štruktúra Interleukínu 4: vyprodukovaná za pomoci heteronukleárnej NMR (nukleárna magnetická rezonancia)
**Interleukín 4** (**IL-4**) je cytokín s hlavnou úlohou v humorálnej adaptívnej imunitnej odpovedi proti extracelulárnym patogénnom, ktorý indukuje diferenciáciu neskúsených pomocných T-lymfocytov ( Th0 bunky ) na Th2 bunky. Aktivované Th2 bunky následne produkujú IL-4 v slučke pozitívnej spätnej väzby a taktiež ostatné Th2 cytokíny ako IL-5, IL-10 a IL-13 pre navodenie a udržiavanie Th2 imunitnej odpovedi a potlačenie Th1 imunitnej odpovedi voči intracelulárnym patogénnom. IL-4 je produkovaný predovšetkým mastocytmi, Th2 bunkami, eozinofilmi, bazofilmi, NK T bunkami a γδ T bunkami. Molekulárna hmotnosť Interleukínu 4 sa pohybuje v rozmedzí 12 - 20 kDa. Toto rozmedzie je zapríčinené nepravidelnými post-translačnými modifikáciami.

Funkcia
-------

Interleukín 4 má mnoho biologických úloh, vrátane stimulácie proliferácie aktivovaných B buniek a T buniek a diferenciácie B buniek na plazmatické bunky. IL-4 indukuje v aktivovaných B bunkách izotypovú zmenu protilátok na izotyp IgE, IgG1 (myš), IgG4 (človek) a upreguluje produkciu molekúl ako MHC glykoproteínov triedy II, IL-4 receptor a CD23 (nízkoafinitný receptor pre IgE). IL-4 potlačuje Th1 imunitnú odpoveď cez utlmovanie produkciu Th1 buniek, makrofágov, IFNy,dendritických buniek a iných pro-zápalových cytokínov ako IL-1β a TNF (faktor nádorovej nekrózy). Avšak, Interleukín 4 je schopný navodiť aj negatívnu spätnú reguláciu Th2 imunitnej odpovede a to cez stimuláciu makrofágov a dendritických buniek na produkciu Interleukínu 12. 

IL-4 signalizácia určuje množstvo molekuly CD20 na povrchu normálnych a zhubných B lymfocytov prostredníctvom aktivácie transkripčného faktora STAT6.

Nadprodukcia IL-4 je spojená s alergiami. Regulačná úloha IL-4 pri alergických reakciách je podmienená cez účinok na mastocyty a to ako rastový faktor a taktiež cez IgE sprostredkovanú degranuláciu.

### Zápal a hojenie rán

Tkanivové makrofágy hrajú dôležitú úlohu pri chronickom zápale a hojení rán. Prítomnosť IL-4 v extravaskulárnych tkanivách podporuje alternatívnu aktiváciu makrofágov na typ M2 a inhibuje klasickú aktiváciu makrofágov na typ M1. Zvýšený počet opravných makrofágov (M2) je spojený so sekréciou IL-10 a TGF-β, čo vedie k zníženiu patologického zápalu. Aktivované M2 makrofágy taktiež uvoľňujú arginázu, prolín, polyaminázy a TGF-β, ktoré majú súvis s hojením rán a fibrózou.

Receptor
--------

Receptor pre interleukín-4 je známy ako IL-4Rα. Tento receptor existuje v 3 rôznych signalizačných komplexoch: IL-4Rα/γc/IL-4; IL-4Rα/IL-13Rα1/IL-4; IL-4Rα/ IL-13Rα1/IL-13. Vysokoafinitný receptor typu 1 sa skladá z podjednotky IL-4Rα so spoločným γc reťazcom a po naviazaní cytokínu s γc (gamma reťazcom) tvorí heterodimér. Receptor typu 1 sa nachádza na bunkách hematopoetickej línie a špecificky viaže IL-4. Nízkoafinitný receptor typu 2 pozostáva z podjednotky IL-4Rα a z podjednotky známej ako IL-13Rα1 s ktorou heterodimerizuje. Receptor typu 2 sa vyskytuje na bunkách hematopoetickej línie ale aj mimo nej a má schopnosť viazať IL-4 ale aj IL-13, dva cytokíny s úzko súvisiacimi biologickými funkciami.

