CITOCHINE: CARATTERISTICHE, TIPI, FUNZIONI, ESEMPI - BIOLOGIA - 2025

Le citochine o le citochine sono proteine ​​o glicoproteine ​​solubili di segnalazione prodotte da diversi tipi di cellule del corpo, in particolare le cellule del sistema immunitario come leucociti: neutrofili, monociti, macrofagi e linfociti (cellule B e cellule T).

A differenza di altri fattori di legame del recettore specifico che innescano cascate di segnalazione lunghe e complesse che spesso coinvolgono sequenze di proteine ​​chinasi (la via ciclica dell'AMP, per esempio), le citochine esercitano effetti più diretti.

Struttura della citochina umana ricombinante nota come Interferone alfa (Fonte: Nevit Dilmen tramite Wikimedia Commons)

Questi fattori solubili si legano a recettori che attivano direttamente proteine ​​che hanno funzioni dirette nella trascrizione genica, poiché sono in grado di entrare nel nucleo e stimolare la trascrizione di uno specifico insieme di geni.

Le prime citochine furono scoperte più di 60 anni fa. Tuttavia, la caratterizzazione molecolare di molti di loro è stata molto successiva. Fattore di crescita neurale, interferone e interleuchina 1 (IL-1) sono state le prime citochine ad essere descritte.

Il nome "citochina" è un termine generico, ma in letteratura si fanno distinzioni riguardo alla cellula che le produce. Quindi, ci sono linfochine (prodotte dai linfociti), monochine (prodotte dai monociti), interleuchine (prodotte da un leucocita e che agiscono su altri leucociti), ecc.

Sono particolarmente abbondanti negli animali vertebrati, ma la loro esistenza è stata determinata in alcuni invertebrati. Nel corpo di un mammifero, ad esempio, possono avere funzioni additive, sinergiche, antagonistiche o possono anche attivarsi a vicenda.

Possono avere azione autocrina, cioè agiscono sulla stessa cellula che li produce; o paracrine, il che significa che sono prodotte da un tipo di cellule e agiscono sulle altre intorno a loro.

Caratteristiche e struttura

Tutte le citochine sono "pleiotropiche", cioè hanno più di una funzione in più di un tipo di cellula. Questo perché i recettori che rispondono a queste proteine ​​sono espressi in molti diversi tipi di cellule.

È stato determinato che esiste una certa ridondanza funzionale tra molti di essi, poiché diversi tipi di citochine possono avere effetti biologici convergenti, ed è stato suggerito che ciò sia correlato alle somiglianze di sequenza nei loro recettori.

Come molti messaggeri nei processi di segnalazione cellulare, le citochine hanno azioni potenti a concentrazioni molto basse, così basse da poter essere nell'intervallo nanomolare e femtomolare grazie al fatto che i loro recettori sono estremamente correlati a loro.

Alcune citochine funzionano come parte di una "cascata" di citochine. Cioè, è comune che agiscano in sinergia e la loro regolazione spesso dipende da altre citochine inibitorie e da fattori regolatori aggiuntivi.

Espressione dei geni codificanti le citochine

Alcune citochine provengono da geni di espressione costitutiva poiché, ad esempio, è necessario mantenere costanti i livelli ematopoietici.

Alcune di queste proteine ​​che esprimono costitutivamente sono l'eritropoietina, l'interleuchina 6 (IL-6) e alcuni fattori stimolanti la crescita delle colonie cellulari che contribuiscono alla differenziazione di molti globuli bianchi.

Altre citochine sono pre-sintetizzate e immagazzinate come granuli citosolici, proteine ​​di membrana o complessate con proteine ​​leganti alla superficie cellulare o alla matrice extracellulare.

Molti stimoli molecolari regolano positivamente l'espressione dei geni che codificano per le citochine. Ci sono alcune di queste molecole che aumentano l'espressione genica di altre citochine e ce ne sono anche molte che hanno funzioni inibitorie che limitano l'azione di altre citochine.

Controllo mediante elaborazione

La funzione delle citochine è controllata anche dall'elaborazione delle forme precursori di queste proteine. Molti di loro sono inizialmente prodotti come proteine ​​di membrana attive integrali che richiedono la scissione proteolitica per diventare fattori solubili.

Esempi di citochine sotto questo tipo di controllo della produzione sono il fattore di crescita epidermico EGF (dall'inglese "E pidermal G rowth F actor"), il fattore di crescita tumorale TGF (dall'inglese "T umoral G rowth F actor"), il interleuchina 1β (IL-1β) e fattore di necrosi tumorale TNFα (dall'inglese "Tumor N ecrosis F actor").

Altre citochine sono secrete come precursori inattivi che devono essere elaborati enzimaticamente per essere attivati ​​e alcuni degli enzimi responsabili di questa elaborazione di alcune citochine coinvolgono proteine ​​della famiglia della cisteina proteasi caspasi.

Panoramica strutturale

Le citochine possono avere pesi molto variabili, tanto che il range è stato definito tra 6 kDa e 70 kDa circa.

Queste proteine ​​hanno strutture altamente variabili e possono essere costituite da barili di alfa eliche, strutture complesse di fogli β-piegati paralleli o antiparalleli, ecc.

tipi

Esistono diversi tipi di famiglie di citochine e il numero continua a crescere vista la grande diversità di proteine ​​con funzioni e caratteristiche simili che vengono scoperte ogni giorno nel mondo scientifico.

La sua nomenclatura è lontana da qualsiasi relazione sistematica, poiché la sua identificazione si è basata su diversi parametri: la sua origine, il test biologico iniziale che lo ha definito e le sue funzioni, tra gli altri.

