Chemokin Receptorer og Signalering
Et af de første kemokiner, der blev identificeret, interferon-γ (IFN-γ) IP-10 (CXCL10), blev opdaget i 1985, da det blev påvist som reaktion på rekombinant IFN-γ i humane mononukleære celler, fibroblaster og endothelceller.7 Den betydelige aminosyrehomologi mellem CXCL10 og pladefaktor 4 (PF4) og β-thromboglobulin, to pladeafledte kemotaktiske proteiner, tydede på CXCL10’s involvering i kemotaksi, og ligheder i deres genomiske organisation tydede på, at disse proteiner kan tilhøre en større familie af proteiner, der er involveret i inflammation7,8 .
Derpå blev kemokinerne RANTES (regulated on activation, normal T cell expressed and secreted, eller CCL5), IL-8 (CXCL8) og MCP-1 (CCL2) opdaget.9-11 CXCL8 blev først identificeret som en neutrofil-aktiverende faktor. Eksperimenter til forståelse af mekanismen for neutrofil aktivering af CXCL8 afslørede, at behandling af neutrofiler med Bordetella pertussis-toksin ophævede signalering gennem CXCL8, på samme måde som signalering af bakteriepeptidet f-Met-Leu-Phe (fMLP) blev ophævet af dette toksin, hvilket antydede, at receptoren for CXCL8 var en GPCR, specifikt koblet til Gαi-underenheden12 . Kloningen af IL-8-receptoren i 1991 bekræftede, at denne receptor tilhører superfamilien af GPCR’er.13,14 Med ca. 1000 medlemmer anvendes GPCR’er i vid udstrækning til at registrere små ændringer i koncentrationer af biologisk aktive stoffer i kroppen og deltager i mange signaltransduktionsveje og talrige biologiske reaktioner. De kemotiltrækkende receptorer, der medierer kemotaxis, udgør en særskilt underfamilie af GPCR-superfamilien.
GPCR’erne har en ekstracellulær NH2-terminus, syv transmembrandomæner og en cytoplasmatisk COOH-terminus (fig. 7-2). De intracytoplasmatiske loops af transmembrandomænerne er strakt langs plasmamembranens indre aspekt, og COOH-terminus er lateralt placeret, hvilket giver disse receptorer mere overfladeareal end forventet ud fra deres 40 kD-størrelse til interaktion med guanosintrifosfat (GTP)-bindende proteiner samt andre nedstrøms effektor- og stilladseringsmolekyler.15 GPCR’er signalerer gennem heterotrimeriske GTP-bindende proteiner bestående af α-, β- og γ-subenheder. Efter at have bundet sin ligand ændrer GPCR’en konformationen af sine transmembran α-helixer, hvorved GTP-bindingssteder eksponeres. Efter GTP-binding dissocieres den GTP-bundne Gα-underenhed og Gβγ-underenhederne fra receptoren og signalerer gennem forskellige veje nedstrøms. Der findes fire underklasser af pattedyrs Gα-underenheder – αs, αi, αq eller α12/13 – og den type downstream-signal, der genereres af Gα-underenheden, afhænger af den pågældende underklasse.
