ЦИТОКІНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТИПИ, ФУНКЦІЇ, ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ

Цитокін або цитокіни є білки або розчинні глікопротеїни сигналізації виробництва декількох типів клітин в організмі, особливо клітин імунної системи , як лейкоцитів: нейтрофіли, моноцити, макрофаги і лімфоцити (В - клітини і Т - клітин).

На відміну від інших специфічних факторів зв'язування рецепторів, які викликають довгі та складні сигнальні каскади, які часто включають послідовності протеїнкінази (наприклад, циклічний шлях АМФ), цитокіни надають більш прямий вплив.

Структура рекомбінантного цитокіну людини, відомого як альфа інтерферону (Джерело: Невіт Ділмен через Вікімедію)

Ці розчинні фактори пов'язуються з рецепторами, які безпосередньо активують білки, що мають прямі функції при транскрипції генів, оскільки вони здатні потрапляти в ядро і стимулювати транскрипцію певного набору генів.

Перші цитокіни були виявлені більше 60 років тому. Однак молекулярна характеристика багатьох з них була пізніше. Нейронний фактор росту, інтерферон та інтерлейкін 1 (IL-1) були першими описаними цитокінами.

Назва "цитокіни" є загальним терміном, але в літературі розрізняють клітину, яка їх продукує. Таким чином, є лімфокіни (продукуються лімфоцитами), монокіни (виробляються моноцитами), інтерлейкіни (виробляються лейкоцитом і діють на інші лейкоцити) тощо.

Вони особливо рясні у хребетних тварин, але їх існування було визначено у деяких безхребетних. В організмі ссавця, наприклад, вони можуть мати адитивні, синергетичні, антагоністичні функції або навіть можуть активувати один одного.

Вони можуть мати аутокринну дію, тобто діють на ту саму клітину, яка їх виробляє; або паракрин, що означає, що вони виробляються клітинами одного типу і діють на інших навколо них.

Характеристика та структура

Всі цитокіни є «плейотропними», тобто мають більше однієї функції у більш ніж одному типі клітин. Це тому, що рецептори, які реагують на ці білки, експресуються у багатьох різних типах клітин.

Було визначено, що між багатьма з них існує деяка функціональна надмірність, оскільки кілька типів цитокінів можуть мати конвергентні біологічні ефекти, і було висловлено припущення, що це пов'язано з подібністю послідовностей у їхніх рецепторах.

Як і багато месенджерів у процесах клітинної сигналізації, цитокіни володіють потужною дією в дуже низьких концентраціях, настільки низьких, що вони можуть знаходитися в наномолярному і фемтомолярному діапазоні завдяки тому, що їх рецептори надзвичайно пов'язані з ними.

Деякі цитокіни працюють як частина «каскаду» цитокінів. Тобто для них прийнято діяти в синергії, і їх регуляція часто залежить від інших інгібуючих цитокінів та додаткових регуляторних факторів.

Експресія генів, що кодують цитокіни

Деякі цитокіни походять з генів конститутивної експресії, оскільки, наприклад, необхідно підтримувати постійний рівень кровотворення.

Деякі з цих конститутивно експресуючих білків - це еритропоетин, інтерлейкін 6 (IL-6) та певні стимулюючі фактори росту колонії, що сприяють диференціації багатьох білих клітин.

Інші цитокіни попередньо синтезуються і зберігаються у вигляді цитозольних гранул, мембранних білків або комплексованих зв'язуючими білками до клітинної поверхні або позаклітинного матриксу.

Багато молекулярних стимулів позитивно регулюють експресію генів, кодуючих цитокіни. Є деякі з цих молекул, які посилюють експресію генів інших цитокінів, а також багато таких, які мають інгібіторні функції, що обмежують дію інших цитокінів.

Контроль за допомогою обробки

Функція цитокінів також контролюється переробкою форм-попередників цих білків. Багато з них спочатку виробляються як інтегральні білки активних мембран, яким потрібно протеолітичне розщеплення, щоб стати розчинними факторами.

