Рецепторы цитокинов и механизм действия цитокинов на клетку

Цитокины действуют

· аутокринно (т.е. на клетку, которая их продуцирует);

· паракринно (на клетки, расположенные вблизи, например в очаге воспаления или в лимфоидном органе);

· эндокринно-дистанционно – на клетки любых органов и тканей после попадания цитокина в циркуляцию крови [Симбирцев А.С. // Цитокины и воспаление. 2002. № 1. С. 9–16.].

Образование и высвобождение этих высокоактивных молекул происходит кратковременно и жестко регулируется.

Одна часть цитокинов обладает плюрипотентным действием, т.е. действует на различные клетки-мишени, другая – оказывает специфическое воздействие на определенные клеточные линии. Влияние цитокинов на пролиферацию и дифференцировку клеток-мишеней подчиняется определенной последовательности; немаловажным также является концентрация и комбинация действующих цитокинов.

Цитокины – гидрофильные сигнальные вещества, действие которых опосредовано специфическими высокоаффинными рецепторами на внешней стороне плазматической мембраны, чувствительных к цитокинам клеток.

Рецепторы к цитокинам выделяют в 2 крупных семейства:

· семейство-SWISS характеризуется наличием в составе молекул внеклеточных участков с гомологичной последовательностью длиной примерно в 200 аминокислотных остатков.

SWISSPROT: CRF4_HUMAN

SWISSPROT: CYRB_HUMAN

SWISSPROT: CYRG_HUMAN

SWISSPROT: FLT3_HUMAN

К этому суперсемейству относятся рецепторы к ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-9, ИЛ-12, гранулоцитарному колониестимулирующему фактору (Г-КСФ) и гранулоцитарно-макрофагальному колониестимулирующему фактору (ГМ-КСФ). В него же входят рецепторы для гуморальных факторов (гормона роста и пролактина), действующих преимущественно вне иммунной системы.

· семейство-SITE объединяет рецепторы ко всем интерферонам, а также рецепторы к ИЛ-1α, ИЛ-1β и макрофагальному колониестимулирующему фактору (М-КСФ):

PROSITE: RECEPTOR_CYTOKINES_1

PROSITE: RECEPTOR_CYTOKINES_1

PROSITE: PROTEIN_KINASE_ATP

PROSITE: PROTEIN_KINASE_TYR

PROSITE: RECEPTOR_TYR_KIN_III

Существуют общие групповые рецепторы, способствующие устранению избытка цитокинов в очаге поражения. [Becker S., Groner B. & Muller C.W. Three-dimentional structure of the Stat3b homodimer bound to DNA Nature, 394, 145 - 151, 1998 ]

Все рецепторы цитокинов представляют собой трансмембранные гликопротеины, у которых внеклеточная часть отвечает за связывание цитокина. Как правило, эти рецепторы состоят более чем из одной субъединицы, причем высокоаффинное связывание является следствием взаимодействия с разными субъединицами, каждая из которых сама способна связывать соответствующий цитокин, но с более низкой аффинностью. Нередко на клетках-мишенях цитокинов обнаруживаются несколько типов центров связывания, различающихся аффинностью к цитокину. В составе клеточных мембран одни цепи реагируют только с определенным цитокином, в то время как другие способны формировать общие рецепторы для разных цитокинов. Наличие общих структур в рецепторах может обусловливать функциональное сходство ряда цитокинов. [Кольман Я., Рём К. – Г., Наглядная биохимия, издательство «Мир»]

Синтез рецепторов протекает более интенсивно и длительно, чем синтез соответствующих цитокинов, что обусловливает их более полную и быструю элиминацию из сосудистого русла и реализацию биологического эффекта в очаге поражения. Растворимый рецептор, связывающийся с цитокином, – это отщепленный ферментом внеклеточный домен мембранного рецептора. Растворимые рецепторы сохраняют высокую аффинность в отношении своих лигандов и благодаря этому способны нейтрализовывать цитокины, препятствуя их доступу к интактным мембранным рецепторам; их можно обнаружить в сыворотке и моче. Растворимые рецепторы могут выполнять функции конкурирующих антагонистов, а также участвовать в транспорте, доставке цитокинов в очаг поражения и выведении их из организма.

