Chemokinové receptory a signalizace

Jeden z prvních identifikovaných chemokinů, interferon-γ (IFN-γ) IP-10 (CXCL10), byl objeven v roce 1985, kdy byl detekován v reakci na rekombinantní IFN-γ v lidských mononukleárních buňkách, fibroblastech a endoteliálních buňkách.7 Významná aminokyselinová homologie mezi CXCL10 a destičkovým faktorem 4 (PF4) a β-tromboglobulinem, dvěma chemotaktickými proteiny odvozenými od destiček, naznačila zapojení CXCL10 do chemotaxe a podobnost v jejich genomickém uspořádání naznačila, že tyto proteiny mohou patřit do větší rodiny proteinů zapojených do zánětu.7,8

Dále byly objeveny chemokiny RANTES (regulated on activation, normal T cell expressed and secreted, neboli CCL5), IL-8 (CXCL8) a MCP-1 (CCL2).9-11 CXCL8 byl poprvé identifikován jako faktor aktivující neutrofily. Experimenty zaměřené na pochopení mechanismu aktivace neutrofilů pomocí CXCL8 ukázaly, že ošetření neutrofilů toxinem Bordetella pertussis zrušilo signalizaci prostřednictvím CXCL8, podobně jako byl tímto toxinem zrušen signál bakteriálního peptidu f-Met-Leu-Phe (fMLP), z čehož vyplývá, že receptor pro CXCL8 je GPCR, specificky spřažený s podjednotkou Gαi.12 Klonování receptoru pro IL-8 v roce 1991 potvrdilo, že tento receptor patří do superrodiny GPCR.13,14 GPCR, které mají přibližně 1000 členů, jsou široce využívány k vnímání malých změn koncentrací biologicky aktivních látek v organismu a účastní se mnoha cest přenosu signálu a četných biologických reakcí. Chemoatraktantové receptory, které zprostředkovávají chemotaxi, tvoří samostatnou podrodinu superrodiny GPCR.

GPCR mají extracelulární NH2 zakončení, sedm transmembránových domén a cytoplazmatické COOH zakončení (obr. 7-2). Intracytoplazmatické smyčky transmembránových domén jsou protaženy podél vnitřní strany plazmatické membrány a COOH terminus je umístěn laterálně, což dává těmto receptorům větší povrchovou plochu, než se očekává z jejich 40kD velikosti, pro interakci s proteiny vážícími guanosintrifosfát (GTP), stejně jako s dalšími následnými efektorovými a lešenářskými molekulami.15 GPCR signalizují prostřednictvím heterotrimerních proteinů vážících GTP, které se skládají z α, β a γ podjednotek. Po navázání ligandu změní GPCR konformaci svých transmembránových α šroubovic a odhalí místa pro vazbu GTP. Po navázání GTP se podjednotka Gα navázaná na GTP a podjednotky Gβγ oddělí od receptoru a vysílají signál různými cestami po proudu. Existují čtyři podtřídy savčích podjednotek Gα – αs, αi, αq nebo α12/13 – a typ následného signálu generovaného podjednotkou Gα závisí na příslušné podtřídě.