L'attuale consenso per la classificazione delle citochine si basa essenzialmente sulla struttura delle loro proteine ​​recettrici, che sono contenute in un piccolo numero di famiglie con caratteristiche altamente conservate. Pertanto, ci sono sei famiglie di recettori delle citochine che sono raggruppate in base alle somiglianze nella sequenza delle loro porzioni citosoliche:

1. Recettori di tipo I (recettori dell'ematopoietina): comprendono le citochine interleuchina 6R e 12 R (IL-6R e IL-12R) e altri fattori coinvolti nella stimolazione della formazione di colonie cellulari. Hanno il loro effetto sull'attivazione delle cellule B e T.
2. Recettori di tipo II (recettori dell'interferone): queste citochine hanno funzioni antivirali ei recettori sono correlati alla proteina fibronectina.
3. Recettori TNF (Tumor Necrosis Factor, dall'inglese "Tumor N ecrosis F actor"): sono citochine "pro-infiammatorie" tra cui fattori noti come p55 TNFR, CD30, CD27, DR3, DR4 e altri.
4. Recettori tipo Toll / IL-1: questa famiglia ospita molte interleuchine proinfiammatorie ei suoi recettori hanno generalmente regioni ricche di leucina nei loro segmenti extracellulari.
5. Recettori tirosin chinasici: in questa famiglia sono presenti molte citochine con funzioni di fattori di crescita come i fattori di crescita tumorale (TGF) e altre proteine ​​che promuovono la formazione di colonie cellulari.
6. Recettori per le chemochine: le citochine di questa famiglia hanno essenzialmente funzioni chemiotattiche ei loro recettori hanno più di 6 segmenti transmembrana.

I recettori per le citochine possono essere solubili o legati alla membrana. I recettori solubili possono regolare l'attività di queste proteine ​​agendo come agonisti o antagonisti nel processo di segnalazione.

Molte citochine impiegano recettori solubili, inclusi vari tipi di interleuchine (IL), fattori di crescita neurale (NGF), fattori di crescita tumorale (TGF) e altri.

Caratteristiche

È importante ricordare che le citochine funzionano come messaggeri chimici tra le cellule, ma non esattamente come effettori molecolari, poiché sono necessari per attivare o inibire la funzione di effettori specifici.

Una delle caratteristiche funzionali "unificanti" delle citochine è la loro partecipazione alla difesa dell'organismo, che si riassume come "regolazione del sistema immunitario", particolarmente importante per i mammiferi e molti altri animali.

Partecipano al controllo dello sviluppo ematopoietico, ai processi di comunicazione intercellulare e alle risposte del corpo contro agenti infettivi e stimoli infiammatori.

Poiché normalmente si trovano a basse concentrazioni, la quantificazione della concentrazione di citochine nei tessuti o nei fluidi corporei viene utilizzata come biomarcatore per la previsione dell'andamento delle malattie e il monitoraggio degli effetti dei farmaci somministrati ai pazienti. pazienti malati.

In generale, sono usati come marker di malattie infiammatorie, tra cui rigetto dell'impianto, Alzheimer, asma, arteriosclerosi, cancro del colon e altri tumori in generale, depressione, alcune malattie cardiache e virali, Parkinson, sepsi, danni al fegato, ecc.

Dove si trovano?

La maggior parte delle citochine viene secreta dalle cellule. Altri possono essere espressi nella membrana plasmatica e ve ne sono alcuni che rimangono in quella che potrebbe essere considerata una “riserva” nello spazio compreso dalla matrice extracellulare.

Come funzionano?

Le citochine, come detto, hanno effetti in vivo che dipendono dall'ambiente in cui si trovano. La sua azione avviene attraverso cascate di segnalazione e reti di interazione che coinvolgono altre citochine e altri fattori di diversa natura chimica.

Di solito partecipano all'interazione con un recettore che ha una proteina bersaglio che viene attivata o inibita dopo la sua associazione, che ha la capacità di agire direttamente o indirettamente come fattore trascrizionale su particolari geni.

Esempi di alcune citochine

IL-1 o interleuchina 1

È anche noto come fattore di attivazione dei linfociti (LAF), pirogeno endogeno (EP), mediatore leucocitario endogeno (EML), catabolina o fattore cellulare mononucleato (MCF).

Ha molte funzioni biologiche su molti tipi di cellule, in particolare B, cellule T e monociti. Induce ipotensione, febbre, perdita di peso e altre risposte. È secreto da monociti, macrofagi dei tessuti, cellule di Langerhans, cellule dendritiche, cellule linfoidi e molti altri.

IL-3

Ha altri nomi come fattore di crescita dei mastociti (MCGF), fattore di stimolazione di colonie multiple (multi-CSF), fattore di crescita delle cellule ematopoietiche (HCGF) e altri.

Ha ruoli critici nello stimolare la formazione di colonie di eritrociti, megacariociti, neutrofili, eosinofili, basofili, mastociti e altre cellule di lignaggi monocitici.

È sintetizzato principalmente da cellule T attivate, mastociti ed eosinofili.

angiostatin

È derivato dal plasminogeno ed è una citochina inibitrice dell'angiogenesi, che gli conferisce funzioni come un potente bloccante della neovascolarizzazione e della crescita delle metastasi tumorali in vivo. È generato dalla scissione proteolitica del plasminogeno mediata dalla presenza di tumori.

Fattore di crescita epidermico

Agisce stimolando la crescita delle cellule epiteliali, accelera l'emergenza dei denti e l'apertura degli occhi nei topi. Inoltre, agisce inibendo la secrezione di acido gastrico ed è coinvolto nella guarigione delle ferite.

Riferimenti

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