ЦИТОКИНЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДЫ, ФУНКЦИИ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Цитокин или цитокины являются белки или растворимые гликопротеины сигнализации производства нескольких типов клеток в организме, особенно клеток иммунной системы , как лейкоцитов: нейтрофилы, моноциты, макрофаги и лимфоциты (В - клетки и Т - клеток).

В отличие от других специфических факторов связывания рецепторов, которые запускают длинные и сложные сигнальные каскады, которые часто включают последовательности протеинкиназ (например, путь циклического АМФ), цитокины оказывают более прямое действие.

Структура рекомбинантного человеческого цитокина, известного как интерферон альфа (Источник: Невит Дилмен через Wikimedia Commons)

Эти растворимые факторы связываются с рецепторами, которые непосредственно активируют белки, выполняющие прямые функции в транскрипции генов, поскольку они способны проникать в ядро ​​и стимулировать транскрипцию определенного набора генов.

Первые цитокины были открыты более 60 лет назад. Однако молекулярная характеристика многих из них была проведена значительно позже. Фактор роста нервов, интерферон и интерлейкин 1 (IL-1) были первыми описанными цитокинами.

Название «цитокин» является общим термином, но в литературе делаются различия в отношении клеток, которые их продуцируют. Таким образом, существуют лимфокины (продуцируемые лимфоцитами), монокины (продуцируемые моноцитами), интерлейкины (продуцируемые лейкоцитами и действующие на другие лейкоциты) и т. Д.

Их особенно много у позвоночных животных, но их существование установлено у некоторых беспозвоночных. Например, в организме млекопитающего они могут выполнять аддитивные, синергические, антагонистические функции или даже активировать друг друга.

Они могут обладать аутокринным действием, то есть действовать на ту же самую клетку, которая их производит; или паракрин, что означает, что они производятся одним типом клеток и действуют на другие вокруг них.

Характеристики и состав

Все цитокины являются «плейотропными», то есть они выполняют более одной функции в более чем одном типе клеток. Это связано с тем, что рецепторы, отвечающие на эти белки, экспрессируются во многих различных типах клеток.

Было определено, что между многими из них существует некоторая функциональная избыточность, поскольку несколько типов цитокинов могут иметь конвергентные биологические эффекты, и было высказано предположение, что это связано со сходством последовательностей в их рецепторах.

Как и многие посредники в процессах передачи сигналов в клетке, цитокины обладают мощным действием при очень низких концентрациях, настолько низких, что они могут находиться в наномолярном и фемтомолярном диапазоне, благодаря тому факту, что их рецепторы чрезвычайно связаны с ними.

Некоторые цитокины работают как часть «каскада» цитокинов. То есть они обычно действуют синергетически, и их регуляция часто зависит от других ингибирующих цитокинов и дополнительных регуляторных факторов.

Экспрессия генов, кодирующих цитокины

Некоторые цитокины происходят из генов конститутивной экспрессии, так как, например, необходимо поддерживать постоянный гематопоэтический уровень.

Некоторыми из этих конститутивно экспрессирующихся белков являются эритропоэтин, интерлейкин 6 (IL-6) и определенные факторы, стимулирующие рост колоний клеток, которые способствуют дифференцировке многих белых клеток.

Другие цитокины предварительно синтезируются и хранятся в виде цитозольных гранул, мембранных белков или в комплексе со связывающими белками с поверхностью клетки или с внеклеточным матриксом.

Многие молекулярные стимулы положительно регулируют экспрессию генов, кодирующих цитокины. Некоторые из этих молекул увеличивают экспрессию генов других цитокинов, а также многие из них обладают ингибирующими функциями, ограничивающими действие других цитокинов.

Управление обработкой

Функция цитокинов также контролируется процессингом форм-предшественников этих белков. Многие из них изначально продуцируются как интегральные активные мембранные белки, которые требуют протеолитического расщепления, чтобы стать растворимыми факторами.

