CITOKINE: CARACTERISTICI, TIPURI, FUNCȚII, EXEMPLE - BIOLOGIE - 2025

Citokine sau Citokinele sunt proteine sau glicoproteine solubile de semnalizare produsă de mai multe tipuri de celule din organism, în special celule ale sistemului imunitar: leucocite neutrofile, monocite, macrofage și limfocite (celule B și celule T).

Spre deosebire de alți factori specifici de legare a receptorilor care declanșează cascade de semnalizare lungi și complexe, care implică adesea secvențe de proteină kinază (calea AMP ciclică, de exemplu), citokinele exercită efecte mai directe.

Structura citokinei umane recombinante cunoscută sub numele de Interferon alfa (Sursa: Nevit Dilmen prin Wikimedia Commons)

Acești factori solubili se leagă de receptorii care activează direct proteinele care au funcții directe în transcripția genelor, deoarece sunt capabili să intre în nucleu și să stimuleze transcrierea unui set specific de gene.

Primele citokine au fost descoperite acum mai bine de 60 de ani. Cu toate acestea, caracterizarea moleculară a multora dintre ele a fost destul de târzie. Factorul neuronal de creștere, interferonul și interleukina 1 (IL-1) au fost primele citokine descrise.

Denumirea de "citokină" este un termen general, dar în literatură se fac distincții cu privire la celula care le produce. Astfel, există limfokine (produse de limfocite), monokine (produse de monocite), interleukine (produse de un leucocit și care acționează asupra altor leucocite) etc.

Sunt deosebit de abundente la animalele vertebrate, dar existența lor a fost determinată la unele nevertebrate. În corpul unui mamifer, de exemplu, acestea pot avea funcții aditive, sinergice, antagonice sau chiar se pot activa reciproc.

Pot avea acțiune autocrină, adică acționează asupra aceleiași celule care le produce; sau paracrine, ceea ce înseamnă că sunt produse de un tip de celule și acționează asupra altora din jurul lor.

Caracteristici și structură

Toate citokinele sunt „pleiotropice”, adică au mai multe funcții în mai multe tipuri de celule. Acest lucru se datorează faptului că receptorii care răspund la aceste proteine ​​sunt exprimați în multe tipuri diferite de celule.

S-a stabilit că există o oarecare redundanță funcțională între mulți dintre aceștia, deoarece mai multe tipuri de citokine pot avea efecte biologice convergente și s-a sugerat că aceasta este legată de asemănările de secvență ale receptorilor lor.

La fel ca mulți mesageri în procesele de semnalizare celulară, citokinele au acțiuni puternice la concentrații foarte mici, atât de scăzute încât pot fi în intervalul nanomolar și femtomolar, datorită faptului că receptorii lor sunt extrem de înrudiți cu ei.

Unele citokine funcționează ca parte a unei „cascade” de citokine. Adică, este obișnuit ca aceștia să acționeze în sinergie, iar reglarea lor depinde adesea de alte citokine inhibitoare și de factori de reglare suplimentari.

Expresia genelor care codifică citokine

Unele citokine provin din gene de expresie constitutivă, deoarece, de exemplu, este necesar să se mențină nivelurile hematopoietice constante.

Unele dintre aceste proteine ​​care exprimă în mod constitutiv sunt eritropoietina, interleukina 6 (IL-6) și anumiți factori care stimulează creșterea coloniei celulare care contribuie la diferențierea multor celule albe.

Alte citokine sunt pre-sintetizate și stocate sub formă de granule citosolice, proteine ​​de membrană sau complexate cu proteine ​​de legare la suprafața celulei sau matrice extracelulare.

Mulți stimuli moleculari reglează pozitiv expresia genelor care codifică citokinele. Există unele dintre aceste molecule care cresc expresia genică a altor citokine și există, de asemenea, multe care au funcții inhibitoare care limitează acțiunea altor citokine.

Control prin procesare

Funcția citokinelor este controlată și de prelucrarea formelor precursoare ale acestor proteine. Multe dintre ele sunt produse inițial ca proteine ​​integrale active ale membranei care necesită clivaj proteolitic pentru a deveni factori solubili.