Прикладами цитокінів, що знаходяться під цим типом контролю виробництва, є епідермальний фактор росту EGF (від англ. "E pidermal G rowth F act"), фактор росту пухлини TGF (від англ. "T umoral G rowth F"), інтерлейкін 1β (IL-1β) та фактор некрозу пухлини TNFα (від англ. "Tumor N ecrosis F act").

Інші цитокіни секретуються як неактивні попередники, які повинні бути ферментативно оброблені для активації, а деякі ферменти, відповідальні за цю переробку деяких цитокінів, включають білки сімейства цистеїнових протеаз-каспаз.

Структурний огляд

Цитокіни можуть мати дуже різну вагу, настільки, що діапазон був визначений між 6 кДа і 70 кДа.

Ці білки мають дуже змінну структуру і можуть складатися з бочок альфа-спіралей, складних структур паралельних або антипаралельних β-складених листів тощо.

Типи

Існує кілька типів родин цитокінів, і їх кількість продовжує зростати з огляду на велику різноманітність білків з подібними функціями та характеристиками, які щодня відкриваються в науковому світі.

Її номенклатура далеко не є систематичною взаємозв'язком, оскільки її ідентифікація ґрунтувалася на різних параметрах: її походження, початковому біологічному аналізі, який визначав її, та її функціях, серед інших.

Поточний консенсус щодо класифікації цитокінів по суті базується на структурі їх рецепторних білків, які містяться в невеликій кількості сімей з високозбереженими характеристиками. Таким чином, існує шість сімейств цитокінових рецепторів, які групуються за подібністю у послідовності їх цитозольних порцій:

Рецептори типу I (рецептори гемопоетину): включають цитокіни інтерлейкіну 6R та 12 R (IL-6R та IL-12R) та інші фактори, що беруть участь у стимуляції формування клітинної колонії. Вони надають свій вплив на активацію В-і Т-клітин.
Рецептори типу II (рецептори інтерферону): Ці цитокіни мають противірусні функції і рецептори пов'язані з білком фібронектину.
Рецептори TNF (Tumor Necrosis Factor, англ. "T umor N ecrosis F act"): є "протизапальними" цитокінами, серед яких фактори, відомі як p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 та інші.
Toll / IL-1-подібні рецептори: Ця сім'я містить багато прозапальних інтерлейкінів, і її рецептори, як правило, мають у своємуклітинних сегментах багаті лейцином ділянки.
Рецептори тирозинкінази: у цьому сімействі багато цитокінів з функціями факторів росту, таких як фактори росту пухлини (TGF) та інших білків, які сприяють утворенню клітинних колоній.
Хемокінові рецептори: цитокіни цього сімейства по суті мають хіміотаксичні функції, а їх рецептори мають понад 6 трансмембранних сегментів.

Рецептори цитокінів можуть бути розчинними або пов'язані з мембраною. Розчинні рецептори можуть регулювати активність цих білків, діючи як агоністи або антагоністи в процесі сигналізації.

Багато цитокінів використовують розчинні рецептори, включаючи різні типи інтерлейкінів (IL), фактори нейронного росту (NGF), фактори росту пухлини (TGF) та інші.

Особливості

Важливо пам’ятати, що цитокіни функціонують як хімічні месенджери між клітинами, але не зовсім як молекулярні ефектори, оскільки вони необхідні для активації або пригнічення функції конкретних ефекторів.

Однією з "об'єднуючих" функціональних характеристик серед цитокінів є їх участь у захисті організму, яка узагальнюється як "регуляція імунної системи", що особливо важливо для ссавців та багатьох інших тварин.

Вони беруть участь у контролі розвитку кровотворення, в процесах міжклітинної комунікації та у реакціях організму на інфекційні агенти та запальні подразники.

Оскільки вони зазвичай знаходяться в низьких концентраціях, кількісне визначення концентрації цитокінів у тканинах або рідинах організму використовується як біомаркер для прогнозування прогресування захворювання та моніторингу впливу препаратів, що призначаються пацієнтам. хворих пацієнтів.