Примерами цитокинов, находящихся под этим типом производственного контроля, являются эпидермальный фактор роста EGF (от английского «E pidermal G rowth F Actor»), фактор роста опухоли TGF (от английского «T umoral G rowth F Actor»), интерлейкин 1β (ИЛ-1β) и фактор некроза опухоли TNFα (от английского «Tumor N ecrosis Factor»).

Другие цитокины секретируются как неактивные предшественники, которые должны подвергаться ферментативной обработке для активации, и некоторые из ферментов, ответственных за этот процессинг определенных цитокинов, включают белки семейства каспаз цистеиновых протеаз.

Структурный обзор

Цитокины могут иметь очень вариабельный вес, настолько большой, что диапазон был определен от 6 до 70 кДа.

Эти белки имеют очень вариабельную структуру и могут состоять из бочек альфа-спиралей, сложных структур параллельных или антипараллельных β-свернутых листов и т. Д.

Типы

Существует несколько типов семейств цитокинов, и их число продолжает расти ввиду большого разнообразия белков со схожими функциями и характеристиками, которые ежедневно открываются в научном мире.

Его номенклатура далека от какой-либо систематической взаимосвязи, поскольку его идентификация была основана на различных параметрах: его происхождении, исходном биоанализе, который его определил, и его функциях, среди прочего.

Текущий консенсус по классификации цитокинов в основном основан на структуре их рецепторных белков, которые содержатся в небольшом количестве семейств с высококонсервативными характеристиками. Таким образом, существует шесть семейств рецепторов цитокинов, которые сгруппированы в соответствии с сходством в последовательности их цитозольных частей:

1. Рецепторы типа I (рецепторы гематопоэтина): включают цитокины интерлейкина 6R и 12 R (IL-6R и IL-12R) и другие факторы, участвующие в стимуляции образования колоний клеток. Они влияют на активацию В- и Т-клеток.
2. Рецепторы типа II (рецепторы интерферона): эти цитокины обладают противовирусными функциями, а рецепторы связаны с белком фибронектина.
3. Рецепторы TNF (фактор некроза опухоли, англ. «T umor N ecrosis Factor»): являются провоспалительными цитокинами, среди которых есть факторы, известные как p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 и другие.
4. Toll / IL-1-подобные рецепторы: это семейство содержит множество провоспалительных интерлейкинов, и его рецепторы обычно имеют богатые лейциновыми повторами области во внеклеточных сегментах.
5. Рецепторы тирозинкиназы: в этом семействе есть много цитокинов с функциями факторов роста, таких как факторы роста опухоли (TGF) и другие белки, которые способствуют образованию колоний клеток.
6. Рецепторы хемокинов: цитокины этого семейства в основном выполняют хемотаксические функции, а их рецепторы имеют более 6 трансмембранных сегментов.

Рецепторы цитокинов могут быть растворимыми или мембраносвязанными. Растворимые рецепторы могут регулировать активность этих белков, действуя как агонисты или антагонисты в процессе передачи сигналов.

Многие цитокины используют растворимые рецепторы, включая различные типы интерлейкинов (IL), факторы роста нервной системы (NGF), факторы роста опухоли (TGF) и другие.

Характеристики

Важно помнить, что цитокины действуют как химические посредники между клетками, но не как молекулярные эффекторы, поскольку они необходимы для активации или подавления функции определенных эффекторов.

Одной из «объединяющих» функциональных характеристик цитокинов является их участие в защите организма, что можно обобщить как «регуляцию иммунной системы», что особенно важно для млекопитающих и многих других животных.

Они участвуют в контроле развития кроветворения, в процессах межклеточной коммуникации и в ответах организма на инфекционные агенты и воспалительные раздражители.

Поскольку они обычно находятся в низких концентрациях, количественная оценка концентрации цитокинов в тканях или жидкостях организма используется в качестве биомаркера для прогнозирования развития болезни и мониторинга эффектов лекарств, вводимых пациентам. больные пациенты.

