ЦИТОКІНИ: ФУНКЦІЇ, ТИПИ ТА РЕЦЕПТОРИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Цитокін або цитокіни є невеликі сигнальні білки (деякі автори посилаються на них як пептиди) , які регулюють багато біологічні функції, багато з яких пов'язані з імунною системою, кровотворення, репарації тканини і клітинної проліферації.

Термін "цитокіни" об'єднує в собі велику кількість білків, які мають значно різні структурні та функціональні характеристики, і означає, більш-менш, "фактори, що виробляються клітинами", оскільки їх синтез не обмежується одним типом клітин в організмі.

Процес випуску Ciokine (Джерело: www.scientificaimations.com / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) через Wikimedia Commons)

Ці білки продукуються та секретуються у високих концентраціях різних типів клітин тварин і можуть впливати на клітини, що знаходяться поблизу, через що, як кажуть, вони виконують "паракринні" сигнальні функції.

Вони також можуть діяти віддалено, індукуючи секрецію розчинних факторів у кров (ендокринну або системну функцію) і навіть можуть діяти безпосередньо на клітину, яка їх синтезує (автокринна функція).

Цитокіни розглядаються як "символи" спеціалізованої мови, значення яких залежить від контексту, в якому вони виражаються і надсилаються з одного місця в інше.

Першими описаними цитокінами були лімфокіни, розчинні продукти, що продукуються лімфоцитами у відповідь на поліклональні та специфічні антигени; вони є важливою групою факторів імунної відповіді.

Цитокінові функції

Цитокіни - це розчинні глікопротеїни (вони не є імуноглобуліновим типом) невеликих розмірів (до 40 кДа), які виробляються та вивільняються різними типами клітин в організмі, вони можуть мати місцеві або віддалені дії, які вони здійснюють у пікових або наномолярних концентраціях.

Спілкування в імунній системі

Найпомітнішою функцією цитокінів є їхня участь у спілкуванні між різними компонентами імунної системи та обміні інформацією між цими компонентами та іншими клітинами організму (міжклітинна сигналізація).

Іншими словами, практично всі імунні функції залежать від біологічної активності цих системних "месенджерів".

Цитокіни виявляють широкий спектр імунологічних функцій, як ефекторних, так і регуляторних, і їх вплив на рівні тканин та біологічних систем у більшості організмів, де вони виробляються, може бути надзвичайно обширним і складним.

Вони є такими важливими імунологічними ефекторами, що тип цитокіну, що утворюється під час імунної відповіді на будь-який стимул, спочатку визначає, чи буде реакція цитотоксичною, гуморальною, клітинною або алергічною.

Захист від вірусів

Вони глибоко беруть участь у запальних процесах та захисті від інфекцій вірусного походження; вони беруть участь у представленні антигенів, в диференціації кісткового мозку, в активації та рекрутингу клітин, в експресії клітинних адгезійних молекул тощо.

Таким чином, цитокіни беруть участь не тільки в імунному захисті організму, але й у «нормальних», фізіологічних та обмінних процесах, тим самим інтегруючи обидва аспекти клітинного та органічного життя.

Фактори росту

Багато авторів вважають, що ці білки поводяться як фактори росту, оскільки такі представники, як фактор некрозу пухлини (ФНП), лімфокіни, інтерлейкіни та інтерферони (ІФН) активно пов'язані з проліферацією клітин, загибеллю, диференціацією та розвитком у різні контексти тіла.

Це відео показує анімацію, в якій макрофаг заковтує бактерії та пізніше вивільняє цитокіни:

Цитокіни і гормони?

Різні вчені роблять аналогію між цитокінами та гормонами, але це не зовсім правильно з деяких важливих причин:

- Гормони синтезуються і вивільняються досить спеціалізованими тканинами, тоді як цитокіни виробляються великою кількістю різних клітин в організмі.