Як правило, їх використовують як маркери запальних захворювань, включаючи відторгнення імплантатів, Альцгеймера, астму, артеріосклероз, рак товстої кишки та інші раки взагалі, депресію, деякі серцеві та вірусні захворювання, хвороби Паркінсона, сепсис, ураження печінки тощо.

Де вони знайдені?

Більша частина цитокінів секретується клітинами. Інші можуть бути виражені у плазматичній мембрані, а є такі, що залишаються у тому, що можна вважати «резервом» у просторі, що складається з позаклітинної матриці.

Як вони працюють?

Як згадувалося, цитокіни мають впливи in vivo, що залежать від середовища, де вони знаходяться. Його дія відбувається через сигнальні каскади та мережі взаємодії, в яких беруть участь інші цитокіни та інші фактори різної хімічної природи.

Зазвичай вони беруть участь у взаємодії з рецептором, який має цільовий білок, який активізується або гальмується після його асоціації, який має здатність діяти прямо або опосередковано як фактор транскрипції на конкретні гени.

Приклади деяких цитокінів

ІЛ-1 або інтерлейкін 1

Він також відомий як фактор, що активує лімфоцити (ЛАФ), ендогенний піроген (ЕП), ендогенний лейкоцитарний медіатор (ЕМЛ), катаболін або мононуклеарний клітинний фактор (МКФ).

Він має багато біологічних функцій для багатьох типів клітин, зокрема В, Т-клітин і моноцитів. Це викликає гіпотонію, лихоманку, зниження ваги та інші реакції. Він секретується моноцитами, тканинними макрофагами, клітинами Лангерганса, дендритними клітинами, лімфоїдними клітинами та багатьма іншими.

ІЛ-3

Він має інші назви, такі як фактор росту тучних клітин (MCGF), фактор, що стимулює множинні колонії (мульти-CSF), фактор росту гемопоетичних клітин (HCGF) та інші.

Він виконує важливі функції в стимулюванні утворення в колонії еритроцитів, мегакаріоцитів, нейтрофілів, еозинофілів, базофілів, тучних клітин та інших клітин моноцитарних ліній.

Він синтезується насамперед активованими Т-клітинами, тучними клітинами та еозинофілами.

Ангіостатин

Він отримується з плазміногену і є інгібітором ангіогенезу цитокіном, що надає йому функціонування як потужний блокатор неоваскуляризації та зростання метастазів пухлини in vivo. Він генерується протеолітичним розщепленням плазміногену, опосередкованим наявністю ракових захворювань.

Епідермальний фактор росту

Він діє, стимулюючи ріст епітеліальних клітин, прискорює появу зубів і відкривання очей у мишей. Крім того, він працює в інгібуванні секреції шлункової кислоти і бере участь в загоєнні ран.

Список літератури

Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Основна клітинна біологія. Абінгдон: Гарленд Наук, Тейлор і Френсіс Груп.
Дінарелло, К. (2000). Прозапальні цитокіни. CHEST, 118 (2), 503–508.
Fitzgerald, K., O'Neill, L., Gearing, A., & Callard, R. (2001). Книга фактів цитокінів (2-е видання). Данді, Шотландія: серія Фактична наукова преса.
Keelan, JA, Blumenstein, M., Helliwell, RJA, Sato, TA, Marvin, KW, & Mitchell, MD (2003). Цитокіни, простагландини та родичі - огляд. Плацента, 17, S33-S46.
Stenken, JA, & Poschenrieder, AJ (2015). Біоаналітична хімія цитокінів - огляд. Analytica Chimica Acta, 1, 95–115.
Vilcek, J., & Feldmann, M. (2004). Історичний огляд: Цитокіни як терапевтичні засоби та цілі терапевтичних засобів. ТЕНДЕНЦІЇ з фармакологічних наук, 25 (4), 201–209.
Zhang, J., & An, J. (2007). Цитокіни, запалення та біль. Внутрішній анестезіол. Клін. , 45 (2), 27–37.

ЦИТОКІНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТИПИ, ФУНКЦІЇ, ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025