Chemokine Receptors and Signaling
Az egyik elsőként azonosított kemokin, az interferon-γ (IFN-γ) IP-10 (CXCL10) 1985-ben fedezték fel, amikor rekombináns IFN-γ-re adott válaszként humán mononukleáris sejtekben, fibroblasztokban és endotélsejtekben kimutatták.7 A CXCL10 és a vérlemezke-faktor 4 (PF4) és a β-tromboglobulin, két vérlemezke-eredetű kemotaktikus fehérje közötti jelentős aminosav-homológia a CXCL10 kemotaxisban való részvételére utalt, a genomiális szerveződésükben mutatkozó hasonlóságok pedig azt sugallták, hogy ezek a fehérjék a gyulladásban szerepet játszó fehérjék egy nagyobb családjába tartozhatnak.7,8.
A kemokineket RANTES (regulated on activation, normal T cell expressed and secreted, vagy CCL5), IL-8 (CXCL8) és MCP-1 (CCL2) kemokineket fedezték fel ezután.9-11 A CXCL8-at először neutrofil aktiváló faktorként azonosították. A CXCL8 által történő neutrofil aktiválás mechanizmusának megértésére irányuló kísérletek azt mutatták, hogy a neutrofilek Bordetella pertussis toxinnal történő kezelése megszüntette a CXCL8-on keresztül történő jelátvitelt, hasonlóan ahhoz, ahogyan a bakteriális peptid f-Met-Leu-Phe (fMLP) jelátvitelt is megszüntette ez a toxin, ami arra utal, hogy a CXCL8 receptora egy GPCR, amely specifikusan a Gαi alegységhez kapcsolódik.12 12 Az IL-8 receptor 1991-es klónozása megerősítette, hogy ez a receptor a GPCR-ek szupercsaládjába tartozik.13,14 A körülbelül 1000 tagot számláló GPCR-eket széles körben használják a biológiailag aktív anyagok koncentrációjának kis változásainak érzékelésére a szervezetben, és részt vesznek a jelátvitel számos útvonalában és számos biológiai válaszban. A kemotaxist közvetítő kemoattraktáns receptorok a GPCR szupercsalád egy külön alcsaládját alkotják.
A GPCR-ek extracelluláris NH2 terminussal, hét transzmembrán doménnel és citoplazmatikus COOH terminussal rendelkeznek (7-2. ábra). A transzmembrán domének intracitoplazmatikus hurkai a plazmamembrán belső oldala mentén húzódnak, a COOH-terminus pedig laterálisan helyezkedik el, így ezek a receptorok a 40 kD-s méretük alapján vártnál nagyobb felületet kapnak a guanozin-trifoszfát (GTP)-kötő fehérjékkel, valamint más downstream effektor- és állványzatmolekulákkal való kölcsönhatáshoz.15 A GPCR-ek az α, β és γ alegységekből álló heterotrimer GTP-kötő fehérjék révén jeleznek. A ligandum megkötése után a GPCR megváltoztatja transzmembrán α-hélixének konformációját, felfedve a GTP-kötőhelyeket. A GTP megkötése után a GTP-hez kötött Gα alegység és a Gβγ alegységek disszociálnak a receptorról, és különböző útvonalakon keresztül jeleznek a downstream felé. Az emlősök Gα alegységeinek négy alosztálya létezik-αs, αi, αq vagy α12/13 – és a Gα alegység által generált downstream jel típusa az érintett alosztálytól függ.