Exemple de citokine sub acest tip de control al producției sunt factorul de creștere epidermică EGF (din engleza „E pidermal G rowth F actor”), factorul de creștere a tumorii TGF (din engleza „T umoral G rowth F actor”), interleucina 1β (IL-1β) și factorul de necroză tumorală TNFα (din engleză „Tumor N ecrosis F actor”).

Alte citokine sunt secretate ca precursori inactivi care trebuie prelucrați enzimatic pentru a activa și unele dintre enzimele responsabile de această prelucrare a anumitor citokine implică proteine ​​din familia castainei protease caspase.

Prezentare structurală

Citokinele pot avea greutăți extrem de variabile, atât de mult încât intervalul a fost definit între aproximativ 6 kDa și 70 kDa.

Aceste proteine ​​au structuri extrem de variabile și pot fi alcătuite din butoaie de elicele alfa, structuri complexe de foi pliate paralele sau antiparalele β, etc.

Tipuri

Există mai multe tipuri de familii de citokine, iar numărul continuă să crească, având în vedere marea diversitate de proteine ​​cu funcții și caracteristici similare, care sunt descoperite în fiecare zi în lumea științifică.

Nomenclatura sa este departe de orice relație sistematică, deoarece identificarea sa s-a bazat pe diferiți parametri: originea sa, bio-testul inițial care l-a definit și funcțiile sale, printre altele.

Consensul actual pentru clasificarea citokinelor se bazează esențial pe structura proteinelor receptorilor lor, care sunt conținute într-un număr mic de familii cu caracteristici extrem de conservate. Astfel, există șase familii de receptori citokinici care sunt grupați în funcție de asemănările din secvența porțiunilor lor citosolice:

1. Receptori de tip I (receptori ai hematopoietinei): include citokinele interleukină 6R și 12 R (IL-6R și IL-12R) și alți factori implicați în stimularea formării coloniei celulare. Acestea au efectul lor asupra activării celulelor B și T.
2. Receptori de tip II (receptori interferonici): Aceste citokine au funcții antivirale, iar receptorii sunt legați de proteina fibronectină.
3. Receptori TNF (Tumor Necrosis Factor, englez „T umor N ecrosis F actor”): sunt citokine „pro-inflamatorii”, printre care sunt factori cunoscuți ca p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 și alții.
4. Receptori cu taxă / IL-1: Această familie găzduiește multe interleukine proinflamatorii, iar receptorii săi au în general regiuni bogate în leucine în segmentele lor extracelulare.
5. Receptorii tirozin kinazei: în această familie există multe citokine cu funcții de factori de creștere, cum ar fi factorii de creștere a tumorii (TGF) și alte proteine ​​care promovează formarea coloniilor celulare.
6. Receptori chemokinici: citokinele din această familie au funcții esențial chemotactice, iar receptorii lor au mai mult de 6 segmente transmembranare.

Receptorii pentru citokine pot fi solubili sau legați de membrană. Receptorii solubili pot regla activitatea acestor proteine ​​acționând ca agoniști sau antagoniști în procesul de semnalizare.

Multe citokine folosesc receptori solubili, incluzând diferite tipuri de interleukine (IL), factori de creștere neuronală (NGF), factori de creștere a tumorilor (TGF) și alții.

Caracteristici

Este important să ne amintim că citokinele funcționează ca mesageri chimici între celule, dar nu exact ca efectori moleculari, deoarece sunt necesari pentru activarea sau inhibarea funcției efectoarelor specifice.

Una dintre caracteristicile funcționale „unificatoare” dintre citokine este participarea lor la apărarea organismului, care este rezumată la „reglarea sistemului imunitar”, care este deosebit de importantă pentru mamifere și multe alte animale.

Ei participă la controlul dezvoltării hematopoietice, la procesele de comunicare intercelulară și la răspunsurile organismului împotriva agenților infecțioși și a stimulilor inflamatori.