V případě chemokinových receptorů se předpokládá, že disociovaná podjednotka Gαi spojená s GTP není pro indukci chemotaxe nezbytná. Místo toho je to podjednotka Gβγ, která zprostředkovává chemotaxi. Chemotaxi je však schopna vyvolat pouze podjednotka Gβγ, která byla kdysi asociována s podjednotkou Gαi.15 Podjednotka Gβγ aktivuje fosfolipasu C (PLCβ2 a PLCβ3), což vede ke zvýšení hladiny inositol-1,4,5-trifosfátu (IP3), diacylglycerolu (DAG) a přechodnému zvýšení intracelulárních volných vápenatých iontů (Ca2+). Zvýšení intracelulárního volného Ca2+ je běžným testem používaným k hodnocení reaktivity chemokinových receptorů. DAG aktivuje Rap-1 prostřednictvím guanin nukleotidového výměnného faktoru (GEF), což vede k aktivaci integrinů na předním okraji buňky. Další efektorovou molekulou vznikající prostřednictvím signalizace podjednotky Gβγ je fosfatidylinositol-3-kináza (PI3K), která spouští aktivaci proteinkinázy B (PKB neboli AKT, AKT1) a její následnou translokaci do membrány předního okraje.15 Kromě toho dráhy závislé na PI3K a nezávislé na PI3K, jakož i dráhy závislé na dedikátoru cytokineze 2 (DOCK2) a nezávislé na DOCK2 indukují Rac, což vede k rychlé tvorbě nového F-aktinu na předním okraji. Zatímco se přední okraj organizuje, aby poháněl buňku vpřed, GTPázy rodiny Rho se přemisťují k zadnímu okraji buňky a regulují tvorbu aktin-myozinových komplexů, které jsou potřebné pro zatahování zadního okraje. GEF regulují aktivitu malých GTPáz, jako jsou Ras, Rac, Rho a Rap-1, a jako takové se také podílejí na regulaci chemotaxe (obr. 7-2).

Po zapojení chemokinových receptorů existuje řada dalších signálních drah, včetně mitogenem aktivované proteinkinázy (MAPK), Ras a kinázy regulované extracelulárním signálem (ERK), z nichž každá má regulační mechanismy specifické pro danou buňku. Rozmanitost signálních drah navazujících na vazbu chemokinového receptoru umožňuje, aby různé chemokinové receptory exprimované na stejné buňce signalizovaly různými cestami a aby stejný chemokinový receptor vyvolal různé zánětlivé reakce.

Signalizace prostřednictvím chemokinových receptorů je rychlá a přechodná. K ukončení signalizace dochází fosforylací receptoru, desenzitizací a internalizací. Jak bylo uvedeno, disociovaná podjednotka Gβγ aktivuje PLC. Jedním z následných dějů po PLC je aktivace proteinkinázy C (PKC), která spolu s kinázami GPCR fosforyluje chemokinové receptory. Fosforylovaný chemokinový receptor váže arrestiny, což vede k desenzitizaci receptoru. Komplex receptor-arestin je poté internalizován cestou klatrinem zprostředkované internalizace.15

Existuje sedm receptorů CXC, deset CCR, jeden XCR a jeden CX3CR. Většina chemokinových receptorů se váže na více než jeden chemokin, což vede k úrovni redundance, která zajišťuje odpovídající nábor leukocytů. Exprese chemokinových receptorů závisí na typu buňky a také na stavu aktivace a diferenciace buňky. Například CCR3 je chemokinový receptor nejvíce exprimovaný na eozinofilech a bazofilech. Zatímco naivní T-buňky exprimují CXCR4 a CCR7, Th1 buňky exprimují CXCR3 a CCR5, Th2 buňky exprimují CCR4 a CCR8 a Th17 buňky exprimují CCR6 (tabulka 7-3).

Nějaké překrývání exprese chemokinových receptorů mezi jednotlivými typy buněk dolaďuje schopnost T-buněk přenášet se v reakci na specifické patogeny a zánětlivé podněty. Například ačkoli CCR4+CCR6+CD4+ T-buňky produkují interleukin-17 (IL-17) a reagují na Candida albicans, CXCR3+CCR6+CD4+ T-buňky mohou produkovat samotný IFN-γ nebo IFN-γ s IL-17 a reagovat na Mycobacterium tuberculosis.4 Selektivní exprese chemokinových receptorů různými buňkami umožňuje diferencovaný nábor leukocytů do míst tkání na základě typů generovaných chemokinů. Například koordinovaná exprese chemokinů CXCL9, CXCL10 a CXCL11 závislých na STAT1) rekrutuje Th1 buňky nesoucí CXCR3 do míst Th1 zánětu, zatímco exprese chemokinů CCL1, CCL17 a CCL22 závislých na STAT6 přitahuje Th2 buňky nesoucí CCR4 a CCR8 do míst Th2 zánětu v myším modelu astmatu.4 (STAT je přenašeč signálu a aktivátor transkripce.)

.