A kemokin receptorok esetében a disszociált GTP-csatolt Gαi alegységről úgy gondolják, hogy nem szükséges a kemotaxis indukciójához. Ehelyett a Gβγ alegység közvetíti a kemotaxist. Azonban csak az egykor a Gαi alegységgel társult Gβγ alegység képes kemotaxist indukálni.15 A Gβγ alegység aktiválja a foszfolipáz C-t (PLCβ2 és PLCβ3), ami az inozitol-1,4,5-trifoszfát (IP3), a diaszilglicerin (DAG) és az intracelluláris szabad kalciumionok (Ca2+) átmeneti emelkedését eredményezi. Az intracelluláris szabad Ca2+ emelkedése a kemokinreceptor-rezisztencia értékelésére használt gyakori teszt. A DAG aktiválja a Rap-1-et egy guanin-nukleotid cserefaktoron (GEF) keresztül, ami integrin aktivációt eredményez a sejt elülső szélén. A Gβγ alegység jelátvitelén keresztül keletkező másik effektor molekula a foszfatidil-inozitol-3-kináz (PI3K), amely kiváltja a protein kináz B (PKB, vagy AKT, AKT1) aktiválódását és az azt követő transzlokációját a vezető él membránjába15. Ezenkívül a PI3K-függő és PI3K-független útvonalak, valamint a citokinézis 2 (DOCK2) dedikátorától függő és DOCK2-független útvonalak indukálják a Rac-ot, ami gyors új F-aktin képződéshez vezet a vezető élben. Miközben a vezető él szerveződik, hogy előre mozdítsa a sejtet, a Rho-családba tartozó GTPázok transzlokálódnak a sejt hátulsó szélére, és szabályozzák az aktin-myozin komplexek kialakulását, amelyek a hátulsó él visszahúzódásához szükségesek. A GEF-ek szabályozzák a kis GTPázok, például a Ras, Rac, Rho és Rap-1 aktivitását, és mint ilyenek, szintén részt vesznek a kemotaxis szabályozásában (7-2. ábra).
A kemokinreceptorok kapcsolódását követően számos más jelátviteli útvonal is létezik, köztük a mitogén-aktivált protein kináz (MAPK), a Ras és az extracelluláris jel-szabályozott kináz (ERK), mindegyik sejtspecifikus szabályozási mechanizmusokkal. A kemokinreceptorok kötődését követő jelátviteli útvonalak sokfélesége lehetővé teszi, hogy az ugyanazon a sejten expresszálódó különböző kemokinreceptorok különböző útvonalakon keresztül jelezzenek, és hogy ugyanaz a kemokinreceptor különböző gyulladásos válaszokat indukáljon.
A kemokinreceptorokon keresztül történő jelátvitel gyors és átmeneti. A jelátvitel megszűnése a receptor foszforilációján, deszenzitizációján és internalizációján keresztül történik. Mint említettük, a disszociált Gβγ alegység aktiválja a PLC-t. A PLC egyik downstream eseménye a protein kináz C (PKC) aktiválása, amely a GPCR kinázokkal együtt foszforilálja a kemokin receptorokat. A foszforilált kemokinreceptor aresztineket köt, ami a receptor deszenzitizációjához vezet. A receptor-arrestin komplex ezután internalizálódik a klatrin-mediált internalizációs útvonalon keresztül.15
Hét CXC receptor, tíz CCR, egy XCR és egy CX3CR létezik. A legtöbb kemokinreceptor egynél több kemokinhez kötődik, ami olyan szintű redundanciát eredményez, amely biztosítja a megfelelő leukocita rekrutációt. A kemokinreceptorok expressziója a sejttípustól, valamint a sejt aktivációs és differenciálódási állapotától függ. A CCR3 például az eozinofileken és a bazofileken a legnagyobb mértékben expresszálódó kemokinreceptor. Míg a naiv T-sejtek CXCR4-et és CCR7-et, a Th1-sejtek CXCR3-at és CCR5-öt, a Th2-sejtek CCR4-et és CCR8-at, a Th17-sejtek pedig CCR6-ot expresszálnak (7-3. táblázat).
A kemokinreceptorok expressziójának némi átfedése a sejttípusok között finomhangolja a T-sejteknek a specifikus kórokozókra és gyulladásos ingerekre adott válaszként való közlekedési képességét. Például, bár a CCR4+CCR6+CD4+ T-sejtek interleukin-17-et (IL-17) termelnek és Candida albicansra reagálnak, a CXCR3+CCR6+CD4+ T-sejtek képesek IFN-γ-t önmagában vagy IFN-γ-t IL-17-tel együtt termelni és Mycobacterium tuberculosisra reagálni.4 A kemokinreceptorok különböző sejtek általi szelektív expressziója lehetővé teszi a leukociták differenciált toborzását a szöveti helyekre a termelt kemokinek típusai alapján. Például a STAT1)-függő CXCL9, CXCL10 és CXCL11 kemokinek koordinált expressziója a CXCR3-t hordozó Th1 sejteket a Th1 gyulladásos helyekre toborozza, míg a STAT6-függő CCL1, CCL17 és CCL22 kemokinek expressziója a CCR4- és CCR8-t hordozó Th2 sejteket a Th2 gyulladásos helyekre vonzza az asztma egérmodelljében.4 (A STAT a transzkripció jelátvivő és aktiválója.)