Kemokinek: kemotaxis kiváltására specializálódott citokinek Lajkó Eszter Kemotaxis Speciálkollégium 2011.03.30.

A kemotaxis kiváltására specializálódott ligandok Szolubilis bakteriális termékek (fMLP) Plazma eredetű anyagok – komplement fehérjék Arachidonsav metabolizmus – lipoxigenáz útvonal (leukotrién, eikonazoid) Kemokinek: kemotaxist indukáló citokinek A kemotaktikus válaszok kiváltására képes molekulák száma viszonylag nagy, köztük elsődleges és másodlagos kemotaktikus hatású molekulákat különböztethetünk meg. Az elsődleges ligandok fő csoportjai a következök: Formil-peptidek: bakteriális eredetű di-, tri- és tetrapeptidek (erre utal a molekulák N terminálisán található formil csoport). A bektériumok ezeket a molekulákat in vivo bocsátják a környezetbe vagy a sejtek szétesését szabadulnak fel. A csoport legjellemzőbb tagja az N-formil-metionil-leucil-fenilalanin (szakirodalomban fMLF vagy fMLP). A bakteriális eredetű fMLF a gyulladásos reakciók egyik kulcsfontosságú eleme, mely erős kemotaktikus hatást fejt ki a neutrofil granulocitákra és monocitákra. A komplement 3a (C3a) és komplement 5a (C5a) a komplement aktiválódási sor közti termékei. Szintézisük, illetve aktiválódásuk három útvonal (klasszikus, lektin-függő és alternatív) kereszteződési pontjában, egy konvertáz enzim segítségével történik. E termékek fő célsejtjei a neutrofil granulociták és monociták. leukotriének az eicosanoidok csoportjába tratoznak. Fontos lipid mediátorok, az arachidonsav lebomlási útvonal 5-lipoxigenáz által katalizált termékei. A kemotaxis szempontjából legfontosabb tag a leukotrién B4 (LTB4), amely adhéziót, kemotaxist és fehérvérsejtek aggregációját is okozza. Kemoattraktáns hatását az LTB4 G-proteinekhez kapcsolt 7-hurkú transzmembrán leukotrién receptorokon keresztül fejti ki, melyek száma fokozódik gyulladásos és allergiás állapotokban.

Kemokinek 3D szerkezete

CXC kemokinek = α kemokinek Platelet faktor 4 Epitheliális neutrophil aktiváló Granulocita chemotaktikus protein 2 Neutrofil aktiváló peptid 2 Granulocita chemotaktikus protein ELR: Gln-Leu-Arg szekvencia megléte ELR szekvencia hiánya Monokinindukált gamma-interferon Interferon indukált protein-10 Stroma sejt eredetű factor 1 α/β Stomal cell-derived factor 1 α/β

CC kemokinek = β kemokinek Monocita chemotaktikus protein Makrofág inflammatorikus protein Regulated upon activation, normal T cell expressed and secreted 3 diszulfid híd

C kemokinek = γ kemokinek CX3C kemokinek = δ kemokinek

Kemokin dimerizáció, oligomerizáció Homodimer képzés Heterodimer képzés!!! CCL2 CXCL8 CC – CC kemokinek CXC – CXC kemokinek CC – CXC kemokinek között Heterodimerek képződése szabályozza a kemokinek meglévő funkcióját Szinergista Antagonista új hatás

Glükózaminoglikán-kötő képesség CCL4 Szerepe van sejtfelszini gradiens kialakításában Sejttípus-függő a GAG mintázat – más kemokinek kötődnek hozzájuk Dimerképződés irányába tolja el az egyensúlyt CXCL12 CXCL8

Haptotaxis kemokin glükózaminoglikán Endotél sejt fehérvérsejtek

Glükózaminoglikán-kötő képesség, mint terápiás támadáspont Minőségi / mennyiségi változások megfigyelhetőek a GAG expresszióban különböző kórképek esetén Heparin: Megvédi a kemokineket a lebomlástól Tároló funkció Befolyásolja a kemokinek hozzáférhetőségét Kemokin – GAG interakciót gátolja Gyulladásgátló (asztma, gyulladásos bélbetegségek)

Kemokinek osztályozása Inflammatorikus / gyulladásos kemokinek Homeosztatikus kemokinek Folyamatosan expresszálódnak Embriogenesisben, organogenesisben játszanak fontos szerepet (CCL-12) Immun surveillance Időlegesen termelődnek (gyulladáskor) proinflammatorikus citokinek hatására termelődnek Immunfolyamatokban vesznek részt

Szecernáló sejtek Inflammatorikus / gyulladásos kemokinek Immunrendszer sejtjei termelik Magas az expressziójuk Homeosztatikus kemokinek Specificitást mutatnak bizonyos szövetekhez, sejtekhez CCL 25 – thymus Kis mennyiségben termelődnek

Poszttranszlációs módosítás Glikolizáció Proteolitikus hasítás Kemokinek amino-terminálisát érinti Matrix metalloproteázok (MMP) vesznek részt benne Hatása: Általában megmarad a receptor affinitás Változhat a receptor specificitás Változhat a hatás (jelátvitel) CX3CL1 felszabadítja a membrán-kötésből

