ציטוקינים: מאפיינים, סוגים, פונקציות, דוגמאות - ביולוגיה - 2025

ציטוקינים או ציטוקינים הם חלבונים או גליקופרוטאינים מסיסים איתות המיוצר על ידי תאים מסוגים מספר בגוף, במיוחד תאים של המערכת החיסונית כמו לויקוציטים: נויטרופילים, מונוציטים, מקרופאגים ו לימפוציטים (תאי B ותאי T).

בשונה מגורמים קשורים לקולטנים ספציפיים אחרים המפעילים מפל איתות ארוך ומורכב המערבים לעתים קרובות רצפי חלבון קינאז (מסלול AMP מחזורי, למשל), ציטוקינים מפעילים השפעות ישירות יותר.

מבנה הציטוקין האנושי הרקומביננטי המכונה אינטרפרון אלפא (מקור: נביט דילמן באמצעות ויקימדיה Commons)

גורמים מסיסים אלו נקשרים לקולטנים המפעילים ישירות חלבונים שיש להם פונקציות ישירות בתעתיק הגנים, מכיוון שהם מסוגלים להיכנס לגרעין ולעורר שעתוק של קבוצה מסוימת של גנים.

הציטוקינים הראשונים התגלו לפני יותר מששים שנה. עם זאת, האפיון המולקולרי של רבים מהם היה מאוחר למדי. גורם צמיחה עצבי, אינטרפרון ואינטרלוקין 1 (IL-1) היו הציטוקינים הראשונים שתוארו.

השם "ציטוקין" הוא מונח כללי, אך בספרות נערכות הבחנות ביחס לתא המייצר אותן. כך, ישנם לימפוקינים (המיוצרים על ידי לימפוציטים), מונוקינים (המיוצרים על ידי מונוציטים), אינטרלוקינים (המיוצרים על ידי לויקוציט ופועלים על פי לויקוציטים אחרים) וכו '.

הם נפוצים במיוחד בבעלי חיים בעלי חוליות, אך קיומם נקבע בחלק מחסרי החוליות. בגוף של יונק, למשל, הם יכולים לתפקד תוספים, סינרגיסטיים, אנטגוניסטיים, או שהם אפילו יכולים להפעיל זה את זה.

הם יכולים לנקוט בפעולה אוטוקרינית, כלומר הם פועלים באותו התא שמייצר אותם; או פרצרין, מה שאומר שהם מיוצרים על ידי סוג אחד של תאים ופועלים על אחרים סביבם.

מאפיינים ומבנה

כל הציטוקינים הם "פליוטרופיים", כלומר יש להם יותר מתפקוד אחד ביותר מסוג אחד של התא. הסיבה לכך היא שהקולטנים המגיבים לחלבונים אלה באים לידי ביטוי בסוגים רבים של תאים.

נקבע כי יש יתירות תפקודית מסוימת בקרב רבים מהם, מכיוון שמספר סוגים של ציטוקינים יכולים להשפיע על ביולוגיה מתכנסת, והוצע כי הדבר קשור לדמיון הרצף בקולטנים שלהם.

כמו שליחים רבים בתהליכי איתות תאים, לציטוקינים פעולות עוצמתיות בריכוזים נמוכים מאוד, עד כדי כך שהם יכולים להיות בטווח הננו-קוטרי והפנומולרי הודות לעובדה שהקולטנים שלהם קשורים מאוד אליהם.

חלק מהציטוקינים פועלים כחלק מ"מפל "של ציטוקינים. כלומר, מקובל שהם פועלים בסינרגיה, והרגולציה שלהם תלויה לעתים קרובות בציטוקינים מעכבים אחרים ובגורמים רגולטוריים נוספים.

ביטוי של גנים המקודדים ציטוקינים

ציטוקינים מסוימים מגיעים מגנים בעלי ביטוי מכונן שכן, למשל, יש צורך לשמור על רמות המטופואטיות קבועות.

חלק מאותם חלבונים המבטאים בצורה קונסטיטיבית הם אריתרופויטין, אינטרלוקין 6 (IL-6), וגורמים מסוימים לגידול מושבות תאים התורמים להבחנה של תאים לבנים רבים.

ציטוקינים אחרים מסונתזים מראש ומאוחסנים כגרגירים ציטוזוליים, חלבוני ממברנה או מורכבים עם חלבונים קשורים למשטח התא או למטריקס החוץ תאי.

גירויים מולקולריים רבים מווסתים באופן חיובי את הביטוי של גנים המקודדים לציטוקינים. יש כמה ממולקולות אלה המגבירות את ביטוי הגנים של ציטוקינים אחרים, ויש גם רבים שיש להם פונקציות מעכבות המגבילות את הפעולה של ציטוקינים אחרים.

שליטה על ידי עיבוד

תפקוד הציטוקינים נשלט גם על ידי עיבוד צורות קודמות של חלבונים אלה. רבים מהם מיוצרים בתחילה כחלבוני קרום פעילים אינטגרליים המחייבים מחשוף פרוטאוליטי כדי להפוך לגורמים מסיסים.

