syntetiseres først og fremst av aktiverte T-celler, mastceller og eosinofiler.

angiostatin

Det er avledet fra plasminogen og er en angiogenesehemmende cytokin, noe som gir det fungerer som en potent blokkering av neovaskularisering og vekst av tumormetastaser in vivo. Det genereres ved proteolytisk spaltning av plasminogen mediert av nærvær av kreftformer.

Epidermal vekstfaktor

Det virker ved å stimulere veksten av epitelceller, akselererer fremveksten av tenner og åpningen av øynene hos mus. I tillegg fungerer det for å hemme magesyresekresjon og er involvert i sårheling.

referanser

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essensiell cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Dinarello, C. (2000). Proinflammatoriske cytokiner. CHEST, 118 (2), 503–508.
3. Fitzgerald, K., O'Neill, L., Gearing, A., & Callard, R. (2001). The Cytokine FactsBook (2. utg.). Dundee, Scotland: Academic Press FactsBook Series.
4. Keelan, JA, Blumenstein, M., Helliwell, RJA, Sato, TA, Marvin, KW, & Mitchell, MD (2003). Cytokiner, prostaglandiner og fødsel - En gjennomgang. Morkake, 17, S33-S46.
5. Stenken, JA, & Poschenrieder, AJ (2015). Bioanalytical Chemistry of Cytokines- En gjennomgang. Analytica Chimica Acta, 1, 95–115.
6. Vilcek, J., & Feldmann, M. (2004). Historisk gjennomgang: Cytokiner som terapeutikk og mål for terapeutika. TRENDS in Pharmacological Sciences, 25 (4), 201–209.
7. Zhang, J., & An, J. (2007). Cytokiner, betennelse og smerte. Int. Anestesiol. Clin. , 45 (2), 27–37.