Chemokin

Chemokiny, někdy označované také jako chemotaktickécytokiny, představují skupinu malých cytokinů schemotaktickýmúčinkem, jejichž hlavní funkcí je regulacemigrace buněk. Jedná se o nízkomolekulární (8-12 kDa), strukturně velmi konzervovanépeptidy, které jsou klasifikovány podle společných strukturních charakteristik a přítomnosticysteinovýchzbytků v konzervovaných oblastech do čtyř skupin: CC, CXC, CX3C a C chemokiny.Tyto čtyři skupiny chemokinů se odlišují nejen strukturně, ale i funkčně. Chemokiny se vyskytují u všech obratlovců, u člověka je v současné době známo přibližně 50 chemokinů a přes 20 chemokinových receptorů.
Název chemokinů a jejich receptorů se skládá z názvu rodiny, který je doplněn o písmeno "L" (ligand) nebo "R" (receptor) a pořadového čísla. Většina chemokinů má také další označení, která jsou odvozená od jejich funkce.
Chemokiny jsou produkovány vzánětlivých, ale i vhomeostatickýchprocesech. Zánětlivé chemokiny jsou vyvolávány během imunitní odpovědi a regulují přísun imunitních buněk do místainfekce, zatímco homeostatické chemokiny se podílejí na regulaci migrace buněk při normálních procesech údržby a vývoje ve tkáních. Jsou sekretovány jak buňkami imunitního systému, tak i buňkami dalších tkání organismu.
Chemokiny plní své biologické funkce prostřednictvím vazby na specifickéreceptory. Jedná se o receptory asociované s trimernímiG-proteinyna povrchu cílových buněk. Většina receptorů rozpoznává několik různých chemokinů a jeden chemokin se může vázat na několik receptorů . Navázání chemokinu na receptor způsobuje změny v adhezi a pohyblivosti leukocytů a jejich chemotaktické nasměrování do poškozených tkání.
Primární strukturachemokinů je definovány přítomností čtyř cysteinových zbytků, které tvořídisulfidické vazby, a tím určují vyšší organizační struktury chemokinů. První a druhý cysteinový zbytek se nachází blízko N konce, třetí přibližně uprostřed sekvence, čtvrtý se nachází blízko C konce. První cysteinový zbytek tvoří vazbu se třetím, druhý se čtvrtým. Na základě přítomnosti dalšíchaminokyselinmezi prvními dvěma (N-koncovými) cysteinovými zbytky se chemokiny dělí do 4 strukturních rodin:
X označuje počet aminokyselin oddělující první a druhý cysteinový zbytek. CC chemokiny mají dvě disulfidické vazby vedle sebe, zatímco u chemokinů rodin CXC a CX3C jsou disulfidické vazby odděleny jednou, respektive třemi aminokyselinami. Výjimkou je rodina C chemokinů, která obsahuje jenom dva cysteinové zbytky, které tvoří jednu disulfidickou vazbu. V rámci jednotlivých rodin vykazují chemokiny 20 - 70% homologii ve své aminokyselinové sekvenci.
Sekundární struktura chemokinů je vysoce konzervovaná. Na N-konci se nachází velmi flexibilní doména, následovaná dlouhou N-terminální smyčkou. V centrální části se nachází trívláknový antiparalelníβ-list, následovaný C-terminálnímα-helixem.
Základní funkční jednotkou jemonomer, chemokiny ale také tvořídimery, mohou ale tvořit itetramerya dalšíoligomerys vyšším počtem podjednotek. Struktura oligomerů je různá, platí ale, že v rámci jednotlivých rodin jsou dimery jednotlivých cytokinů strukturně podobné.V případě CC chemokinů probíhá dimerizace pomocí antiparalelních β-listů, v případě CXC chemokinů pomocí dvou α-helixů.
Chemokiny se vážou na chemokinovéreceptoryna povrchu buňky, doposud bylo identifikováno 28 receptorů. Pro chemokiny a jejich receptory je významná jejich promiskuita - jeden chemokin se může vázat na více receptorů, jeden receptor může vázat více chemokinů.
Chemokinové receptory jsou spřažené s G proteiny(GPCRs), konkrétně se jedná o receoptory označované jako 7TM, jelikož obsahují 7 transmembránových domén. Jsou tvořeny N-teminální extracelulární doménou, sedmi transmembránovými doménami, třemi extracelulárními smyčkami a C-terminálním koncem.Nejdřív dochází k interakci globulárního centra chemokinů s povrchem receptoru, což umožní následnou interakci mezi N-koncem chemokinu a vazebném místě na 7TM doméně receptoru. Tato interakce pak vyvolá G-proteinovou signalizaci, která vede k aktivacifosfolipázy C, která produkujeinositoltrifosfát(IP3) adiacylglycerol(DAG). IP3 pak aktivuje mobilizaci vápníku, zatímco DAG aktivujeproteinkinázu C(PKC).Také dochází k aktivacifosfatidylinositol 3-kinázy(PI3K), která generuje 3-fosfatatidylinositol, který pak aktivujeproteinkinázu B(Akt)Tyto dráhy vedou ke změně genové exprese, která vede ke konkrétním procesům, v závislosti na chemokinu, který signalizaci vyvolal. Jedná se hlavě o chemotaxi, aktivaci imunitních buněk, či interagování s adhezivními molekulami.