### Signalizačné kaskády

#### IL-4Rα typ 1

Po naviazaní IL-4 cytokínu na receptor je IL-4Rα reťazec fosforylovaný a spúšťajú sa 3 signalizačné kaskády (jedna imunoregulačná a dve proliferačné). Imunoregulačná signalizácia v bunke je sprostredkovaná cez Janus tyrozinové kinázy Jak1, Jak3 a cez transkripčný faktor STAT6. Proliferačná signalizácia tiež začína cez spomínané tyrozín kinázy Jak1 a Jak3, ktoré následne interagujú s molekulami pre signalizáciu cez PKB/Akt (proteín kináza B), PKC (proteín kináza C) a Ras/MAPK (mitogénom aktivovaná proteín kináza) dráhy. PKC a Ras/MAPK signalizačné dráhy vedú k spusteniu NF-κB kaskády a k aktivácii transkripčných faktorov c-myc a c-fos čo vedie k prežívaniu a proliferácii buniek. Okrem toho, spustená signalizačná kaskáda cez PKB/Akt zabezpečuje inhibíciu FOXO transkripčného faktora, ktorý je zodpovedný za expresiu génov pre bunkovú smrť a týmto spôsobom je tiež podporované prežívanie bunky.

#### IL-4Rα typ 2

Imunoregulačná signalizácia po naviazaní cytokínu IL-4 alebo aj IL-13 na tento typ receptoru je podobná ako pri type 1 a taktiež využíva transkripčný faktor STAT6 a Janus kinázy. Rozdiel je pri tyrozín kináze Jak3, ktorá je v týchto komplexoch nahradená Tyk2 (tyrozín kináza 2), keďže Jak3 je v signalizačnej kaskáde asociovaná s γc podjednotkou a Tyk2 s IL-13Rα1 podjednotkou.

Štruktúra
---------

IL-4 má kompaktný, globulárny záhyb (podobný ostatným cytokínom), stabilizovaný 3 disulfidovými väzbami. Jednej polovici štruktúry dominuje zväzok 4 ľavotočivých alfa-helixov. Skrutkovice sú antiparalelné, s 2 prečnievajúcimi spojeniami, ktoré spadajú do 2-vláknového anti-paralelného beta listu.

Štúdie na zvieratách
--------------------

Na experimentálnom modeli Alzheimerovej choroby ( dospelé zebričky; *Danio rerio*) bolo zistené, že IL-4 sprostredkováva komunikáciu medzi nervovými kmeňovými bunkami a neurónmi, ktoré podliehajú neurodegenerácii a iniciuje regeneračnú kaskádu prostredníctvom fosforylácie intracelulárneho transkripčného faktoru STAT6.

Klinický význam
---------------

IL-4 je spojený s rabdomyosarkómom a to ako cytokín, ktorý poháňa mitogenézu, dediferenciáciu a metastázy. IL-4 sa spolu s ďalšími Th2 cytokínmi podieľa aj na zápale dýchacích ciest (pozorované v pľúcach pacientov s alergickou astmou).

### Alergické ochorenia

Alergické ochorenia sa prejavujú neprimeranou odpoveďou imunitného systému na alergén (imunitnou Th2 odpoveďou). Medzi tieto patológie patrí napríklad atopická dermatitída, astma alebo systémová anafylaxia. IL-4 sprostredkováva dôležité pro-zápalové funkcie pri astme, vrátane indukcie preskupenia izotypov IgE, expresie molekúl VCAM-1 (adhézna molekula vaskulárnych buniek 1), podpory eozinofilnej transmigrácie cez endotel, sekrécie hlienu a diferenciáciu pomocných T lymfocytov typu 2, čo vedie k uvoľneniu cytokínov. Astma je komplexná genetická porucha, ktorá je spojená s IL-4 cez polymorfizmus promótora a cez proteíny v signalizácii.

