Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)/99. Otázka

			99. Otázka
			Lokální mediátory (cytokiny, růstové faktory, chemokiny) − funkce, mechanismus účinku.
			Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)
			⏪️   ⏩️

Lokální mediátory

Lokální mediátory jsou biologicky aktivní látky, které jsou syntetizovány v určité tkáni, vníž také působí. Lokální mediátory tedy působí autokrinně nebo parakrinně. Jejich častými funkcemi je řízení průtoku krve, udržování tonu hladké svaloviny či působení zánětlivých reakcí. Mezi lokální mediátory řadíme cytokiny, růstové faktory, chemokiny, histamin, serotonin či NO, endotelin nebo bradykinin.

Cytokiny

Zapojení cytokinů do regulace buněčného cyklu a apoptózy

Cytokiny jsou molekuly, které přenášejí důležitou informaci mezi buňkami a mají vliv na regulaci růstu, dělení buňky, diferenciaci, zánět a obranyschopnost. Jsou zároveň základními regulátory imunitního systému a pro některé účely je nutné koordinované působení několika různých cytokinů – tyto synergistické a antagonistické interakce mezi cytokiny nazýváme cytokinová síť. Cytokiny se v těle nachází buď rozpuštěné v tekutině (plazma, tkáňová tekutina) nebo vázané na membránu (tzv. membránové formy).

Základní charakteristika cytokinů

• Pleiotropie: působení cytokinů na několik různých druhů buněk (např. B-lymfocyty, mastocyty),
• specificita: účinek je typický jen pro daný cytokin,
• redundance: některé cytokiny mohou být pro změnu nahrazeny jinými, např. IL-2 i IL-4 stimulují proliferaci B-lymfocytů,
• synergismus: účinky různých cytokinů se vzájemně doplňují,
• antagonismus: jeden cytokin blokuje účinky jiného cytokinu (např. IFN-γ blokuje přepnutí na syntézu IgE, který indukuje IL-4),
• působení v kaskádě: jeden cytokin indukuje tvorbu jiného.

Působení cytokinů

Působení cytokinů (dané vzdáleností cílové struktury) může být:

• autokrinní,
• parakrinní,
• endokrinní. (viz obrázek vpravo pro podrobnosti)

Receptory cytokinů

Receptory pro cytokiny se skládají ze dvou (případně tří) podjednotek:

Cytokinové receptory a přenos signálu – všeobecné schéma

Příklad receptoru pro IL-7

1. první podjednotka slouží pro specifickou vazbu cytokinu (je uložena extracelulárně),
2. druhá (a případně třetí) slouží ke spojení s intracelulárními signalizačními molekulami.

Přenos signálu probíhá většinu prostřednictvím proteinkináz (nejčastěji kinázy skupiny Jak). Tyto kinázy jsou nekovalentně vázány na intracelulární část receptoru. Po navázání cytokinu dojde k přiblížení kináz k sobě a k jejich vzájemné aktivaci. Aktivované enzymy fosforylují další proteiny a spouští se celá kaskáda.

Kromě proteinkináz je nutné připomenout i G-proteiny (mimochodem, v r. 2012 byla za studium G proteinů udělena Nobelova cena). Receptory pro chemokiny (viz níže) jsou asociované právě s G proteiny. Princip funkce je odlišný od proteinkináz, ale důsledky jsou podobné: změna aktivity enzymů, regulace buněčného cyklu, degranulace apod.

Nakonec existují některé receptory (např. pro FGF, EGF, TGF-β), které mají ve své cytoplazmatické části kinázovou doménu (tzv. receptorové kinázy).

Konečné výsledky signalizace závisí na povaze receptoru a na spolupůsobení jiných signálů. Může jít téměř o cokoliv od stimulace proliferace, přes změnu aktivity iontových kanálů a membránových enzymů, až po navození apoptózy.

Klasifikace

Historicky se hovořilo o lymfokinech a monokinech (molekuly secernované lymfocyty, resp. monocyty), není to ale moc přesné dělení a dnes se už nepoužívá. Cytokiny tedy můžeme dělit do několika skupin:

• interleukiny (regulují prevážně leukocyty),
• chemokiny (např. IL-8, mají chemotaktickou aktivitu),
• interferony (složka protivirové imunity),
• transformující růstové faktory (transforming growth factors, TGF) – TGF-α stimuluje mitózu, TGF-β inhibuje mitózu (strukturně odlišné molekuly),
• faktory stimulující kolonie (colony stimulating factors, CSF) – stimulují diferenciaci buněk v kostní dřeni,
• faktory nekrotizující nádory (tumour necrosis factors, TNF) – většinou indukují apoptózu,
• jiné růstové faktory – např. erytropoetin, FGF.