דוגמאות לציטוקינים תחת בקרת ייצור מסוג זה הם גורם הצמיחה האפידרמלית EGF (מהאנגלית "E pidermal G rowth F actor"), גורם הגידול בגידול הגידולי TGF (מהאנגלית "T umoral G rowth F actor"), אינטרלוקין 1 ß (IL-1 ß) וגורם נמק הגידול TNFα (מהאנגלית "Tumor N ecrosis F שחקן").

ציטוקינים אחרים מופרשים כמבשרים לא פעילים אשר חייבים לעבד אנזימטית כדי להפעילם וכמה מהאנזימים האחראיים על עיבוד זה של ציטוקינים מסוימים כוללים חלבונים ממשפחת הציסטאין פרוטאז caspase.

סקירה מבנית

ציטוקינים יכולים להיות בעלי משקלים משתנים מאוד, עד כדי כך שהטווח הוגדר בין 6 kDa ל- 70 kDa.

לחלבונים אלה יש מבנים משתנים מאוד, ויכולים להיות מורכבים מחביות של מסות אלפא, מבנים מורכבים של יריעות מקופלות β מקופלות או אנטי-פאראלליות וכו '.

סוגים

ישנם מספר סוגים של משפחות של ציטוקינים והמספר ממשיך לגדול לנוכח המגוון הגדול של חלבונים עם פונקציות ותכונות דומות שמתגלות כל יום בעולם המדעי.

המינוח שלה רחוק מכל קשר שיטתי, מכיוון שזיהויו התבסס על פרמטרים שונים: מקורו, הביו-ניסוי הראשוני שהגדיר אותו ותפקידיו, בין היתר.

הקונצנזוס הנוכחי לסיווג ציטוקינים מבוסס בעיקרו על מבנה חלבוני הקולטן שלהם, הכלולים במספר קטן של משפחות עם מאפיינים שמורים מאוד. לפיכך, ישנן שש משפחות של קולטני ציטוקין המקובצים לפי הדמיון ברצף המנות הציטוזוליות שלהם:

1. קולטני סוג I (קולטני המטופויטין): כוללים את הציטוקינים אינטרלוקין 6R ו- 12 R (IL-6R ו- IL-12R) וגורמים נוספים המעורבים בגירוי היווצרות מושבת תאים. יש להם השפעה על הפעלת תאי B ו- T.
2. קולטנים מסוג II (קולטני אינטרפרון): לציטוקינים אלה תפקודים אנטי-ויראליים והקולטנים קשורים לחלבון הפיברונקטין.
3. קולטני TNF (גורם Tumor Necrosis Factor, באנגלית "T umor N ecrosis F שחקן"): הם ציטוקינים "פרו-דלקתיים", ביניהם גורמים המכונים p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 ואחרים.
4. קולטני אגרה / IL-1: משפחה זו כוללת אינטרלוקינים פרה-דלקתיים, ולרוב הקולטנים שלה יש אזורים עשירים חוזרים בלוצין בקטעים החוץ תאיים שלהם.
5. קולטני טירוזין קינאז: במשפחה זו ישנם ציטוקינים רבים עם פונקציות של גורמי גדילה כמו גורמי צמיחת גידולים (TGF) וחלבונים אחרים המקדמים את היווצרות מושבות התא.
6. קולטני כימוקין: לציטוקינים ממשפחה זו יש תפקודים כימוטקטיים בעיקרם וקולטנים שלהם יש יותר מ- 6 מקטעי טרנסממברנה.

קולטני ציטוקינים יכולים להיות מסיסים או קשורים לקרום. קולטנים מסיסים יכולים לווסת את פעילותם של חלבונים אלה על ידי פעולתם כאגוניסטים או אנטגוניסטים בתהליך האיתות.

ציטוקינים רבים משתמשים בקולטנים מסיסים, כולל סוגים שונים של אינטרלוקינים (IL), גורמי צמיחה עצבית (NGF), גורמי צמיחת גידולים (TGF) ואחרים.

מאפיינים

חשוב לזכור כי הציטוקינים מתפקדים כשליחים כימיים בין תאים, אך לא בדיוק כגורמים אפקטיביים מולקולריים, מכיוון שהם נחוצים להפעלה או לעיכוב תפקודם של אפקטיבים ספציפיים.

אחד המאפיינים התפקודיים "המאחדים" בקרב ציטוקינים הוא השתתפותם בהגנת הגוף, המסוכמת כ"הסדרת מערכת החיסון ", החשובה במיוחד ליונקים ובעלי חיים רבים אחרים.

הם משתתפים בבקרת ההתפתחות ההמטופואית, בתהליכי תקשורת בין-תאיים ובתגובות הגוף כנגד חומרים זיהומיים וגירויים דלקתיים.

