ZYTOKINE: EIGENSCHAFTEN, TYPEN, FUNKTIONEN, BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Das Zytokin oder die Zytokine sind Proteine ​​oder lösliche Glykoproteine, die von verschiedenen Zelltypen im Körper, insbesondere Zellen des Immunsystems, als Leukozyten signalisiert werden: Neutrophile, Monozyten, Makrophagen und Lymphozyten (B-Zellen und T-Zellen).

Im Gegensatz zu anderen spezifischen Rezeptorbindungsfaktoren, die lange und komplexe Signalkaskaden auslösen, an denen häufig Proteinkinase-Sequenzen beteiligt sind (z. B. der zyklische AMP-Weg), üben Zytokine direktere Wirkungen aus.

Struktur des als Interferon alpha bekannten rekombinanten menschlichen Zytokins (Quelle: Nevit Dilmen über Wikimedia Commons)

Diese löslichen Faktoren binden an Rezeptoren, die direkt Proteine ​​aktivieren, die direkte Funktionen bei der Gentranskription haben, da sie in den Kern gelangen und die Transkription eines bestimmten Satzes von Genen stimulieren können.

Die ersten Zytokine wurden vor mehr als 60 Jahren entdeckt. Die molekulare Charakterisierung vieler von ihnen erfolgte jedoch erst später. Neuronaler Wachstumsfaktor, Interferon und Interleukin 1 (IL-1) waren die ersten beschriebenen Zytokine.

Der Name "Zytokin" ist ein allgemeiner Begriff, aber in der Literatur werden Unterschiede hinsichtlich der Zelle gemacht, die sie produziert. Somit gibt es Lymphokine (produziert von Lymphozyten), Monokine (produziert von Monozyten), Interleukine (produziert von einem Leukozyten und auf andere Leukozyten einwirkend) usw.

Sie kommen besonders häufig bei Wirbeltieren vor, ihre Existenz wurde jedoch bei einigen Wirbellosen festgestellt. Im Körper eines Säugetiers können sie beispielsweise additive, synergistische, antagonistische Funktionen haben oder sich sogar gegenseitig aktivieren.

Sie können autokrine Wirkung haben, das heißt, sie wirken auf dieselbe Zelle, die sie produziert; oder parakrin, was bedeutet, dass sie von einem Zelltyp produziert werden und auf andere um sie herum einwirken.

Eigenschaften und Struktur

Alle Zytokine sind "pleiotrop", dh sie haben mehr als eine Funktion in mehr als einem Zelltyp. Dies liegt daran, dass die Rezeptoren, die auf diese Proteine ​​reagieren, in vielen verschiedenen Zelltypen exprimiert werden.

Es wurde festgestellt, dass zwischen vielen von ihnen eine gewisse funktionelle Redundanz besteht, da verschiedene Arten von Zytokinen konvergente biologische Wirkungen haben können, und es wurde vermutet, dass dies mit den Sequenzähnlichkeiten in ihren Rezeptoren zusammenhängt.

Wie viele Botenstoffe in Zellsignalprozessen haben Zytokine bei sehr geringen Konzentrationen starke Wirkungen, so niedrig, dass sie im nanomolaren und femtomolaren Bereich liegen können, da ihre Rezeptoren extrem mit ihnen verwandt sind.

Einige Zytokine arbeiten als Teil einer "Kaskade" von Zytokinen. Das heißt, es ist üblich, dass sie synergetisch wirken, und ihre Regulation hängt häufig von anderen hemmenden Zytokinen und zusätzlichen regulatorischen Faktoren ab.

Expression von Cytokin-kodierenden Genen

Einige Zytokine stammen aus Genen der konstitutiven Expression, da es beispielsweise notwendig ist, konstante hämatopoetische Spiegel aufrechtzuerhalten.

Einige dieser konstitutiv exprimierenden Proteine ​​sind Erythropoetin, Interleukin 6 (IL-6) und bestimmte das Wachstum der Zellkolonien stimulierende Faktoren, die zur Differenzierung vieler weißer Zellen beitragen.

Andere Zytokine werden vorsynthetisiert und als zytosolische Granulate, Membranproteine ​​oder mit Bindungsproteinen an die Zelloberfläche oder an die extrazelluläre Matrix komplexiert.

Viele molekulare Stimuli regulieren positiv die Expression von Genen, die für Zytokine kodieren. Es gibt einige dieser Moleküle, die die Genexpression anderer Zytokine erhöhen, und es gibt auch viele, die inhibitorische Funktionen haben, die die Wirkung anderer Zytokine einschränken.