Связывание цитокина с соответствующим рецептором обеспечивает трансмембранное проведение сигнала в клетку, что, в свою очередь, обеспечивает активацию цитоплазматических ферментов и, в частности, фосфорилирование тирозинкиназ.

Сами цитокиновые рецепторы не обладают тирозинкиназной активностью (за немногими исключениями). После связывания с цитокином (1) (см. рис. 3) молекулы рецептора ассоциируют, образуя гомодимеры. Кроме того, они могут образовывать гетеродимеры за счет ассоциации с белками-переносчиками сигнала [БПС (STP)] или стимулировать димеризацию самих БПС(2). Цитокиновые рецепторы класса I могут агрегировать с тремя типами БПС: белками GP130, β_с или γ_с. Эти вспомогательные белки сами не способны связывать цитокины, но они осуществляют передачу сигнала на тирозинкиназы (3). Одинаковые спектры биологической активности многих цитокинов объясняются тем, что различные цитокин-рецепторные комплексы могут активировать одни и те же БПС. [Brisce J. et al. JAKs and STATs branch out Trends in Cell Biology, 6, 336 - 340, 1996]

Активация (фосфорилирование) тирозин/сериновых киназ приводит к запуску каскада ферментативных процессов, в результате которых в клетках накапливаются фосфорилированные белки (рис. 2). Эти белки из цитоплазмы поступают в ядро клетки и взаимодействуют с определёнными генами в молекуле ДНК, активируя процесс транскрипции этих генов и синтез соответствующих и-РНК или репликацию ДНК. Накопление и-РНК приводит, в свою очередь, к синтезу и накоплению в клетке набора новых белковых молекул, что проявляется в изменении фенотипических свойств и поведения клеток. [Кашкин К.П. Цитокины иммуной системы: основные свойства и иммунобиологическая активность (лекция) // Клиническая лабораторная диагностика. – 1998 . ‑ №11. – С. 21 – 32. ]

Рис. 2. Упрощенная схема передачи сигнала от рецептора гамма-интерферона с использованием Jak-STAT пути

В качестве примера передачи сигнала от цитокинов на рис. 3 показано, как рецептор ИЛ-6 (IL-6) после связывания с лигандом (1) стимулирует димеризацию GP130 (2). Димер мембранного белка GP130 связывает и активирует цитоплазматическую тирозинкиназу ЯК-семейства (Янус-киназы, имеющие два активных центра) (3). Янус-киназы фосфорилируют цитокиновые рецепторы, БПС и различные цитоплазматические белки, которые осуществляют дальнейшую передачу сигнала; они также фосфорилируют факторы транскрипции – переносчики сигнала и активаторы транскрипции [ПСАТ (STAT, от англ. Signal transducers and activators of transcription)]. Эти белки относятся к семейству БПС, имеющих в структуре SH2-домен, узнающий остатки фосфотирозина. Поэтому они обладают свойством ассоциировать с фосфорилированным цитокиновым рецептором. Если затем происходит фосфорилирование молекулы ПСАТ (4), фактор переходит в активную форму и образует димер (5). После транслокации в ядро димер в качестве фактора транскрипции связывается с промотором инициируемого гена и индуцирует его транскрипцию (6). [Brisce J. et al. JAKs and STATs branch out Trends in Cell Biology, 6, 336 - 340, 1996] [Кольман Я ., Рём К . – Г ., Наглядная биохимия , издательство « Мир » ]

Рис. 3. Механизм действия цитокинов на примере ИЛ-6

Некоторые цитокиновые рецепторы могут за счет протеолиза утрачивать экстрацеллюлярный лигандсвязывающий домен (на рис. 3 не приведен). Домен поступает в кровь, где конкурирует за связывание с цитокином, что снижает концентрацию цитокина в крови. [Кольман Я., Рём К. – Г., Наглядная биохимия, издательство «Мир»].