מכיוון שהם נמצאים בדרך כלל בריכוזים נמוכים, הכימות של ריכוז הציטוקינים ברקמות או נוזלי גוף משמש כסמן ביולוגי לניבוי התקדמות המחלה ולמעקב אחר השפעות התרופות הניתנות לחולים. חולים.

באופן כללי, הם משמשים כסמנים למחלות דלקתיות, כולל דחיית השתל, אלצהיימר, אסטמה, עורקים טרשתיים, סרטן המעי הגס וסרטן אחר בכלל, דיכאון, כמה מחלות לב ונגיפיות, פרקינסון, אלח דם, נזק לכבד וכו '.

היכן הם נמצאים?

מרבית הציטוקינים מופרשים על ידי תאים. אחרים יכולים לבוא לידי ביטוי בקרום הפלזמה וישנם כאלו שנשארים במה שיכול להיחשב כ"שמורה "במרחב שמרכיב המטריצה ​​החוץ תאית.

איך הם עובדים?

לציטוקינים, כאמור, השפעות in vivo התלויות בסביבה בה הם נמצאים. פעולתו מתרחשת באמצעות איתות מפל רשתות אינטראקציה המערבות ציטוקינים אחרים וגורמים אחרים בעלי אופי כימי שונה.

הם בדרך כלל משתתפים באינטראקציה עם קולטן שיש לו חלבון יעד שמופעל או מעכב לאחר הקשר שלו, שיש לו את היכולת לפעול באופן ישיר או עקיף כגורם תעתיקי בגנים מסוימים.

דוגמאות לכמה ציטוקינים

IL-1 או אינטרלוקין 1

זה ידוע גם כגורם מפעיל לימפוציטים (LAF), פירוגן אנדוגני (EP), מתווך אנדוגני לויקוציטים (EML), קטבולין, או גורם תא חד-מוחי (MCF).

יש לו פונקציות ביולוגיות רבות על סוגי תאים רבים, ובמיוחד תאי B, T ומונוציטים. זה גורם ליתר לחץ דם, חום, ירידה במשקל ותגובות אחרות. הוא מופרש על ידי מונוציטים, מקרופאגים ברקמות, תאי לנגרנס, תאים דנדריטים, תאים לימפואידים ורבים אחרים.

IL-3

יש לו שמות אחרים כמו גורם צמיחת תאים מאסטיים (MCGF), גורם מעורר מושבה מרובה (רב-CSF), גורם צמיחת תאים המטו-אתיים (HCGF) ואחרים.

יש לו תפקידים חשובים בגירוי היווצרות המושבה של אריתרוציטים, מגי-קריוציטים, נויטרופילים, אאוזינופילים, בזופילים, תאי תורן ותאים אחרים של שושלות מונוציטים.

זה מסונתז בעיקר על ידי תאי T מופעלים, תאי תורן ואאוזינופילים.

אנגיוסטטין

זה נגזר מפלסמוגן והוא מעכב ציטוקין מעכב אנגיוגנזה, מה שמקנה לו מתפקד כחוסם עוצמתי של neovascularization וגידול גרורות גידולים in vivo. זה נוצר על ידי המחשוף הפרוטאוליטי של פלסמינוגן המתווך על ידי נוכחות סרטן.

גורם צמיחה אפידרמלית

זה פועל על ידי גירוי צמיחת תאי האפיתל, מאיץ את הופעת השיניים ואת פתיחת העיניים בעכברים. בנוסף, זה עובד בעיכוב הפרשת חומצת הקיבה ועוסק בריפוי פצעים.

הפניות

1. אלברטס, ב., דניס, ב., הופקין, ק., ג'ונסון, א., לואיס, ג'., רף, מ., … וולטר, פ. (2004). ביולוגיה תאי חיונית. אבינגדון: גרלנד מדע, טיילור ופרנסיס.
2. דינארלו, סי (2000). ציטוקינים פרה-דלקתיים. חזה, 118 (2), 503–508.
3. פיצג'רלד, ק., אוניל, ל., גירינג, א ', וקארדארד, ר' (2001). The Cytokine FactsBook (מהדורה שנייה). דנדי, סקוטלנד: סדרות עובדות עיתונות אקדמיות לספרות.
4. Keelan, JA, Blumenstein, M., Helliwell, RJA, Sato, TA, Marvin, KW, & Mitchell, MD (2003). ציטוקינים, פרוסטגלנדינים וחלוקה - סקירה. שליה, 17, S33-S46.
5. Stenken, JA, & Poschenrieder, AJ (2015). כימיה ביו-אנליטית של ציטוקינים - סקירה. Analytica Chimica Acta, 1, 95–115.
6. Vilcek, J., & Feldmann, M. (2004). סקירה היסטורית: ציטוקינים כטיפול ומטרות טיפוליות. מגמות במדעי התרופות, 25 (4), 201–209.
7. ג'אנג, ג'יי, ואן, ג'יי (2007). ציטוקינים, דלקת וכאב. הרדמה בינונית. קליניק. , 45 (2), 27–37.