- Гормони є основним синтетичним продуктом спеціалізованих клітин, що їх виробляють, тоді як цитокіни являють собою лише невелику кількість продуктів, синтезованих клітиною.

- Експресія гормонів відбувається у відповідь на сигнали гомеостатичного контролю (деякі з яких залежать від циркадного циклу), але цитокіни, з іншого боку, виражаються лише тоді, коли вони спеціально стимулюються подіями, «шкідливими» для життєдіяльності клітин.

Типи цитокінів

Багато цитокінів спочатку були описані відповідно до їх основних біологічних функцій, але сьогодні вони характеризуються переважно своєю будовою, оскільки вони можуть здійснювати велике різноманіття функцій, які важко узагальнити у короткому епітеті.

Однак нинішня класифікація цих білків залежить від кількох параметрів: деякі були визначені за "числовим порядком" їх виявлення, за деякою функціональною діяльністю, за їх участю у запальних реакціях, згідно його первинного клітинного походження та за структурною схожістю з іншими спорідненими молекулами.

Таким чином, члени "надсемейства" цитокінів поділяють такі характеристики, як гомології послідовностей, системи зворотних рецепторів тощо, хоча необов'язково структурна схожість. Деякі родини відомі:

- Сімейство TNF - рецептори TNF (фактор некрозу пухлин), який включає імунорегуляторні цитокіни, такі як фактор некрозу пухлини (TNF), лімфотоксини та деякі клітинні ліганди, такі як CD40L (опосередковує активацію В і Т-лімфоцитів ) і FasL або CD95 (сприяє запрограмованій загибелі клітин).

- сімейство рецепторів IL-1 / IL-1 (Інтерлейкін), група, де цитокіни IL-1β, IL-1α, IL-18, IL-33 та IL-36, а також антагоністи рецепторів, відомий як IL-1RA, IL-38 та протизапальний цитокін IL-37 (опосередковує фізіологічні та захисні функції).

- Сімейство рецепторів IL-1 / IL-1 включає також рецептори, подібні до Toll (TLR), які діють як молекули вродженої імунної системи для розпізнавання молекулярних зразків, пов'язаних з видами мікробний.

Деякі тексти пов'язаної наукової літератури цитокіни групують відповідно до місця їх отримання в "цитокіни, отримані мононуклеарними фагоцитами" та "Цитокіни, похідні Т-лімфоцитів". Вони також відокремлюють їх стосовно відповідей, які вони опосередковують: цитотоксичні (противірусні та протиракові), гуморальні, клітинні або алергічні; крім тих, що мають імунодепресивний характер.

- За запальною реакцією

Залежно від того, сприяють вони чи не викликають запальні реакції чи реакції, цитокіни класифікуються на прозапальні цитокіни та протизапальні цитокіни.

Прозапальні цитокіни

Запалення, опосередковане цитокінами, складається з каскаду експресії генних продуктів, які зазвичай не експресуються у здорової людини.

Незважаючи на те, що певні ендотоксини та інші «запальні» продукти здатні викликати експресію цих «протизапальних» генів, цитокіни IL-1 та TNF, і навіть інтерферон IFN-γ, особливо ефективні в їх стимуляції, тому які, як кажуть, є основними прозапальними цитокінами.

Структура бета-інфертерону людини (Джерело: через Wikimedia Commons)

Незалежно від того, чи був викликаний запальний процес інфекцією, травмою, ішемією, активованими Т-клітинами чи деяким токсином, ці дві молекули діють синергетично, щоб ініціювати каскад медіаторів запалення.

Протизапальні цитокіни

Ці білки, навпаки, блокують процес запальної реакції або пригнічують інтенсивність, з якою він відбувається. Частиною цієї групи є інтерлейкіни IL-4, IL-10, IL-13 та трансформуючий фактор росту (TGF) -β (який блокує вироблення IL-1 та TNF).

Є також IL-6 - продукується В-клітинами, Т-клітинами та моноцитами - і IL-11 - продукуються стромальними клітинами та фібробластами.

