Механизм образования цитокинов

Механизм образования цитокинов


Рецепторы цитокинов и механизм действия цитокинов на клетку

Цитокины действуют

· аутокринно (т.е. на клетку, которая их продуцирует);

· паракринно (на клетки, расположенные вблизи, например в очаге воспаления или в лимфоидном органе);

· эндокринно-дистанционно — на клетки любых органов и тканей после попадания цитокина в циркуляцию крови [Симбирцев А.С. // Цитокины и воспаление. 2002. № 1. С. 9-16.].

Образование и высвобождение этих высокоактивных молекул происходит кратковременно и жестко регулируется.

Одна часть цитокинов обладает плюрипотентным действием, т.е. действует на различные клетки-мишени, другая — оказывает специфическое воздействие на определенные клеточные линии. Влияние цитокинов на пролиферацию и дифференцировку клеток-мишеней подчиняется определенной последовательности; немаловажным также является концентрация и комбинация действующих цитокинов.

Цитокины — гидрофильные сигнальные вещества, действие которых опосредовано специфическими высокоаффинными рецепторами на внешней стороне плазматической мембраны, чувствительных к цитокинам клеток.

Рецепторы к цитокинам выделяют в 2 крупных семейства:

· семейство-SWISS характеризуется наличием в составе молекул внеклеточных участков с гомологичной последовательностью длиной примерно в 200 аминокислотных остатков.

SWISSPROT: CRF4_HUMAN

SWISSPROT: CYRB_HUMAN

SWISSPROT: CYRG_HUMAN

SWISSPROT: FLT3_HUMAN

К этому суперсемейству относятся рецепторы к ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-9, ИЛ-12, гранулоцитарному колониестимулирующему фактору (Г-КСФ) и гранулоцитарно-макрофагальному колониестимулирующему фактору (ГМ-КСФ). В него же входят рецепторы для гуморальных факторов (гормона роста и пролактина), действующих преимущественно вне иммунной системы.

· семейство-SITE объединяет рецепторы ко всем интерферонам, а также рецепторы к ИЛ-1б, ИЛ-1в и макрофагальному колониестимулирующему фактору (М-КСФ):

PROSITE: RECEPTOR_CYTOKINES_1

PROSITE: RECEPTOR_CYTOKINES_1

PROSITE: PROTEIN_KINASE_ATP

PROSITE: PROTEIN_KINASE_TYR

PROSITE: RECEPTOR_TYR_KIN_III

Существуют общие групповые рецепторы, способствующие устранению избытка цитокинов в очаге поражения. [Becker S., Groner B. & Muller C.W. Three-dimentional structure of the Stat3b homodimer bound to DNA Nature, 394, 145 — 151, 1998 ]

Все рецепторы цитокинов представляют собой трансмембранные гликопротеины, у которых внеклеточная часть отвечает за связывание цитокина. Как правило, эти рецепторы состоят более чем из одной субъединицы, причем высокоаффинное связывание является следствием взаимодействия с разными субъединицами, каждая из которых сама способна связывать соответствующий цитокин, но с более низкой аффинностью. Нередко на клетках-мишенях цитокинов обнаруживаются несколько типов центров связывания, различающихся аффинностью к цитокину. В составе клеточных мембран одни цепи реагируют только с определенным цитокином, в то время как другие способны формировать общие рецепторы для разных цитокинов. Наличие общих структур в рецепторах может обусловливать функциональное сходство ряда цитокинов. [Кольман Я., Рём К. Г., Наглядная биохимия, издательство «Мир»]

Синтез рецепторов протекает более интенсивно и длительно, чем синтез соответствующих цитокинов, что обусловливает их более полную и быструю элиминацию из сосудистого русла и реализацию биологического эффекта в очаге поражения. Растворимый рецептор, связывающийся с цитокином, — это отщепленный ферментом внеклеточный домен мембранного рецептора. Растворимые рецепторы сохраняют высокую аффинность в отношении своих лигандов и благодаря этому способны нейтрализовывать цитокины, препятствуя их доступу к интактным мембранным рецепторам; их можно обнаружить в сыворотке и моче. Растворимые рецепторы могут выполнять функции конкурирующих антагонистов, а также участвовать в транспорте, доставке цитокинов в очаг поражения и выведении их из организма.