Kontrolle durch Verarbeitung

Die Funktion von Zytokinen wird auch durch die Verarbeitung der Vorläuferformen dieser Proteine ​​gesteuert. Viele von ihnen werden anfänglich als integrale aktive Membranproteine ​​hergestellt, die eine proteolytische Spaltung erfordern, um lösliche Faktoren zu werden.

Beispiele für Zytokine unter dieser Art der Produktionskontrolle sind der epidermale Wachstumsfaktor EGF (vom englischen "E pidermal G rowth F Actor"), der Tumorwachstumsfaktor TGF (vom englischen "T umoral G rowth F Actor"), der Interleukin 1β (IL-1β) und Tumornekrosefaktor TNFα (vom englischen "Tumor N Ecrosis F Actor").

Andere Zytokine werden als inaktive Vorläufer sekretiert, die enzymatisch verarbeitet werden müssen, um aktiviert zu werden, und einige der Enzyme, die für diese Verarbeitung bestimmter Zytokine verantwortlich sind, umfassen Proteine ​​der Cysteinprotease-Caspase-Familie.

Strukturübersicht

Zytokine können sehr unterschiedliche Gewichte haben, so dass der Bereich zwischen etwa 6 kDa und 70 kDa definiert wurde.

Diese Proteine ​​haben sehr variable Strukturen und können aus Fässern mit Alpha-Helices, komplexen Strukturen aus parallelen oder antiparallelen β-gefalteten Schichten usw. bestehen.

Typen

Es gibt verschiedene Arten von Zytokinfamilien, und die Zahl wächst angesichts der großen Vielfalt von Proteinen mit ähnlichen Funktionen und Merkmalen, die in der wissenschaftlichen Welt jeden Tag entdeckt werden, weiter.

Seine Nomenklatur ist weit entfernt von einer systematischen Beziehung, da seine Identifizierung auf verschiedenen Parametern basiert: seinem Ursprung, dem anfänglichen Bioassay, der es definiert hat, und seinen Funktionen, unter anderem.

Der derzeitige Konsens für die Klassifizierung von Zytokinen basiert im Wesentlichen auf der Struktur ihrer Rezeptorproteine, die in einer kleinen Anzahl von Familien mit hochkonservierten Eigenschaften enthalten sind. Somit gibt es sechs Familien von Zytokinrezeptoren, die nach den Ähnlichkeiten in der Reihenfolge ihrer zytosolischen Anteile gruppiert sind:

1. Typ I-Rezeptoren (Hämatopoietinrezeptoren): umfassen die Zytokine Interleukin 6R und 12 R (IL-6R und IL-12R) und andere Faktoren, die an der Stimulierung der Zellkoloniebildung beteiligt sind. Sie wirken sich auf die Aktivierung von B- und T-Zellen aus.
2. Typ II-Rezeptoren (Interferonrezeptoren): Diese Zytokine haben antivirale Funktionen und die Rezeptoren sind mit dem Fibronektinprotein verwandt.
3. Rezeptoren TNF (Tumor Necrosis Factor, englischer "Tumor N Ecrosis F Actor"): Sie sind "proinflammatorische" Zytokine, darunter Faktoren, die als p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 und andere bekannt sind.
4. Toll / IL-1-ähnliche Rezeptoren: Diese Familie enthält viele proinflammatorische Interleukine, und ihre Rezeptoren weisen im Allgemeinen Leucin-Wiederholungs-reiche Regionen in ihren extrazellulären Segmenten auf.
5. Tyrosinkinase-Rezeptoren: In dieser Familie gibt es viele Zytokine mit Funktionen von Wachstumsfaktoren wie Tumorwachstumsfaktoren (TGF) und anderen Proteinen, die die Bildung von Zellkolonien fördern.
6. Chemokinrezeptoren: Die Zytokine dieser Familie haben im Wesentlichen chemotaktische Funktionen und ihre Rezeptoren haben mehr als 6 Transmembransegmente.

Rezeptoren für Zytokine können löslich oder membrangebunden sein. Lösliche Rezeptoren können die Aktivität dieser Proteine ​​regulieren, indem sie als Agonisten oder Antagonisten im Signalprozess wirken.

Viele Zytokine verwenden lösliche Rezeptoren, einschließlich verschiedener Arten von Interleukinen (IL), neuronalen Wachstumsfaktoren (NGF), Tumorwachstumsfaktoren (TGF) und anderen.

