Cytokine: Funktionen und Wirkungen von Cytokinen (mit Abbildungen)
Cytokine sind lösliche Protein- oder Glycoproteinmoleküle, die von einer Vielzahl von Zellen als Reaktion auf ein fremdes Antigen oder einen anderen Stimulus ausgeschieden werden. Sie sind hauptsächlich an der Regulierung der Immunreaktionen beteiligt.
Früher wurden die von Lymphozyten sezernierten Substanzen als "Lymphozyten" und die von Monozyten / Makrophagen ausgeschiedenen Substanzen als "Monokine" bezeichnet. Später wurde erkannt, dass viele Lymphokine und Monokine durch eine Reihe anderer Zelltypen als Lymphozyten und Monozyten / Makrophagen ausgeschieden werden.
Daher wird der Begriff Cytokin jetzt bevorzugt. Cytokin ist ein generischer Name, der sich auf von Zellen freigesetzte Faktoren bezieht. Basierend auf Faktoren wie Cytokin-produzierenden Zell- und Cytokinfunktionen erhalten die Cytokine auch andere Namen.
ich. Viele Zytokine werden als "Interleukine" bezeichnet. Der Begriff Interleukin bedeutet, dass sie von einigen Leukozyten sekretiert werden und auf andere Leukozyten wirken.
ii. Einige Zytokine sind unter gebräuchlichen Bezeichnungen bekannt, wie z. B. Interferon- und Tumornekrosefaktoren.
iii. Eine andere Gruppe von Zytokinen nennt man Wachstumsfaktoren.
iv. Eine andere Gruppe von Zytokinen nennt man Chemokine. Chemokine beeinflussen Chemo-Taxis und einige andere Aspekte des Verhaltens von Leukozyten. Die Chemokine spielen eine wichtige Rolle bei Entzündungen.
v. Eine andere Gruppe von Cytokinen nennt man Koloniestimulierende Faktoren (CSFs). CSFs sind für das Wachstum und die Differenzierung von Blutzellen aus hämatopoetischen Stammzellen erforderlich.
Zytokine wirken als interzelluläre Botenstoffe, da ein von einer Zelle sezerniertes Zytokin auf eine andere Zelle wirkt und deren Funktionen beeinflusst. Cytokin fungiert als interzelluläres Signalprotein. Zytokine regulieren lokale und systemische Immun- und Entzündungsreaktionen sowie Wundheilung, Hämatopoese und viele andere biologische Aktivitäten.
Basierend auf den Zellen, auf die die Zytokine wirken, wird von den Zytokinen autokrine oder parakrine oder endokrine Wirkungen (Abb. 13.1A bis D) gesprochen.
Autokrine Wirkung:
Das Zytokin wirkt auf die Zelle, die das Zytokin sekretiert.
Parakrine Aktion:
Das von einer Zelle sezernierte Cytokin wirkt auf andere Zellen in der Nähe der Cytokin-sekretierenden Zelle ein.
Endokrinähnliche Wirkung:
Es wird gesagt, dass die Cytokine endokrinähnliche Wirkung haben, wenn die aus Zellen produzierten Cytokine in den Blutkreislauf gelangen und Zellen an entfernten Stellen des Körpers beeinflussen. Cytokin, das von einer Zelle ausgeschieden wird, kann an die Cytokin-sekretierende Zelle binden und als zellmembrangebundenes Cytokin verbleiben. Das membrangebundene Cytokin bindet an den Cytokinrezeptor einer Zielzelle und vermittelt dessen Wirkungen auf die Zielzelle.
Die folgenden Ausdrücke werden auch verwendet, um die Wirkungen von Cytokinen zu beschreiben (Fig. 13.2A bis E).
ich. Synergie:
Zwei oder mehr Cytokine können auf eine Zelle einwirken. Wenn die kombinierte Wirkung von zwei oder mehr Zytokinen größer ist als die additiven Wirkungen einzelner Zytokine, wird von den Zytokinen angenommen, dass sie synergistische Wirkungen haben.
Abb. 13.1 A bis D: Schematische Darstellung der parakrinen, autokrinen, endokrinähnlichen und zellulären Zellkommunikation von Zytokinen.
(A) autokrine Wirkung:
Das von der Zelle ausgeschiedene Zytokin wirkt auf die sekretierende Zelle selbst,
(B) parakrine Wirkung:
Das von einer Zelle sekretierte Zytokin wirkt auf eine andere nahe gelegene Zelle ein,
(C) endokrinähnliche Wirkung:
Das von einer Zelle ausgeschiedene Zytokin gelangt in den Kreislauf und wirkt auf eine Zelle ein, die weit von der Zytokin-sekretierenden Zelle entfernt ist
(D) Kommunikation von Zelle zu Zelle:
Das von Zelle X produzierte Cytokin bleibt an die Zellmembran der Zelle X gebunden. Eine andere Zelle Y mit Rezeptoren für das Cytokin bindet an das Cytokin auf der Membran von Zelle X. Diese Bindung sendet ein Signal in die Zelle Y
ii. Antagonismus:
Zwei oder mehr Cytokine können auf eine Zelle einwirken. Wenn die Wirkungen eines Zytokins die Wirkungen eines anderen Zytokins hemmen oder ausgleichen, wird von den Zytokinen angenommen, dass sie antagonistische Wirkungen haben.
iii. Pleiotropie:
Ein Cytokin hat unterschiedliche Wirkungen auf verschiedene Zelltypen.