Связывание цитокина с соответствующим рецептором обеспечивает трансмембранное проведение сигнала в клетку, что, в свою очередь, обеспечивает активацию цитоплазматических ферментов и, в частности, фосфорилирование тирозинкиназ.

Сами цитокиновые рецепторы не обладают тирозинкиназной активностью (за немногими исключениями). После связывания с цитокином (1) (см. рис. 3) молекулы рецептора ассоциируют, образуя гомодимеры. Кроме того, они могут образовывать гетеродимеры за счет ассоциации с белками-переносчиками сигнала [БПС (STP)] или стимулировать димеризацию самих БПС(2). Цитокиновые рецепторы класса I могут агрегировать с тремя типами БПС: белками GP130, вс или гс. Эти вспомогательные белки сами не способны связывать цитокины, но они осуществляют передачу сигнала на тирозинкиназы (3). Одинаковые спектры биологической активности многих цитокинов объясняются тем, что различные цитокин-рецепторные комплексы могут активировать одни и те же БПС. [Brisce J. et al. JAKs and STATs branch out Trends in Cell Biology, 6, 336 — 340, 1996]

Активация (фосфорилирование) тирозин/сериновых киназ приводит к запуску каскада ферментативных процессов, в результате которых в клетках накапливаются фосфорилированные белки (рис. 2). Эти белки из цитоплазмы поступают в ядро клетки и взаимодействуют с определёнными генами в молекуле ДНК, активируя процесс транскрипции этих генов и синтез соответствующих и-РНК или репликацию ДНК. Накопление и-РНК приводит, в свою очередь, к синтезу и накоплению в клетке набора новых белковых молекул, что проявляется в изменении фенотипических свойств и поведения клеток. [Кашкин К.П. Цитокины иммуной системы: основные свойства и иммунобиологическая активность (лекция) // Клиническая лабораторная диагностика. — 1998. _ №11. — С. 21 — 32.]

Упрощенная схема передачи сигнала от рецептора гамма-интерферона с использованием Jak-STAT пути

Рис. 2. Упрощенная схема передачи сигнала от рецептора гамма-интерферона с использованием Jak-STAT пути

В качестве примера передачи сигнала от цитокинов на рис. 3 показано, как рецептор ИЛ-6 (IL-6) после связывания с лигандом (1) стимулирует димеризацию GP130 (2). Димер мембранного белка GP130 связывает и активирует цитоплазматическую тирозинкиназу ЯК-семейства (Янус-киназы, имеющие два активных центра) (3). Янус-киназы фосфорилируют цитокиновые рецепторы, БПС и различные цитоплазматические белки, которые осуществляют дальнейшую передачу сигнала; они также фосфорилируют факторы транскрипции — переносчики сигнала и активаторы транскрипции [ПСАТ (STAT, от англ. Signal transducers and activators of transcription)]. Эти белки относятся к семейству БПС, имеющих в структуре SH2-домен, узнающий остатки фосфотирозина. Поэтому они обладают свойством ассоциировать с фосфорилированным цитокиновым рецептором. Если затем происходит фосфорилирование молекулы ПСАТ (4), фактор переходит в активную форму и образует димер (5). После транслокации в ядро димер в качестве фактора транскрипции связывается с промотором инициируемого гена и индуцирует его транскрипцию (6). [Brisce J. et al. JAKs and STATs branch out Trends in Cell Biology, 6, 336 — 340, 1996] [Кольман Я., Рём К. — Г., Наглядная биохимия, издательство «Мир»]

Механизм действия цитокинов на примере ИЛ-6

Рис. 3. Механизм действия цитокинов на примере ИЛ-6

Некоторые цитокиновые рецепторы могут за счет протеолиза утрачивать экстрацеллюлярный лигандсвязывающий домен (на рис. 3 не приведен). Домен поступает в кровь, где конкурирует за связывание с цитокином, что снижает концентрацию цитокина в крови. [Кольман Я., Рём К. Г., Наглядная биохимия, издательство «Мир»].



Источник: studbooks.net


Добавить комментарий