#### Patogenéza alergickej astmy spôsobená cez IL-4

Efekt IL-4 na epiteliálne a svalové bunky dýchacej sústavy zohráva podstatnú rolu pri alergickom zápale. Izotypová zmena na IgE vedie k aktivácii mastocytov, ktoré začnú produkovať cytokíny, prostaglandíny a uvoľnia histamín. IL-4 je produkovaný aj cez mastocyty čo vytvára pozitívnu slučku. Zápal dýchacích ciest je podporený cez aktiváciu a proliferáciu eozinofilov, makrofágov a dendritických buniek.

### Nádory

IL-4 má významný vplyv na progresiu nádoru. Zvýšená produkcia IL-4 bola zistená v rakovinotvorných bunkách prsníkov, prostaty, pľúc, obličiek a iných typov orgánov. Taktiež nadmerná expresia IL-4R bola zistená pri mnohých typoch rakoviny.

IL-4 môže zvýšiť odolnosť nádorových buniek voči apoptóze zvýšením expresie anti-apoptických génov.

### Nervový systém

Nádory mozgového tkaniva, ako je astrocytóm, glioblastóm, meningióm a meduloblastóm, nadmerne exprimujú receptory pre rôzne rastové faktory ako EGFR (receptor epidermálneho rastového faktora), FGFR-1 (receptor fibroblastového rastového faktora 1 ), TfR (receptor angiotenzín transferínu) a IL-13R. Väčšina ľudských meningiómov exprimuje IL-4 receptory v masívnom množstve.

### HIV

IL-4 pravdepodobne zohráva úlohu aj pri infekcii a rozvoji ochorenia HIV. Pomocné T lymfocyty sú kľúčovým prvkom infekcie HIV-1. Niekoľko príznakov imunitnej dysregulácie, ktoré sa vyskytujú pri väčšine HIV-1 pacientoch sú spojené s cytokínmi Th2 buniek. Zvýšená produkcia IL-4 Th2 bunkami bola preukázaná u ľudí infikovaných HIV.

Inhibitory
----------

Klinický význam IL-4 pri vyššie spomínaných ochoreniach podporil výskum na úrovni inhibície IL-4 cytokínu, jeho receptoru a signalizačných komplexov. Inhibitory sú skúmané ako možné terapie pre dané choroby. Niektoré typy inhibitorov sú:

**Rozpustný IL-4Rα receptor:** využitie syntetizovaného, rekombinovaného extracelulárneho IL-4Rα reťazca, ktorý konkuruje o naviazanie cytokínu s endogénnym reťazcom

**Protilátka proti IL-4 a IL-4R:** využite vyprodukovaných monoklonálnych protilátok, ktoré sa naviažu na danú molekulu a tým zabránia vytvoreniu signalizačného komplexu

**Imunotoxín, lytický peptid:** využitie chimerického IL-4 na ktorý bol pripevnený toxín/lytický peptid a týmto spôsobom je vybraná molekula doručená na špecifické miesto. Táto terapia má hlavné uplatnenie vo výskume nádorových ochorení.

**Antialergické prírodné molekuly (flavonoidy):** využitie prírodných antioxidantov, ktoré interferujú s IL-4 a IL-13 syntézou a zároveň ešte ponúkajú iné antioxidačné účinky