Eigenschaften

Es ist wichtig zu bedenken, dass Zytokine als chemische Botenstoffe zwischen Zellen fungieren, jedoch nicht genau als molekulare Effektoren, da sie notwendig sind, um die Funktion bestimmter Effektoren zu aktivieren oder zu hemmen.

Eine der "vereinheitlichenden" funktionellen Eigenschaften der Zytokine ist ihre Beteiligung an der Abwehr des Körpers, die als "Regulation des Immunsystems" zusammengefasst wird, was besonders für Säugetiere und viele andere Tiere wichtig ist.

Sie sind an der Kontrolle der hämatopoetischen Entwicklung, an interzellulären Kommunikationsprozessen und an den Reaktionen des Körpers gegen Infektionserreger und Entzündungsreize beteiligt.

Da sie normalerweise in geringen Konzentrationen vorkommen, wird die Quantifizierung der Konzentration von Zytokinen in Geweben oder Körperflüssigkeiten als Biomarker für die Vorhersage des Fortschreitens von Krankheiten und die Überwachung der Wirkung von Arzneimitteln verwendet, die Patienten verabreicht werden. kranke Patienten.

Im Allgemeinen werden sie als Marker für entzündliche Erkrankungen verwendet, einschließlich Implantatabstoßungen, Alzheimer, Asthma, Arteriosklerose, Darmkrebs und anderen Krebsarten im Allgemeinen, Depressionen, einigen Herz- und Viruserkrankungen, Parkinson, Sepsis, Leberschäden usw.

Wo sind sie gefunden?

Die meisten Zytokine werden von Zellen ausgeschieden. Andere können in der Plasmamembran exprimiert werden, und es gibt einige, die in dem Raum verbleiben, der von der extrazellulären Matrix umfasst wird, was als "Reserve" angesehen werden könnte.

Wie arbeiten Sie?

Wie bereits erwähnt, haben Zytokine in vivo Wirkungen, die von der Umgebung abhängen, in der sie gefunden werden. Seine Wirkung erfolgt durch Signalkaskaden und Interaktionsnetzwerke, an denen andere Zytokine und andere Faktoren unterschiedlicher chemischer Natur beteiligt sind.

Sie nehmen normalerweise an der Interaktion mit einem Rezeptor teil, der ein Zielprotein aufweist, das nach seiner Assoziation aktiviert oder inhibiert wird und das direkt oder indirekt als Transkriptionsfaktor auf bestimmte Gene wirken kann.

Beispiele einiger Zytokine

IL-1 oder Interleukin 1

Es ist auch bekannt als Lymphozytenaktivierungsfaktor (LAF), endogenes Pyrogen (EP), endogener Leukozytenmediator (EML), Katabolin oder mononukleärer Zellfaktor (MCF).

Es hat viele biologische Funktionen bei vielen Zelltypen, insbesondere bei B-, T-Zellen und Monozyten. Es induziert Hypotonie, Fieber, Gewichtsverlust und andere Reaktionen. Es wird von Monozyten, Gewebemakrophagen, Langerhans-Zellen, dendritischen Zellen, lymphoiden Zellen und vielen anderen sekretiert.

IL-3

Es hat andere Namen wie Mastzellwachstumsfaktor (MCGF), multiplen koloniestimulierenden Faktor (Multi-CSF), hämatopoetischen Zellwachstumsfaktor (HCGF) und andere.

Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Stimulierung der Koloniebildung von Erythrozyten, Megakaryozyten, Neutrophilen, Eosinophilen, Basophilen, Mastzellen und anderen Zellen monozytischer Abstammungslinien.

Es wird hauptsächlich von aktivierten T-Zellen, Mastzellen und Eosinophilen synthetisiert.

Angiostatin

Es stammt aus Plasminogen und ist ein Angiogenese-Inhibitor-Zytokin, das als wirksamer Blocker der Neovaskularisation und des Wachstums von Tumormetastasen in vivo fungiert. Es wird durch die proteolytische Spaltung von Plasminogen erzeugt, die durch das Vorhandensein von Krebs vermittelt wird.

Epidermaler Wachstumsfaktor

Es stimuliert das Wachstum von Epithelzellen, beschleunigt das Auftauchen von Zähnen und das Öffnen der Augen bei Mäusen. Zusätzlich hemmt es die Magensäuresekretion und ist an der Wundheilung beteiligt.

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