IL-8 poszttranszlációs módosítása 99 aminosav hosszúságú prekurzor fehérjeként szintetizálódik – szignál szekvencia levágódik N-terminális további proteolitikus hasítása (alternatív) Endothel, fibroblaszt: CXCL8 – IL-8 (1-77) Monocita, neutrofil granulocyta, limfocita: 5-8 aminosav lehasítása Plazmin, trombin, matrix metalloproteáz (pl. MMP-1, -9) Aktivitás  1-8 aminosav lehasadása 1-10 aminosav lehasítása: antagonista hatás

IL-8 IL-8 receptor = CXCR1 MMP-9 tartalmú granulumok

Célsejtek CXC kemokinek = α kemokinek ELR (Glu-Leu-Arg) ELR szekvencia szekvencia megléte ELR szekvencia hiánya Neutrofil kemotaxis Limfocita, NK sejt kemotaxis

Célsejtek - CC kemokinek MCP Monocita, NK sejt, dendritikus sejt CCL28 / MEC T és B sejt, eozinofil CCL5 / RANTES T sejt, eozinofil, bazofil granulociták CCL 11 / Eotaxin Eozinofil granulociták

Célsejtek - C kemokinek XCL-1 / Limfotaktin α / SMC-1 α T sejt prekurzor XCL-2 / Limfotaktin β / SMC-1 β Célsejtek – CX3C kemokinek CX3CL-1 / fraktalkin T sejt, monocita, neutrofil granulocita

Genetika Kromoszómán való elhelyezkedés Klaszterekbe szerveződő gének Mini klaszterekbe szerveződő, vagy magányos gének CC és CXC kemokinek Sok receptorhoz képesek kötődni Hasonló funkciót látnak el (MCP, MIP) Gén duplikációval alakultak ki Inflammatorikus kemokinek Különböző fajok között kicsi a megfeleltetés Általában egy receptoron át hatnak Fiziológiás folyamatokban játszanak szerepet Homeosztatikus kemokinek Konzervatív a fajok között

Kemokin receptor Ligandkötés specificitásáért Gα Gβ DRY motívum Gγ kb. 20 „jeltovábbító” receptor 3 scavenger receptor (jelátvitel nincs)

Célsejtek CXC kemokinek = α kemokinek ELR (Glu-Leu-Arg) ELR szekvencia szekvencia megléte ELR szekvencia hiánya Neutrofil kemotaxis Limfocita, NK sejt kemotaxis

Kemokin – receptor interakció kötés N hurok N terminális 30s hurok Szignál-továbbítás

Receptor – kemokin interakció NH2- HOOC- GAG G-protein foszforiláció Cellular and Molecular Immunology 1999

Kemokin receptorok Redundancia: több kemokin – egy receptor Pleiotrópia: egy kemokin – több receptor

Receptor dimerizáció, oligomerizáció TM1 és TM4 van szerepe a dimerizációban Feltételezhetően 1 kemokin tud kötődni a dimerhez Homo- és heterodimerizáció egyaránt lehetséges Hatása van: receptor sejtfelszínre való szállításra receptor specificitásra szignalizációra

α β γ αi Ras PIP2 PIP3 PI3K CRAC Akt/PKB Rac Wasp Arp 2/3 Jelátvitel

„Nem-jeltovábbító” kemokin receptorok Duffy antigén / kemokin receptor (DARC), D6 receptor Scavenger receptorok Kemokin affinitásuk a „signaling” receptorokéhoz hasonló A jeltovábbításért felelős DRY motívum hiányzik Szabályozzák, lecsendesítik az immunválaszt

Ca2+   kis G fehérjék Kemotaxis CCL5 = RANTES DARC CCR5 G protein trimer Ca2+  kis G fehérjék  Kemotaxis

Kemokinek fő funkciói Leukocita kemotaxis Leukocita degranuláció Integrin aktiváció a leukocita-endotél interakció során Angiogenezis, angiosztázis

Extravazáció limfocita szelektin kemokin receptor integrin (inaktív) Endotél sejt adressin kemokin Ig domain tartalmazó adhéziós molekula

Kemokinek funkciói Homeosztázis és egyedfejlődés Hematopoesis MIP-1α (CCL3): csökkenti a csontvelői myeloid progenitor sejtek számát SDF-1 (CXCL12): elősegíti B sejt progenitorok osztódását Másodlagos immunszervek fejlődése T sejt érés TECK (CCL25): szelektív kemoattraktáns Angiogenezis, angiosztázis ELR (Glu-Leu-Arg) szekvencia megléte meghatározó (kivétel az SDF-1)

Kemokin mimikri Vírusok stratégiái: Kemokin homológok termelése Szerkezeti hasonlóság CC és CXC kemokinek Agonista / antagonista hatás Kemokin receptor homológok 25-59% szekvencia homológia az humán receptorokkal Sokféle kemokint kötnek Szecernált kemokin-kötőproteinek: kemokinek heparin kötő régiójával lép interakcióba

HIV vírus és a kemokin receptor CCR5 receptor antagonista: Maraviroc

Kemokinek kórélettani jelentősége Gyulladás akut: fehérvérsejt toborzás, sejttörmelék eltakarítás, sebgyógyulás Krónikus: CCR1 és CCR2 megemelkedett szintje Atherosclerosis: fehérvérsejt toborzás, simaizomsejt migráció és ploriferáció Allergia Megemelkedett eozinofilgranulocita és hízósejt beáramlás Eotaxin expresszója  Tumor és metasztázisképzés A szövetek kemokin expressziója meghatározza az áttétek kialakulását 22 receptor közül 13-nak szerepe van a tumor progresszióban Kilökődés Kilökődésért felelős sejtek beszűrődése