Referencie
----------

1. ↑  NELMS, Keats; KEEGAN, Achsah D.; ZAMORANO, José. THE IL-4 RECEPTOR: Signaling Mechanisms and Biologic Functions. *Annual Review of Immunology*, 1999-04, roč. 17, čís. 1, s. 701–738. Dostupné online [cit. 2022-01-31]. ISSN 0732-0582. DOI: 10.1146/annurev.immunol.17.1.701. (po anglicky)
2. ↑  GADANI, Sachin P.; CRONK, James C.; NORRIS, Geoffrey T.. IL-4 in the brain: a cytokine to remember. *Journal of Immunology (Baltimore, Md.: 1950)*, 2012-11-01, roč. 189, čís. 9, s. 4213–4219. PMID: 23087426
PMCID: PMC3481177. Dostupné online [cit. 2022-01-23]. ISSN 1550-6606. DOI: 10.4049/jimmunol.1202246.
3. 1 2 3 4 5  UL-HAQ, Zaheer; NAZ, Sehrish; MESAIK, M. Ahmed. Interleukin-4 receptor signaling and its binding mechanism: A therapeutic insight from inhibitors tool box. *Cytokine & Growth Factor Reviews*, 2016-12, roč. 32, s. 3–15. PMID: 27165851. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 1879-0305. DOI: 10.1016/j.cytogfr.2016.04.002.
4. 1 2 3 4 5  MAK, Tak W.; SAUNDERS, Mary E.. *Cytokines and Cytokine Receptors*. [s.l.] : Elsevier, 2006. DOI: 10.1016/B978-012088451-3.50019-3. Dostupné online. ISBN 978-0-12-088451-3. DOI:10.1016/b978-012088451-3.50019-3 S. 463–516. (po anglicky)
5. ↑  GADANI, Sachin P.; CRONK, James C.; NORRIS, Geoffrey T.. IL-4 in the brain: a cytokine to remember. *Journal of Immunology (Baltimore, Md.: 1950)*, 2012-11-01, roč. 189, čís. 9, s. 4213–4219. PMID: 23087426
PMCID: PMC3481177. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 1550-6606. DOI: 10.4049/jimmunol.1202246.
6. ↑  SANDOVA, Veronika; PAVLASOVA, Gabriela Mladonicka; SEDA, Vaclav. IL4-STAT6 signaling induces CD20 in chronic lymphocytic leukemia and this axis is repressed by PI3Kδ inhibitor idelalisib. *Haematologica*, 2021-07-01, roč. 106, čís. 11, s. 2995–2999. PMID: 34196167
PMCID: PMC8561290. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 0390-6078. DOI: 10.3324/haematol.2021.278644.
7. ↑   *Robbins and Cotran pathologic basis of disease.*. Philadelphia, PA : Saunders/Elsevier, 2010. (8th ed..) Dostupné online. ISBN 978-1-4160-3121-5. S. 54.
8. 1 2 3  MAES, Tania; JOOS, Guy F.; BRUSSELLE, Guy G.. Targeting interleukin-4 in asthma: lost in translation?. *American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology*, 2012-09, roč. 47, čís. 3, s. 261–270. PMID: 22538865. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 1535-4989. DOI: 10.1165/rcmb.2012-0080TR.
9. ↑  CHATILA, Talal A.. Interleukin-4 receptor signaling pathways in asthma pathogenesis. *Trends in Molecular Medicine*, 2004-10, roč. 10, čís. 10, s. 493–499. PMID: 15464449. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 1471-4914. DOI: 10.1016/j.molmed.2004.08.004.
10. 1 2  LUZINA, Irina G.; KEEGAN, Achsah D.; HELLER, Nicola M.. Regulation of inflammation by interleukin-4: a review of "alternatives". *Journal of Leukocyte Biology*, 2012-10, roč. 92, čís. 4, s. 753–764. PMID: 22782966
PMCID: PMC3441310. Dostupné online [cit. 2022-02-01]. ISSN 1938-3673. DOI: 10.1189/jlb.0412214.
11. ↑  CARR, C.; AYKENT, S.; KIMACK, N. M.. Disulfide assignments in recombinant mouse and human interleukin 4. *Biochemistry*, 1991-02-12, roč. 30, čís. 6, s. 1515–1523. PMID: 1993171. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 0006-2960. DOI: 10.1021/bi00220a011.
12. 1 2  WALTER, M. R.; COOK, W. J.; ZHAO, B. G.. Crystal structure of recombinant human interleukin-4. *The Journal of Biological Chemistry*, 1992-10-05, roč. 267, čís. 28, s. 20371–20376. PMID: 1400355. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 0021-9258. DOI: 10.2210/pdb2int/pdb.