Как правило, они используются в качестве маркеров воспалительных заболеваний, включая отторжение имплантата, болезнь Альцгеймера, астму, артериосклероз, рак толстой кишки и другие виды рака в целом, депрессию, некоторые сердечные и вирусные заболевания, болезнь Паркинсона, сепсис, поражение печени и др.

Где они находятся?

Большинство цитокинов секретируются клетками. Другие могут экспрессироваться в плазматической мембране, а некоторые остаются в том, что можно рассматривать как «резерв» в пространстве, образованном внеклеточным матриксом.

Как они работают?

Как уже упоминалось, цитокины оказывают действие in vivo, которое зависит от среды, в которой они находятся. Его действие происходит через сигнальные каскады и сети взаимодействия, в которые вовлечены другие цитокины и другие факторы различной химической природы.

Обычно они участвуют во взаимодействии с рецептором, который имеет целевой белок, который активируется или ингибируется после его ассоциации, который имеет способность прямо или косвенно действовать как фактор транскрипции на определенные гены.

Примеры некоторых цитокинов

ИЛ-1 или интерлейкин 1

Он также известен как фактор активации лимфоцитов (LAF), эндогенный пироген (EP), медиатор эндогенных лейкоцитов (EML), катаболин или фактор мононуклеарных клеток (MCF).

Он выполняет множество биологических функций в отношении многих типов клеток, особенно В, Т-клеток и моноцитов. Он вызывает гипотонию, жар, потерю веса и другие реакции. Он секретируется моноцитами, тканевыми макрофагами, клетками Лангерганса, дендритными клетками, лимфоидными клетками и многими другими.

IL-3

Он имеет другие названия, такие как фактор роста тучных клеток (MCGF), фактор, стимулирующий множественные колонии (multi-CSF), фактор роста гемопоэтических клеток (HCGF) и другие.

Он выполняет важные функции по стимуляции образования колоний эритроцитов, мегакариоцитов, нейтрофилов, эозинофилов, базофилов, тучных клеток и других клеток моноцитарных линий.

Он синтезируется в основном активированными Т-клетками, тучными клетками и эозинофилами.

Ангиостатин

Он является производным плазминогена и представляет собой цитокин, ингибирующий ангиогенез, что дает ему функции мощного блокатора неоваскуляризации и роста метастазов опухоли in vivo. Он возникает в результате протеолитического расщепления плазминогена, опосредованного наличием рака.

Фактор эпидермального роста

Он действует, стимулируя рост эпителиальных клеток, ускоряет прорезывание зубов и открытие глаз у мышей. Кроме того, он препятствует секреции желудочного сока и участвует в заживлении ран.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Деннис, Б., Хопкин, К., Джонсон, А., Льюис, Дж., Рафф, М., … Уолтер, П. (2004). Эссенциальная клеточная биология. Абингдон: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Динарелло, К. (2000). Провоспалительные цитокины. СУНДУК, 118 (2), 503–508.
3. Фицджеральд К., О'Нил Л., Геринг А. и Каллард Р. (2001). Книга фактов о цитокинах (2-е изд.). Данди, Шотландия: Серия книг с фактами академической прессы.
4. Килан, Дж. А., Блюменштейн, М., Хелливелл, Р. Дж. А., Сато, Т. А., Марвин, К. В., и Митчелл, М. Д. (2003). Цитокины, простагландины и роды - обзор. Плацента, 17, S33-S46.
5. Стенкен, JA, и Poschenrieder, AJ (2015). Биоаналитическая химия цитокинов - обзор. Analytica Chimica Acta, 1, 95–115.
6. Вилчек, Дж., И Фельдманн, М. (2004). Исторический обзор: цитокины как терапевтические средства и цели терапии. ТЕНДЕНЦИИ в фармакологических науках, 25 (4), 201–209.
7. Чжан Дж. И Ань Дж. (2007). Цитокины, воспаление и боль. Int. Anesthesiol. Clin. , 45 (2), 27–37.