Deoarece se găsesc în mod normal în concentrații scăzute, cuantificarea concentrației de citokine din țesuturi sau fluide corporale este utilizată ca biomarker pentru predicția progresului bolilor și monitorizarea efectelor medicamentelor care sunt administrate pacienților. bolnavi bolnavi.

În general, sunt folosiți ca markeri ai bolilor inflamatorii, inclusiv respingeri ale implanturilor, Alzheimer, astm, arterioscleroză, cancer de colon și alte tipuri de cancer în general, depresie, unele boli cardiace și virale, Parkinson, sepsis, leziuni hepatice etc.

Unde se găsesc?

Majoritatea citokinelor sunt secretate de celule. Altele pot fi exprimate în membrana plasmatică și există unele care rămân în ceea ce ar putea fi considerat o „rezervă” în spațiul cuprins de matricea extracelulară.

Cum funcționează?

Citokinele, după cum am menționat, au efecte in vivo care depind de mediul în care sunt găsite. Acțiunea sa are loc prin cascade de semnalizare și rețele de interacțiune care implică alte citokine și alți factori de natură chimică diferită.

De obicei, participă la interacțiunea cu un receptor care are o proteină țintă care este activată sau inhibată după asocierea sa, care are capacitatea de a acționa direct sau indirect ca factor transcripțional asupra anumitor gene.

Exemple de câteva citokine

IL-1 sau interleukina 1

Este cunoscut și sub denumirea de factorul de activare a limfocitelor (LAF), pirogenul endogen (EP), mediatorul endogen al leucocitelor (EML), catabolina sau factorul de celule mononucleare (MCF).

Are multe funcții biologice pe multe tipuri de celule, în special celule B, T și monocite. Induce hipotensiune arterială, febră, scădere în greutate și alte răspunsuri. Este secretat de monocite, macrofage tisulare, celule Langerhans, celule dendritice, celule limfoide și multe altele.

IL-3

Are alte nume, cum ar fi factorul de creștere a celulelor mastocitale (MCGF), factor de stimulare a coloniilor multiple (multi-CSF), factor de creștere a celulelor hematopoietice (HCGF) și altele.

Are funcții importante în stimularea formării coloniilor de eritrocite, megacariocite, neutrofile, eozinofile, bazofile, mastocite și alte celule de linie monocitică.

Este sintetizat în principal de celule T activate, mastocite și eozinofile.

angiostatin

Este derivat din plasminogen și este un citocină inhibitor al angiogenezei, ceea ce îi conferă funcții ca un puternic blocant al neovascularizării și creșterii metastazelor tumorale in vivo. Este generat de clivajul proteolitic al plasminogenului mediat de prezența cancerelor.

Factorul de creștere epidermică

Acționează stimulând creșterea celulelor epiteliale, accelerează apariția dinților și deschiderea ochilor la șoareci. În plus, acționează în inhibarea secreției de acid gastric și este implicat în vindecarea rănilor.

Referințe

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologia celulară esențială. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Dinarello, C. (2000). Citokine proinflamatorii. CHEST, 118 (2), 503–508.
3. Fitzgerald, K., O'Neill, L., Gearing, A., & Callard, R. (2001). Cytokine FactsBook (ediția a 2-a). Dundee, Scoția: Academic Press FactsBook Series.
4. Keelan, JA, Blumenstein, M., Helliwell, RJA, Sato, TA, Marvin, KW, & Mitchell, MD (2003). Citokine, prostaglandine și parturiție - o recenzie. Placenta, 17, S33-S46.
5. Stenken, JA, & Poschenrieder, AJ (2015). Chimie bioanalitică a citokinelor - O revizuire. Analitica Chimica Acta, 1, 95–115.
6. Vilcek, J., & Feldmann, M. (2004). Recenzie istorică: Citokinele ca terapeutică și ținte ale terapeuticii. TENDINȚE în Științe Farmacologice, 25 (4), 201–209.
7. Zhang, J., & An, J. (2007). Citokine, inflamație și durere. Int. Anesteziu. Clin. , 45 (2), 27–37.