13. ↑  BHATTARAI, Prabesh; THOMAS, Alvin Kuriakose; COSACAK, Mehmet Ilyas. IL4/STAT6 Signaling Activates Neural Stem Cell Proliferation and Neurogenesis upon Amyloid-β42 Aggregation in Adult Zebrafish Brain. *Cell Reports*, 2016-10-18, roč. 17, čís. 4, s. 941–948. PMID: 27760324. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 2211-1247. DOI: 10.1016/j.celrep.2016.09.075.
14. ↑  HOSOYAMA, Tohru; ASLAM, Mohammed Imran; ABRAHAM, Jinu. IL-4R drives dedifferentiation, mitogenesis, and metastasis in rhabdomyosarcoma. *Clinical Cancer Research: An Official Journal of the American Association for Cancer Research*, 2011-05-01, roč. 17, čís. 9, s. 2757–2766. PMID: 21536546
PMCID: PMC3087179. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 1557-3265. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-10-3445.
15. ↑  GOUR, Naina; WILLS-KARP, Marsha. IL-4 and IL-13 signaling in allergic airway disease. *Cytokine*, 2015-09, roč. 75, čís. 1, s. 68–78. PMID: 26070934
PMCID: PMC4532591. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 1096-0023. DOI: 10.1016/j.cyto.2015.05.014.
16. ↑  STEINKE, J. W.; BORISH, L.. Th2 cytokines and asthma. Interleukin-4: its role in the pathogenesis of asthma, and targeting it for asthma treatment with interleukin-4 receptor antagonists. *Respiratory Research*, 2001, roč. 2, čís. 2, s. 66–70. PMID: 11686867
PMCID: PMC59570. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 1465-9921. DOI: 10.1186/rr40.
17. ↑  LI, Zhiguang; JIANG, Jing; WANG, Zibing. Endogenous interleukin-4 promotes tumor development by increasing tumor cell resistance to apoptosis. *Cancer Research*, 2008-11-01, roč. 68, čís. 21, s. 8687–8694. PMID: 18974110. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 1538-7445. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-08-0449.
18. ↑  PURI, Sachin; JOSHI, Bharat H.; SARKAR, Chitra. Expression and structure of interleukin 4 receptors in primary meningeal tumors. *Cancer*, 2005-05-15, roč. 103, čís. 10, s. 2132–2142. PMID: 15830341. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 0008-543X. DOI: 10.1002/cncr.21008.
19. ↑  MEYAARD, L.; HOVENKAMP, E.; KEET, I. P.. Single cell analysis of IL-4 and IFN-gamma production by T cells from HIV-infected individuals: decreased IFN-gamma in the presence of preserved IL-4 production. *Journal of Immunology (Baltimore, Md.: 1950)*, 1996-09-15, roč. 157, čís. 6, s. 2712–2718. PMID: 8805678. Dostupné online [cit. 2022-01-29]. ISSN 0022-1767.
20. ↑  BORISH, Larry C.; NELSON, Harold S.; CORREN, Jonathan. Efficacy of soluble IL-4 receptor for the treatment of adults with asthma. *Journal of Allergy and Clinical Immunology*, 2001-06, roč. 107, čís. 6, s. 963–970. Dostupné online [cit. 2022-02-01]. DOI: 10.1067/mai.2001.115624. (po anglicky)
21. ↑  OH, C. K.; GEBA, G. P.; MOLFINO, N.. Investigational therapeutics targeting the IL-4/IL-13/STAT-6 pathway for the treatment of asthma. *European Respiratory Review*, 2010-03-01, roč. 19, čís. 115, s. 46–54. Dostupné online [cit. 2022-02-01]. ISSN 0905-9180. DOI: 10.1183/09059180.00007609. (po anglicky)
22. ↑  PURI, Sachin; PURI, Surbhi; MAHAPATRA, Ashok K.. A Review of Studies on Targeting Interleukin 4 Receptor for Central Nervous System Malignancy. *Current Molecular Medicine*, roč. 9, čís. 6, s. 732–739. Dostupné online [cit. 2022-02-01]. DOI: 10.2174/156652409788970661. (po anglicky)
23. ↑  SUZUKI, Akiko; LELAND, Pamela; JOSHI, Bharat H.. Targeting of IL-4 and IL-13 receptors for cancer therapy. *Cytokine*, 2015-09, roč. 75, čís. 1, s. 79–88. Dostupné online [cit. 2022-02-01]. DOI: 10.1016/j.cyto.2015.05.026. (po anglicky)
24. ↑  KAWAI, Mari; HIRANO, Toru; HIGA, Shinji. Flavonoids and Related Compounds as Anti-Allergic Substances. *Allergology International*, 2007, roč. 56, čís. 2, s. 113–123. Dostupné online [cit. 2022-02-01]. DOI: 10.2332/allergolint.R-06-135. (po anglicky)