ציטוקינים: פונקציות, סוגים וקולטנים - ביולוגיה - 2025

ציטוקינים או ציטוקינים הם חלבונים קטנים איתות (כמה מחברי מתייחסים האלה כמו פפטידים) המווסתים תפקודים ביולוגיים רבים, רבים מהם הקשורים למערכת החיסון, hematopoiesis, תיקון רקמות התרבות תאים.

המונח "ציטוקין" מקבץ יחד מספר רב של חלבונים שיש להם מאפיינים מבניים ותפקודיים שונים בהרבה, ומשמעותו, פחות או יותר, "גורמים המיוצרים על ידי תאים", מכיוון שהסינתזה שלהם אינה מוגבלת לסוג אחד של תא בגוף.

תהליך שחרור Ciokine (מקור: www.scientificaimations.com / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) באמצעות Wikimedia Commons)

חלבונים אלה מיוצרים ומופרשים בריכוזים גבוהים על ידי סוגים שונים של תאים בבעלי חיים ויכולים להשפיע על תאים סמוכים, וזו הסיבה שהם אומרים כי הם מפעילים פונקציות איתות "פרצרין".

הם יכולים גם לפעול מרחוק על ידי גרימת הפרשת גורמים מסיסים לזרם הדם (פונקציה אנדוקרינית או מערכתית) ואף יכולים לפעול ישירות על התא שמסנתז אותם (תפקוד אוטוקריני).

ציטוקינים נראים כ"סמלים "של שפה מתמחה, שמשמעותה תלויה בהקשר בו הם באים לידי ביטוי ונשלחים ממקום למקום.

הציטוקינים הראשונים שתוארו היו לימפוקינים, מוצרים מסיסים המיוצרים על ידי לימפוציטים בתגובה לאנטיגנים פוליקלוניים וספציפיים; אלה מייצגים קבוצה חשובה של גורמי תגובה חיסונית.

פונקציות ציטוקין

ציטוקינים הם גליקופרוטאינים מסיסים (הם אינם מסוג אימונוגלובולינים) בגודל קטן (עד 40 kDa) המיוצרים ומשתחררים על ידי סוגים שונים של תאים בגוף, הם יכולים לנקוט בפעולות מקומיות או מרוחקות, אותם הם מבצעים בריכוז שיא או ננו-מולטרי.

תקשורת במערכת החיסון

הפונקציה הבולטת ביותר של ציטוקינים היא השתתפותם בתקשורת בין המרכיבים השונים במערכת החיסון והחלפת מידע בין רכיבים אלה לבין שאר תאי הגוף (איתות בין-תאי).

במילים אחרות, כמעט כל התפקודים החיסוניים תלויים בפעילות הביולוגית של "שליחים" מערכתיים אלה.

ציטוקינים מציגים מגוון רחב של פונקציות אימונולוגיות, הן אפקטוריות והן רגולטוריות, והשפעותיהן ברמת הרקמות והמערכות הביולוגיות, ברוב האורגניזמים שבהם הם מיוצרים, יכולות להיות רחבות ומורכבות במיוחד.

הם גורמים חיסוניים כה חשובים, עד כי סוג הציטוקין המיוצר במהלך התגובה החיסונית לגירוי כלשהו קובע תחילה אם התגובה תהיה ציטוטוקסית, הומורלית, תאית או אלרגית.

הגנה מפני וירוסים

הם מעורבים עמוק בתהליכים דלקתיים ובהגנה מפני זיהומים ממקור ויראלי; הם משתתפים בהצגת אנטיגנים, בבידול של מח העצם, בהפעלה וגיוס של תאים, בביטוי מולקולות הדבקה תאית וכו '.

לפיכך, ציטוקינים לא רק משתתפים בהגנה החיסונית של הגוף, אלא גם בתהליכים "נורמליים", פיזיולוגיים ומטבוליים, ובכך משלבים את שני ההיבטים של החיים התאיים והאורגניים.

גורמי גדילה

מחברים רבים רואים כי חלבונים אלה מתנהגים כגורמי גדילה, מכיוון שנציגים כמו גורם נמק הגידול (TNF), לימפוקינים, אינטרלוקינים ואינטרפרונים (IFNs) קשורים באופן פעיל להפצת תאים, מוות, התמיינות והתפתחות אצל הקשרים שונים בגוף.

בסרטון זה מוצגת אנימציה בה מקרופאג שולט חיידקים ומשחרר בהמשך ציטוקינים:

ציטוקינים והורמונים?

מדענים שונים מבצעים אנלוגיה בין ציטוקינים והורמונים, אך הדבר אינו נכון לחלוטין מכמה סיבות חשובות:

- הורמונים מסונתזים ומשתחררים על ידי רקמות מיוחדות מאוד, ואילו ציטוקינים מיוצרים על ידי מספר רב של תאים שונים בגוף.