Chemokiny jsou produkovány převážněendoteliálními buňkami,trombocytyalymfocyty. Hlavní funkcí chemokinů je utváření chemotaktických gradientů, které slouží pro migrace buněk imunitního systému do cílových tkání. Po uvolnění z buňky se chemokiny ve formě dimerů vážou naglykosaminoglykany(GAG) na povrchu endoteliálních buněk aextracelulární matrix. To pak utváří rovnovéhu volných a vázaných, monomerních a dimerních chemokinů, což umožňuje tvorbu chemotaktického gradientu. Signalizace z chemokinových receptorů pak umožňuje cílení pohybu imunitních buněk do místa zánětu.Chemokiny nepůsobí pouze na imunitní buňky, chemokinové receptory najdeme i na neuronech, epiteliálních buňkách, endoteliálních buňkách, mezenchymálním buňkách, ale i nádorových buňkách, kde nejspíš hrají roli v metastazování a mohou být tak cílem nádorové imunoterapie.Mezi další funkce chemokinů patří například regulace angiogenezenebo antimikrobiální působení.
Chemokiny se dělí na homeostatické a zánětlivé:
Homeostatické chemokiny jsou za normálních podmínek produkovány konstitutivně a jejich hlavní funkcí je reguluce pohybu buněk a homing do konkrétních tkání. Chemokinová signalizace CXCR4 - CXCL12 je například zásadní pro vytvoření nikyhematopoetických kmenových buněkvkostní dřeni. Obdobně CCL21 a CCL19 atrahuje CCR7+ T buňky a CXCL13 atrahuje CXCR5+ B buňky dolymfatických uzlin.
Zánětlivé chemokiny jsou produkovány leukocyty po jejich aktivaci, jejich produkce je často vyvolávána pro-zánětlivými mediátory (TNF,IL-6,IFN-γ), případně přímou stimulací mikrobiálními produkty. Funkcí prozánětlivých chemokinů je atrakce zánětlivých buněk do poškozené tkáně (místa zánětu). Mezi zánětlivé chemokiny se řadí CCL1-5 a CXCL1-11 (CXCL1-8 atrahujíneutrofilya CXCL9-11T buňky).
CC chemokiny, také označované jako β chemokiny, tvoří rodinu chemokinů, které jsou charakteristické přítomností dvou sousedících disulfidických vazeb. Rodina obsahuje 27 chemokinů, které jsou označovány CCL1 - CCL27, část genů pro tyto chemokiny se nachází na 17. chromozomu. Mezi CC chemokiny patří skupina chemokinů, které atrahují monocyty, např.: CCL2 (MCP-1), CCL7 (MCP-3), CCL8 (MCP-2), CCL13 (MCP-4). Dále CC chemokiny působí také nabazofily,eosinofily,T-lymfocytyaNK buňky.
Zástupcem této rodiny je například CCL2, jehož hlavní funkcí je atrakce monocytů do místa zánětu. CCL2 je produkován stromálními a imunitními buňkami po stimulaciPRR(nebo cytokinové stimulaci). CCL2 poté dimerizuje a váže se na GAG v extracelulární matrix a vytváří chemotaktický gradient pomocí kterého monocyty migrují do místa zánětu.
CXC chemokiny, také označovaná jako α chemokiny, tvoří rodinu chemokinů, které jsou charakteristické přítomností jedné aminokyseliny oddělující N-terminální disulfidické vazby. Rodina obsahuje 17 chemokinů, které jsou označovány CXCL1 - CXCL17. Část chemokinů tvoří clustr na 4. chromozomu, který obsahuje geny pro chemokiny, které působí převážně na neutrofily. Tyto chemokiny mají na N-konci sekvenci Glu-Leu-Arg (tzv. ELR motiv), který je důležitý pro interakci s receptorem. Většina chemokinů této rodiny se váže na receptory CXCR1 a CXCR2.Zástupcem této rodiny je například CXCL8, neboli IL-8, neutrofil-aktivační protein, který se řadí mezi prozánětlivé cytokiny a podílí se na atrakci neutrofilů do místa zánětu.
C chemokiny, také označované jako γ chemokiny, tvoří rodinu chemokinů, které obsahují pouze jednu N-terminální disulfidickou vazbu. V současné době jsou známé pouze dva členové této rodiny: XCL1 a XCL2, také označované jako lymfotaktiny. Jsou důležité pro chemotaxi T a NK buněk, nejspíš se podílejí i na interakci mezi APC a T buňkami, vývoji CD8+ odpovědi a vývoji Treg buněk a zachování centrální tolerance.
CX3C chemokiny, také označované jako δ chemokiny, tvoří rodinu chemokinů, které mají N-terminální disulfidické vazby oddělené třemi aminokyselinami. V současné době je známý pouze jeden člen této rodiny: CX3CL1, který kromě funkce chemotaktické, může fungovat i jako adhezivní molekula a hraje roli ve fyziologii nervového systému, kde je důležitý pro interakci mikroglií a neuronů.