Chemokinreceptorer och signalering

Ett av de första kemokinerna som identifierades, interferon-γ (IFN-γ) IP-10 (CXCL10), upptäcktes 1985 när det upptäcktes som svar på rekombinant IFN-γ i humana mononukleära celler, fibroblaster och endotelceller.7 Den betydande aminosyrahomologin mellan CXCL10 och trombocytfaktor 4 (PF4) och β-thromboglobulin, två trombocytära kemotaktiska proteiner, tydde på att CXCL10 är involverad i kemotaxis, och likheter i deras genomiska organisation tydde på att dessa proteiner kan tillhöra en större familj av proteiner som är involverade i inflammation7,8 .

Chemokinerna RANTES (regulated on activation, normal T cell expressed and secreted, eller CCL5), IL-8 (CXCL8) och MCP-1 (CCL2) upptäcktes därefter.9-11 CXCL8 identifierades först som en neutrofil aktiverande faktor. Experiment för att förstå mekanismen för neutrofilaktivering genom CXCL8 visade att behandling av neutrofiler med Bordetella pertussis-toxin upphävde signalering genom CXCL8, ungefär på samma sätt som signalering av bakteriepeptiden f-Met-Leu-Phe (fMLP) upphävdes av detta toxin, vilket antyder att receptorn för CXCL8 var en GPCR, som var specifikt kopplad till Gαi-underenheten12. Kloningen av IL-8-receptorn 1991 bekräftade att denna receptor tillhör superfamiljen av GPCR:er.13,14 Med cirka 1 000 medlemmar används GPCR:er i stor utsträckning för att känna av små förändringar i koncentrationer av biologiskt aktiva ämnen i kroppen och deltar i många signalvägar för signaltransduktion och många biologiska reaktioner. De kemoattraktiva receptorer som förmedlar kemotaxis utgör en distinkt underfamilj av GPCR-superfamiljen.

GPCR:erna har en extracellulär NH2-terminus, sju transmembrandomäner och en cytoplasmatisk COOH-terminus (fig. 7-2). De intracytoplasmatiska slingorna i transmembrandomänerna är utsträckta längs plasmamembranets inre aspekt och COOH-terminus är lateralt placerad, vilket ger dessa receptorer mer yta än vad som förväntas av deras 40 kD-storlek för interaktion med guanosintrifosfat (GTP)-bindande proteiner samt andra effektor- och ställningsmolekyler i nedströmsled.15 GPCR:erna signalerar genom heterotrimera GTP-bindande proteiner som består av α-, β- och γ-underenheter. Efter att ha bundit sin ligand ändrar GPCR konformationen av sina transmembran α-helices, vilket exponerar GTP-bindningsställen. Efter GTP-bindning dissocieras den GTP-bundna Gα-underenheten och Gβγ-underenheterna från receptorn och signalerar via olika vägar nedströms. Det finns fyra underklasser av däggdjurs Gα-underenheter -αs, αi, αq eller α12/13 – och den typ av nedströmssignal som genereras av Gα-underenheten beror på vilken underklass som är involverad.

I fallet med kemokinreceptorer anses den dissocierade GTP-kopplade Gαi-underenheten Gαi inte vara nödvändig för induktion av kemotaxis. Istället är det Gβγ-underenheten som medierar kemotaxis. Det är dock endast den Gβγ-underenhet som en gång var associerad med en Gαi-underenhet som kan inducera kemotaxis.15 Gβγ-underenheten aktiverar fosfolipas C (PLCβ2 och PLCβ3), vilket resulterar i ökade nivåer av inositol-1,4,5-trifosfat (IP3), diacylglycerol (DAG) och en tillfällig ökning av intracellulära fria kalciumjoner (Ca2+). Ökningen av intracellulärt fritt Ca2+ är ett vanligt test som används för att bedöma kemokinreceptorernas känslighet. DAG aktiverar Rap-1 via en guaninnukleotidutbytesfaktor (GEF), vilket resulterar i integrinaktivering i cellens främre kant. En annan effektormolekyl som genereras genom signalering av Gβγ-underenheten är fosfatidylinositol 3-kinas (PI3K), som utlöser aktivering av proteinkinas B (PKB, eller AKT, AKT1) och dess efterföljande translokation till membranet i den främre kanten15 . Dessutom inducerar PI3K-beroende och PI3K-oberoende vägar samt DOCK2-beroende och DOCK2-oberoende vägar (dedicator of cytokinesis 2 (DOCK2)-beroende och DOCK2-oberoende vägar Rac, vilket leder till snabb nybildning av F-actin i den ledande kanten. Medan den främre kanten organiserar sig för att driva cellen framåt, translokaliseras GTPaser från Rho-familjen till cellens bakre kant och reglerar bildandet av aktin-myosinkomplex som behövs för att dra tillbaka den bakre kanten. GEF:er reglerar aktiviteten hos små GTPaser, t.ex. Ras, Rac, Rho och Rap-1, och som sådana deltar de också i regleringen av kemotaxis (fig. 7-2).