Виходячи з вищесказаного, сказано, що розвиток захворювання (або в короткостроковій, або в довгостроковій перспективі) значною мірою залежить від "балансу" між ефектами прозапальних та протизапальних цитокінів.

Насправді деякі дослідження говорять про те, що сприйнятливість до певних захворювань генетично визначається балансом в експресії генів, що кодують два типи цитокінів.

Патологічний стан прогресує, тоді, коли протизапальні медіатори забезпечують контроль, недостатній для блокування протизапальної активності (при захворюваннях, контрольованих імунною системою) або коли контроль перебільшений і закінчується гальмуванням імунної відповіді, викликаючи у господаря ризик системної інфекції.

Приймачі

Істотною частиною функції будь-якого цитокіну є його взаємодія та асоціація з рецепторною парою (взаємодія ліганд-рецептор).

Деякі автори класифікують цитокіни за типом рецептора, до якого вони зв'язуються, який може бути:

- I тип (з сімейства гемопоетинів)

- II тип (з сімейства інтерферонів)

- Родина рецепторів протеїнів TNF (фактор некрозу пухлини)

- рецептори IL-1

- рецептори платного типу

- рецептори IL-17

- рецептори тирозинкінази

- Сімейство трансформаторних рецепторних факторів росту серинкіназ

I тип (з сімейства гемопоетинів)

Гормони (еритропоетин (ЕРО), тромбопоетин (ТПО) і лептин), а також цитокіни, такі як гранулоцитарні колонієстинуючі фактори (G-CSF), стимулюючі агенти гранулоцитарні колонії макрофагів (GM-CSF) та інтерлейкіни IL-2 до IL-7, IL-9, IL-11 до IL-13, IL-15, IL-21, IL-23, IL-27, IL- 31 та ІЛ-35.

Ці цитокіни типу «I» характеризуються схожістю, яку вони поділяють у своїх послідовностях, оскільки кожен містить чотири антипаралельних альфа-спіралі з двома з'єднаннями або петлями, одним коротким та одним довгим, які структурно «розташовані» у «конфігурації». "І" вниз ".

II тип (із сімейства інтерферонів)

Ці рецептори зв'язуються інтерфероном IFN-α / β, IFN-γ, інтерлейкінами IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, IL-26 і IL-28 з IL- 30.

Це гетеродимери, складені з двох субодиниць, відомих як IFNAR1 та IFNAR2, які поділяють схожість з деякими мотивовими послідовностями у рецепторах типу I. Вони працюють переважно з антивірусними цитокінами.

ІЛ-1 і Толлоподібні рецептори (TLR)

Вони пов'язані з реакціями, викликаними інтерлейкіном IL-1α / β, IL-18, IL-33 та IL-36 до IL-38.

Трансформуючий сімейство серин-кіназних рецепторів фактора росту

Це сімейство цитокінових рецепторів пов'язане з відповіддю білків TGF-β1, TGF-β2 та TGF-β3, які продукуються Т-клітинами, макрофагами та іншими клітинами в організмі.

Список літератури

1. Borish, LC, & Steinke, JW (2003). 2. Цитокіни та хемокіни. Журнал алергії та клінічної імунології, 111 (2), S460-S475.
2. Кавайон, Дж. М. (1994). Цитокіни та макрофаги. Біомедицина та фармакотерапія, 48 (10), 445-453.
3. Дінарелло, Каліфорнія (2000). Прозапальні цитокіни. Скриня, 118 (2), 503-508.
4. Nathan, C., & Sporn, M. (1991). Цитокіни в контексті. Журнал клітинної біології, 113 (5), 981-986.
5. Opal, SM, & DePalo, VA (2000). Протизапальні цитокіни. Скриня, 117 (4), 1162-1172.
6. O'Shea, JJ, Gadina, M., & Siegel, RM (2019). Цитокіни та цитокінові рецептори. В клінічній імунології (с. 127-155). Тільки сховище вмісту !.