- הורמונים הם התוצר הסינתטי העיקרי של התאים המתמחים המייצרים אותם, ואילו ציטוקינים מייצגים רק כמות קטנה של מוצרים שמסונתזים על ידי תא.

- ביטוי ההורמונים מתרחש בתגובה לאותות שליטה הומאוסטטיים (חלקם תלויים במחזור הצירקדי), אך ציטוקינים, לעומת זאת, באים לידי ביטוי רק כאשר הם מעוררים באופן ספציפי על ידי אירועים "מזיקים" לחיי התא.

סוגי ציטוקינים

תחילה תוארו ציטוקינים רבים על פי תפקידיהם הביולוגיים העיקריים, אך כיום הם מאופיינים בעיקר במבנה שלהם, מכיוון שהם יכולים להפעיל מגוון גדול של פונקציות שקשה לסכם בכינוי קצר.

עם זאת, הסיווג הנוכחי של חלבונים אלה תלוי בכמה פרמטרים: חלקם זוהו על פי "הסדר המספרי" של גילוים, על פי פעילות מסוימת, בהתאם להשתתפותם בתגובות דלקתיות, על פי מקורו התאי העיקרי ובהתאם לדמיון המבני שלו עם מולקולות קשורות אחרות.

לפיכך, חברי "superfamily" של ציטוקינים חולקים מאפיינים כמו הומולוגיות רצף, מערכות קולטן הדדיות וכו ', אם כי לא בהכרח דמיון מבני. כמה משפחות ידועות:

- קולטני TNF משפחתיים-TNF (גורם Tumor Necrosis Factor) הכולל ציטוקינים חיסוניים כגורם נמק הגידול (TNF), לימפוטוקסינים וכמה ליגנדים תאיים כמו CD40L (מתווך את ההפעלה של לימפוציטים B ו- T) ) ו- FasL או CD95 (מקדם מוות בתאים מתוכנת).

- משפחת הקולטנים IL-1 / IL-1 (Interleukin), קבוצה בה מסווגים הציטוקינים IL-1β, IL-1α, IL-18, IL-33 ו- IL-36, כמו גם אנטגוניסטים לקולטן, הידוע בשם IL-1RA, IL-38 והציטוקין האנטי דלקתי IL-37 (מתווך תפקודים פיזיולוגיים והגנתיים).

- משפחת הקולטנים IL-1 / IL-1 כוללת גם קולטנים דמויי אגרה (TLR), המשמשים כמולקולות של מערכת החיסון המולדת לצורך זיהוי דפוסים מולקולריים הקשורים למינים. מיקרוביאל.

טקסטים מסוימים של ספרות מדעית קשורה מקבצים ציטוקינים על פי אתר הייצור שלהם ל"ציטוקינים שמקורם בפגוציטים מונונוקלריים "ו"ציטוקינים שמקורם בלימפוציטים". הם גם מפרידים ביניהם ביחס לתגובות שהם מתווכים: ציטוטוקסיות (אנטי-נגיפי ואנטי סרטן), הומור, תא או אלרגיות; בנוסף לאלו שהם מדכאי חיסון.

- על פי התגובה הדלקתית

תלוי אם הם מקדמים תגובות או תגובות דלקתיות או לא, ציטוקינים מסווגים ל ציטוקינים פרו דלקתיים וציטוקינים אנטי דלקתיים.

ציטוקינים פרו דלקתיים

דלקת המתווכת על ידי ציטוקינים אלה מורכבת ממפל ביטוי של תוצרי גנים שלא מתבטאים בדרך כלל באדם בריא.

למרות העובדה שאנדוטוקסינים מסוימים ומוצרים "דלקתיים" אחרים מסוגלים לעורר ביטוי של גנים "פרו-דלקתיים" אלה, הציטוקינים IL-1 ו- TNF, ואפילו IF-Y- אינטרפרון, יעילים במיוחד לגירוי שלהם, לכן שאומרים שהם הציטוקינים הפרו-דלקתיים העיקריים.

מבנה תופת הבטא האנושי (מקור: באמצעות ויקימדיה Commons)

לא משנה אם התהליך הדלקתי הופעל על ידי זיהום, טראומה, איסכמיה, תאי T מופעלים, או רעלן כלשהו, ​​שתי מולקולות אלה פועלות בסינרגיה כדי ליזום את מפל המתווכים הדלקתיים.

ציטוקינים אנטי-דלקתיים

חלבונים אלה, נהפוך הוא, חוסמים את תהליך התגובה הדלקתית או מדכאים את העוצמה בה הוא מתרחש. חלק מקבוצה זו הם האינטרלוקינים IL-4, IL-10, IL-13 וגורם צמיחה טרנספורמציה (TGF) -P (החוסם את הייצור של IL-1 ו- TNF).

