ЦИТОКИНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ, ФУНКЦИИ, ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На цитокин или цитокини са протеини или разтворими гликопротеини сигнални произведени от няколко типа клетки в тялото, особено клетки на имунната система като левкоцити: неутрофили, моноцити, макрофаги и лимфоцити (В клетки и Т-клетки).

За разлика от други специфични фактори за свързване на рецепторите, които предизвикват дълги и сложни сигнални каскади, които често включват последователности на протеин киназа (цикличния AMP път, например), цитокините оказват по-директни ефекти.

Структура на рекомбинантния човешки цитокин, известен като интерферон алфа (Източник: Nevit Dilmen чрез Wikimedia Commons)

Тези разтворими фактори се свързват с рецептори, които директно активират протеини, които имат директни функции в генната транскрипция, тъй като са способни да влязат в ядрото и стимулират транскрипцията на определен набор от гени.

Първите цитокини са открити преди повече от 60 години. Молекулярната характеристика на много от тях обаче беше доста по-късна. Невронният растежен фактор, интерферонът и интерлевкин 1 (IL-1) бяха първите цитокини, които бяха описани.

Името "цитокин" е общ термин, но в литературата се правят разграничения по отношение на клетката, която ги произвежда. Така има лимфокини (произведени от лимфоцити), монокини (произведени от моноцити), интерлевкини (произведени от левкоцити и действащи върху други левкоцити) и др.

Те са особено обилни при гръбначни животни, но съществуването им е определено при някои безгръбначни. В тялото на бозайник, например, те могат да имат адитивни, синергични, антагонистични функции или дори могат да се активират взаимно.

Те могат да имат автокринно действие, тоест действат върху една и съща клетка, която ги произвежда; или паракрин, което означава, че те се произвеждат от един тип клетки и действат върху други около тях.

Характеристики и структура

Всички цитокини са "плейотропни", тоест имат повече от една функция в повече от един тип клетки. Това е така, защото рецепторите, които реагират на тези протеини, се експресират в много различни видове клетки.

Определено е, че има някои функционални излишъци между много от тях, тъй като няколко типа цитокини могат да имат конвергентни биологични ефекти и се предполага, че това е свързано с приликата на последователността в техните рецептори.

Подобно на много пратеници в процесите на клетъчна сигнализация, цитокините имат мощни действия при много ниски концентрации, толкова ниски, че могат да бъдат в наномоларен и фемтомоларен обхват, благодарение на факта, че техните рецептори са изключително свързани с тях.

Някои цитокини действат като част от "каскада" цитокини. Тоест за тях е обичайно да действат в синергия и тяхното регулиране често зависи от други инхибиращи цитокини и допълнителни регулаторни фактори.

Експресия на кодиращи гени за цитокини

Някои цитокини идват от гени с конститутивна експресия, тъй като например е необходимо да се поддържат постоянни нива на хематопоетика.

Някои от тези конститутивно експресиращи протеини са еритропоетин, интерлевкин 6 (IL-6) и някои стимулиращи растежа на клетъчните колонии фактори, които допринасят за диференцирането на много бели клетки.

Други цитокини са предварително синтезирани и съхранявани като цитозолни гранули, мембранни протеини или комплексирани със свързващи протеини към клетъчната повърхност или извънклетъчната матрица.

Много молекулни стимули регулират положително експресията на гени, които кодират цитокини. Има някои от тези молекули, които увеличават генната експресия на други цитокини, а също така има много, които имат инхибиторни функции, които ограничават действието на други цитокини.

Контрол чрез обработка

Функцията на цитокините също се контролира от обработката на прекурсорните форми на тези протеини. Много от тях първоначално се произвеждат като интегрални протеини с активна мембрана, които се нуждаят от протеолитично разцепване, за да станат разтворими фактори.

Примери за цитокини под този тип производствен контрол са епидермалният растежен фактор EGF (от английския "E pidermal G rowth F act"), факторът на растеж на тумора TGF (от английския "T umoral G rowth F act"), интерлевкин 1β (IL-1β) и фактор на туморна некроза TNFα (от английския "Tumor N ecrosis F act").

Други цитокини се секретират като неактивни прекурсори, които трябва да бъдат ензимно обработени, за да се активират и някои от ензимите, отговорни за тази обработка на някои цитокини, включват протеини от семейството на цистеиновата протеаза каспаза.

Структурен преглед

Цитокините могат да имат много променливи тегла, така че обхватът да е определен между около 6 kDa и 70 kDa.

Тези протеини имат силно променливи структури и могат да бъдат съставени от бъчви от алфа спирали, сложни структури от паралелни или антипаралелни β-сгънати листове и др.

Видове

Има няколко вида семейства цитокини и броят им продължава да расте с оглед на голямото разнообразие от протеини със сходни функции и характеристики, които се откриват всеки ден в научния свят.

Номенклатурата му далеч не е систематична връзка, тъй като нейната идентификация се основава на различни параметри: произход, първоначален биологичен анализ, който го определя и функциите му, наред с други.