Klasifikace podle funkce

Toto dělení je jen přibližné, ale umožňuje se alespoň zhruba zorientovat ve spletité cytokinové síti:

• zánět podporující cytokiny (prozánětlivé), včetně chemokinů: TNF, IL-1, IL-4,IL-6, IL-8, IL-12,
• zánět inhibující cytokiny (protizánětlivé): IL-6, IL-10, TGF-β,
• cytokiny s aktivitou růstových faktorů hemopoetických buněk: IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, C-CSF, CD70, CD30L,
• cytokiny uplatňující se v humorální imunitě (Th2): IL-4, IL-5, IL-9, IL-10, IL-13, TGF-β,
• cytokiny uplatňující se v buněčné imunitě (Th1): IL-1, IL-2, IL-12, IL-15, IFN-γ, TNF,
• cytokiny s antivirovým účinkem: IL-28, IFN-α, IFN-β, IFN-γ.

Růstové faktory

Fibroblastový růstový faktor

Růstové faktory (anglicky growth factors) jsou látky (nejčastěji bílkovinné povahy), které jsou produkované různými buňkami těla a které ovlivňují celou řadu buněčných procesů jako například růst, proliferaci, diferenciaci, přežití a zrání buněk či tkání. Kromě těchto funkcí mohou ovlivňovat i buněčný metabolismus. Mezi růstové faktory patří například destičkový růstový faktor (PDGF), epidermální růstový faktor (EGF), inzulínu podobné růstové faktory (IGFs), nervový růstový faktor (NGF), fibroblastový růstový faktor (FGF), erytropoetin (EPO), trombopoetin apod.

Působení

Růstové faktory působí jako lokální mediátory pouze v okolí místa jejich syntézy (parakrinní působení). Odpovědi na ně jsou pomalé (řádově v hodinách) a vyžadují mnoho intracelulárních převodních kroků, které nakonec vedou ke změnám v genové expresi. Růstové faktory často signalizují přes signální kaskádu mitogeny aktivovaných proteinkináz (MAPK). Tato kaskáda má často stimulační účinek na buněčný cyklus.

Receptory pro růstové faktory

Jsou to transmembránové proteiny s extracelulární částí vázající růstové faktory, transmembránovou částí pronikající cytoplazmatickou membránou a intracelulární částí, která má tyrosinkinázovou aktivitu (fosforyluje tyrosiny). Navázání ligandu na receptor způsobí dimerizaci s dalším aktivovaným receptorem a to vede ke změně konformace proteinu. Změna konformace aktivuje tyrosinkinázovou aktivitu a dojde k autofosforylaci tyrosinových zbytků dimerizovaných receptorů. Aktivovaný receptor je po krátké době inaktivován endocytózou receptoru s navázaným růstovým faktorem a degradací v buňce.

Signalizace růstových faktorů

Signální kaskáda MAPK

Aktivovaný (fosforylovaný) receptor interaguje s řadou cytoplazmatických proteinů. Důležitými proteiny v signalizaci růstových faktorů jsou Ras proteiny. Ras proteiny jsou GTP-vázající bílkoviny a protoonkogeny, které mají GTPázovou aktivitu obdobně jako α podjedtnotka G-proteinů (štěpí navázané GTP na GDP + P). Ras protein neinteraguje s aktivovaným receptorem přímo, ale prostřednictvím tzv. adaptorových proteinů (např. Sos, Grb). Tato interakce má za následek, že se z Ras uvolní GDP a na jeho místo se naváže GTP. Ras protein s navázaným GTP je signálně aktivní forma, která umožní navázání a aktivaci (autofosforylací) první z kaskády několika kináz. Touto kinázou je protein Raf (též zvaný MAPKKK nebo MAP3K = mitogeny aktivovaná proteinkináza). Protein Raf předává signál v buňce fosforylací dalších proteinkináz a dochází k amplifikaci signální kaskády. Mezitím dojde k inaktivaci Ras proteinu hydrolýzou GTP na GDP a fosfát samotným Ras proteinem. Další proteinkinázou fosforylovanou Raf proteinem je MEK (= MAP a ERK Kináza, též zvaná MAPKK nebo MAP2K = mitogeny aktivovaná proteinkináza). Proteinkináza MEK fosforyluje ERK (Extracelulárně Regulovaná Kináza, též MAPK = mitogeny aktivovaná proteinkináza) a ta po této fosforylační aktivaci dimerizuje a translokuje do buněčného jádra a zde fosforyluje transkripční faktory a tím ovlivňuje genovou expresi řady genů (často dalších transkripčních faktorů).

Souhrn: růstový faktor → receptor s vlastní tyrosinkinázovou aktivitou → adaptorové proteiny → Ras → Raf → MEK → ERK → buněčné jádro → ovlivnění transkripce.