יש גם IL-6 - המיוצר על ידי תאי B, תאי T ומונוציטים - ו- IL-11 - המיוצר על ידי תאי סטרומה ופיברובלסטים.

בהתבסס על האמור לעיל, נאמר כי התפתחותה של מחלה (לטווח הקצר או לטווח הארוך) תלויה, במידה רבה, ב"איזון "בין ההשפעות של ציטוקינים פרו-דלקתיים ואנטי-דלקתיים.

למעשה, כמה מחקרים מראים כי הרגישות למחלות מסוימות נקבעת גנטית על ידי האיזון בביטוי הגנים המקודדים את שני סוגי הציטוקינים.

מצב פתולוגי מתקדם, אם כן, כאשר מתווכים אנטי דלקתיים מספקים בקרה שאינה מספיקה בכדי לחסום פעילות דלקתית (במחלות הנשלטות על ידי מערכת החיסון) או כאשר מוגזם השליטה ובסופו של דבר מעכבת את התגובה החיסונית, גורמת למארח להיות הסיכון לזיהום מערכתי.

מקלטים

חלק מהותי מתפקודו של ציטוקין כלשהו הוא האינטראקציה והקשר שלו עם זוג קולטן (אינטראקציה ליגנד-קולטן).

חלק מהמחברים מסווגים ציטוקינים לפי סוג הקולטן אליו הם נקשרים, שיכולים להיות:

- סוג I (ממשפחת המטופויטין)

- סוג II (ממשפחת האינטרפרון)

- משפחת הקולטנים של חלבוני TNF (גורם נמק הגידול)

- קולטני IL-1

- קולטנים מסוג אגרה

- קולטני IL-17

- קולטני טירוזין קינאז

- משפחה של טרנספורמציה של רצפטורים לקולטן-צמיחה

סוג I (ממשפחת המטופויטין)

הורמונים (erythropoietin (EPO), תרומבופואטין (TPO) ולפטין), וציטוקינים כמו גורמים מעוררי גרנולוציטים (G-CSFs), גורמי הגירוי של מושבות מקרופאגי גרנולוציטים (GM-CSFs) והאינטרוקינים IL-2 עד IL-7, IL-9, IL-11 עד IL-13, IL-15, IL-21, IL-23, IL-27, IL- 31 ו- IL-35.

ציטוקינים מסוג "I" אלה מתאפיינים בדמיון שהם חולקים ברצפים שלהם, מכיוון שכל אחד מהם מכיל ארבעה מסות אלפא אנטי-פאראליים עם שני חיבורים או לולאות, אחד קצר ואחד ארוך, אשר "מסודרים" מבחינה מבנית בתצורת "up-up". "ו"מטה למטה".

סוג II (ממשפחת האינטרפרון)

קולטנים אלה קשורים לאינטרפרון IFN-α / β, IFN-γ, אינטרלוקינים IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, IL-26 ו- IL-28 ל- IL- 30.

מדובר בהטרודימרים המורכבים משתי יחידות משנה הידועות בשם IFNAR1 ו- IFNAR2, החולקות דמיון עם כמה רצפי מוטיבים בקולטנים מסוג I. הם עובדים בעיקר עם ציטוקינים אנטי-נגיפיים.

IL-1 וקולטנים דמי אגרה (TLR)

הם קשורים לתגובות המופעלות על ידי אינטרלוקין IL-1α / β, IL-18, IL-33 ו- IL-36 ל- IL-38.

שינוי משפחת הקולטנים לסרין קינאז לקולטני גורם

משפחה זו של קולטני ציטוקין קשורה לתגובת החלבונים TGF-β1, TGF-β2 ו- TGF-β3, המיוצרים על ידי תאי T, מקרופאגים ותאים אחרים בגוף.

הפניות

1. Borish, LC, & Steinke, JW (2003). 2. ציטוקינים וכימוקינים. Journal of Allergy and Immunology Clinical, 111 (2), S460-S475.
2. Cavaillon, JM (1994). ציטוקינים ומקרופאגים. ביו-רפואה ותרופות, 48 (10), 445-453.
3. דינארלו, קליפורניה (2000). ציטוקינים פרה-דלקתיים. חזה, 118 (2), 503-508.
4. Nathan, C., and Sporn, M. (1991). ציטוקינים בהקשר. כתב העת לביולוגיה של התא, 113 (5), 981-986.
5. אופל, SM, & DePalo, VA (2000). ציטוקינים אנטי-דלקתיים. חזה, 117 (4), 1162-1172.
6. אושיאה, ג'יי ג'יי, גאדינה, מ. וסיגל, RM (2019). ציטוקינים וקולטני ציטוקין. באימונולוגיה קלינית (עמ '127-155). מאגר תוכן בלבד !.