Настоящият консенсус за класификацията на цитокините по същество се основава на структурата на техните рецепторни протеини, които се съдържат в малък брой семейства със силно запазени характеристики. По този начин има шест фамилии цитокинови рецептори, които са групирани според приликите в последователността на техните цитозолни части:

1. Тип I рецептори (хематопоетинови рецептори): включват цитокините интерлевкин 6R и 12 R (IL-6R и IL-12R) и други фактори, участващи в стимулирането на образуването на клетъчни колонии. Те имат своето влияние върху активирането на В и Т клетки.
2. Рецептори тип II (рецептори за интерферон): Тези цитокини имат антивирусни функции и рецепторите са свързани с фибронектиновия протеин.
3. TNF рецептори (тумор некрозисен фактор, на английски "T umor N ecrosis F действащ"): са "провъзпалителни" цитокини, сред които са фактори, известни като p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 и други.
4. Тол / IL-1-подобни рецептори: Това семейство съдържа много възпалителни интерлевкини и неговите рецептори обикновено имат богати на левцин региони в своите извънклетъчни сегменти.
5. Тирозин киназни рецептори: в това семейство има много цитокини с функции на растежни фактори като туморни растежни фактори (TGF) и други протеини, които насърчават образуването на клетъчни колонии.
6. Хемокинови рецептори: цитокините от това семейство имат по същество хемотактични функции и техните рецептори имат повече от 6 трансмембранни сегмента.

Рецепторите за цитокини могат да бъдат разтворими или свързани с мембрана. Разтворимите рецептори могат да регулират активността на тези протеини, като действат като агонисти или антагонисти в процеса на сигнализиране.

Много цитокини използват разтворими рецептори, включително различни видове интерлевкини (IL), невронни растежни фактори (NGF), туморни растежни фактори (TGF) и други.

Характеристика

Важно е да запомните, че цитокините функционират като химически пратеници между клетките, но не точно като молекулни ефектори, тъй като те са необходими за активиране или инхибиране на функцията на специфични ефектори.

Една от "обединяващите" функционални характеристики сред цитокините е участието им в защитата на организма, което се обобщава като "регулиране на имунната система", което е особено важно за бозайниците и много други животни.

Те участват в контрола на развитието на хематопоезата, в междуклетъчните комуникационни процеси и в реакциите на организма срещу инфекциозни агенти и възпалителни стимули.

Тъй като те обикновено се намират в ниски концентрации, количественото определяне на концентрацията на цитокини в тъкани или телесни течности се използва като биомаркер за прогнозиране на напредъка на заболяванията и мониторинг на ефектите на лекарствата, които се прилагат на пациенти. болни пациенти.

По принцип те се използват като маркери на възпалителни заболявания, включително отхвърляне на импланти, Алцхаймер, астма, артериосклероза, рак на дебелото черво и други ракови заболявания като цяло, депресия, някои сърдечни и вирусни заболявания, болести на Паркинсон и др. сепсис, увреждане на черния дроб и др.

Къде са намерени?

Повечето от цитокините се секретират от клетки. Други могат да бъдат изразени в плазмената мембрана и има такива, които остават в онова, което би могло да се счита за „резерв“ в пространството, съдържащо се от извънклетъчната матрица.

Как работят?

Цитокините, както беше споменато, имат in vivo ефекти, които зависят от средата, където се намират. Неговото действие се осъществява чрез сигнални каскади и взаимодействащи мрежи, които включват други цитокини и други фактори от различно химично естество.

Те обикновено участват във взаимодействието с рецептор, който има целеви протеин, който се активира или инхибира след свързването му, който има способността да действа директно или косвено като транскрипционен фактор върху определени гени.

Примери за някои цитокини

IL-1 или интерлевкин 1

Известен е още като лимфоцитен активиращ фактор (LAF), ендогенен пироген (EP), ендогенен левкоцитен медиатор (EML), катаболин или моноядрен клетъчен фактор (MCF).

Той има много биологични функции върху много видове клетки, по-специално В, Т клетки и моноцити. Той предизвиква хипотония, треска, загуба на тегло и други реакции. Секретира се от моноцити, тъканни макрофаги, клетки на Лангерханс, дендритни клетки, лимфоидни клетки и много други.

IL-3

Той има други имена като фактор за растеж на мастоцитите (MCGF), стимулиращ множествен колоний фактор (мулти-CSF), фактор на растежа на хематопоетичните клетки (HCGF) и други.

Той има важни функции за стимулиране образуването на колонии на еритроцити, мегакариоцити, неутрофили, еозинофили, базофили, мастоцити и други клетки от моноцитни родове.

Синтезира се предимно от активирани Т-клетки, мастоцити и еозинофили.

Angiostatin

Той се получава от плазминоген и е цитокин на инхибитора на ангиогенезата, който му придава функции като мощен блокер на неоваскуларизация и растеж на туморни метастази in vivo. Той се генерира от протеолитичното разцепване на плазминоген, медиирано от наличието на ракови заболявания.

Епидермален растежен фактор

Действа, като стимулира растежа на епителните клетки, ускорява появата на зъби и отварянето на очите при мишки. Освен това той действа при инхибиране на секрецията на стомашна киселина и участва в зарастването на рани.

Препратки

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Съществена клетъчна биология. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Dinarello, C. (2000). Провъзпалителни цитокини. CHEST, 118 (2), 503–508.
3. Fitzgerald, K., O'Neill, L., Gearing, A., & Callard, R. (2001). Книгата с факти за цитокините (2-ро издание). Дънди, Шотландия: Поредица от факти за академична преса.
4. Keelan, JA, Blumenstein, M., Helliwell, RJA, Sato, TA, Marvin, KW, & Mitchell, MD (2003). Цитокини, простагландини и раждане - преглед. Плацента, 17, S33-S46.
5. Stenken, JA, & Poschenrieder, AJ (2015). Биоаналитична химия на цитокините - преглед. Analytica Chimica Acta, 1, 95–115.
6. Vilcek, J., & Feldmann, M. (2004). Исторически преглед: Цитокини като терапевтици и мишени на терапевтици. ТЕНДЕНЦИИ във фармакологичните науки, 25 (4), 201–209.
7. Zhang, J., & An, J. (2007). Цитокини, възпаление и болка. Вътрешен анестезиол. Clin., 45 (2), 27–37.