Beispielsweise hat Interleukin-4 (IL-4), das von TH- Zellen produziert wird, folgende Auswirkungen auf verschiedene Zelltypen:
ein. Wirkung auf die Aktivierung von B-Zellen, Proliferation und Differenzierung von B-Zellen.
b. Wirkung auf Mastzellen - Proliferation von Mastzellen.
c. Auswirkung auf Speicher-B-Zellen - Induktion der Klassenumschaltung auf IgE.
iv. Redundant:
Es wird gesagt, dass zwei oder mehr Cytokine, die ähnliche Funktionen in einer Zelle moderieren, redundant sind.
v. Kaskadeninduktion:
Das von einem Zelltyp sekretierte Zytokin aktiviert einen zweiten Zelltyp; der zweite Zelltyp wiederum sekretiert ein Zytokin, das auf einen anderen Zelltyp wirkt.
Abb. 13.2A bis E: Schematische Darstellung pleiotroper, synergischer, antagonistischer, redundanter und Kaskadeninduktionsaktionen von Cytokinen.
(A) Pleiotropie:
Das Cytokin IL-4 hat unterschiedliche Wirkungen auf verschiedene Zellen: IL-4 bewirkt Aktivierung, Differenzierung und Proliferation von B-Zellen; IL-4 verursacht die Proliferation von Thymozyten; und IL-4 induziert das Umschalten der Klasse B auf die IgE-Zelle,
(B) Synergie:
Die Zytokine IL-4 und IL-5 wirken gleichzeitig auf eine Zelle. Die kombinierten Wirkungen von IL-4 und IL-5 sind größer als die additiven Wirkungen der einzelnen Zytokine IL-4 und IL-5.
(C) Antagonismus:
Die Cytokine IL-4 und IFNγ wirken auf eine B-Zelle ein. Die Wirkung von IFNγ auf die B-Zelle verhindert die Wirkung von IL-4 auf die B-Zelle.
(D) Redundanz:
Die auf eine B-Zelle wirkenden Cytokine IL-2, IL-4 und IL-5 haben ähnliche Funktionen
(E) Kaskadeninduktion:
Das von einer aktivierten T H- Zelle sezernierte Zytokin IFNγ wirkt auf Makrophagen. Der Makrophagen sekretiert wiederum das Zytokin IL-12, das auf aktivierte TH- Zellen wirkt. Bei der Bindung an IL-12 sekretiert die aktivierte T H- Zelle IFNγ, TNF, IL-2 und viele andere Cytokine
Zum Beispiel sekretiert aktivierte TH- Zelle Interferon-gamma (IFNγ)
↓
IFNγ wirkt auf Makrophagen
↓
Die Makrophagen produzieren wiederum Interleukin-12
↓
Das IL-12-Cytokin wirkt wiederum auf T H- Zellen, um viele andere Cytokine herzustellen. Bisher wurden über 100 Cytokine identifiziert. Die meisten Cytokine sind Peptide oder Glycoproteine mit Molekulargewichten (MW) zwischen 6.000 und 60.000. Sie wirken durch Bindung an spezifische Zytokinrezeptoren auf der Oberfläche von Zellen. Cytokine sind bei sehr niedrigen Konzentrationen (10 -9 bis 10 -M ) extrem wirksam.
Die Halbwertszeit von Cytokinen ist in der Regel sehr kurz. Daher wirken sie für eine sehr begrenzte Zeit, nachdem sie abgesondert wurden; Folglich sind die Zytokinwirkungen normalerweise auf kürzere Entfernungen von den sekretierenden Zellen beschränkt, und die meisten Zytokine wirken über kurze Entfernungen autokriner oder parakriner Weise.
Obwohl eine Vielzahl von Zellen Cytokine ausscheiden kann, sind die T H- Zellen und Makrophagen die beiden wichtigsten Zelltypen in Bezug auf die Zytokinsekretion. Die von T H- Zellen und Makrophagen sezernierten Zytokine beeinflussen während einer Immunantwort fast das gesamte Netzwerk interagierender Zellen (Tabelle 13.1).
Ein wichtiger Punkt sollte beachtet werden. Eine bestimmte T-Zelle wird nur durch spezifisches Antigen aktiviert. Bei einer spezifischen Antigenstimulation sekretiert die aktivierte T-Zelle die Zytokine. Die Zytokine binden an andere Zelltypen (z. B. Makrophagen) und beeinflussen die Aktivitäten der Zellen.
Obwohl die T-Zellen, die die Cytokine sekretieren, spezifisch für ein Antigen sind, sind die Zellen, auf die die Cytokine wirken, nicht für das Antigen spezifisch, das die Cytokinsekretion initiiert hat, dh die Cytokin-aktivierte Zelle wirkt auch gegen jedes andere Antigen. (Zum Beispiel drückt der Polizist den Abzug der Waffe mit der Absicht, einen Feind zu treffen. Aber die Kugeln, die aus einer Waffe kommen, diskriminieren niemanden als Freund oder Feind und die Kugeln treffen auf jeden, der ihnen in die Quere kommt. Ebenso das Zytokin und die durch das Cytokin aktivierte Zelle unterscheidet nicht zwischen dem Antigen, das die Cytokinsekretion induziert, und anderen Antigenen).
Heute werden viele Zytokine (wie IL-2 und IFNγ) durch rekombinante DNA-Technologie in großen Mengen produziert und als Therapeutika zur Behandlung von Patienten verwendet.