Det finns ett stort antal andra signalvägar nedströms från engagemanget av kemokinreceptorer, inklusive mitogen-aktiverat proteinkinas (MAPK), Ras och extracellulärt signalreglerat kinas (ERK), var och en med cellspecifika regleringsmekanismer. Mångfalden av signalvägar nedströms bindning av kemokinreceptorer gör det möjligt för olika kemokinreceptorer, som uttrycks på samma cell, att signalera genom olika vägar och för samma kemokinreceptor att framkalla en mängd olika inflammatoriska reaktioner.

Signalering genom kemokinreceptorer är snabb och övergående. Signaleringens upphörande sker genom receptorns fosforylering, desensibilisering och internalisering. Som nämnts aktiverar den dissocierade Gβγ-underenheten PLC. En av nedströmshändelserna från PLC är aktivering av proteinkinas C (PKC), som tillsammans med GPCR-kinaser fosforylerar kemokinreceptorer. Den fosforylerade kemokinreceptorn binder arrestiner, en händelse som leder till receptorns desensibilisering. Receptor-arrestinalkomplexet internaliseras sedan genom den clathrinmedierade internaliseringsvägen.15

Det finns sju CXC-receptorer, tio CCR, en XCR och en CX3CR. De flesta kemokinreceptorer binder till mer än en kemokin, vilket resulterar i en redundansnivå som säkerställer adekvat leukocytrekrytering. Uttrycket av kemokinreceptorer beror på celltypen samt på cellens aktiverings- och differentieringstillstånd. CCR3 är till exempel den kemokinreceptor som uttrycks mest på eosinofiler och basofiler. Medan naiva T-celler uttrycker CXCR4 och CCR7 uttrycker Th1-celler CXCR3 och CCR5, Th2-celler uttrycker CCR4 och CCR8 och Th17-celler uttrycker CCR6 (tabell 7-3).

En viss överlappning i kemokinreceptoruttrycket bland celltyperna finjusterar T-cellernas förmåga att trafikera som svar på specifika patogener och inflammatoriska stimuli. Även om t.ex. CCR4+CCR6+CD4+ T-celler producerar interleukin-17 (IL-17) och reagerar på Candida albicans, kan CXCR3+CCR6+CD4+ T-celler producera enbart IFN-γ eller IFN-γ tillsammans med IL-17 och reagera på Mycobacterium tuberculosis.4 Det selektiva uttrycket av kemokinreceptorer av olika celler gör det möjligt att differentiera rekryteringen av leukocyter till vävnadsställen utifrån de typer av kemokiner som genereras. Exempelvis rekryterar samordnat uttryck av STAT1)-beroende kemokiner CXCL9, CXCL10 och CXCL11 CXCR3-bärande Th1-celler till Th1-inflammatoriska platser, medan uttryck av STAT6-beroende kemokiner CCL1, CCL17 och CCL22 lockar till sig CCR4- och CCR8-bärande Th2-celler till Th2-inflammatoriska platser i en musmodell för astma.4 (STAT är signaltransducerare och transkriptionsaktiverare)

.