For kemokinreceptorer menes den dissocierede GTP-koblede Gαi-underenhed ikke at være nødvendig for induktion af kemotaxis. I stedet er det Gβγ-underenheden, der medierer kemotaxis. Det er imidlertid kun den Gβγ-underenhed, der engang var associeret med en Gαi-underenhed, der er i stand til at inducere kemotaxi.15 Gβγ-underenheden aktiverer fosfolipase C (PLCβ2 og PLCβ3), hvilket resulterer i øgede niveauer af inositol-1,4,5-trifosfat (IP3), diacylglycerol (DAG) og en forbigående stigning i intracellulære frie calciumioner (Ca2+). Stigningen i intracellulær fri Ca2+ er en almindelig test, der anvendes til at vurdere kemokinreceptorresponsivitet. DAG aktiverer Rap-1 via en guaninnukleotidudvekslingsfaktor (GEF), hvilket resulterer i integrinaktivering i cellens forkant. Et andet effektormolekyle, der genereres gennem signalering af Gβγ-underenheden, er phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), som udløser aktivering af proteinkinase B (PKB, eller AKT, AKT1) og dens efterfølgende translokation til membranen i den forreste kant15 . Desuden inducerer PI3K-afhængige og PI3K-uafhængige veje samt DOCK2-afhængige og DOCK2-uafhængige veje, der er afhængige af cytokinese 2 (DOCK2), Rac, hvilket fører til hurtig ny F-actin-dannelse i den forreste kant. Mens den forreste kant organiseres for at drive cellen fremad, translokaliseres Rho-familiens GTPaser til den bageste kant af cellen og regulerer dannelsen af aktin-myosinkomplekser, som er nødvendige for tilbagetrækningen af den bageste kant. GEF’er regulerer aktiviteten af små GTPaser, såsom Ras, Rac, Rho og Rap-1, og som sådan deltager de også i reguleringen af kemotaxis (Fig. 7-2).
Der er talrige andre signalveje nedstrøms for engagement af kemokinreceptorer, herunder mitogen-aktiveret proteinkinase (MAPK), Ras og ekstracellulær signalreguleret kinase (ERK), hver med cellespecifikke reguleringsmekanismer. Mangfoldigheden af signalveje nedstrøms for kemokinreceptorbinding gør det muligt for forskellige kemokinreceptorer, der udtrykkes på den samme celle, at signalere gennem forskellige veje, og for den samme kemokinreceptor at fremkalde en række forskellige inflammatoriske reaktioner.
Signalering gennem kemokinreceptorer er hurtig og forbigående. Ophør af signalering sker gennem receptorfosforylering, desensibilisering og internalisering. Som nævnt aktiverer den dissocierede Gβγ-underenhed PLC. En af downstream-hændelserne fra PLC er aktivering af proteinkinase C (PKC), som sammen med GPCR-kinaser fosforylerer kemokinreceptorer. Den phosphorylerede kemokinreceptor binder arrestiner, hvilket fører til desensibilisering af receptoren. Receptor-arrestinalkomplekset internaliseres derefter gennem den clathrin-medierede internaliseringsvej.15
Der findes syv CXC-receptorer, ti CCR’er, en XCR og en CX3CR. De fleste kemokinreceptorer binder til mere end ét kemokin, hvilket resulterer i en grad af redundans, der sikrer en passende rekruttering af leukocytter. Ekspressionen af kemokinreceptorer afhænger af celletypen samt af cellens aktiverings- og differentieringstilstand. CCR3 er f.eks. den kemokinreceptor, der udtrykkes mest på eosinofile og basofile celler. Mens naive T-celler udtrykker CXCR4 og CCR7, udtrykker Th1-celler CXCR3 og CCR5, Th2-celler udtrykker CCR4 og CCR8, og Th17-celler udtrykker CCR6 (tabel 7-3).
En vis overlapning i ekspression af kemokinreceptorer blandt celletyper finjusterer T-cellernes evne til at trafikere som reaktion på specifikke patogener og inflammatoriske stimuli. For eksempel, selv om CCR4+CCR6+CD4+ T-celler producerer interleukin-17 (IL-17) og reagerer på Candida albicans, kan CXCR3+CCR6+CD4+ T-celler producere IFN-γ alene eller IFN-γ med IL-17 og reagere på Mycobacterium tuberculosis.4 Den selektive ekspression af kemokinreceptorer af forskellige celler giver mulighed for differentieret rekruttering af leukocytter til vævssteder baseret på de typer kemokiner, der genereres. F.eks. rekrutterer koordineret ekspression af STAT1)-afhængige kemokiner CXCL9, CXCL10 og CXCL11 CXCR3-bærende Th1-celler til Th1-inflammationssteder, mens ekspression af STAT6-afhængige kemokiner CCL1, CCL17 og CCL22 tiltrækker CCR4- og CCR8-bærende Th2-celler til Th2-inflammationssteder i en musemodel af astma.4 (STAT er signal transducer and activator of transcription.)